自动控制原理：零阶保持器与脉冲传递函数解析

"自动控制原理-有零阶保持器时的脉冲传递函数" 在自动控制领域，零阶保持器在数字控制系统中扮演着关键角色。脉冲传递函数是描述数字控制系统动态性能的重要工具，特别是在有零阶保持器的采样系统中。零阶保持器(ZOH，Zero-Order Holder)的作用是将连续时间系统的信号转换为离散时间信号，以适应数字控制器的工作方式。 开环脉冲传递函数是研究系统动态响应的基础，它定义了输入信号经过系统处理后，输出信号相对于输入信号的数学关系。对于带有零阶保持器的采样系统，开环脉冲传递函数通常涉及采样周期和系统的传递函数。在图8-13中，我们可以看到一个带零阶保持器的开环采样系统的示意图，这个系统在每个采样时刻保持其输出值直到下一个采样时刻，这导致了系统的离散特性。 自动控制的基本任务是确保被控对象的被控量能够跟随给定值的变化。例如，水位自动控制系统中，控制任务是维持水箱内的水位恒定。这个系统包括控制器、气动阀门、浮子作为测量装置，以及水箱和供水系统作为被控对象。控制器通过比较实际水位（由浮子测量）与设定水位（控制器刻度盘的给定值），调节气动阀门的开度来调整水的流入量，从而保持水位稳定。 自动控制系统可以分为开环控制和闭环控制。开环控制不考虑反馈，系统的输出只依赖于给定值，如图示的炉温控制系统，通过定时开关控制电阻丝加热，温度由给定值决定，而不受实际温度影响。而闭环控制则引入了反馈机制，通过比较被控量和给定值的偏差来调整执行元件的动作，如图中的自动控制方框图所示，这样的系统具有自我校正能力，能有效抵抗干扰。 当系统中包含零阶保持器时，脉冲传递函数会受到采样时间的影响，这可能导致系统的稳定性问题和瞬态响应质量的变化。设计者需要通过分析这种脉冲传递函数来优化系统的采样策略和控制器参数，以达到理想的控制性能。 总结来说，自动控制原理涉及到控制系统的结构、任务和性能要求。零阶保持器在数字控制中起到关键作用，其引入的脉冲传递函数是理解和设计采样控制系统的关键。开环和闭环控制方式各有特点，适应不同应用场景，而脉冲传递函数的分析则是优化控制性能的核心步骤。