计算机控制系统基础：采样与Z变换解析

"计算机控制系统基础3PPT资料.ppt" 计算机控制系统是现代工业生产中的重要组成部分，它结合了计算机技术和控制理论，实现了对各种过程的高效自动化管理。本章主要探讨的是计算机控制系统的基础，包括信号的采样与Z变换、控制系统分析以及总线技术。 在计算机控制系统中，信号的处理是一个关键环节。首先，我们要理解信号的采样过程。采样是指将连续的模拟信号转换为离散的时间序列，这是通过采样开关来实现的。理想的采样开关在打开和关闭之间没有延迟，使得采样点能够准确地捕捉到信号的瞬时值。采样间隔称为采样周期，由T表示。按照奈奎斯特定理，采样频率至少应为信号最高频率的两倍，以避免信号失真，这个原理在数字信号处理中至关重要。 接着，采样后的信号需要进行量化，即将模拟信号的连续幅度转换为离散的数字值。在实际系统中，量化误差通常被假设为可以忽略，因此A/D和D/A转换器被视为无误差的。采样保持器在此过程中起着关键作用，确保在A/D转换期间信号值的稳定，以便得到精确的采样值。 Z变换是分析离散时间系统的重要工具，它与连续时间的拉普拉斯变换类似。Z变换可以将离散时间信号转换到Z域，便于系统分析和设计。通过Z变换，我们可以求解系统的传递函数，分析其稳定性，以及设计控制器来改善系统性能。 控制系统的总线技术涉及到系统内部不同组件之间的通信。总线是连接硬件设备的数据通道，它允许数据在处理器、存储器和输入/输出设备之间传输。不同的总线标准如PCI、PCIe、CAN、EtherCAT等，各有其特点和适用范围，选择合适的总线技术对于构建高效、可靠的计算机控制系统至关重要。 在计算机控制系统的结构中，通常包含一个数字控制器（通常是计算机），它接收来自被控对象的采样信号，经过计算处理后生成控制信号。这些信号经过D/A转换器转化为模拟信号，再作用于被控对象。同时，系统还会反馈控制效果，通过比较期望值与实际输出，形成误差信号，以此调整控制策略。 总结来说，计算机控制系统基础涵盖信号的数字化处理、系统分析方法以及通信机制。深入理解这些概念和技术，对于设计和优化自动化控制系统具有极大的价值。