自动控制原理教案-8

第八章离散控制系统1,本章的教学要求1)使学生掌握采样过程与采样定理;2）使学生掌握Z变换和Z反变换;3）使学生掌握离散控制系统的数学模型;4）使学生掌握离散控制系统的性能分析。2.本章讲授的重点本章首先介绍离散系统概念，讲授的重点是采样过程与采样定理，Z传递函数（脉冲传递函数）定义，开环系统的Z传递函数和闭环系统的Z传递函数的求取，系统稳定性的判别，稳态误差的计算等。3．本章的教学安排本课程讲授8个学时，安排了5个教案。[教案8-1]1．主要内容：1）采样控制系统知识要点2）离散信号3）离散系统概念2．讲授方法及讲授重点：本讲首先介绍采样控制系统的特点，分析设计采样控制系统采用的数学工具是Z变换，采用的数学模型是差分方程和脉冲传递函数。给出离散信号定义，用图说明一般采样控制系统（也称脉冲控制系统）、数字控制系统（也称计算机控制系统）构成。介绍离散控制系统在实际控制系统中得到了广泛应用的主要原因。3．教学手段：Powerpoint课件与黑板讲授相结合。4．注意事项：在讲授本讲时，应注意由于内容较多，学时少，有些地方需要简介。5．课时安排：1学时。6．作业：书后p2798-1[教案8-2]1．主要内容：1）采样过程与采样定理2）保持器2．讲授方法及讲授重点：在介绍采样过程与采样定理时，首先给出采样过程、采样开关的定义，利用图解释采样过程，由此推出离散模拟信号的数学表达式。然后，分析采样信号的频谱，说明连续信号x(t)的频谱|X(jω)|是单一的连续频谱，而离散信号x*(t)的频谱则是以采样角频率ωs为周期的无穷多个频谱之和，由此引出重要定理：采样定理。强调由于实际系统需要用连续信号控制被控对象进行工作，因此需要信号保持，把离散脉冲序列较准确的转变为连续信号，说明常用的保持器有零阶保持器和一阶保持器等。举例说明采样定理。3．教学手段：Powerpoint课件与黑板讲授相结合。4．注意事项：利用图解释采样过程，采样过程和采样定理应重点讲解。5．课时安排：2学时。6．思考题：一个具有标志的轮子，每转一圈用时2秒。采用摄像机拍摄轮子的运动状况，拍摄周期取多大时轮子的运动不失真？解：轮子的旋转周期2T，角频率T2。由采样定理：拍摄频率22maxS可见：222max2STS122ST拍摄周期1ST秒时轮子的运动不失真。[教案8-3]1．主要内容：1）Z变换和Z反变换2．讲授方法及讲授重点：在介绍Z变换和Z反变换时，应说明Z变换是分析离散控制系统的重要数学工具，利用Z变换可将描述离散系统动态过程的差分方程转换为代数方程，使求解过程大为简化。给出Z变换的定义、计算方法，简介Z变换的基本定理、Z反变换等内容。说明实际应用中可以查常用时间函数的Z变换和拉普拉斯变换式表。3．教学手段：Powerpoint课件与黑板讲授相结合。4．注意事项：说明Z变换是分析离散控制系统的重要数学工具，可将描述离散系统动态过程的差分方程转换为代数方程，使求解过程大为简化。5．课时安排：2学时。6．作业：书后p2798-2，8-3单号[教案8-4]1．主要内容：离散控制系统的数学模型（1）差分方程（2）脉冲传递函数2．讲授方法及讲授重点：本讲首先简介差分方程，重点介绍脉冲传递函数，给出脉冲传递函数定义，说明开环系统的脉冲传递函数的求法。在介绍闭环系统的Z传递函数时，需要指出，闭环离散系统Z传递函数不能从GB(s)和GBe(s)求Z变换得来，因为采样开关在闭环系统中位置不同，其闭环Z传递函数的结果也是不一样的。举例说明采样开关在闭环系统中具有不同配置时的Z变换函数Xo(z)，然后解释说明闭环离散系统典型结构图及输出采样信号的Z变换函数Xo(z)表。3．教学手段：Powerpoint课件与黑板讲授相结合。4．注意事项：在讲授本讲时，应通过举例重点讲清开环系统的Z传递函数和闭环系统的Z传递函数的求取等。5．课时安排：1学时。6．作业：书后p2798-7[教案8-5]1．主要内容：离散控制系统的性能分析2．讲授方法及讲授重点：在讲解离散控制系统的性能分析时，首先说明离散系统的性能分析主要包括三个方面内容：系统稳定性、动态性能和稳态性能。在介绍离散控制系统的稳定性分析时，应画图说明s平面到z平面的映射关系，给出线性离散系统稳定的充分条件，重点讲解离散系统的劳斯稳定性判据。在讲解离散控制系统的瞬态响应（动态性能分析）时，应画图说明闭环极点分布与瞬态响应的关系。在介绍离散控制系统的稳态误差时，分析不同型别单位反馈离散系统在三种输入信号作用下的稳态误差，总结出稳态误差表，应解释说明稳态误差表的应用，学生应会利用表进行稳态误差的计算。3．教学手段：Powerpoint课件与黑板讲授相结合。4．注意事项：在讲授本讲时，应通过举例重点讲清系统稳定性的判别，稳态误差的计算等。5．课时安排：2学时。6．作业：书后p2798-10，8-117．思考题：书后p2798-13