当前课程知识点：自动控制理论（1） > 第十二周：采样系统 > 采样控制系统概述 > 视频
同学们好
现在我们开始学习采样控制系统
我们知道自动控制系统
实际上早在几千年前就已经出现了
但是自动控制系统的性能
直到计算机出现以后
才得到大大的提升
这是由于计算机的处理能力存储能力
比传统的机械部件和电子部件
要远远得高
所以有了计算机以后呢
这个控制系统的体积
可以大大地缩小
而控制系统的性能
反而得到大大的提升
那在我们开始正式学习
采样控制系统之前
我们首先了解一下
由于计算机的引入
会对一个自动控制系统
带来什么不一样的地方
那么这个第一个不一样
首先是在控制系统里面
一些信号的不同
那么这些信号包括离散时间信号
和数字信号
我们首先来看一下
我们前面学习的系统
在我们前面学习的
自动控制系统里面
一个信号通常都是连续时间信号
为什么是连续时间信号呢
因为我们知道一个信号
它通常是用这样一个
二维图形来表示
横轴表示时间
纵轴表示这个信号
本身所代表的物理量
如果我们去看一个相平面图的话
我们会发现
一个相轨迹是一条连续的曲线
这是由于它对这个相轨迹
进行参数化的这个时间
是可以连续变化的
但是如果有了计算机
我们可以看到呢
因为计算机本身具有有限的存储能力
和计算处理能力
我们如果要把这个信号采集下来
并且送到控制器进行处理的时候
这个时间是不可能连续变化
也就是说我不可能
把一个时间段里面
所有时刻的信息全部记录下来
否则这需要的存储量
将会是无穷大
是任何一个计算机
都无法承受的
所以我们在利用计算机
采集信号的时候
通常是采集一些特定时刻的
信号的取值
这就像一段视频一样
我们看到了是一个动态变化的视频
但是这个视频
实际上是由一帧一帧的静态画面组成的
就像我们这里所示的离散时间信号
那实际的信号取值
我们看到只有在一些有限的时刻
它才有取值
在其他的时刻是没有取值的
所以说时间变量可以是连续
或者是离散变化的
这个数据采集方式是有关系的
那从另外一个方面
我们在这个离散时间信号可以看到
虽然时间是离散的
但是看纵轴
这个信号本身所代表的物理量
它的取值实际上并没有什么
任何的物理的约束
但是在实际的计算机系统里面
并不是这样
因为我们知道
在计算机去记录一个数据的时候
它是用一个二进制数来表示的
而这个二进制数呢
它的有效数字通常是有限多的
所以表示这个数值的时候
只能用一个二进制数来表示
而这个二进制数
只能是一个量化的信号
也就是说它只能
我们看纵轴这个物理量取值的时候
它只能是表示一些离散的量
所以这样的信号
我们叫做量化信号
在这里我们表示的时间是连续的
那么信号本身
它只能取一些量化的值
也就是说由计算机采集后的数据
它只能是一些二进制的数
所以说信号的取值可以是连续的
也可以是离散的
那这对应于我们通常所说的模拟信号
和数字信号
那如果时间也是离散的
而信号本身的取值也是离散的
这就形成了我们在真正的
工业的计算机控制里面
所碰到的离散时间量化信号
也就是说我们在采集信号的时候
只能在一些特定的时刻去采集
而记录这些
在特定时刻的信号的物理量的值的时候
也只能表示成一些量化的值
所以这是我们在利用
计算机控制系统中
所经常碰到的一些典型信号
那么回到我们的控制系统
我们首先看一下
我们在前面学习的
一个标准的反馈控制系统
那在这个反馈控制系统里面
控制对象和控制器
它本身的输入输出信号
都是连续时间信号
那么从图上可以看到
我们给这个系统一个参考信号
那么在这个参考信号
在这个整个反馈控制系统流动的时候
它在任何时刻的这个信号输出
都是一个连续时间信号
所以最终的输出
也是一个连续时间信号
那么这样一类系统
我们叫做连续系统
也就是说对象是连续的
而控制器本身呢
由于它是一个模拟的控制器
它本身的输入输出信号
也是一个连续的
那对于这样一类系统
我们可以很方便地利用微积分
拉普拉斯变换等数学工具
进行分析和设计
这是我们在前面
所重点学习过的内容
那么在工业控制中呢
我们常常会碰到这样一类系统
就是说控制对象本身
还是一个连续系统
但是由于我们希望
在控制器用计算机来实现
而计算机只能处理一些数字信号
而且计算机只能在一些有限的时刻
采集数据
所以说我们需要有这样一个采样装置
把输入的一个连续时间信号
变成一个离散时间信号
而这个离散时间信号
形成我们的控制信号
来作用到控制对象上的时候
又必须要变成一个连续信号
从而使得对象的最后的输出
还是一个连续信号
所以在这样一个控制系统里面
既有连续时间信号
又有离散时间信号
然后在这里边呢
由于计算机的出现
这个离散时间信号呢
实际上本质上还是一个量化的信号
但是我们为了考虑问题的方便
我们通常忽略量化的信号
也就是说我们假设
这个量化的这个精度是足够高
这个量化本身所带来的影响
可以忽略不计
那对于这样一类系统
既有连续的控制对象
又有这样一个数字控制器
它是以离散时间信号作为输入
离散时间信号作为输出的
这样一个系统 混杂在一起的系统
我们叫做采样控制系统
所以它的特点是
控制对象是连续的
而控制器本身是一个数字的控制器
或者说是一个离散时间的控制器
那对这样一个系统的实现
需要一个采样开关
就是我们这里面所规定的
是以T为周期的采样开关
那如果这个信号本身还是量化的呢
还需要一些A/D D/A的
也就是说数字到模拟
模拟到数字的这些转换工具
所以这个系统
和我们上面所学过的
这个连续时间系统
实际上已经产生了本质的不同
而为了研究这些系统
我们需要发展一些新的数学工具
那我们在进行正式的学习之前呢
我们来看一下
在实现一个采样控制系统中
通常有些什么样的采样方式
我们知道一个离散时间信号
是通过在一些特定的时刻
去对这个信号本身的数据进行采样
而得到的
那么这些时刻的选择呢
就形成了不同的采样方式
那首先一个最传统
也是最简单
最容易实现的一个采样方式
就是所谓的周期采样
也就是说这些时刻之间的间隔
是均匀的
都是大T
所以我们采样的时刻
都是这个大T的整数倍
这种采样的方式叫做周期采样
那么一个单纯的周期采样
在一个实际的控制系统中
有些实际上并不是经济或者高效的
那么在一个实际的控制系统中
有时候可能会采用多速率采样
就像这里面的
因为如果一个系统中
出现了不同的信号
而这些信号的快慢有区别的话
那对一些变化比较快的信号
我们希望采样的周期会短一些
采样比较快一些
而对于变化比较缓慢的时候
实际上为了节省计算机资源
我们希望对它的采样速率慢一些
也就是它的周期长一些
所以说在一个系统中
如果有多个快慢不同的信号
我们可以同时对这些信号进行采样
而不同的信号采样的周期
可以选择不同的值
就像这里所示
那么对下面这个信号的采样周期短一些
上面这个信号的采样周期长一些
那么还有一种采样方式
我们叫做多阶采样
那这种采样方式
本质上是一个周期信号
就是说我们可以看
这个采样这个时刻的这个规律
在一个比较长的周期内呢
它是一个重复出现的
但是在一个单个的周期内
它又分成若干个不同的采样时间点
而这若干个采样时间点
它们互相的间隔可能是不均匀的
但是这些周期它是重复出现的
这种采样方式叫做多阶采样
而最后一种采样方式呢
我们叫做随机采样
也就是说所有的这个采样时刻的选择
实际上是没有任何规律的
它可以按照一种随机的方式选择
而这种方式
在实际的工业控制中
实际上并不常用
它往往是为了产生一些随机的干扰信号
在实验中会碰到
我们在下边的学习中
实际上为了简单起见
为了帮助大家了解采样控制系统的
一些基本原理
我们只考虑这种周期采样的方式
也就是采样周期
是这种单一均匀的方式的采样方式
好 我们这节课就到这里
-绪论
--视频
-拉普拉斯变换定义及性质（一）
--视频
-拉普拉斯变换定义及性质（一）--作业
-拉普拉斯变换定义及性质（二）
--视频
-拉普拉斯变换定义及性质（二）--作业
-卷积定义、定理及性质
--视频
-卷积定义、定理及性质--作业
-拉普拉斯逆变换及应用（一）：拉普拉斯逆变换定义
--视频
-拉普拉斯逆变换及应用（一）：拉普拉斯逆变换定义--作业
-拉普拉斯逆变换及应用（二）：拉普拉斯逆变换应用
--视频
-拉普拉斯逆变换及应用（二）：拉普拉斯逆变换应用--作业
-控制的基本概念
--视频
-控制的基本概念--作业
-控制系统的微分方程描述（一）
--视频
-控制系统的微分方程描述（一）--作业
-控制系统的微分方程描述（二）
--视频
-控制系统的微分方程描述（二）--作业
-控制系统的传递函数描述（一）：Laplace变换知识回顾
--视频
-控制系统的传递函数描述（一）：Laplace变换知识回顾--作业
-控制系统的传递函数描述（二）：控制系统的传递函数描述
--视频
-控制系统的传递函数描述（二）：控制系统的传递函数描述--作业
-框图及其变换（一）：传递函数框图定义及连接方式
--视频
-框图及其变换（一）：传递函数框图定义及连接方式--作业
-框图及其变换（二）：传递函数框图变换
--视频
-第二周：控制系统的概念及数学模型--框图及其变换（二）：传递函数框图变换
-信号流图
--视频
-信号流图--作业
-控制系统的基本单元
--视频
-控制系统的基本单元--作业
-非线性单元的线性化
--视频
-第二周：控制系统的概念及数学模型--非线性单元的线性化
-稳定性
--视频
-第三周：线性系统时域分析（一）--稳定性
-稳定的Liapunov定义
--视频
-稳定的Liapunov定义--作业
-稳定性的代数判据（一）：Routh判据
--视频
-稳定性的代数判据（一）：Routh判据--作业
-稳定性的代数判据（二）：系统稳定的必要条件
--视频
-稳定性的代数判据（二）：系统稳定的必要条件--作业
-参数稳定性，参数稳定域
--视频
-参数稳定性，参数稳定域--作业
-静态误差（一）：误差和静态误差定义
--Video
-第四周：线性系统时域分析（二）--静态误差（一）：误差和静态误差定义
-静态误差（二）：静态误差与输入
--Video
-静态误差（三）：静态误差的计算
--Video
-静态误差（三）：静态误差的计算--作业
-静态误差（四）：系统类型与静态误差的关系
--Video
-静态误差（四）：系统类型与静态误差的关系--作业
-静态误差（五）：静态误差的物理和理论解释
--Video
-静态误差（六）：扰动引起的静态误差
--Video
-静态误差（六）：扰动引起的静态误差--作业
-动态性能指标
--Video
-动态性能指标--作业
-高阶系统动态性能的二阶近似
--Video
-高阶系统动态性能的二阶近似--作业
-控制系统的校正
--Video
-控制系统的校正--作业
-频率特性引言
--Video
-频率特性引言--作业
-Fourier变换
--Video
-第五周：频率响应法（一）--Fourier变换
-频率特性函数
--Video
-频率特性函数--作业
-频率特性的图像
--Video
-频率特性的图像--作业
-基本环节的频率特性
--Video
-基本环节的频率特性--作业
-复杂频率特性的绘制（一）
--Video
-复杂频率特性的绘制（一）--作业
-复杂频率特性的绘制（二）
--Video
-复杂频率特性的绘制（二）--作业
-复杂频率特性的绘制（三）
--Video
-第五周：频率响应法（一）--复杂频率特性的绘制（三）
-闭环频率特性
--Video
-闭环频率特性--作业
-Nyquist稳定判据（一）
--Video
-Nyquist稳定判据（一）--作业
-Nyquist稳定判据（二）
--Video
-第六周：频率响应法（二）--Nyquist稳定判据（二）
-Nyquist稳定判据（三）
--Video
-第六周：频率响应法（二）--Nyquist稳定判据（三）
-相对稳定性（稳定裕量）
--Video
-相对稳定性（稳定裕量）--作业
-从开环频率特性研究闭环系统性能
--Video
-从开环频率特性研究闭环系统性能--作业
-基于频率特性的控制器设计思路
--Video
-根轨迹方法简介
--Video
-根轨迹方法简介--作业
-根轨迹条件
--Video
-根轨迹条件--作业
-根轨迹性质
--Video
-根轨迹性质--作业
-根轨迹的图像
--Video
-根轨迹的图像--作业
-条件稳定系统
--Video
-条件稳定系统--作业
-零极点对根轨迹的影响
--Video
-零极点对根轨迹的影响--作业
-参数根轨迹和根轨迹族
--Video
-第七周：根轨迹方法--参数根轨迹和根轨迹族
-延时系统的根轨迹
--Video
-延时系统的根轨迹--作业
-补根轨迹与全根轨迹
--Video
-补根轨迹与全根轨迹--作业
-校正问题及其实现方式
--Video
-校正问题及其实现方式--作业
-校正装置的设计方法
--Video
-校正装置的设计方法--作业
-超前校正装置的特性
--Video
-超前校正装置的特性--作业
-基于根轨迹法设计超前校正装置
--Video
-基于根轨迹法设计超前校正装置--作业
-基于Bode图设计超前校正装置
--Video
-基于Bode图设计超前校正装置--作业
-滞后校正装置的特性
--Video
-滞后校正装置的特性--作业
-基于根轨迹法设计滞后校正装置
--Video
-基于根轨迹法设计滞后校正装置--作业
-基于Bode 图设计滞后校正装置
--Video
-基于Bode 图设计滞后校正装置--作业
-超前-滞后校正装置的特性
--Video
-超前-滞后校正装置的特性--作业
-基于根轨迹法设计超前-滞后校正
--Video
-基于根轨迹法设计超前-滞后校正--作业
-基于Bode图设计超前-滞后校正
--Video
-基于Bode图设计超前-滞后校正--作业
-开环系统的期望频率特性
--Video
-开环系统的期望频率特性--作业
-反馈校正
--Video
-第九周 系统校正（二）--反馈校正
-直线倒立摆控制系统实验
--Video
-非线性系统概述
--Video
-第十周 非线性系统分析（一）--非线性系统概述
-非线性系统的典型动力学特征
--Video
-非线性系统的典型动力学特征--作业
-描述函数法定义
--Video
-描述函数法定义--作业
-描述函数法求取
--Video
-描述函数法求取--作业
-基于描述函数的稳定性分析
--Video
-第十周 非线性系统分析（一）--基于描述函数的稳定性分析
-非线性系统自持振荡的分析
--Video
-第十周 非线性系统分析（一）--非线性系统自持振荡的分析
-相平面与相轨迹
--Video
-相平面与相轨迹--作业
-相轨迹的绘制方法
--Video
-相轨迹的绘制方法--作业
-奇点
--Video
-奇点--作业
-线性系统的相平面分析
--Video
-线性系统的相平面分析--作业
-非线性系统的相平面分析
--Video
-非线性系统的相平面分析--作业
-极限环及其产生条件
--Video
-第十一周 非线性系统分析（二）--极限环及其产生条件
-非线性系统分析小结
--Video
-非线性系统分析小结--作业
-采样控制系统概述
--视频
-采样控制系统概述--作业
-脉冲采样与理想采样
--视频
--采样系统
-脉冲采样与理想采样--作业
-采样定理
--视频
-采样定理--作业
-零阶保持器
--视频
-零阶保持器--作业
-z-变换
--视频
-z-变换--作业
-脉冲传递函数（一）
--视频
-第十二周：采样系统--脉冲传递函数（一）
-脉冲传递函数（二）：求脉冲传递函数的一般方法
--视频
-第十二周：采样系统--脉冲传递函数（二）：求脉冲传递函数的一般方法
-z-平面上采样系统的稳定性分析
--视频
-z-平面上采样系统的稳定性分析--作业
-w-平面上采样系统的稳定性分析
--视频
-w-平面上采样系统的稳定性分析--作业
-采样控制系统的时域分析
--视频
-采样控制系统的时域分析--作业
-修正的z-变换
--视频
-修正的z-变换--作业
-考试环节--期末考试
-考试环节--期中考试
