《计算机控制系统》学习指南.docx

课程概要
4课程导学

（1） “计算机控制系统导学与概述”模块
掌握“计算机控制系统”的基本概念和主要特点：1）信号混合：模拟信号、离 散模拟信号、数字信号的信号变换问题。2）结构混合：离散域内设计的控制器，在课程概要
4课程导学

（1） “计算机控制系统导学与概述”模块
掌握“计算机控制系统”的基本概念和主要特点：1）信号混合：模拟信号、离 散模拟信号、数字信号的信号变换问题。2）结构混合：离散域内设计的控制器，在连 续域实施控制行为：两类设计算法。
（2） “信号转换与z变换”模块
理解计算机控制系统是一个模拟和数字混合系统的真正含义；掌握信号变换原理 及香农采样定理的意义；理解和掌握z变换和z反变换的定义、方法及基本定理。
（3） “计算机控制系统数学描述与性能分析”模块
脉冲传递函数的定义；稳定性的充要条件；s平面与z平面的映射关系（多对一）； 劳斯判据和朱利判据的区别和联系。三种典型输入的稳态误差系数，系统类型与稳态 误差的关系；z平面极点分布与暂态响应的关系。
（4） “数字控制器的模拟化设计方法”模块
连续控制器的离散化过程中可能出现的频率混叠、频率畸变等现象；对PID控制算 法所具有的哲学思想的理解，对改进的PID控制器特性的理解（比如带死区的PID特性）; Smith预估控制器的设计思想及工程化意义。
（5） “数字控制器的直接设计方法”模块
重点是最小拍控制器和大林算法控制器设计原理及其特性分析；难点是“零极点 不能对消的概念”和“振铃现象的原因及其消除方法”。
（6） “数字控制器实现中的关键技术”模块
如何保证控制器的精度和规定的时间内完成控制器运算，是数字控制器工程化问 题的核心问题，对这一问题分析研究贯穿本模块始终。
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（1） 难点1：计算机控制系统的信号变换过程。
连续系统和离散系统都是单一信号系统，而计算机控制系统则是一种混合信号系 统，包括连续信号，离散信号，数字信号。信号从连续经过A/D采样变成离散（数字）， 再从离散（数字）经D/A变成连续的过程给控制系统设计带来了一系列问题，学生对 此难以准确理解。
解决办法：首先从时域进行定性分析：信号从连续变成了离散，将丢失采样点之 间的信息，进而变成数字量，并产生量化误差；而从数字（离散）变成连续，将增加 采样点之间的估计信息，因此该过程存在着部分信息的丢失。然后从频域进行定量分 析：信号从连续的非周期频谱经采样变成了离散的周期频谱，再从离散的周期频谱经 滤波器（保持器）滤波变成了近似的连续非周期频谱。
（2） 难点2：香农采样定理的物理意义。
解决办法：这个问题与难点1是相联系的。香农采样定理解决了计算机控制系统 中最重要的一个问题，即采样周期的选择问题，其解决问题的思想是通过信号的频谱 分析过程。如难点1所述，计算机控制系统中存在着信号从连续到离散，再从离散到 连续的变换过程，理想的结果是经过上述过程后，信号仍然是一个与原连续信号一致 的非周期频谱。而要实现这一理想的信号变换过程，采样后离散信号的周期频谱必须 是彼此分离的，不重叠（也称不混叠），而香农采样定理则给出了离散信号频谱不重叠 的条件，即采样频率必须大于所采样信号最大频率的两倍。
（3）难点