Федеральное агентство по образованию

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнёва

Спецглавы теории автоматического управления. Теория цифровых и импульсных автоматических систем

Конспект лекций для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 160403 – Системы управления летательными аппаратами

Красноярск 2010

Оглавление

1 Импульсные системы автоматического управления 5

1.1 Основные понятия импульсных систем 5

1.2 Примеры импульсных систем 10

1.3 Решетчатые функции 14

1.4 Разности решетчатых функций и разностные уравнения 15

1.5 Дискретное (D) преобразование Лапласа. 17

1.6 Основные теоремы, правила D-преобразования 19

1.7 Z преобразование 20

1.8 Уравнения и ПФ разомкнутых импульсных систем 21

1.9 Уравнение и ПФ замкнутых импульсных систем 27

1.10 Частотные характеристики импульсных систем 29

1.11 Построение ЛЧХ 35

1.12 Приближенный метод 39

1.13 Правила преобразования структурных схем в ИС 47

1.14 Устойчивость дискретных систем 51

1.14.2 Аналог критерия Михайлова 53

1.14.3 Аналог критерия Найквиста 56

2 Цифровые системы автоматического управления 58

2.1 Основные понятия цифровых САУ 58

2.2 Пример построения цифровых САУ 63

2.3 Устройства выборки и хранения (УВХ) 67

2.4 Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) 68

2.5 Аналого-цифровое преобразование (АЦП) 72

2.6 Цифровые САУ с экстраполятором нулевого порядка 73

2.7 Построение ЛЧХ в цифровых системах 76

2.11 Последовательная коррекция с помощью аналоговых регуляторов 78

2.11.2 Синтез с помощью W-преобразования 83

2.11.3 Коррекция с помощью аналоговых регуляторов в цепи обратной связи 88

2.12 Синтез цифровых регуляторов 90

2.12.1 Последовательный импульсный фильтр 92

2.12.2 Импульсный фильтр в цепи ОС 94

2.12.3 Комбинированный импульсный фильтр 95

2.13 Реализация цифровых регуляторов на ЭВМ 97

2.13.1 Непосредственное программирование 97

2.13.2 Последовательное программирование 100

2.13.3 Параллельное программирование 100

2.13.4 Сравнительный анализ методов программирования 104

2.14 О точности задания коэффициентов цифрового корректирующего устройства 105

2.15 Реализация на микроЭВМ элементов и устройств в системе управления 107

2.15.1 Дифференциальные цифровые преобразователи 107

2.15.2 Алгоритмы дифференцирования 109

2.15.3 Методические ошибки дифференцирования 110

2.15.4 Влияние шумов квантования 113

2.15.5 Цифровые интеграторы 115

2.16 Цифровые фильтры 117

2.16.1 Нерекурсивные фильтры 119

2.16.2 Рекурсивные фильтры 122

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ:

АИМ – амплитудно-импульсная модуляция

АИС – амплитудно-импульсная система

АИЭ – амплитудно-импульсный элемент

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь

ВИМ – времяимпульсная модуляция

ВИС – времяимпульсная система

ВИЭ – времяимпульсный элемент

ВЧ – высокочастотная область

ИС – импульсная система

ИФ – импульсный фильтр

ИЭ – импульсный элемент

КИМ – кодоимпульсная модуляция

КПД – коэффициент полезного действия

КУ – корректирующее устройство

ЛАХ – логарифмическая амплитудная характеристика

ЛЧХ – логарифмическая частотная характеристика

НЦФ – нерекурсивный цифровой фильтр

НЧ – низкочастотная область

ОС – обратная связь

ПФ – передаточная функция

РЦФ – рекурсивный цифровой фильтр

САУ – система автоматического управления

УВХ – устройство выборки и хранения

ФИМ – фазо- импульсная модуляция

ФЧХ – фазо-частотная характеристика

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

ЦВМ – цифровая вычислительная машина

ЦСАУ – цифровая система автоматического управления

ЦФ – цифровой фильтр

ЧИМ – частотно-импульсная модуляция

ШИМ – широтно-импульсная модуляция

ШИС – широтно-импульсная система

ШИЭ – широтно-импульсный элемент

ЭВМ – электронная вычислительная машина