数字控制系统详解

由于数字计算机的发展与普及，数字控制系统或计算机控制系统迅速发展，数字控制系统在控制精度、控制速度、抗噪声、性价比等方面都比模拟控制系统表现出明显的优越性，在军事、航空及工业过程中得到了广泛应用。数字计算机一般用于代替连续控制系统中的控制器，例如第6章讲过的超前、滞后、滞后-超前、PID等控制器。当系统设计发生改变时，一般情况下，只需要改变数字计算机中的软件算法即可，大大提高了控制系统设计的灵活性。图7.1.3所示为以数字计算机为控制器组成的一个典型计算机控制系统原理方框图，系统通常由数字处理器、A/D变换器、D/A变换器、被控对象及测量元件等组成。

在计算机控制系统，由A/D转换器和D/A转换器分别充当采样器和保持器，进行连续信号和离散信号之间的转换。

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图7.1.3　计算机控制系统原理方框图

A/D转换器是把连续的模拟信号转换为离散数字信号的模/数转换装置。A/D转换器对偏差信号e（t）进行采样，把连续信号变成离散信号e*（t），并且把其值由十进制数转换成二进制数，即编码，然后输入数字处理器，A/D转换器可以用一个每隔T秒瞬时闭合一次的理想采样开关来表示。

数字处理器对A/D转换器采集的数据进行处理，对其按照给定的控制算法进行运算，然后发出二进制脉冲控制信号。数/模转换装置D/A转换器把数字处理器输出的控制脉冲u*（t）变换成十进制数（即解码）并进行保持，形成阶梯连续信号uh（t），作用于被控对象。D/A转换器类似采样系统中的保持器。在计算机控制系统中，用数字处理器的内部时钟设定采样周期，在采样时刻到达时，A/D转换器开始采样，然后数字处理器进行运算、D/A转换，对被控对象施加控制，这些工作必须在一个采样周期内完成，在下一个采样时刻到达时，重复上述过程，这样就达到了控制的目的。