離散系統(tǒng)部分總復(fù)習(xí)課件

離散系統(tǒng)部分總復(fù)習(xí)歡迎參加離散系統(tǒng)部分的總復(fù)習(xí)。本課件將全面回顧關(guān)鍵概念、方法和應(yīng)用，幫助您深化理解并為考試做好準(zhǔn)備。課程內(nèi)容回顧1基礎(chǔ)概念離散系統(tǒng)的定義、特點(diǎn)和建模方法2分析方法狀態(tài)空間描述、穩(wěn)定性分析和動(dòng)態(tài)分析3控制設(shè)計(jì)PID控制器、數(shù)字控制器和濾波器設(shè)計(jì)4高級(jí)主題時(shí)域和頻域分析、z變換、魯棒性分析離散系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)定義離散系統(tǒng)是在離散時(shí)間點(diǎn)上運(yùn)行的系統(tǒng)，其狀態(tài)和輸出僅在特定時(shí)刻發(fā)生變化。特點(diǎn)離散性、數(shù)字化、非連續(xù)性、易于數(shù)學(xué)處理和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)字通信等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。離散系統(tǒng)的建模方法差分方程法使用差分方程描述系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，適用于線性時(shí)不變系統(tǒng)。狀態(tài)空間法通過(guò)狀態(tài)變量和狀態(tài)方程描述系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和動(dòng)態(tài)行為。z變換法將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到z域，簡(jiǎn)化系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)過(guò)程。狀態(tài)空間描述狀態(tài)方程x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)輸出方程y(k)=Cx(k)+Du(k)狀態(tài)變量x(k)表示系統(tǒng)在k時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)系統(tǒng)矩陣A、B、C、D分別為狀態(tài)矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣和直接傳輸矩陣狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程初始狀態(tài)x(0)為系統(tǒng)的初始狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Φ(k)=A^k為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程x(k)=Φ(k)x(0)+Σ[Φ(k-i-1)Bu(i)]狀態(tài)變量選取物理意義選擇具有明確物理意義的變量，如位置、速度、電壓等。線性獨(dú)立性確保選取的狀態(tài)變量之間相互線性獨(dú)立。可觀測(cè)性選擇能夠反映系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的可觀測(cè)變量。解狀態(tài)方程1初始條件確定系統(tǒng)的初始狀態(tài)x(0)2計(jì)算狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣求解Φ(k)=A^k3輸入響應(yīng)計(jì)算輸入u(k)的影響4疊加原理將初始響應(yīng)和輸入響應(yīng)相加得到完整解穩(wěn)定性分析1特征值法2李雅普諾夫穩(wěn)定性理論3根軌跡法4頻率響應(yīng)法穩(wěn)定性是離散系統(tǒng)的關(guān)鍵性質(zhì)，影響系統(tǒng)的長(zhǎng)期行為和性能。以上方法從不同角度分析系統(tǒng)穩(wěn)定性。特性方程法特性方程det(zI-A)=0穩(wěn)定條件特征值的模均小于1臨界穩(wěn)定特征值的模最大值等于1不穩(wěn)定存在特征值的模大于1系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析瞬態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)突變輸入的短期反應(yīng)，包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間、超調(diào)量等指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間后的穩(wěn)定輸出，包括穩(wěn)態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)增益等特性。脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)脈沖響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)單位脈沖輸入的響應(yīng)，反映系統(tǒng)的沖擊特性。單位階躍響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)，反映系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性。離散系統(tǒng)的控制方法1反饋控制2前饋控制3最優(yōu)控制4自適應(yīng)控制選擇合適的控制方法對(duì)提高系統(tǒng)性能至關(guān)重要。不同控制方法適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景。離散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模建立準(zhǔn)確的離散系統(tǒng)模型性能指標(biāo)確定設(shè)定穩(wěn)定性、快速性、精確性等指標(biāo)控制器設(shè)計(jì)選擇合適的控制策略并設(shè)計(jì)控制器仿真驗(yàn)證利用計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證控制效果PID控制器原理比例控制提供與誤差成正比的控制作用，減小穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。微分控制預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。數(shù)字控制器設(shè)計(jì)1系統(tǒng)離散化將連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為離散模型2控制算法選擇根據(jù)系統(tǒng)特性選擇合適的控制算法3參數(shù)整定調(diào)整控制器參數(shù)以滿足性能要求4抗干擾設(shè)計(jì)增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾能力和魯棒性數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)FIR濾波器有限脈沖響應(yīng)濾波器，具有線性相位特性，適用于要求嚴(yán)格的相位響應(yīng)場(chǎng)合。IIR濾波器無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器，可以用較低階數(shù)實(shí)現(xiàn)較陡峭的頻率響應(yīng)，但可能存在穩(wěn)定性問(wèn)題。采樣定理和數(shù)字系統(tǒng)建模奈奎斯特采樣定理采樣頻率應(yīng)不小于信號(hào)最高頻率的2倍零階保持器將離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為階梯狀連續(xù)信號(hào)z變換將離散時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換到z域離散化方法前向歐拉、后向歐拉、雙線性變換等離散系統(tǒng)的時(shí)域分析1時(shí)間序列分析系統(tǒng)輸出隨時(shí)間的變化2差分方程描述系統(tǒng)輸入輸出的關(guān)系3狀態(tài)軌跡研究系統(tǒng)狀態(tài)在狀態(tài)空間中的演化4穩(wěn)態(tài)誤差評(píng)估系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定后的精度離散系統(tǒng)的頻域分析頻率響應(yīng)分析系統(tǒng)對(duì)不同頻率正弦輸入的響應(yīng)特性。幅頻特性描述系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的增益變化。相頻特性反映系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的相位延遲。z變換簡(jiǎn)介定義X(z)=Σx(k)z^(-k),k從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮收斂域z變換級(jí)數(shù)收斂的z平面區(qū)域性質(zhì)線性性、時(shí)移性、卷積定理等應(yīng)用系統(tǒng)分析、濾波器設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性判斷離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義H(z)=Y(z)/X(z)=(b0+b1z^(-1)+...+bnz^(-n))/(1+a1z^(-1)+...+amz^(-m))極點(diǎn)和零點(diǎn)極點(diǎn)：使分母為零的z值。零點(diǎn)：使分子為零的z值。它們的分布決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性。離散系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析1極點(diǎn)位置法2勞斯-赫爾維茨判據(jù)3朱利判據(jù)4Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)穩(wěn)定性分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。不同方法適用于不同情況，需要綜合考慮。離散系統(tǒng)的根軌跡定義閉環(huán)極點(diǎn)隨開(kāi)環(huán)增益變化的軌跡繪制方法起點(diǎn)、終點(diǎn)、實(shí)軸上的根軌跡、分離點(diǎn)、漸近線等應(yīng)用分析系統(tǒng)穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)補(bǔ)償器、優(yōu)化系統(tǒng)性能離散系統(tǒng)的魯棒性分析參數(shù)不確定性分析系統(tǒng)參數(shù)變化對(duì)性能的影響。結(jié)構(gòu)不確定性評(píng)估模型結(jié)構(gòu)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。H∞控制設(shè)計(jì)能夠抵抗最壞情況干擾的控制器。數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法極點(diǎn)配置法通過(guò)調(diào)整閉環(huán)極點(diǎn)位置來(lái)改善系統(tǒng)性能最優(yōu)控制最小化給定性能指標(biāo)的控制策略模型預(yù)測(cè)控制基于系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)未來(lái)輸出并優(yōu)化控制輸入自適應(yīng)控制根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)變化自動(dòng)調(diào)整控制器參數(shù)實(shí)際工程應(yīng)用案例重要結(jié)論和考點(diǎn)總結(jié)1穩(wěn)定性判據(jù)掌握特征值法、根軌跡法等穩(wěn)定性分析方法。2控制器設(shè)計(jì)熟悉PID控制器參數(shù)整定和數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。3系統(tǒng)分析掌