[工学]计算机控制技术课件ch1gai.pptVIP

王贵成 《计算机控制技术》讲义 第1章 绪论 1.1 计算机控制系统概述 1.1.2 计算机控制系统的典型形式 1.2 过程计算机控制的发展概况 １-３ 计算机控制系统涉及的内容 计算机控制是计算机技术与自动化控制理论及自动化技术紧密结合并应用于实际的结果 应用领域广泛 本书主要介绍计算机对工业生产过程的控制，相应的计算机控制系统称之为过程计算机控制系统。 常规控制系统的工作原理 计算机控制系统的工作原理 计算机控制系统的工作方式 在线形式与离线形式 实时性 计算机在控制系统中的主要作用 进行实时数据处理 对生产过程实施实时控制 对生产过程进行监督与管理 计算机控制系统的主要优点 组成方式灵活 能实现复杂的控制规律 获取更大的经济效益 为实现企业综合自动化打下了良好的基础 信号特点（1） 计算机控制系统的信号形式 连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 连续数字信号:时间是连续的，幅值上已是数字量 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT) 信号特点（2） A/D转换过程 采样、量化、编码 D/A转换过程 解码、保持、滤波 信号特点（3） 计算机控制系统的采样过程 信号特点（4） 计算机控制系统的采样的合理性 采样器接通时间τ远小于采样周期T 理想采样器（接通电阻R? 0，开路电阻R??） 采样信号y*(t)复现原信号在采样瞬间的值y(t) A/D转换后， y*(t) ?y(kT), k=1，2，…… 采样周期T须满足香农定理 当满足上述条件时， y*(t) 与y(kT)只相差量化误差 信号特点（5） 信号特点（6） 计算机控制系统中的量化 将离散模拟信号用二进制代码逼近为数字信号的过程 （如采样值y*(t) 量化为y(kT) 的过程） 量化单位q q=M/2n ，M为被转换的模拟量电信号满量程， n为A/D的转换位数 量化误差 e=±q/2 信号特点（7） 信号的保持 目的：是将离散采样信号恢复为被控对象能够感知的连续模拟信号 方法：采用保持器，由现在或过去时刻的采样值, 用某种函数去逼近2个采样时刻间的原信号 常用的保持器：零阶、一阶及高阶 （常数、线性函数、抛物线） 信号特点（8） 零阶保持器H0(s)= （传函表示） 滤波:同时它具有低通滤波器的特性（可以控制高频干扰） 解码:把数字量y(kT)折算成离散的电压或电流值 y*(t) 编码: 计算机对二进制数码的编码形式，如原码、补码等 信号特点（9） 零阶保持器恢复信号的示意图 计算机控制系统的组成及作用 计算机控制系统的组成示意图 计算机控制系统的设计与实现 设计计算机控制系统的一般步骤 分析实际系统的工作原理，画出原理图 总体设计 建立数学模型 控制系统综合(根据数学模型，进行系统仿真 ) 计算机硬件与控制系统工程化设计 计算机软件设计 系统仿真、调试与完善 建立整个系统的技术文档 计算机控制系统的设计与实现 A 　　A’ B 　　B’ 过程计算机控制系统有两部分组成混合系统 计算机控制系统的设计与实现 从AA’分两部分，均为连续系统，可采用模拟化设计方法； (连续系统理论） 从BB’分两部分，均为数字系统（离散系统），可采用数字化设计方法。 (离散系统理论) 计算机控制系统的设计与实现 基于连续系统设计比较成型 依据过程对象的数学模型G(s),按照连续系统的性能指标，设计和分析控制器D(s)，为用于计算机编程，要将其离散化为D(z)。 G(s) D(s) D(z) 离散过程中必须选择合适的采样周期T和离散化方法。 设计的D(z)要测试控制性能，不满足要求，则要进行改进，重新设计 计算机控制系统的设计与实现 离散化方法 直接差分方法 将变量的导数用差分近似，即 计算机控制系统的设计与实现 离散化方法 带