計(jì)算機(jī)控制課本程總結(jié)

1、1課程總結(jié)2011.06.102教學(xué)主題 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 典型數(shù)字控制器設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入輸出通道 抗干擾技術(shù) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理的若干問(wèn)題 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)3第一章 緒論n自動(dòng)控制系統(tǒng)原理和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成（典型方框圖）：硬件由計(jì)算機(jī)、輸入輸出通道、外部設(shè)備、檢測(cè)裝置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成軟件組成：系統(tǒng)軟件，支持軟件和應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作步驟（測(cè)控管）：檢測(cè)、控制、顯示、儲(chǔ)存、管理和通信計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)（相對(duì)普通的自動(dòng)控制系統(tǒng)）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類4一、信號(hào)的離散化過(guò)程（模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量）在時(shí)

2、間軸上的離散和幅值上的量化。采樣、量化、編碼。采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)表示。香農(nóng)采樣定理。二、離散信號(hào)的恢復(fù) 工程實(shí)現(xiàn)：在計(jì)算控制系統(tǒng)中，廣泛采用零階保持器來(lái)將采樣信號(hào)恢復(fù)到原來(lái)的連續(xù)信號(hào)。三、Z變換及其性質(zhì)四、Z反變換五、用Z變換解線性差分方程第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（1）5第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（2）一、脈沖傳遞函數(shù)具有串聯(lián)環(huán)節(jié)的開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)具有并聯(lián)環(huán)節(jié)的開(kāi)環(huán)脈沖傳遞函數(shù)二、閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)和誤差脈沖傳遞函數(shù)三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)：（廣義對(duì)象）四、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析零極點(diǎn)分布穩(wěn)定性（充要條件為：系統(tǒng)的特征根都位于Z平面的單位圓內(nèi)部 ）;穩(wěn)定性判據(jù)（修正

3、勞斯判據(jù)，朱利判據(jù)）五、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)誤差（終值定理）6第三章 常規(guī)控制技術(shù)一(1)一、數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟（離散化方法）數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)。比例、積分和微分項(xiàng)所起的控制作用標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn)積分分離，積分飽和，消除積分不靈敏區(qū)，變速積分PID算法。不完全微分PID控制算法，微分先行PID控制算法，帶死區(qū)的PID控制算法等。數(shù)字PID控制算法的參數(shù)整定。試湊整定法的次序：先比例，再積分，后微分。采樣周期的選擇。7第三章 常規(guī)控制技術(shù)一(2)二、 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟確定閉環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)考慮的問(wèn)題最少拍數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)

4、要求對(duì)于特定的參考輸入信號(hào)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)在采樣時(shí)刻精確實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的跟蹤。系統(tǒng)以最快的速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)。D(z)應(yīng)該時(shí)物理可實(shí)現(xiàn)的。閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)是穩(wěn)定的。最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)（兩個(gè)約束條件）最少拍無(wú)紋波控制器的設(shè)計(jì)8第四章 常規(guī)控制技術(shù)二(1) 過(guò)程純延遲對(duì)控制質(zhì)量的影響 達(dá)林算法 設(shè)計(jì)思想 一階被控對(duì)象的達(dá)林算法 二階被控對(duì)象的達(dá)林算法 達(dá)林算法的遞推表達(dá)式 達(dá)林算法的參數(shù)整定 振鈴（Ringing）現(xiàn)象 原因 振鈴幅度RA 振鈴現(xiàn)象的消除9第四章 常規(guī)控制技術(shù)二(2) 史密斯預(yù)估控制算法的模型補(bǔ)償原理 數(shù)字史密斯預(yù)估控制系統(tǒng)數(shù)字史密斯預(yù)估控制系統(tǒng)的組成數(shù)字控制器數(shù)字控制器算法步驟10第

5、四章 常規(guī)控制技術(shù)二(3)什么是串級(jí)控制 單回路PID控制的擴(kuò)展串級(jí)控制的特點(diǎn) 對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的抑制能力 提高了系統(tǒng)的工作頻率 減小了系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) 有一定的自適應(yīng)能力11第四章 常規(guī)控制技術(shù)二(4)串級(jí)控制的設(shè)計(jì) 副回路的選擇(選擇原則) 應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)靈敏 應(yīng)將主要干擾納入副回路 適當(dāng)?shù)闹鞲被芈饭ぷ黝l率關(guān)系。一般wd23wd1 主、副調(diào)節(jié)器的選擇串級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)副回路數(shù)字算法的設(shè)計(jì) 按預(yù)期的閉環(huán)特性設(shè)計(jì)副調(diào)節(jié) 微分先行結(jié)構(gòu)的副調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)12第四章 常規(guī)控制技術(shù)二(5) 反饋控制和前饋控制的特點(diǎn) 不變性原理與前饋控制器 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 靜態(tài)前饋控制系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)

6、前饋控制系統(tǒng) 前饋反饋控制系統(tǒng) 數(shù)字前饋反饋控制算法 數(shù)字前饋反饋控制算法步驟 前饋控制的選用原則 前饋串級(jí)控制系統(tǒng)13一、過(guò)程通道的概念二、數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸入和輸出通道n 數(shù)字量輸入接口三態(tài)門緩沖器74LS244n 數(shù)字量輸出接口 74LS273n 數(shù)字量輸入通道 結(jié)構(gòu) 信號(hào)調(diào)理電路 消除機(jī)械抖動(dòng)影響，隔離處理,電平匹配n 數(shù)字量輸出通道 結(jié)構(gòu) 信號(hào)調(diào)理電路 小功率直流驅(qū)動(dòng)電路，繼電器輸出技術(shù)，大功率交流驅(qū)動(dòng)電路第五章 輸入輸出接口與過(guò)程通道(1)14第五章 輸入輸出接口與過(guò)程通道(2)n A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)n A/D轉(zhuǎn)換器 8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809 12位A/D轉(zhuǎn)換器AD5

7、74An A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù) ADC0809與PC總線工控機(jī)接口 AD574A與PC總線工控機(jī)接口15第五章 輸入輸出接口與過(guò)程通道(3)n 模擬量輸入通道的組成 I/V變換 多路轉(zhuǎn)換器 采樣保持器 A/D轉(zhuǎn)換器 接口及控制邏輯電路n 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)（例子）16第五章 輸入輸出接口與過(guò)程通道(4)n D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo) 分辨率 穩(wěn)定時(shí)間 輸出方式n D/A轉(zhuǎn)換器 8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832 12位D/A轉(zhuǎn)換器DA1210n D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù) 8位DAC0832與PC總線的接口電路 12位DA1210與PC總線的接口電路 17第五章 輸入輸出接口與過(guò)程通道(5)n 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式n 單極性和雙極性電壓輸出電路n V/I變換（ 芯片ZF2B20和AD694 ）n 模擬量輸出通道設(shè)計(jì)18第六章 抗干擾技術(shù)(1)一、硬件抗干擾技術(shù) u干擾的來(lái)源和傳播途徑u 過(guò)程通道抗干擾技術(shù)u 系統(tǒng)供電與接地技術(shù)19第六章 抗干擾技術(shù)(2)一、軟件濾波技術(shù)n 數(shù)字濾波技術(shù) 程序判斷濾波 中值濾波 算術(shù)平均值濾波 加權(quán)平均值濾波 滑動(dòng)平均值濾波 慣性濾波 復(fù)合數(shù)字濾波20第六章 抗干擾技術(shù)(3)n開(kāi)關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)開(kāi)關(guān)量(數(shù)字量)信號(hào)輸入抗干擾措施開(kāi)關(guān)量(數(shù)字量)信號(hào)輸出抗干擾措施n軟件冗余技術(shù)數(shù)據(jù)冗余程序冗余n程序運(yùn)行失常的軟件抗干