采样开关的作用计算机控制,计算机控制系统复习要点

第一章：绪论

1)计算机控制系统典型结构：

2) 计算机控制系统的控制过程三个骤：

(1)数据采集

(2)计算控制量

(3)输出控制信号

3)计算机控制的特点：

(1)控制规律的实现灵活、方便。

(2)控制精度高。

(3)控制效率高。

(4)可集中操作显示。

(5)可实现分级控制与整体优化。

(6)存在着采样延迟。

4)计算机控制系统的分类：

一、操作指导控制系统

二、直接数字控制系统

三、监督计算机控制系统

四、 分布式控制系统

5)计算机控制系统的控制器是由计算机承担的，控制规律是计算机通过软件来实现的。计算机控制系统的核心部分是数字控制器，控制性能的优劣主要由计算机控制器的设计决定。由计算机控制系统包含数字信号也包含连续信号

第二章：计算机控制系统的设计

1)计算机设计方法两种：

1、基于连续系统设计方法的模拟化

2、基于离散系统设计方法的直接数字化

2)信号类型：

按时间分：连续时间信号、离散时间信号

按幅值分：

模拟量：时间、幅值都连续

离散量：时间轴离散，幅值连续

数字量：时间离散，幅值离散(用二进制编码表示)

3)采样：把时间和幅值上均连续的模拟信号，按一定的时间间隔 (采样周期T)转变为只在瞬时才有脉冲输出信号

4)保持：在满足采样定理的条件下，采用保持器将计算机输出的离散信号恢复为被控对象能够接受的连续模拟信号。

5)脉冲传递函数定义：在初始条件为零时，系统输出量的Z变换与输入量的Z变换之比

6)控制系统的差分方程一般表示为:

7)两者可以互换：ay(k-i) 的Z变换为a*(z的﹣i次方)*Y(z)

8)S平面到Z平面的映射 :单位圆内部对应左半s平面

9)计算机控制系统的设计步骤：

1．设计模拟控制器

2．选择合适的采样周期

3．模拟控制器的离散化

4．仿真校验是否达到设计要求

5．数字控制器的计算机实现

10)模拟控制器离散化方法(计数)

1．后向差分法：

2．双线性变换法：

3．加零阶保持器的Z变换方法(可能不考):

11)直接数字化设计步骤：(书P26)

1．求系统广义脉冲传递函数 G(Z) ，即对带有零阶保持器的被控对象传递函数进行 Z变换。(2-32)

2．根据对控制系统性能指标的要求和其他约束条件，构造系统的闭环脉冲传递函数

。 (2-31)

3．将 G(Z)和传递函数代入式(2-31)求出数字控制器 D(Z)。

4．利用计算机仿真软件，对求出的数字控制器 D(Z)进行校验。若达到设计要求，进行下一个步骤，否则进行再设计。

5．将数字控制器D(Z)变成易于计算机编程的差分方程的形式。

12)数字控制器的实现(直接程序设计法)(书P27)

通常数字控制器的一般表示形式为：

所以直接对下式进行编程：

第三章：数字PID控制算法

1)对PID控制器中三个环节的作用总结如下：

v 比例环节的作用：能迅速反映偏差，从而减小偏差，但不能消除静差,Kp的加大，会引起系统的不稳定。

v 积分环节的作用：只要系统存在偏差，积分环节就会产生控制作用减小偏差，直到最终消除偏差，但积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。

v 微分环节的作用：有助于系统减小超调，克服振荡，加快系统的响应速度，减小调节时间，从而改善了系统的动态性能。但Td过大，会使系统出现不稳定。

2)模拟PID控制器的离散化两种形式：

v位置式：

v增量式：

第四章：最小拍控制与纯滞后补偿

1)最小拍控制的概念：

指系统在典型输入信号(如阶跃信号、速度信号、加速度信号等)作用下，经过最少个采样周期使系统输出的稳态误差为零。因此，最小拍控制实际上是时间最优控制。

2)最小拍控制的要求：

(1)调节时间最短，即系统跟踪输入信号所需的采样周期数最少；

(2)在采样点处无静差，即对特定的参考输入信号，在达到稳态后，系统在采样点能精确实现对输入信号的跟踪；

(3)设计出来的数字控制器必须是物理上可以实现的；

(4)闭环系统必须是稳定的

3)最小拍设计方法：例题4-1 P56

4)Smith预估器控制系统等效图如下:(看书p61知考试要求)

5)Smith补偿控制的思想原理：

答：

6)Dahlin算法的目标：

设计一个合适的数字控制器D(z)，使整个闭环系统的传递函数相当于一个一阶惯性纯滞后环节，且纯滞后时间与被控对象的纯滞后时间相同。

7)产生振铃现象的原因：

数字控制器D(z)在Z平面上z= -1附近有极点。当z= -1时，振铃现象最严重，在单位圆内离z=

-1越远，振铃现象越弱。

第六章：计算机控制系统的硬件设计

1)过程通道可分为:

l模拟量输入通道、

l模拟量输出通道、

l数字量输入通道、

l数字量输出通道

2)模拟量输入通道结构：

一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器(S/H)、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。

3)模拟量输入通道的任务：

把传感器检测并转换的模拟电信号换成数字信号，在经过接口送入计算机

4)多路开关：

也称为多路转换器或采样开关，它的作用是将输入信号按一定顺序送到放大器或采样保持器。

5)采样保持器：

在模拟输入通道中，只有在信号变化频率较高而A/D转换速度又不高，以致孔径误差影响转换精度时，或者要求同时进行多路采样的情况下，才需要设置采样保持电路，对一些变化换的生产过程参数可以不设置采样保持电路。

6)利用分辨率确定字长 (p108)

有时对A/D转换器的字长要求以分辨率形式给出。

分辨率定义为：

则字长应为：

例如：某温度控制系统的温度范围为0~200摄氏度，要求分辨率为0.005(即相当于1摄氏度)，在A/D转化器字长为：

因此，选字长为8为A/D转化器即可。

7)反应式步进电机，输出轴转动角位移量与输入脉冲成正比；它的转速与脉冲频率成正比。

8)P131 作业题

解答：

第七章：总线

I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。

它使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线(cs上划线)。

第八章：计算机控制系统应用软件设计

a.线性参数的标度变换：

Yx表示参数测量值； Nx表示Yx对应的A/D转换值；

Ym表示参数量程的最大值； Nm表示Ym对应的A/D转换输出值；

Yo表示参数量程的最小值； No表示Yo对应的A/D转换输出值。

例如：已知某热处理炉温度测量单元的量程为200-800摄氏度，在某一时刻计算机经检测、A/D转换、数字滤波后得到的数字量为CDH。设测量单元是线性的，A/D转化器为8位的，在Yo=200摄氏度时，No为0；在Yo=800摄氏度时，Nm=FFH=255。Nx=CDH=205时，温度Yx为多少？

b.数字滤波:

定义：就是通过一定的计算程序减少干扰信号在有用信号中的比重。

优点： (1)由于数字滤波是用程序实现的，因而不需要增加硬件设备，很容易实现。同时，多个输入通道还可以共用一个滤波程序。

(2)由于数字滤波不需要硬件设备，因而可靠性高,稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等问题。

(3)数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波器在低频段滤波难以取得好的滤波效果。

(4)通过改写数字滤波程序，可以实现不同的滤波方法或调整滤波参数，它比改变模拟滤波器的硬件方便得多。

数字滤波包括：

(1)、程序判断滤波

(2)、中值滤波

(3)、算术平均滤波

(4)、加权算数平均值滤波

(5)、移动算术平均值滤波

(6)、惯性滤波

(7)、复合滤波

c.干扰

作用途径：

1．传导耦合

2．静电耦合

3．电磁耦合

4．公共阻抗耦合

作用形式：共模干扰，串模干扰