计算机控制系统 5复习课件
计算机控制系统PPT_1
生产过程和计算机直接连接,并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式;
生产过程不和计算机相连,且不受计算机控制, 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。
②实时:指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的 速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时 机,控制也就失去了意义。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入数字量输出I/O 通道传感器及 变送器工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
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计算机控制系统的组成框图
第一章 绪 论
15
—计算机控制系统—
从本质上看,计算机控制系统的作用如下三个方面: ①实时数据采集:对来自测量变送装置的被控量
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第一章 绪 论
36
—计算机控制系统—
1-2-5 计算机控制系统的分类
现场总线控制系统 工作站 — 现场智能仪表-智能电磁流量计
结构模式为:“工作 站一现场总线智能仪 表”二层结构,降低 了成本,提高了可靠 性,并且在统一国际 标准下可实现真正的 开放式互连系统结构。
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第一章 绪 论
25
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点(7)
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t<T, k=0, ±1,
计算机控制系统复习资料(精简版 列出重点知识点)
第一章概论,讲述计算机控制系统的发展过程;计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义;计算机控制系统的组成及工作原理;计算机控制的特点、优点和问题;与模拟控制系统的不同之处;计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。
1.计算机控制系统与连续模拟系统类似,主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。
2.计算机系统主要包括:.A/D转换器,将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号,送入计算机;.D/A转换器,将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件;.数字计算机(包括硬件及相应软件),实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理,按给定的算法程序产生相应的控制指令。
3.计算机控制系统的控制过程可以归结为:.实时数据采集,即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入;.实时决策,即计算机按给定算法,依采集的信息进行控制行为的决策,生成控制指令;.实时控制,即D/A变换器根据决策结果,适时地向被控对象输出控制信号。
4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
5.自动控制,是在没有人直接参与的情况下,通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制(DDC)3)监督控制(SCC)4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制(PID)3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分:CPU,存储器(RAM,ROM,EPROM,FLASH-ROM,EEPROM以及磁盘等),时钟,中断,译码,总线驱动等。
输入输出接口部分:各种信号(模拟量,开关量,脉冲量等)的锁存、转换、滤波,调理和接线,以及串行通讯等。
《计算机控制技术》课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点,能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ,显示各种参数和数据,以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据,如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ,包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式,如鼠 标操作、键盘输入等,方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统,通过检测系统输出结果,将检测结 果反馈给输入端,与输入信号进行比较,根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出,提高控制精度和稳定性,但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数,使系统能够自动适应环境变化和不确定性, 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统,使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制系统(复习大纲)
OK1.计算机控制系统定义、硬件组成、各部分作用、分类及英文简称。
定义:计算机控制系统又称数字控制系统是计算机参与控制的自动控制系统,即用计算机代替模拟控制装置,对被控制对象进行调解和控制。
硬件组成:主机,输入输出通道、外部设备。
作用:略。
分类及英文简称:直接控制系统(DDC)、监督计算机控制(SCC)、分布式控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS)、操作指导系统。
2.画出计算机控制系统的典型结构图并说明工作过程。
P12(图1-9)。
工作过程:检测装置检测当前被控量,计算机启动A/D转换,读转换结果并与给定值比较获得偏差,通过控制量,D/A转换后给执行机构,不断反馈,达到控制被控量的目的。
3.简述计算机控制系统控制过程的三个步骤。
1.实时数据采集对被控量进行采样测量形成反馈信号。
2.实时控制计算根据反馈信号和给定信号按一定的控制规律计算出控制量。
3.实时控制输出向向执行机构发出控制信号实施控制作用。
4.实时、在线方式和离线方式的含义。
1.实时:是指在规定的时间内完成规定的任务。
2.在线方式:是指控制器在控制系统中直接参与控制或交换信息。
3.离线方式:指控制器在控制系统中不直接参与控制或交换信息,而是通过其他媒介传递信息。
5.什么是采样?将模拟信号转换为数字信号的过程称为采样。
6.简述香农(Shannon)采样定理与采样周期的选择。
1.定义:为了不失真的恢复模拟信号,采样频率不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。
实际应用中,所采取的采样频率往往比2fmax大,通常取f=(5-10)fmax.2.采样周期越小,对系统的控制就越及时,对控制系统的动态性能就越有利,但若选得过小,会增加计算机的计算量,使计算机在规定时间内无法完成计算,不能满足系统实时性的要求,采样周期过大会导致采样与控制的不及时,影响系统的动态品质,甚至导致系统不稳定。
7.数字控制器的设计方法有哪两种?模拟化设计。
离散化设计。
8.数字PID算法是采用哪种方法实现的?模拟化设计。
计算机控制系统 ppt课件
计算机系统
– A/D
– D/A
– 数字计算机
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§1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统工作过程
实时数据采集
对被控量的瞬时值进行检测与输入 周
实时控制决策
而
根据输入量按照控制算法计算输出 复
实时控制输出
始
对执行机构发出控制信号
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§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
实时计反必算应须机和对在控输线制入,信在息线以不足一够定快的实速时度进行处理、
在线
生产过程、设备直接与计算机连接
离线
生产过程、设备不直接与计算机连接
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火炮位置计算机控制系统
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§1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统构成
被控对象: 火炮炮身
执行机构: 直流电机
测量装置: 测量电位计、测速电机
特点:
–系统结构
模拟和数字混合
–工作方式:
计算机可控制多个回路 控制方式采用软件实现
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§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
优点
–易于实现复杂的控制规律 现代适的应控性制强系,灵统活大度多高数采用计算机控制 –性价比高 –控制与管理结合
有利于实现更高层次的自动化
§1.1 计算机控制系统的概念 §1.2计算机控制系统的发展与应用
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4
第一章 绪论
§1.1 计算机控制系统的概念 §1.2计算机控制系统的发展与应用
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5
§1.1 计算机控制系统的概念
《计算机控制系统教学课件》5.传递函数及方框图
T2s 116(来自)振荡环节振荡环节的传递函数为:
G(s)
s2
wn2 2wns
wn2
式中wn———无阻尼自然振荡频率,wn=1/T; z ——阻尼比,0<z<1。
下图所示为单位阶跃函数作用下的响应曲线。
RLC串联电路、弹簧质量 阻尼器串联系统都是二阶 系统。只要满足0<z<1, 则它们都是振荡环节。
G(s) C(s) G1(s) R(s) 1 G1(s) G2 (s)
G1(s) G2(s)
G1(s) G2(s)
C (s) C (s)
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4、分支点移位:
(1)前移
R (s) C (s)
G1(s)
(2)后移
C (s)
R (s)
C (s) G1(s)
C (s) G1(s)
R (s)
G1(s)
C (s) R (s)
6
a0c(n) a1c(n1) anc b0r(m) b1r(m1) bmr
在零初始条件下:
c(0) c(0) c(n1) (0) 0
n个
r(0) r(0) r(m1) (0) 0
m个
拉氏变换:
单输入单输出 线性定常系统
r(t) 输入量 c(t) 输出量
[a0sn a1sn1 an1s an ]C(s) [b0sm b1sm1 bm1s bm]R(s)
17
(六)延滞环节
延滞环节是线性环节, 称为延滞时间(又称死时)。
具有延滞环节的系统叫做延滞系统。
如下图所示,当输入为阶跃信号,输出要隔一定时间 后才出现阶跃信号,在0<1< 内,输出为零。
延滞环节的传递函数为: G(s) es 系统具有延滞环节对系统的稳定性不利,延滞越大,影响越大。
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称C1、C2为旁路电容, 与Z2、Z5等构成去耦滤波器
A ia
Z4
Z2
ib
C2
B
C1
Z1 E
Z5
Z3
图8-13 去耦滤波器
电源线滤波器
共模扼流圈
随着开关电源的广泛 使,电源线滤波器已经 成为不可或缺的器件
差模电容
共模电容
图8-14 电源线滤波器原理
主要作用是解决传导发射问题,对减小设备的辐射发射也十分重要。 问题,
设备干扰: 共模电压 及噪声
计 算 机
电 源
电源干扰: 尖峰、噪声 浪涌 断电
图8-2 计算机控制系统的电磁环境
电磁干扰源有空间干扰、电源干扰、设备干扰等等。 —Hale Waihona Puke 这些干扰分自然干扰和人为干扰两类。
8.1.1 干扰源及其作用形式
★ 人为干扰:由其他装置产生的电磁能量干扰 ▲ 有意发射的干扰源 :如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备 ▲ 无意发射干扰源:如交通工具、架空输电线、照明用具、电动工具、 家用电器和工业、科学、医疗用的射频设备 ★ 自然干扰源 : ▲ 来自设备或系统的内部——内部干扰 由系统的结构、制造工艺等所决定的。主要是分布电容、分布电感引起的 耦合感应,电磁辐射感应,长线传输的波反射,多点接地造成的电位差,甚至 元器件产生的噪声、系统的软件干扰。等等。 ▲ 来自设备或系统的外部——外部干扰 由外界环境因素决定的,与系统结构无关。主要是空间的电与磁带来的。
当ZS1和ZS2越小, ZC1和ZC2越大,且ZC1与ZC2越接近时,共模干扰的影响就越小.
一般情况下,共模干扰电压 Ucm 总是转化成一定的串模干扰 Un 出现在两个输入端之间。
共模抑制比CMRR
共模抑制比CMRR(Common Mode Rejection Ratio) 来表示抑制共模干扰的能力
耦合通道 时间巧合
r<
频率巧合 近场感应 远场辐射
极化巧合 感性耦合 容性耦合
λ 2π
λ r> 2π
敏 干
辐射 (9kHz以上)
感 设 备
扰 源
电源线 互连线 共阻抗
传导 (1GHz以下)
图8-11 电磁干扰三要素
8.2 电磁干扰抑制技术
从硬件的角度讨论电磁干扰抑制技术
8.2.1 滤波
利用滤波器的选择性,使有用信号通过滤波而不受或受到很小的衰减; 同时阻止干扰信号的通过,从而达到抑制和防止干扰的目的。 如:二级阻容低通滤波电路
Us
Zs2
测 量 电 路
B
Zc1 Zc2
Ucm Ucm
(a) 单端对地 图8-5 被测信号的输入方式
(a) 双端不对地
Zs
Us
测 量 电 Zc 路
采用单端对地输入方式,此时 的共模干扰电压将全部成为串 模干扰电压,存在共模干扰的 场合,不能采用此输入方式, 应采用双端不对地输入方式 。
Us
Zs2
Ucm
⑵ 磁屏蔽
★ 高频磁场屏蔽采用低电阻率的良导体材料,利用电磁感应现象在 屏蔽体表面产生的涡流的反磁场来达到屏蔽的目的
涡流 反磁场
金属板 高频磁场
a) b)
图8-19 涡流效应及金属板对磁场的排斥作用
单纯的磁屏蔽不需要接地,但一般磁屏蔽材料既有静电屏蔽的作用, 常常将其接地。
8.2.2 屏蔽
二、电磁屏蔽
75Ω 屏蔽层 输入信号 500μ 500μ 75Ω 模/数 转 换 器
可将50Hz的串模干扰衰减600倍左右!
75Ω
75Ω
图8-12 二级阻容滤波网络
去耦滤波器
如图高速逻辑电路, 导线的电感和电阻形成阻抗 Z2、Z3、Z4、Z5, 在高频时成为噪声的根源,往往使逻辑电路误动作。
→ 接入电容C1、C2可有效防止干扰。
U cm CMRR = 20 lg (dB ) Un
★ 对于单端对地输入,由于Ucm=Un,所以CMRR=0,
→无共模抑制能力。
★ 对于双端不接地输入,由Ucm引入的串模干扰Un越小,CMRR就 越大, → 抗共模干扰能力越强。
常采用仪表放大器提高共模抑制比
8.1 电磁兼容问题
8.1.2 干扰的传播途径
8.1.2 干扰的传播途径
一、传导耦合 2. 通过公共阻抗的耦合
如:公共电源内阻; 其他公共阻抗 。
R0 电路1 U 电路2 R1
图8-7公共电源内阻的耦合
3. 通过公共地阻抗的耦合
如图a) : 设备或单元电 路的电流流经一条公共 地线时在阻抗上产生的 压降,造成各单元对地 电压的互相影响
模拟 系统 数字 系统 模拟 系统 数字 系统
(a) 单端对地
Zs1
A
测 量 电 路
B
Zc1 Zc2
Ucm
(a) 双端不对地
采用双端不对地输入方式 共模干扰电压 Ucm对两个输入端形成两个 电流回路,输入端A和B的共模电压:
UA =
U cm U cm ZC2 Z C1 , U B = Z S2 + ZC2 Z S 1 + Z C1
Us
Zs1
A
图8-3 串模干扰示意图
共模干扰主要由电源的地、放大器的地 以及信号源的地之间的传输线上电压降 造成的。共模干扰对系统的影响是转换 成串模干扰的形式作用的。
被测信号有单端对地输入 和双端不对地输入两种:
Zs1
Us 信号源
干扰源
Ucm
模/数 转 换 器
图8-4 共模干扰示意图
A
Zs
Us
测 量 电 Zc 路
⑴ 静电场感应的防护 ——通过接地良好的导体的静电屏蔽作用,使静电场电力线不能到
达敏感设备。
一、静电屏蔽
导线1为发射导线,导线2为接受导线。
1 C12 V2 C10 V1 C20 V1
~
2 1 C12 2
C10
C20
V2
图8-15 导线1、2间的静电耦合
图8-16 静电耦合等效电路
C12 V2 = V1 C12 + C 20
~
R1 a)
R2 b)
图8-8 公共地线阻抗耦合
8.1.2 干扰的传播途径
二、辐射耦合
辐射耦合是个通过介质以电磁波的形式向周围空间发射。三种主要的耦合 方式 :
天线耦合、导线感应耦合和闭合回路耦合
1. 天线耦合
EH 设备A 设备B
2. 场对导线的耦合
~
图8-9 辐射场对导线的耦合干扰
8.1.2 干扰的传播途径
8.1 电磁兼容问题
电磁干扰产生和形成的条件: 1)干扰源:产生电磁干扰的发射体; 2)耦合通道:传递电磁干扰的途径; 3)敏感设备:被干扰对象的总称。
为了保证装置或系统在工业电磁环境中免受或减少内外电磁干扰, 对应的应从三个方面采取措施 。
电磁干扰的三要素
8.1 电磁兼容问题
抑制干扰的三个措施: 1. 抑制干扰源; 2. 切断电磁干扰的传播途径; 3. 提高装置或系统的抗干扰能力。
干扰信号加在两根输入线上,与大地间相位相反的是差模干扰,与大地 相位相同的是共模干扰。
★ 差模滤波电容接在火线和俩零线之间,对差模干扰起旁路作用。 ★ 共模滤波电容跨接在火线或零线与机壳地之间,对共模电流起旁路 作用。
8.2 电磁干扰抑制技术
8.2.2 屏蔽 屏蔽是在空间区域中进行金属隔离,以控制电场、磁场和电磁波由 一个区域向另一个区域传播。 屏蔽一般可以分为两者类型:静电屏蔽和电磁场屏蔽。 一、静电屏蔽 静电感应可以分为静电场感应作用和静磁场耦合作用
U R = jωMI s
采样磁屏蔽抑制干扰的实质是减小或消除互感M
US
M
iS
UR
当M=0时,干扰电压UR=0
图8-18 磁场耦合等效电路
⑵ 磁屏蔽
★ 低频磁场的磁屏蔽是利用高磁导率材料对磁场的分路作用来实现的。
磁路磁阻
Rm = l μS
屏蔽体的磁导率越高、屏蔽层越厚(即磁路的截面积越大)、磁路长度越短, 则磁阻越小,磁分路作用越明显,因此磁屏蔽效果越好。
8.1.1 干扰源及其作用形式
干扰分类 : ㈠ 从电磁干扰信号的频谱宽度来分类 :宽带干扰源和窄带干扰源 ; ㈡ 从干扰信号的频率范围来分 : 工频和音频(50Hz及其谐波)、甚低频干扰源(30Hz以下)、 载频干扰源(10~300kHz),射频及视频干扰源(300kHz~100GHz) ㈢ 从机理上看,干扰通过不同的耦合方式进入系统后,对系统的作用 形式都可以分为 共模干扰和差模干扰(串模干扰 )。
电磁干扰的两种传播途径:传导传播和辐射传播。 一、传导耦合 传导耦合必需在干扰源和敏感设备之间有完整的电路连接,干扰信 号通过该连接电路传递到敏感设备,产生干扰。传导干扰信号的电路连 接包括导线、设备的导电构件、供电电源、公共阻抗、接地平面等。 1. 通过电源线传导的电磁干扰
电源 电动机
传导干扰
信号电路 图8-6 通过电源线的传导干扰
Zs2
测 量 电 路
B
Zc1 Zc2
⎡ Z C1 ⎤ ZC2 U AB = U A − U B = ⎢ − ⎥U cm Z S 1 + Z C1 Z S 2 + Z C 2 ⎦ ⎣
Ucm
(a) 双端不对地
当 Z S1 = Z S 2 , Z C1 = Z C 2 , → U AB = 0 一般只能做到ZS1接近ZS2 , ZC1接近 ZC2, U AB ≠ 0 → 存在共模干扰电压
干扰措施 干扰源 耦合通道 敏感 设备
也是抑制干扰的三项基本原则 电磁兼容性不等式:
图8-1 电磁干扰的抑制
干扰源强度×传播衰减因子 < 设备抗干扰能力
8.1.1 干扰源及其作用形式