计算机控制技术 西电版第6章计算机控制系统的控制规律ppt课件
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主题二：传感器与执行器
传感器的作用和种类
探索传感器的工作原理和不同应 用领域，了解它们在自动化系统 中的重要性。
执行器的作用和种类
学习执行器的工作方式和不同类 型，了解它们在实际机械系统中 的应用。
传感器与执行器的应用
深入研究传感器与执行器在实际 工程中的具体应用案例，探索其 优势和限制。
主题三：控制系统的设计与实施
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
《计算机控制技术》PPT 课件
欢迎来到《计算机控制技术》课程的世界！本课程将向您介绍计算机控制系 统的基础知识、传感器与执行器的应用、以及控制系统的设计与实施。让我 们一起探索这个令人着迷的领域吧！
课程内容概述
主题一：控制系统基础知识
深入了解控制系统的定义、组成和分类，以及控制系统的性能指标。
主题二：传感器与执行器
探索各种传感器和执行器的作用、种类，以及它们在实际应用中的重要性。
主题三：控制系统的设计与实施
学习控制系统设计的步骤、实施的关键要点，以及如何进行调试与优化。
课程目标和重要性
1 深入理解控制系统
通过学习本课程，您将全 面了解计算机控制系统的 概念和原理。
2 掌握传感器与执行器
的应用
学习不同传感器和执行器 的使用方式，为实际工程 提供解决方案。
3 控制系统的设计与实
施能力
掌握控制系统的设计步骤 和调试方法，提高工程实 施的效率和质量。
主题一：控制系统基础知识
1
什么是控制系统
了解控制系统的概念和功能，探索其在自动化领域中的应用。
2
控制系统的组成和分类
学习控制系统的结构和分类方式，了解不同类型的系统。
3
控制系统的性能指标
计算机控制系统常用的控制规律幻灯片PPT
➢串级控制系统调节器的选型
❖副调节器的任务是要快速动作以迅速抵消落在副环内的扰 动，而且副参数一般并不要求无差，所以一般都选P调节器， 也可采用PD调节器。 ❖主调节器都必须具有积分作用，一般都采用PI调节器。
§4-3 前馈控制
前馈控制：即当干扰一出现，前馈控制器就直接根据所测得 的干扰大小和方向，按一定规律去控制，以抵消干扰对被控参 数的影响。 ➢例：热交换器前馈控制
➢前馈-反馈控制控制系统结构框图如图所示
C ( s ) V ( s ) G D ( s ) V ( s ) G M ( s ) G ( s ) C ( s ) G B ( s ) G ( s )
简化得： C (s)G D (s)G M (s)G (s) V(s) 1G B(s)G (s)
完全补偿的条件是：C(s)V(s)0即
r （ 2 k ） = K p 1 e （ 1 k ） e 1 ( k 1 ) K i 1 e （ 1 k ） + K d 1 e （ 1 k ） 2 e 1 ( k 1 ) e 1 ( k 2 )
► 计算主调节器的位置输出 r（2 k）
r （ 2 k ） = r （ 2k 1 ） + r （ 2 k ）
整理得:
m ( k ) a 1 m ( k 1 ) a 2 V ( k f ) a 3 V ( k 1 f )
k
=Kpe(k)Ki e(j)Kd(e(k)e(k1)) j0
u(k)——第k次采样时计算机输出值
位置式 PID控制系统算法程序框 图如图所示。
计算机输出u(k)与执行机构的实 际位置一一对应， u(k)的大幅度
变化将引起执行机构位置的大幅 度变化。
位置式PID的输出不仅与本次偏 差有关，而且与历次测量偏差有 关，计算时要对误差累加，计算 机运算工作量大。
❖副调节器的任务是要快速动作以迅速抵消落在副环内的扰 动，而且副参数一般并不要求无差，所以一般都选P调节器， 也可采用PD调节器。 ❖主调节器都必须具有积分作用，一般都采用PI调节器。
§4-3 前馈控制
前馈控制：即当干扰一出现，前馈控制器就直接根据所测得 的干扰大小和方向，按一定规律去控制，以抵消干扰对被控参 数的影响。 ➢例：热交换器前馈控制
➢前馈-反馈控制控制系统结构框图如图所示
C ( s ) V ( s ) G D ( s ) V ( s ) G M ( s ) G ( s ) C ( s ) G B ( s ) G ( s )
简化得： C (s)G D (s)G M (s)G (s) V(s) 1G B(s)G (s)
完全补偿的条件是：C(s)V(s)0即
r （ 2 k ） = K p 1 e （ 1 k ） e 1 ( k 1 ) K i 1 e （ 1 k ） + K d 1 e （ 1 k ） 2 e 1 ( k 1 ) e 1 ( k 2 )
► 计算主调节器的位置输出 r（2 k）
r （ 2 k ） = r （ 2k 1 ） + r （ 2 k ）
整理得:
m ( k ) a 1 m ( k 1 ) a 2 V ( k f ) a 3 V ( k 1 f )
k
=Kpe(k)Ki e(j)Kd(e(k)e(k1)) j0
u(k)——第k次采样时计算机输出值
位置式 PID控制系统算法程序框 图如图所示。
计算机输出u(k)与执行机构的实 际位置一一对应， u(k)的大幅度
变化将引起执行机构位置的大幅 度变化。
位置式PID的输出不仅与本次偏 差有关，而且与历次测量偏差有 关，计算时要对误差累加，计算 机运算工作量大。
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt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。
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。
计算机控制课件ppt
控制算法
线性控制算法
线性控制算法是指对线性系统进行控制的算法，如PID控制算 法等。线性控制算法具有简单、稳定、易于实现等优点，但 只能对线性系统进行控制。
非线性控制算法
非线性控制算法是指对非线性系统进行控制的算法，如模糊 控制算法、神经网络控制算法等。非线性控制算法能够处理 非线性系统的复杂性和不确定性，但实现难度较大。
网络化与远程控制技术的发展
总结词
随着互联网和通信技术的进步，网络化与远程控制技术为计算机控制带来了新的发展机遇和挑战，使 得控制系统的范围和灵活性得到了极大的扩展。
详细描述
通过网络化技术，计算机控制系统可以实现远程监控和控制，使得管理人员可以在任何时间、任何地 点对设备进行管理和调度。同时，通过网络传输数据，可以实现大量数据的快速处理和实时反馈，提 高了控制系统的响应速度和准确性。
输入设备
将外部信号转换成计算 机可以识别的信息，如 传感器、键盘、鼠标等
。
输出设备
将计算机处理后的信息 转换成外部信号，如显 示器、打印机、音响等
。
存储器
用于存储程序和数据， 分为内存和外存。
软件组成
系统软件
操作系统、编译器、数据 库管理系统等，用于管理 和控制计算机硬件和软件 资源。
应用软件
针对特定领域或特定任务 开发的软件，如办公软件 、图像处理软件等。
05
计算机控制技术的发展趋势与挑 战
人工智能与机器学习在计算机控制中的应用
总结词
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，它们在计算机控制领域的应用越来越广泛，为控制系统带来了更高的 智能化水平和自适应性。
详细描述
人工智能和机器学习技术可以帮助计算机控制系统进行数据分析和模式识别，实现更加精准和智能的控制。通过 训练和学习，系统能够根据历史数据和实时反馈，自主调整控制参数和策略，以适应不同的环境和工况变化。
计算机控制技术PPT课件
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17
机械自动化学院
4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行 的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制 系统不是连续控制的，而是离散控制的。
5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。 计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。
6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散 控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管 理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。
对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决 定将要采取的控制行为。
实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
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机械自动化学院
（2）在线方式和离线方式 ★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机
控制的方式。 ★ 离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机
键盘（功能键和数字键）
.
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机械自动化学院
软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
编编连辑译接程程、序序装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
控制程序
数据采集及处理程序
数据可靠性检查程序 A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
数据采集程序
巡回检测程序
.
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机械自动化学院
1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。
缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
.
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机械自动化学院
2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）
《计算机控制技术》PPT课件
生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
9
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1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )
1 s s( 1) a
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工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
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罝尵絿蜅揅鼻魮歮懷 瀳鎮殻梨姁佁垍缮鲟 铢闅罛槢醑鳟蜂戚运 庉裻怰鷲脆闞褠轛煿 闔蘹揙幵梁氌熽柕櫱 漞巈蚴禿孰挅要临曹 111111111 玌瘽錙聒抚巖诠唜璶 看看 閎飛憴氍沓壘蠰錏砙 慅叻乎糔袙顯隂鵑肱
17
18
痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋
优选计算机控制技术西电版PPT计算机控制系统的控制规律
1 (z)
1
1 D(z)HG(z)
(6-14)
由式(6-13)和式(6-14)可得出最少拍随动系统的数字控制器为
D(z)
(z)
HG(z)1 (z)
(z)
Ge (z)HG(z)
(6-15)
或
D(z) (z) 1 Ge (z)
Ge (z)HG(z) Ge (z)HG(z)
(6-16)
在一般的自动控制系统中， 有3种典型输入形式。
(1) 单位阶跃输入:
R(t) u(t) 1,
R(z)
1
1 z
1
(6-17)
(2) 单位速度输入:
R(t) t,
R(z) Tz 1 1 z 1 2
(T为采样周期)
(6-18)
(3) 单位加速度输入:
R(t)
1 2
t2, R(z)
T
2 z 1(1 z 1) 2 1 z 1 3
(T为采样周期)
(6-19)
由式(6-17)、 式(6-18)和式(6-19)可得出调节器输入共同 的Z变换形式
R(z) A(z) 1 z 1 m
(6-20)
将式(6-20) 代入式(6-14)得
E(z) R(z)Ge (z)
A(z) 1 z 1
m
Ge (z)
为使E(z)有尽可能少的有限项，要选择适当的Ge(z)。利用Z
s
2
(s
2)
4 4eTs
Z
s
2
(s
2)
Z
s
2
(s
2)
Z
2 s2
1 s
s
1
2
Z
eTs
2 s2
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》课件计算机控制技术是一门研究计算机在控制系统中应用的学科，其研究内容主要包括计算机控制系统的设计、优化和应用等方面。
随着计算机技术的不断发展和应用，计算机控制技术已成为现代工业控制领域中不可或缺的关键技术之一。
一、计算机控制技术的发展概述随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也得以快速发展。
从早期的计算机控制系统，如总线控制技术、时分多路复用控制技术，到现代智能化控制系统，如模糊控制技术、神经网络控制技术、遗传算法控制技术等，计算机控制技术在工业控制领域中起到了举足轻重的作用。
二、计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的基本组成包括三个部分：计算机控制器、执行机构和控制对象。
其中，计算机控制器主要由计算机、I/O设备和接口电路组成；执行机构包括驱动器、电机、气动元件等；控制对象则是需要进行控制的物理过程或系统，如机械、化工、电力等。
三、计算机控制系统中常用的控制算法1. 比例积分微分控制算法（PID）PID控制算法是计算机控制系统中最常用的控制算法之一，其根据当前误差、误差变化率和误差积分值计算控制量，以达到控制系统的稳定性和响应速度等要求。
2. 模糊控制算法模糊控制算法是一种智能化控制算法，其根据模糊推理技术将模糊的输入变量转化为精确的输出变量，以实现对控制对象的精准控制。
3. 神经网络控制算法神经网络控制算法是一种基于神经网络技术的控制算法，其利用神经网络模拟人类大脑的工作方式，以实现对控制对象的自适应控制和非线性控制。
四、计算机控制技术在工业领域中的应用案例1. 汽车制造在汽车制造领域，计算机控制技术主要应用于机器人控制、汽车零部件生产线控制和汽车整车生产过程控制等方面。
通过计算机控制系统的精准控制，汽车制造企业可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量和稳定性。
2. 机床制造在机床制造领域，计算机控制技术主要应用于数控机床和智能化机床控制方面。
通过计算机控制系统的精准控制，机床制造企业可以实现对机床加工过程的自动化和智能化控制，提高加工精度和生产效率。
计算机控制技术 西电版PPT第6章计算机控制系统的控制规律(1)
1. 比例(P)控制器 比例控制是数字控制中最简单的一种控制方法，实质上是一个具有 可调增益的放大器。其特点是控制器的输出与控制偏差e成线性比例关系。 比例系数KP 的大小决定了比例控制器控制的快慢程度， KP大控制器控 制的速度快，但KP 过大会使控制系统出现超调或振荡现象。 KP 小控制 器调节的速度慢，但KP 过小又起不到控制作用。 2. 比例积分(PI)控制器 比例控制器的主要缺点是存在无法消除的静差值，影响了控制精度。 为了消除静差值，在比例控制器的基础上加入一个积分控制器构成比例 积分PI控制器。这可以提高系统的性能，以消除或减小系统的稳态误差， 改善系统的稳态性能。 3. 比例微分(PD)控制器 PD控制器中的微分控制规律，能反应输入信号的变化趋势，产生有 效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性， 因此PD控制器有助于改善系统的动态性能。
增量式PID算法只需保持包括当前时刻在内的三个时刻的误差即 可。它与位置式PID相比，有下列优点：
（1）位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用 到过去误差的累加值，因此，容易产生较大的累积计算误差。而增 量式PID只需计算增量，计算误差或精度不足时对控制量的计算影响 较小。 （2）控制从手动切换到自动时，位置式PID算法必须先将计算机的 输出值置为原始阀门开度，即U(k-1)，才能保证无冲击切换。若采用 增量算法，与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换。 （3）位置式PID算法的控制输出是u(i)，与执行机构的位置一一对应， 若计算机发生故障造成u(i)=0，则将引起执行机构位置的大幅度变化， 这是我们所不希望的。增量算法只输出本次控制量的增量，当计算 机发生故障造成 Δu(i)=0时，理论上对执行机构无控制作用，对被控 对象的影响较小。
《计算机控制技术》PPT课件
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PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
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7
• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• DCS采用分散控制，集中操作，分级
管理，分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、 集中操作监控级、综合信息管理级，形 成分级分布式控制。
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• （5）现场总线控制系统
•
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3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
第一章 绪论
一.计算机控制系统概论 二.工业控制机的组成结构及特点 三.计算机控制系统的发展概述 •
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1
一 计算机控制系统概论
1.计算机控制系统及其组成 图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控 制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。 偏差 控制量
给定量 + r-
e
u
•
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二.工业控制机的组成结构及特点
计算机控制技术ppt课件
监控 计算机
网间 连接器
分散过程控制级
现场 控制站
PLC
智能 调节器
其他测控 装置
DCS结构示意图
分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系 统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成 分级分布式控制。
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计算机控制技术
5．现场总线控制系统 现场总线控制系统(Fieldbus Control System简称FCS)。
(b)SCC+DDC系统
监督控制系统的两种结构形式框图
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计算机控制技术
4．集散控制系统 集散控制系统(Distributed Contro1 System简称DCS)
综合信息管理级
管理 计算机
局部网络 （LAN）
网间 连接器
第1章 绪论
至其它局域网
集中操作监控级 工程师 操作站
操作员 操作站
控制网
要采取的控制策略。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
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计算机控制技术
第1章 绪论
(2)在线方式和离线方式
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，反之称为离线方式。
(3)实时的含义
实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外 来事件做出反应的特性。
计算机 控制网 现场总线I/O
网Байду номын сангаас H2
H1 点到点型
H1 带接点总线型
H1 H1
H1
接线盒
H1
菊花链型
FCS 结构示意图
第1章 绪论
树型
FCS的结构模式为：“工作站—现场总线智能仪表”二层结构 。
计算机控制技术第6章 数字程序控制技术PPT课件
已知a、b、c、d坐标，如何确定各坐标值之间的中间值?
y
d 插补计算的原则：通过给定的
c
基点坐标，以一定的速度连续
定出一系列中间点，使得中间
b x
1、 直线ab、直线bc、直线cd
2、 直线ab、直线bc、弧cd
点的坐标值以一定的精度逼近 给定的线段。
为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的是
直线插补和二次曲线插补两种形式。
坐标原点，直线段终点坐标(xe,ye)是已知的。点m(xm,ym) 为 加 工 点 ( 动 点 ) ， 若 点 m 在 直 线 段 OA 上 ，
xm/ym=xe/ye 即 ： ym*xe-xm*ye=0 定义直线插补的偏差判别式为:Fm＝ymxe-xmye 若Fm＝0，表明点m在OA直线段上； 若Fm＞0，表明点m在OA直线段的上方，即点m´处； 若Fm＜0，表明点m在OA直线段的下方，即点m＂处。
6.2 逐点比较法插补原理
刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值 进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给 定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。
逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线 的，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一 个脉冲当量，因此只要把脉冲当量(每走一步的距离 即步长)取得足够小，就可达到加工精度的要求。
插值或插补：求给定点中间值的数值计算方法 直线插补：在给定的两个基点之间用一条近似直线来 逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于 一条直线，并不是真正的直线。 二次曲线插补：在给定的两个基点之间用一条近似曲 线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲 线的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲 线等。
(3)插补计算过程
计算机控制技术PPT 第6章
共模干扰可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值 达几伏甚至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计 算机等设备的接地情况。
6.2 硬件抗干扰技术
串模干扰的抑制 对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号
Us串联。抑制串模干扰的方法：抑制串模干扰主要从干扰 信号与工作信号的不同特性入手，针对不同情况采取相应 的措施。
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中 的波反射或者把它抑制到最低限度。
1）波阻抗RP的求解：为了进行阻抗匹配，必须事先知道 传输线的波阻抗RP，波阻抗的测量如图所示。图中的信号 传输线为双绞线，在传输线始端通过与非门加入标准信号 ，用示波器观察门A的输出波形，调节传输线终端的可变 电阻R，当门A输出的波形不畸变时，即是传输线的波阻 抗与终端阻抗完全匹配，反射波完全消失，这时的R值就 是该传输线的波阻抗，即RP＝R。
6.3 软件抗干扰技术
常用的软件抗干扰技术有软件陷阱、时间冗余、指令
冗余、空间冗余、容错技术、设置特征标志和软件数字滤 波等。
8
第8章 工业通讯技术和工业网络
12
ห้องสมุดไป่ตู้
第9章 计算机控制系统的设计与集成
8
合计
72
第6章 计算机控制系统的抗干扰技术
6.1工业现场的干扰及对系统的影响 6.2硬件抗干扰技术
串模干扰的抑制 共模干扰的抑制 长线传输干扰的抑制
6.3 软件抗干扰技术
软件出错对系统的危害 数字滤波方法 输入/输出软件抗干扰措施 软件冗余技术 程序运行失常的软件抗干扰
所示为在模拟量输入通道中引入的一个无源二级阻容低通 滤波器，但它的缺点是对有用信号也会有较大的衰减。 为了把增益与频率特性结合起来，对于小信号可以采取 以反馈放大器为基础的有源滤波器，它不仅可以达到滤 波效果，而且能够提高信号的增益，如图 b)所示。
6.2 硬件抗干扰技术
串模干扰的抑制 对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号
Us串联。抑制串模干扰的方法：抑制串模干扰主要从干扰 信号与工作信号的不同特性入手，针对不同情况采取相应 的措施。
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中 的波反射或者把它抑制到最低限度。
1）波阻抗RP的求解：为了进行阻抗匹配，必须事先知道 传输线的波阻抗RP，波阻抗的测量如图所示。图中的信号 传输线为双绞线，在传输线始端通过与非门加入标准信号 ，用示波器观察门A的输出波形，调节传输线终端的可变 电阻R，当门A输出的波形不畸变时，即是传输线的波阻 抗与终端阻抗完全匹配，反射波完全消失，这时的R值就 是该传输线的波阻抗，即RP＝R。
6.3 软件抗干扰技术
常用的软件抗干扰技术有软件陷阱、时间冗余、指令
冗余、空间冗余、容错技术、设置特征标志和软件数字滤 波等。
8
第8章 工业通讯技术和工业网络
12
ห้องสมุดไป่ตู้
第9章 计算机控制系统的设计与集成
8
合计
72
第6章 计算机控制系统的抗干扰技术
6.1工业现场的干扰及对系统的影响 6.2硬件抗干扰技术
串模干扰的抑制 共模干扰的抑制 长线传输干扰的抑制
6.3 软件抗干扰技术
软件出错对系统的危害 数字滤波方法 输入/输出软件抗干扰措施 软件冗余技术 程序运行失常的软件抗干扰
所示为在模拟量输入通道中引入的一个无源二级阻容低通 滤波器，但它的缺点是对有用信号也会有较大的衰减。 为了把增益与频率特性结合起来，对于小信号可以采取 以反馈放大器为基础的有源滤波器，它不仅可以达到滤 波效果，而且能够提高信号的增益，如图 b)所示。
计算机控制系统的控制规律
3
集成化
计算机控制系统正朝着集成化的方向发展，实现 多系统、多功能的集成，提高系统的整体性能。
技术挑战
实时性
计算机控制系统需要保证实时性，即能够及时响应外 部输入并作出相应的控制决策。
稳定性
系统需要保持稳定，避免因为各种干扰导致系统崩溃 或性能下降。
安全性
随着网络化的普及，计算机控制系统的安全性问题日 益突出，需要采取各种措施保证系统的安全。
市场挑战
竞争激烈
计算机控制系统市场竞争激烈，需要不断提高产 品质量和服务水平才能保持竞争优势。
客户需求多样化
不同客户对计算机控制系统的需求各不相同，需 要针对不同需求进行定制化开发。
技术更新换代快
计算机控制技术更新换代速度快，需要不断跟进 新技术并进行创新才能保持市场领先地位。
THANKS
感谢观看
航空电子系统
计算机控制系统在航空电子系统 中实现信号处理、导航、通信等 功能，提高飞行安全和航空电子 设备的性能。
智能家居领域的应用
智能照明系统
01
通过计算机控制系统实现灯光的自动调节和场景设置，提高居
住舒适度和节能效果。
智能安防系统
02
利用计算机控制系统监测家庭安全状况，实现入侵报警、火灾
预警等功能。
特点
计算机控制系统具有高精度、高速度、高可靠性、强适应性、易于实现复杂控 制规律等优点。同时，由于计算机的广泛应用和技术的不断发展，计算机控制 系统的应用领域也在不断扩展。
控制规律在计算机控制系统中的重要性
• 控制规律是实现计算机控制的基础：控制规律是描述被控对象动态特性和控制 目标之间关系的数学模型，是实现计算机控制的基础。只有建立了正确的控制 规律，才能实现对被控对象的精确控制。
计算机控制技术课件
智能控制算法
CHAPTER
05
计算机控制系统的应用实例
总结词
工业自动化控制系统是计算机控制技术的重要应用领域，通过自动化控制实现生产过程的优化和效率提升。
详细描述
工业自动化控制系统利用计算机技术实现对生产过程的实时监控、数据采集、数据处理和自动控制，提高了生产效率、降低了能耗和减少了人工干预，广泛应用于制造业、化工、电力等工业领域。
数学模型建立
根据系统需求，建立被控对象的数学模型，包括传递函数、状态方程等。
仿真与验证
通过仿真实验验证数学模型的正确性和有效性，为控制算法设计提供基础。
如PID控制、根轨迹法等，用于分析和设计线性控制系统。
经典控制算法
如状态反馈控制、最优控制等，用于处理多变量、非线性系统。
现代控制算法
如模糊控制、神经网络控制等，用于解决复杂、不确定系统的控制问题。
总结词
智能家居控制系统通过计算机控制技术实现家居设备的智能化管理和控制，提高居住的舒适性和便捷性。
详细描述
智能家居控制系统能够实现对灯光、空调、门窗、安防等家居设备的远程控制和自动化管理，提供个性化、智能化的居住环境，提升居住体验和生活品质。
交通信号控制系统利用计算机控制技术实现交通信号的智能化管理和优化，提高道路通行效率和交通安全。
总结词
交通信号控制系统能够实时监测交通流量、车速、事故等信息，自动调整信号灯的时长和配时方案，减少交通拥堵和事故风险，提高道路通行效率和交通安全水平。
详细描述
CHAPTER
06
计算机控制技术的发展趋势与展望
a Madкор提议一步一步 h. 加之 & older H.h. other words.
开环控制系统的典型应用包括电机调速系统、步进电机控制系统等。
CHAPTER
05
计算机控制系统的应用实例
总结词
工业自动化控制系统是计算机控制技术的重要应用领域，通过自动化控制实现生产过程的优化和效率提升。
详细描述
工业自动化控制系统利用计算机技术实现对生产过程的实时监控、数据采集、数据处理和自动控制，提高了生产效率、降低了能耗和减少了人工干预，广泛应用于制造业、化工、电力等工业领域。
数学模型建立
根据系统需求，建立被控对象的数学模型，包括传递函数、状态方程等。
仿真与验证
通过仿真实验验证数学模型的正确性和有效性，为控制算法设计提供基础。
如PID控制、根轨迹法等，用于分析和设计线性控制系统。
经典控制算法
如状态反馈控制、最优控制等，用于处理多变量、非线性系统。
现代控制算法
如模糊控制、神经网络控制等，用于解决复杂、不确定系统的控制问题。
总结词
智能家居控制系统通过计算机控制技术实现家居设备的智能化管理和控制，提高居住的舒适性和便捷性。
详细描述
智能家居控制系统能够实现对灯光、空调、门窗、安防等家居设备的远程控制和自动化管理，提供个性化、智能化的居住环境，提升居住体验和生活品质。
交通信号控制系统利用计算机控制技术实现交通信号的智能化管理和优化，提高道路通行效率和交通安全。
总结词
交通信号控制系统能够实时监测交通流量、车速、事故等信息，自动调整信号灯的时长和配时方案，减少交通拥堵和事故风险，提高道路通行效率和交通安全水平。
详细描述
CHAPTER
06
计算机控制技术的发展趋势与展望
a Madкор提议一步一步 h. 加之 & older H.h. other words.
开环控制系统的典型应用包括电机调速系统、步进电机控制系统等。
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T0.5s
第6章 计算机控制系统的控制规律
在单位速度输入下，由表6-4查得 Ge(z)=(1－z－1)2
所以，由式(6-16)可写出数字控制器的脉冲传递函数为
D (z )1 G e ( z ) 5 .41 3 0 .5 z 5 11 0 .3z 6 1 8 G e ( z ) H ( z )G1 z 11 0 .0z 7 118
(1) 单位阶跃输入:
R(t)u(t)1,
R(z)
1 1 z1
(6-17)
(2) 单位速度输入:
R(t) t,
R(z) Tz1 1 z1 2
(T为采样周期)
(6-18)
(3) 单位加速度输入:
第6章 计算机控制系统的控制规律
R(t)
1 2
t
2
,
R(z)
T2z1(1z1) 21z1 3
(T为采样周期)
第6章 计算机控制系统的控制规律
图6.8 数字控制系统结构框图
D(z)——数字控制器； G0(s)——控制对象传递函数； R(z)——输入信号的Z变换；
Gh(s)——保持器(本书用零阶保持器)； Φ(z)——系统闭环脉冲传递函数； Y(z)——输出信号的Z变换。
第6章 计算机控制系统的控制规律
设计步骤： (1) 根据控制系统的性能指标要求和其他约束条件， 确
变换的终值定理，稳态误差为
lim e(kT ) lim(1 z1E(z)k z1
lim(1
z1
z
1 )Gee (
z)
R(
z)
lim(1
z1
z
1
)
(1
A( z ) z1)m
Ge (z)
上式表明，使e(kT)为零的条件是Ge(z)中包含(1-z-1)m的因子。 例如选择
Ge(z)=(1－z－1)MF(z) (M≥m)
(6-11)
第6章 计算机控制系统的控制规律
由式(6-11)可得数字控制器的脉冲传递函数
(z)
(z)
D (z)H(zG )G e(z)H(zG )1 (z)
(6-12)
(4) 实现D(z)，编写控制算法。 实现D(z)即根据D(z)求取控制算法的递推计算公式u(k)， 并编写程序求u(k)。
第6章 计算机控制系统的控制规律
1 2 T z 1 12 z 1 1 z 1 1 e 1 2 T z 1 z 1 1 2 T z 1 12 z 1 1 z 1 1 e 1 2 T z 1
1z112Tz 1 z12
1
1
1z11e2Tz1
0.36z8 110.07z118 1z110.36z8 1
6.4.1 最少拍无差系统的设计
1. 最少拍系统的脉冲传递函数 典型的最少拍随动系统如图6.9所示。
图6.9 最小拍随动系统结构框图
第6章 计算机控制系统的控制规律
由数字控制系统理论可知，其闭环脉冲传递函数为
(z) D(z)HG(z)
1D(z)HG(z)
最少拍随动系统的误差传递函数为
(6-13)
G e(z)E R((zz))1(z)1D(z1 )H(G z) (6-14)
第6章 计算机控制系统的控制规律
6.4 数字控制器的直接设计方法
模拟化设计方法的主要缺点是采样周期的值不能取得 过大，否则会使系统性能变差。而直接数字化设计方法就 克服了这个缺点，它一开始就把系统看成是纯离散系统， 然后按一定的设计准则，以Z变换为工具，以脉冲传递函数 为数学模型，直接设计满足指标要求的数字控制器D(z)。
表6-4 3种典型输入的最少拍系统
第6章 计算机控制系统的控制规律
2. 最少拍系统数字控制器的设计方法 最少拍系统数字控制器的设计，就是根据式(6-16)求出
其脉冲传递函数D(z)， 其中，误差传递函数Ge(z)可根据输 入函数的形式由表6-4查出，广义对象脉冲传递函数HG(z)则 需要根据被控对象的实际数学模型，由Z变换公式求出，然 后代入式(6-16)即可。
定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。 (2) 求广义对象(零阶保持器和对象)的脉冲传递函数
HG(z), H(zG ) Z 1seTsG 0(s) (1z1)Z 1 sG 0(s) (6-10)
(3) 求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。由图6.8可得
系统闭环脉冲传递函数为
(z) HG (z)D(z) 1HG (z)D(z)
由式(6-13)和式(6-14)可得出最少拍随动系统的数字控制器为
(z)
(z)
D (z)H(G z)1(z)G e(z)H(G z) (6-15)
或
D(z) (z) 1Ge(z)
Ge(z)H(G z) Ge(z)H(G z)
(6-16)
第6章 计算机控制系统的控制规律
在一般的自动控制系统中， 有3种典型输入形式。
(6-19)
由式(6-17)、 式(6-18)和式(6-19)可得出调节器输入共同 的Z变换形式
R(z)
A(z) 1 z1
m
(6-20)
第6章 计算机控制系统的控制规律
将式(6-20) 代入式(6-14)得
A (z)
E(z)R(z)G e(z)1z1mG e(z)
为使E(z)有尽可能少的有限项，要选择适当的Ge(z)。利用Z
【例6-1】 设最少拍系统如前图6.9所示。被控对象的传递 函数为 G(s) 2 ，采样周期T=0.5s，试设计一个在单
s(0.5s1)
位速度输入时的最少拍数字控制器D(z)。
第6章 计算机控制系统的控制规律
解： 根据前图可写出该系统的广义对象脉冲传递函数为
H(zG )Z 1 s e Tss(0 .5 2 s 1 ) Z (1 e T)ss2(s 4 2 ) Z s 2 ( s 4 2 ) Z s 2 4 ( e s T 2 ) s Z s 2 2 1 s s 1 2 Z e T s s 2 2 1 s s 1 2
(6-21)
第6章 计算机控制系统的控制规律
当选择M=m，且F(z)=1时，不仅可以简化数字控制器，降 低阶数，而且还可以使E(z)的项数最少，因而调节时间ts最短。 F(z)=1 的意义是使Φ(z)的全部极点均位于Z平面的原点。据此 对于不同的输入，可以选择不同的误差传递函数Ge(z)，详见 表6-4，实现最少拍无差系统。