数字控制器的直接设计
13最少拍无差系统设计
1
2
Tz ( 2 z z ) C ( z ) ( z ) R( z ) 1 2 (1 z )
2
Tz 1 ( 2 z 1 z 2 ) C ( z ) ( z ) R( z ) 1 2 (1 z )
C ( z ) 2Tz 3Tz 4Tz
Φ (z)
R(z) r(t) + e*(t) u*(t) G(z) C(z) c(t)
D(z)
E(z) U(z)
H(s)
GC(s)
D( z )G( z ) C(z) ( z ) 系统的误差传递函数Фe(z) R( z ) 1 D( z )G( z )
为：
E ( z ) R( z ) C ( z ) C(z) e (z) 1 1 ( z ) R( z ) R( z ) R( z )
1 z 1
0
e( ) lim 1 z
z 1
1
1 ( z )R( z ) 0
典型输入Z变换的一般形式为：
A( z ) R( z ) (1 z 1 )q
A( z ) 1 ( z ) 0 e( ) lim1 z 1 q z 1 (1 z )
制时，很难满足要求。 此时，往往从被控对象的特性出发，
直接根据采样系统理论设计控制器，
这种方法称为直接设计法。
直接设计法
假定对象本身是离散化模型或者用 离散化模型表示的连续对象，以采 样理论为基础，以Z变换为工具，在 Z域中直接设计出数字调节器D(z)。
数学工具：差分方程、Z变换
由于D(z)是依照稳定性、准确性和快
E( z) e (z) 1 ( z ) R( z )
数字控制器的连续化设计步骤-概述说明以及解释
数字控制器的连续化设计步骤-概述说明以及解释1.引言1.1 概述数字控制器的连续化设计步骤是指将传统的离散控制器转化为连续化控制器的过程。
在数字控制领域，离散控制器常常由于采样时间过长或采样频率过低而导致性能不佳，无法满足实际控制需求。
为了克服这一问题，连续化设计步骤被提出，旨在将离散控制器转化为连续时间域的控制器，从而提高控制系统的动态性能。
在连续化设计步骤中，首先需要对系统进行建模和分析，以获得系统的数学模型。
然后，通过使用连续化设计方法，对离散控制器进行调整和改进。
这个过程包括参数调节和滤波器设计等步骤，以获得更高的控制性能。
通过连续化设计，离散控制器可以更好地适应连续时间域的控制系统，从而提高了系统的响应速度和稳定性。
此外，连续化设计还可以有效地减少系统的抖动和震荡现象，使系统更加平稳。
本文将详细介绍数字控制器的连续化设计步骤。
首先，会对连续化设计的概念和背景进行概述，阐明其在数字控制领域的重要性和意义。
接下来，会详细介绍连续化设计的具体步骤，包括系统建模、参数调节和滤波器设计等内容。
最后，对连续化设计的优点和局限性进行总结，并展望其未来的发展方向。
通过本文对数字控制器的连续化设计步骤的详细介绍，读者将能够深入了解如何将离散控制器转化为连续时间域的控制器，并在实际应用中取得更好的控制效果。
同时，本文还将展示连续化设计在控制领域的巨大潜力，并为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文主要围绕数字控制器的连续化设计步骤展开讨论，分为引言、正文和结论三个主要部分。
引言部分主要对本文的研究背景和意义进行介绍。
首先对数字控制器进行了概述，指出了数字控制器在工业自动化领域的重要性和应用广泛性。
随后介绍了本文的结构，以便读者更好地理解本文的组织框架。
最后明确了本文的目的，即通过对数字控制器的连续化设计步骤进行研究，为相关领域的研究人员提供指导和参考。
正文部分按照步骤进行了详细的介绍。
DDC(直接数字控制器)的介绍
DDC系统介绍何谓DDCDDC(Direct Digital Control)意指「直接数字控制」。
近几年来，它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件等，成为各种建筑环境控制的通用模式。
DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。
所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。
这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。
何谓DDC终端系统一个终端系统是机械系统中用于服务一单独区域的组成部分，例如:一个单独的风机盘管控制器、VAV控制器、热泵控制器…等。
DDC终端是DDC的应用系统。
这是应用于商业建筑的控制工业的新发展，它可提供整个建筑暖通空调系统的运行情况。
DDC终端系统的控制水平信息处理与控制的水平取决于机器设备的形式，如VAV终端，其操作系统通过设置是否需加热或降温的气流温度设定点，根据气流流量和设置最大最小的流量值，操作可设定的工作时间表，假日时间表，允许忽略时间，如装有排气感温棒，还可根据排气温度。
它可监控每个VAV的风扇运行时间和管道加热器工作时间。
其它终端系统也是类似的，但对系统的影响有所不同。
DDC系统的主要优点专门使用的DDC系统具有很多优点，以下列出其中最重要的几点：1. 操作：终端DDC系统是建筑物管理的有力工具，它的操作系统可方便地管理一个或多个岗位，可及时按客户要求或程序要求作出反应，DDC系统允许控制器在操作时间内同时具有其它功能，这一点是区别于传统系统的。
DDC系统可以单个终端获得整个建筑操作的所有信息，这就具有很强的故障诊断能力。
2. 降低费用：一个良好设计的DDC系统可在能源和人力方面降低费用。
由于所有区域都经中心调度和控制可通过能量的转移而使之不会浪费，而且，系统可自动启动或停止机械设备，使其在不必要时不运转。
四 数字控制器直接设计方法
微型计算机控制技术
A( z ) X ( z) (1 z 1 ) m
典型输入的一般表 达式
(m 1, 2,3)
准确性要求：对于某种典型输入，在采样点上无稳态误差：
lim e(n) lim(1 z 1 ) E( z) lim(1 z 1 )[1 ( z] b1e[n ( N M 1)] bM e(n M )
• 数字控制器满足物理上可实现性的条件：
M N
微型计算机控制技术
二、稳定性要求 • 在进行离散系统稳定性分析时，曾得到如下 结论：离散系统的稳定性条件是系统脉冲传 递函数的特征根必须全部在单位圆内，即
1 z Y ( z ) ( z ) R( z ) (2 z 1 z 2 ) (1 z 1 )2
长除法
2 z 2 3z 3 4 z 4
nz n
微型计算机控制技术
第二拍时跟踪上了输入 的变化，稳态误差为零， 实现了完全跟踪。
微型计算机控制技术
采样周期为1s，输入为单位速度函数，试设计最少 拍有波纹系统的数字控制器D(z)。 解：
10 G( s) 1 G ( z ) (1 z ) Z (1 z ) Z 2 s ( s 1) s
1
1 Tz 1 1 1 10(1 z ) 1 2 1 T 1 (1 z ) 1 z 1 e z
• 输入为单位阶跃函数时
1 2 3 4 Y ( z ) (2 z z ) 2 z z z 1 1 z y (0) 0, y (1) 2, y (2) 1, y (3) y (4) 1
1 2
单位阶跃输入，两拍后，输 出完全跟踪输入，但N=1, 超调为100%。
计算机控制基础复习题简答题汇总
复习题汇总1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时（以与为什么强调实时性）：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.计算机控制技术的工作方式有哪几种？答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.4.什么是香农采样定理？香农采样定理:如果模拟信号(包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为fmax,只要按照采样频率f>=2fmax进行采样,那么采样信号就能惟一地复现.5.什么是量化误差？量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程是一个小数归整过程,因而存在量化误差,量化误差为(+_1/2)q.6.什么是积分饱和现象？积分分离算法的工作原理是什么？所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。
此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。
一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。
微型计算机控制系统课件第5章 数字控制器的直接设计技术
2）根据系统的性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环z传递函数φ(z);
3）依据式（5-3）确定数字控制器的传递函数D(z)；
G(z)
Z H 0 ( s)GC
(s)
1 eTs
Z
s
GC
(s)
;
4）由D(z)确定控制算法并编制程序。
D(z) 1 Φ(z) G(z) 1 Φ(z)
数字控制器的直接设计 步骤
i0
i 1
数字控制器的直接设计步骤 最少拍无差系统的设计 达林控制算法
最少拍无差系统的设计
1、最少拍无差系统定义：
在典型的控制输入信号作用下能在最少几个采样周期内达到稳 态静无差的系统。
其闭环z传递函数具有如下形式：
(z) m1z1 m2 z2 m3 z3 mn zn
上式表明：闭环系统的脉冲响应在n个采样周期后变为零，即系统在 n拍后到达稳态。
要保证输出量在采样点上的稳定,G(Z)所有极点应在单位圆内 要保证控制量u 收敛， G(Z)所有零点应在单位圆内
稳定性要求
所谓稳定性要求，指闭环系统的连续物理过程真正稳定，而不仅仅是在采样点上稳定。前面的最少拍系统设 计，闭环Z传递函数φ(z)的全部节点都在z=0处，因此系统输出值在采样时刻的稳定性可以得到保证。但系统在采 样时刻的输出稳定并不能保证连续物理过程的稳定。如果控制器D(z)设计不当，控制量u就可能是发散的，系统 在采样时刻之间的输出值将以振荡形式发散，实际连续过程将是不稳定的。下面以一实例说明。
3.774 16.1z1 46.96z2 130.985z3
稳定性要求
从零时刻起的输出系列为0，1，1，…，表面上看来可一步到达稳态，但控制系列为3.774，16.1，49.96，-130.985，…，故是发散的。事实上，在采样点之间的输出值也是振荡发散的，所 以实际过程是不稳定的，如图所示。
第六章 最少拍控制设计
T 2 z2 3.5T 2 z3 7T 2 z4 11.5T 2z 5
r(kT ) 0 0.5T 2 2T 2 4.5T 2 8T 2 12.5T 2
c(kT ) 0 0
T 2 3.5T 2 7T 2 11.5T 2
c(kT)与r(kT)始终存在偏差
结论：
1、一般地说，为一种典型输入所设计的最少拍系统， 用于阶次较低的输入函数时，系统将出现较大的超调， 同时响应时间也增加，但是还能保持在采样时刻稳态偏 差为0；
pi z1 )(z) (1 zi z1 )
i 1
为了保证D(z)的可实现性，应当在Φ(z)中加入z-r因子
和|zi|≥1(不包括z＝1点)的零点。 23
五、稳定性 (z) D(z)G(z)e (z)
若广义对象G(z)的极点中存在单位圆上(pi=1除外) 和单位圆外的极点时，则系统将是不稳定的。
解决方法：采用增加Φe(z)的零点来实现
24
六、设计原则
1、考虑不同类型输入，选择满足最少拍的Φe(z)的形式 2、考虑D(z)可实现性，Φ(z)应包含z-r因子和G(z)中
|zi|≥1(不包括z＝1点)的零点 3、考虑系统稳定性，Φe(z)应把G(z)中的不稳定极点
|pi|≥1(不包括z＝1点)作为自己的零点。
1 z1 1 0.368z1
（2）因为系统输入信号为单位阶跃信号，则：
e z 1 z 1 z1 2
所以系统脉冲传递函数： z 2z1 z2
（3）数字控制器的脉冲传递函数：
D
z
G
z
z
1
z
1 z1 1 0.368z1 2z1 z2
= 3.679z1 1 0.718z1
由此可见，第二拍起，u(kT)就稳定在a0+a1+a2上， 当系统含有积分环节时， a0+a1+a2 ＝0。
数字控制器的原理
线性二次型调节器
线性二次型调节器是一种常用的状态 空间控制方法，它通过优化系统状态 变量的二次代价函数，设计最优控制 律，实现系统的最优控制。
最优控制
最优控制
最优控制是指在满足一定约束条件下，寻找使某个性能指标达到最优的控制策略。
数字控制器的实时性和稳定性。
低功耗
02
嵌入式系统通常采用低功耗设计，能够延长数字控制器的使用
寿命和降低能耗。
可扩展性
03
嵌入式系统具有可扩展性，可以根据需要增加或减少功能模块，
方便数字控制器的升级和维护。
04
数字控制器的应用
工业自动化
数控机床
数字控制器用于控制机床的加工过程，实现高精 度、高效率的加工。
自动化生产线
数字控制器用于协调生产线上各种设备的运行， 实现生产过程的自动化和智能化。
工业机器人
数字控制器是机器人的大脑，负责控制机器人的 运动轨迹、姿态和操作。
智能家居
智能照明
数字控制器可以控制家里的灯光，实现智能调节、定时开关等功 能。
智能安防
数字控制器可以集成各种安防设备，实现家庭安全监控、报警等功 能。
数字控制器的原理
目 录
• 数字控制器的概述 • 数字控制器的核心原理 • 数字控制器的实现 • 数字控制器的应用 • 数字控制器的挑战与解决方案 • 数字控制器的发展趋势
01
数字控制器的概述
定义与特点
定义
数字控制器是一种利用数字信号 处理技术实现对工业过程的控制 和监测的电子设备。
特点
数字控制器具有高精度、高可靠 性、易于编程和调试、易于实现 复杂控制算法等优点。
数字控制器的连续化设计方法
例4-3 已知模拟调节器的传递函数， 选择采样周期T=1秒，用双线性变换 法求出数字控制器的脉冲传递函数 D(z)，并写出其差分方程
四、根匹配法 根匹配法又称为匹配Z变换法或零极 点匹配法，用这种方法能产生零点、 极点都与连续系统相匹配的脉冲传递 函数。其变换方法就是直接把S平面 上的零极点对应的映射到Z平面上的 零极点。 假设模拟调节器的传递函数中零极点 多项式为s+a，s+a±jb，则根匹配法 的变换公式为：
2、积分饱和及其抑制方法
• （1）积分饱和产生的原因及其危害 • 物理性能和机械性能的约束 ，控制变量及 其变化率限制在有限的范围内 。 • 积分引起饱和。
• 积分饱和使系统的稳定性变差，调节时间 变长，过渡过程变慢，超调量增大，甚至 产生振荡，影响控制效果，
（2）积分分离法
• 基本思想是：当偏差e(k)大于一定的阈值， 就舍弃积分环节，进行PD控制，使累加的 偏差和不至于太大；当偏差e(k)较小的时候， 引入积分环节，进行PID控制，消除系统静 差。
4.1 数字控制器的连续化设计步骤 1、计算机控制系统结构图
设计步骤
• 1、求出模拟调节器的传递函数D(S) • 2、选择合适的采样周期T • 3、把D(S)离散化，求出数字控制器的脉冲 传递函数D(z) • 4、检验系统的闭环特性是否满足设计要求 • 5、把D(z)变换成差分方程的形式，并编程 实现 • 6、现场调试
• 例4-5 设 采样周期T=1秒，用修改的根匹配 法求出D(z)，并写出其差分方程。
• 六、Z变换法 • Z变换法也称为冲激不变法、脉冲响应不变 法，就是直接对模拟调节器的传递函数D(S) 求Z变换，即
计算机控制系统设计数字控制器的直接设计共46页
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
计算机控制系统设计数字控制器的直 接设计
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹Байду номын сангаас有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
DDC 直接数字控制器控制系统
资料仅供参考
五 直接数字控制DDC系统的优点
• 9．改善居住条件
• 许多大楼的所有者使用DDC系统以鼓 励租期已到的客户留在大楼中，当客 户看到他们住处具有成效管理系统时， 他们对大楼就更满意。
资料仅供参考
五 直接数字控制DDC系统的优点
资料仅供参考
第三章直接数字控制器控制系统
• 应知：
• 1．了解直接控制器工作原理。 • 2．掌握Excel 5000集散控制系统网络结构和
总线结构。 • 3．能正确选择Excel 500控制器模块。
• 应会：
• 1．熟悉Excel 50和Excel 500控制器硬件连接 方式。
• 2．熟悉Excel 50控制器面板操作。
• 可编程模块化控制器是最灵活、功能最强 的DDC 设备。它具备通信功能，控制程序 可根据要求进行编写或修改，在系统设计 和使用中，主要掌握DDC 的输入和输出的 连接。
资料仅供参考
三 直接数字控制器的结构模拟量输入（AI）
• 2 数字量输入（DI）
资料仅供参考
五 直接数字控制DDC系统的优点
• 1．简化操作
• 1) 直接数字控制DDC系统是建筑物管理的有 力工具，它的操作系统可方便地管理一个或多 个岗位，可及时按客户要求或程序要求作出反 应，DDC系统允许控制器在操作时间内同时具 有其它功能，这一点是区别于传统系统的。
• 2) DDC系统可以单个终端获得整个建筑操作 的所有信息，这就具有很强的故障诊断能力。
• 1 对现场设备进行周期性的数据采集。 • 2 对采集的数据进行调整和处理（滤波、
放大、转换）。 • 3 对现场设备采集的信息进行分析和运
数字控制器的直接设计方法
第6章 复杂控制算法
引言
数字控制器的连续化设计技术，在被控对象的特性 不太清楚的情况下，人们可以充分利用技术成熟的连 续化设计技术（如PID控制器的设计技术），并把它移 植到计算机上予以实现，以达到满意的控制效果。但 是连续化设计技术要求相当短的采样周期，因此只能 实现较简单的控制算法。由于控制任务的需要，当所 选择的采样周期比较大或对控制质量要求比较高时， 必须从被控对象的特性出发，直接根据计算机控制理 论（采样控制理论）来设计数字控制器，这类方法称 为离散化设计方法。
离散化设计技术概述： 必要性:由于控制任务的需要，当所选择的采样
周期比较大或对控制质量要求比较高时，必须采用 离散化设计方法。
原理：对象本身是离散化模型或用离散化模型 表示的连续对象，以采样控制理论为基础，以Z变 换为工具，依照离散系统的性能指标要求, 在Z域中 直接设计数字控制器D(z)，称为直接设计法。
对于最少拍控制系统，根据性能指标构造 Φ(Z ) 和 Φe (Z ) 的技术已相当成熟。
以最少拍控制器的设计来说明离散化（解析法） 设计技术的设计过程。
6.2最小拍控制系统的设计
6.2.1 最小拍控制原理
在数字控制系统中，通常把一个采样周期称为一拍。所 谓最小拍控制，是指系统在某种典型输入信号（如阶跃信号、 速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少的采样周期使 得系统输出的稳态误差为零。最小拍控制系统也称最小拍无 差系统或最小拍随动系统。显然这种系统对闭环脉冲传递函 数的性能要求是快速性和准确性。事实上最小拍控制就是一 类时间最优控制，系统的性能指标就是要求调节时间最短。
u准确性：系统对稳态误差的要求，要求稳态误差为0 或者在某个范围内。若稳态误差为0，则称该系统为 无差系统。
2012计算机控制技术复习题解析
计算机控制技术复习题、填空题1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 ______ 。
2、弱电控制与强电控制之间常用的隔离方式有变压器隔离、继电器隔离和_等。
3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、 ________ o4、在计算机控制系统中，被测信号有和两种输入方5、信号接地方式应采用方式，而不米用方式。
6、主要的电源干扰包括、、和7、数字程序控制方式有、、。
8、插补计算过程由、、、四个步骤组成9、将D(S)离散化为D(Z)常用方法有__________ 、__________ 、__________ o10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，则步距角是 ________ 和齿距角是__________ o11、三相步进电机通常有_______ 、 _________ 和_________ 工作方式12、PID控制中对积分项可采取 ______ 、________ 、__________ 和 ________ 四种改进措施。
13、对微分项进行改进主要有_______________ 和____________________ 两种方法。
14、按简易工程法整定PID参数的方法有 ________ 、_______ 和___________ o15、最少拍控制算法有___________ 、____________ 和____________ 三种典型输入信号。
二、选择题1、已知偏差e (k),积分分离阈值B，以下正确的是( )A. 当e(k) > B时，采用PI控制B. 当e(k) > B时，采用PD控制C.当e(k)之时，采用PD控制D.当e(k)叼时，采用PI控制2、设加工第一象限直线OA起点为0( 0,0 )，终点为A (6,3 )，进行插补计算所需的坐标进给的总步数My为( )A.7B.8C.9D.103、已知离散系统脉冲传递函数为：G( Z) = (Z+0.5) /(Z-0.5+j0.5F2, 可知该系统是( )。
微型计算机控制系统习题总结精华
1、计算机控制系统的基本框图，并说明各部分的工作。
2、计算机控制系统的典型形式有哪些？说明其优缺点。
①操作指导控制系统优缺点：结构简单，控制灵活安全，特别适用于未摸清控制规律的系统，常常被用于计算机控制系统研制的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调试新的程序等，由于最终需要人工操作，故不适用于快速过程的控制。
②直接数字控制系统优缺点：DDC系统中的计算机参加闭环控制过程，它不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的PID调节，而且不需要改变硬件，只需要通过改变程序就能实现多种较复杂的控制规律，如串级控制、前馈控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。
③监督计算机控制系统优缺点：SCC能进行最优控制、自适应控制等，并能完成某些管理工作。
SCC 出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。
④分级计算机控制系统优缺点：功能分散，用多台计算机分别执行不同的控制功能，既能进行控制又能实现管理。
3、计算机监督系统SCC中，SCC计算机的作用？在SCC系统中计算机根据工艺参数和过程参量检测值，按照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。
4、DDC系统的最大优点是什么？DDC最大的优点是从参数的采集、传输到控制等各个环节采用数字控制功能来实现。
5、计算机与外部的通信方式分为哪两种，区别是什么？各自的特点？并行通信和串行通信并行通信，传送速度快、信息率高。
并且，通常只要提供二条控制和状态先，称为握手信号线，就能完成CPU 和接口设备之间的协调、应答，实现异步传输。
不适合长距离、多数位的传送。
串行通信，数据按位进行传送的。
在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接受。
6、串行通信从数据传输方向来分，分为哪两种？说明各自的特点？全双工和半双工方式全双工，有二根数据线，串行接口可以同时输入和输出数据，计算机可同时发送和接受数据。
自动化综合题
自动化综合题1.A/D转换器的性能指标包括哪些方面？2.采样周期的选择应当考虑哪些因素？3.采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？4.简述模块化设计思想，模块划分时应注意什么？5.为什么在实际应用中不采用理想PID控制？6.简述积分分离PID设计思想。
7.计算机控制系统最小的采样周期受到哪些因素约束？8.计算机控制系统组成中为什么需要有开关量通道？9.若10位的D/A转换器最大输出电压为5V，则它的分辨电压是多少？10.模拟量输入通道中信号放大器的作用是什么？11.说明逐次逼近式A/D转换器的工作原理。
12.说明数字控制器的“直接设计法”过程。
13.什么是积分死区现象？如何克服积分死区？14.为什么理想微分环节的调节效果不好？15.大林算法的目的是控制住超调量，这个目的是如何体现的？16.最小拍控制系统中，是不是采样周期选择的越小，系统的响应时间越短？17.过程控制计算机与个人计算机有什么区别？为什么？18.共模干扰是如何产生的？应该怎样抑制？19判断题，对的打√，错的打×1 在计算机控制系统中，计算机只要与生产过程相连，就认为该计算机控制系统工作在在线方式。
（√）2 计算机与生产过程相连，而直接控制生产过程的方式，称为在线方式。
（√）3 工业控制计算机需要很高的应对恶劣环境的能力。
（√）4 工控机一般需要采用加固工业机箱。
（√）5 数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波。
（√）6 数字滤波可以根据信号的不同，选择不同的滤波方法和参数。
（√）7 对于串级控制系统，只能有一个主回路和一个副回路。
（×）8 对于串级控制系统，副回路的工作频率应该低于主回路。
（ × ）9 在光电耦合器电路中，输入输出回路通常采用两套独立的不共地的电源。
（ √ ） 10 隔离放大器的增益范围不可调。
（ √ ）11．在接口总线分类中STD 总线属于外部总线。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
W′平面伯德图法举例（续1）
1 e ST 1 G ( z ) Z [G0 ( s)G p ( s)] G0G p ( z ) Z [ 2] s s 2 1 1 T (1 z ) z 0.005( z 1) 1 (1 z ) 1 3 2 (1 z ) ( z 1) 2
zT Z域到W域的频率关系是非线性 w tan 的。通常在频率域设计时必须 2 尽可能改善这种非线性。
两种平面的变换（续）
2.Z↔W′平面变换 在变换式中添加一个2/T因子来改善非线性。 2 Tw' 2 2 z 1 ' z w w 2 Tw' T T z 1 当采样频率很高时T0，对于低频段ωz很小， zT zT 因此有： tan
G(w ') GoGp (w ') GoGp ( z ) |
z
(3)选择采样周期：根据采样频率是闭环系统 带宽10倍选择T。根据稳态精度要求确定开环 回路增益，画广义对象的开环伯德图，如不满 足设计要求则按照步骤（4）设计。
2Tw ' 2Tw '
W′ 平面频域设计步骤（续）
(4)根据控制系统对幅、相裕度的要求设计数 字控制器D(W′)(开环)，使系(5)将D(W′)D(z)，即：
10
-1
10
0
10
1
10
2
Frequency (rad/sec)
(2) zp W′p，即
T 1 w' 1 0.05w ' 2 z T 1 w ' 1 0.05w ' 2
1 0.05w ' G( w ') GoG p ( z ) | 10.05 w ' 2 z w' 10.05 w '
W′平面伯德图法举例（续2）
(3) 作伯德图（可用G(W′)或G(Z)作）
主要内容
• 概述 • W′平面的频域法设计 • 根轨迹设计
13.1概述
• 伯德图法和根轨迹法等方法是连续控制系 统设计成熟的方法，但是这两种方法用于 离散控制系统的设计还要进行适当的处理， 处理之后的离散控制系统伯德图法和根轨 迹设计与连续控制系统伯德图法和根轨迹 设计完全类似。
13.2 W′平面的频域法设计
1.Z↔W平面变换 z 1 1 w 或w 令z 1 w z 1 设ωw为W平面的频率，ωz为Z平面的频率，则
z 1 e jzT 1 e jzT / 2 e jzT / 2 w jzT jzT / 2 jzT / 2 j tan(zT / 2) jzT w jw z 1 z e e 1 e e
-180 -225 -270 10
-2
System: sys Frequency (rad/sec): 13.8 Phase (deg): -180
附加超前网络改 变了原伯德图， 交叉频率移到4， 相位裕量不小于 50°，增益裕度 大于13dB，满足 指标要求。
Phase (deg)
Magnitude (dB)
z 0.9048 D( z ) 37.333 z 0.1111
验证这一结果：D( w' ) w' 2 z 1
T z 1
补偿后的系统的开环脉冲传递函数为：
0.005( z 1) 37.333( z 0.9048) G ( z ) D( z ) ( z 1)2 ( z 0.1111) 0.1867z 2 0.0178 0.1689 3 z 2.1111 z 2 1.2222z 0.1111
W′平面伯德图法举例（续4）
离散伯德图
100 50 System: sys Frequency (rad/sec): 4 Magnitude (dB): 0.0509 System: sys Frequency (rad/sec): 13.9 Magnitude (dB): -13.4
0 -50 -100 -150 -90 -135 System: sys Frequency (rad/sec): 4.01 Phase (deg): -130
离散伯德图
100 0
Magnitude (dB)
-100 -200 -300 -400 -180
System: sys Frequency (rad/sec): 1.01 Magnitude (dB): -0.204
Phase (deg)
System: sys Frequency (rad/sec): 1.01 Phase (deg): -183 -225
w' z ，可见W′平面的变换能使 显然此时： 离散系统在性能上更接近连续系统。
2
2
W′平面伯德图法设计
1．W′ 平面频域设计步骤
(1) 将已给定的连续对象Gp(z)连同零阶保持器 G( z) G0Gp ( z) G0(z)一起变换到Z平面则有： (2)把G0(z)Gp(z)变换到W′平面
该系统是不稳定的。 其交叉频率为1， 相位裕量为-3°。 必须附加一个超前 环节，提供所需的 相位裕量。
1
-270 10
-1
10
0
10 Frequency (rad/sec)
10
2
W′平面伯德图法举例（续3）
通过常规的伯德图设计可获得需要的超前网 络，下面的超前网络将满足设计指标要求：
w ' 1 D ( w ') 64 w ' 16
D( z ) D( w ') | ‘
2 z 1 w T z 1
(6)用算法实现闭环脉冲传递函数，检验系统 的性能指标。
W′平面伯德图法设计举例
例13.1控制系统如图
r(t) + e(t) e*(t) D(z) 1-e-sT s 1 s2 c(t)
用W′平面上的频域设计方法设计控制器D(z)， 采样周期为T=0.1s ，被控对象Gp(s)=1/s2 ，在 W′平面设计数字控制器，要求相位裕量大于 等于50°，增益大于10dB，并求出闭环系统 的阶跃响应。 解：(1) 求广义对象脉冲传递函数：