第3章 计算机控制的理论基础2
计算机控制技术及应用课后答案
计算机控制技术及应用课后答案【篇一：计算机控制技术课后习题答案】统由哪些部分组成？并画出方框图。
解：若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。
因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。
在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。
控制器与执行机构之间是da转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；ad转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。
2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？解：计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。
因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。
按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。
按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称pid控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。
3．计算机控制系统的主要特点有哪些？解：主要有以下特点：1．数字模拟混合的系统。
在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。
而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。
因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。
2．灵活方便、适应性强。
一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。
而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。
3．可实现复杂控制规律。
计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
第3章计算机基础知识、计算机中数据的表示
日
三
省
吾
我知
身
进步
❖大一：大学计算机基础 ❖大二：VB、C、Athorware、
Access、Photoshop
课程定位
基本技能
中英文录入（50字/分） 计算机基础知识 Windows XP 网络应用 Word 2019 文字处理软件 Excel 2019 电子表格处理软件 PowerPoint 2019 演示软件
【方法】除基逆取余
【例】将十进制数253转换成二进制数
十进制数(D)
余数
2 253
└2 126 └2 63 └2 31 └2 15 └2 7 └2 3 └2 1 └0
1
转换结果的最低位
0
1
1
1
1
1
1
转换结果的最高位
转换结果： (253)10=(11111101)2
【例】将十进制数253转换成八进制数转换结果的最低位
集成电路
Integrated
大规模集成电路
Large Scale Integration
计算机各个发展阶段的比较
发展对象
比较 特点 对象
第一代
第二代
（1946~1957） （1958~1964）
第三代 （1965~1970）
第四代 （1971至今）
电子器件
电子管
晶体管
中、小规模集成电 路
主存储器
磁芯、磁鼓
6 0 3.2 5
6×102 3×100
2×10-1
5×10-2
计算机中常用的几种计数制
十进制 二进制 八进制
数码
0～9
0，1
0～7
基数
10
计算机控制系统的控制算法
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
1 T ( 0.15 ~ 0.5 ) ωc
第3章 计算机控制系统的控制算法
（3）将D(S)离散化为D(Z)
数字控制器D(Z)的一般形式为下式，其中n≥m,各系数ai,bi为实 数，且有n个极点和m
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第3章 计算机控制系统的控制算法
2.模拟化设计具体步骤
（1）假想的连续控制器D(S) 设计的第一步就是找一种近似的结构，来设计一种假想的连 续控制器D(S)，这时候我们的结构图可以简化为：
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第3章 计算机控制系统的控制算法
一、数字控制器的概念
1.什么是控制器？
按照给定的系统性能指标和系统的原始数学模型，依据闭环
控制结构，设计出的使原有系统满足控制要求的功能模块。
设定值 +
矩形面积为Te(k)，后向差分累加的是矩形面积Te(k-1)。
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第3章 计算机控制系统的控制算法
2.双线性变换法
离散化公式：
D( Z ) D( s )
s
2 z 1 T z 1
第3章 计算机控制系统的控制算法
常用方法：差分变换法、Z变换法、零极点匹配法、双线性变换法 1.差分变换法： 主要用于对模拟控制器的离散化 （1）基本的差分方法：——前向差分和后向差分
计算机控制技术PPT 第3章
3. 综合指标
在现代控制理论中，如最优控制系统的没计时，经常使用综
合性能指标来衡量一个控制系统。选择性能指标时．既要考虑
到能对系统的性能做出正确的评价，又要考虑到数学上容易处
理，以及工程上便于实现。因此，选择性能指标时，通常需要
做一定的试探和比较。综合性能指标通常有3种类型。
1）积分型指标：
（1）误差平方的积分：
3.5 线性离散时间系统的能控性与能观测性
线性定常离散时间系统的能控性定义及判据 线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据
3.6 应用MATLAB进行离散系统分析
3.1 计算机控制系统概述
计算机控制系统(Computer Control System)是应用计算机 参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得 一定控制目的而构成的系统。
为n，Qc为由系数矩阵A和B按一定规则组成的分块矩阵，
表达式是：
n为系统的维数。 判别线性定常系统能控性的判据还有 其他的形式。对于线性时变系统，判别能控性的条件要复 杂一些，而且系统是否能控，常常还依赖于初始时刻的选 取。对于完全能控的线性定常系统，通过特别选定的坐标 变换，可以将其状态方程化成标准的形式，称为能控规范 形。
3.3 控制系统的性能指标描述
对于一个控制系统来说，人们总是要求它能根据实际 的被控对象，在给定信号的作用下达到稳定、快速和准确 的性能指标。对于计算机控制系统，计算机相当于人的大 脑，因此有更多的功能可以实现，系统就能实现最佳的性 能指标。本章描述了控制系统的基本性能指标，以及这些 性能指标与系统的固有参数和设计参数的关系，从而为分 析和设计控制系统提供了依据。
计算机控制技术 --控制组件分布和集成
2008.6
计算机控制课程设计
计算机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握计算机控制系统的基础理论知识，包括控制系统的组成、工作原理和性能指标；2. 使学生了解常见传感器的工作原理，并能运用所学知识分析传感器的选用原则；3. 让学生掌握计算机控制算法的基本原理，如PID控制、模糊控制等。
技能目标：1. 培养学生运用计算机编程软件（如MATLAB）进行控制系统仿真的能力；2. 培养学生设计简单的计算机控制系统硬件电路，并进行调试的能力；3. 提高学生运用所学知识解决实际计算机控制问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制技术产生浓厚的兴趣，激发学生的学习热情；2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同探讨、分析和解决问题；3. 增强学生的创新意识，培养学生在面对实际问题时敢于尝试、勇于突破的精神。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为计算机控制技术的实践性课程，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生处于高年级阶段，已具备一定的专业基础知识和实践能力。
教学要求注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本概念- 控制系统发展历程- 计算机控制系统的优势与应用2. 控制系统硬件组成- 控制器硬件结构- 传感器及其接口技术- 执行器及其接口技术3. 计算机控制算法- PID控制算法原理- 模糊控制算法原理- 其他先进控制算法介绍4. 控制系统仿真与设计- MATLAB/Simulink软件介绍- 控制系统仿真模型搭建- 控制系统硬件设计及调试5. 实际案例分析与讨论- 典型计算机控制系统案例分析- 学生分组讨论实际控制问题- 创新性控制系统设计实践教学内容安排与进度：第一周：计算机控制系统概述第二周：控制系统硬件组成第三周：计算机控制算法第四周：控制系统仿真与设计第五周：实际案例分析与讨论教材章节及内容列举：第一章：计算机控制系统概述（涵盖教学内容1）第二章：控制系统的硬件与接口技术（涵盖教学内容2）第三章：计算机控制算法（涵盖教学内容3）第四章：控制系统的仿真与设计（涵盖教学内容4）第五章：计算机控制系统应用案例（涵盖教学内容5）三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法，以充分激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：用于讲解计算机控制系统的基本概念、原理和算法等理论知识。
计算机控制技术第3章-PID控制解析
2020/9/24
6
（1）比例调节器
e
控制规律：
1
u(t ) K Pe(t ) u0
1
其中： KP为比例系数；
0
t0
u
t
u0 为控制量的基准。
比例调节的特点：比例调节器对于 偏差是即时反应，偏差一旦产生， 调节器立即产生控制作用使被控量 朝着减小偏差的方向变化，控制作 用的强弱取决于比例系数。只有当 偏差发生变化时，控制量才变化。
umin u umax
4
1.模拟PID调节器
e(t) r(t) y(t)
PID
Kp
r e
Ki / s
u
对象
y
Kds
图l 模拟PID控制
• PID控制器是一种线性控制器；
• 根据对象的特性和控制要求，可
灵活地改变其结构。
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5
PID调节器的基本结构
1. 比例调节器 2. 比例积分调节器 3. 比例微分调节器 4. 比例积分微分调节器
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Kp
u0
0
t0
t
图2 P调节器的阶跃响应
缺点：不能消除静差；KP 过大，会使
动态质量变坏，引起被控量振荡甚至
导致闭环不稳定。
7
（2）比例积分调节器
控制规律：
e
u(t )
K P[e(t )
1 Ti
t
0 e(t )dt ] u0
其中： Ti 为积分时间常数。
1 0
t0 u
0u
1
pK pK
0t
0
2020/9/24 图3
iT
PI调节器的阶跃响应
积分调节的特点：调节器的 输出与偏差存在的时间有关。 t 只要偏差不为零，输出就会 随时间不断增加，并减小偏 差，直至消除偏差，控制作 用不再变化，系统才能达到 稳态。
化工仪表自动化基础知识
④节流装置应正确安装。
⑤接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装 压信号管路。（如后面图示）
(2)靶式流量计F≈K*Q
(3)转子流量计
转子流量计示意图
靶式流量计示意图
(4)涡轮流量计
(5)电磁流量计
电磁流量计工作原理图
涡轮流量计示意图
(6)旋涡流量计q=f/k (7)超声波流量计∆t≈2Lv/c2
电容式压力传感 器示意图 压电式压力传感器结构示意图
DTC二O .流量检测及仪表
分类 1、速度式流量计（差压式流量计、转子式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰 式流量计） 2、容量式流量计（椭圆齿轮流量计（罗茨）、活塞式流量计） 3、质量流量计 4、热导式流量计
（1）、速度式流量计 （1）节流装置—包括孔板、喷嘴和文丘管 Q=K*Sqr(∆P)
过程参数仪表位号的字母代号如下：
字母
A B C D E F G H I J K L M N P Q R S T U V W
第一位字母 被测变量或初始变量
分析 喷嘴火焰 电导率 密度或重度 电压（电动势） 流量 尺度（尺寸） 手动 电流 功率 时间或时间程序 物位 水份或湿度 浓度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 多变量 拈度 重量或力
2、常用压力检测仪表
（1）弹性式压力表
①膜片
②波纹管波纹管
③弹簧管弹簧管
平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管
(2)压力传感器
①应变片式压力传感 器 ②压电式压力传感器 ③压阻式压力传感器 ④电容式压力传感器 ⑤集成式压力传感器
箔式应变片
弹簧管压力表
压阻式集成传感器 检测元件示意图
现代控制理论基础-第2章-控制系统的状态空间描述精选全文完整版
(2-18)
解之,得向量-矩阵形式的状态方程
(2-19)
输出方程为
(2-20)
(5) 列写状态空间表达式
将式(2-19)和式(2-20)合起来即为状态空间表达式,若令
则可得状态空间表达式的一般式,即
(2-21)
例2.2 系统如图
取状态变量:
得：
系统输出方程为：
写成矩阵形式的状态空间表达式为：
1.非线性系统
用状态空间表达式描述非线性系统的动态特性，其状态方程是一组一阶非线性微分方程，输出方程是一组非线性代数方程，即
(2-7)
2. 线性系统的状态空间描述
若向量方程中 和 的所有组成元都是变量 和 的线性函数，则称相应的系统为线性系统。而线性系统的状态空间描述可表示为如下形式： （2－8） 式中，各个系数矩阵分别为 （2－9）
4．线性定常系统的状态空间描述
式中的各个系数矩阵为常数矩阵
当系统的输出与输入无直接关系（即 ）时，称为惯性系统；相反，系统的输出与输入有直接关系（即 ）时，称为非惯性系统。大多数控制系统为惯性系统，所以，它们的动态方程为
（2－11）
1.系统的基本概念 2. 动态系统的两类数学描述 3. 状态的基本概念
2.2 状态空间模型
2.2.1状态空间的基本概念
1.系统的基本概念
■系统:是由相互制约的各个部分有机结合，且具有一定功能的整体。 ■静态系统:对于任意时刻t，系统的输出惟一地取决于同一时刻的输入，这类系统称为静态系统。静态系统亦称为无记忆系统。静态系统的输入、输出关系为代数方程。 ■动态系统:对任意时刻，系统的输出不仅与t时刻的输入有关，而且与t时刻以前的累积有关(这种累积在t0(t0<t)时刻以初值体现出来)，这类系统称为动态系统。由于t0时刻的初值含有过去运动的累积，故动态系统亦称为有记忆系统。动态系统的输入、输出关系为微分方程。
计算机控制技术资料
重点习题和思考题第1章计算机控制习题概述1.计算机控制系统中实时性、离线方式、在线方式的含义？答：生产过程和计算机直接连接, 并受计算机控制的方式为在线方式；生产过程不和计算机连接, 且不受计算机控制、而是靠人进行联系并作相应操作的方式为离线方式。
实时: 信号的输入、计算、输出都要在一定的时间范围内完成。
2.计算机控制系统由哪几部分组成？答: 硬件组成: 主机、IO接口、通用外部设备、检测元件和执行机构、操作台。
软件组成: 系统软件和应用软件。
3.计算机控制技术的主要发展趋势是什么？答：（1）综合自动化, 包括CIMS和CIPS；（2）网络化；（3）智能化；（4）虚拟化；（5）绿色低碳化。
第2章工业控制计算机1.什么是总线、内部总线、外部总线答：总线是一种接口信号的标准和协议, 提供通用的电平信号来实现各种电路信号的传递。
内部总线指微机内部各功能模块间进行通信的总线。
外部总线指用于计算机与计算机之间或计算机与其他智能外设之间的通信线路2.哈佛结构和冯诺伊曼结构的区别答：冯诺伊曼结构, 程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储结构；哈佛结构程序指令存储和数据存储分开的存储结构。
3.工控机和普通PC的区别答：机箱加固、防尘；工业电源, 有时双电源；无源母板；一体化主板第3章 IO接口和过程通道1.什么是接口、接口技术和过程通道？答: 接口是计算机和外部设备交换信息的桥梁, 包括输入和输出接口；接口技术是研究计算机和外部设备之间如何交换信息的技术；过程通道指在计算机和生产过程之间设置的信息传送和交换的连接通道。
2.模拟输入通道中信号调理的作用, 为什么需要量程变换, 为什么需要I/U变换？答: 现场过来的信号经过放大、量程自动转换、电流/电压转换、滤波、线性化、隔离等措施转换成计算机能接收的逻辑信号。
多参数信号采集时, 各路信号电流信号经过长距离传输到计算机接口电路, 经过I/U变换成电压信号才能进行A/D转换进入计算机被处理。
计算机控制技术第3章 计算机控制系统分析
第3章 计算机控制系统分析 y(t) 1.6 1.4
a b
1.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 t
第3章 计算机控制系统分析
(2) 现将图中的保持器去掉，k=1，T=τ=1；则
G (z)
W (z)
0 . 632 z (1 z
由此可见，离散系统的时间响应是它各个 极点时间响应的线性叠加。
第3章 计算机控制系统分析
设系统有一个位于zi的单极点，则在单位脉冲 作用下，当zi位于Z平面不同位置时，它所对应的 脉冲响应序列如图所示。
jIm j -1 0 -j 1 Re
第3章 计算机控制系统分析
极点在单位圆外的正实轴上，对应的暂态响应 分量y(kT)单调发散。 极点在单位圆与正实轴的交点，对应的暂态响 应y(kT)是等幅的。
第3章 计算机控制系统分析
离散系统的稳定性分析
jω [S] 0
1 对应关系
jIm j -1 0 [Z]
1
Re
2 直接稳定判断
δ
j
3 W变换，Routh稳定性判断
j
ω
0
[W]
δ
第3章 计算机控制系统分析
离散系统的过渡响应分析
一个控制系统在外信号作用下从原有稳定 状态变化到新的稳定状态的整个动态过程称之为 控制系统的过渡过程。 一般认为被控变量进入新稳态值附近±5% 或±3%的范围内就可以表明过渡过程已经结束。 通常，线性离散系统的动态特征是系统在单 位阶跃信号输入下的过渡过程特性(或者说系统 的动态响应特性)。如果已知线性离散系统在阶 跃输入下输出的Z变换Y(z)，那么，对Y(z)进行Z 反变换，就可获得动态响应y*(t)。将y*(t)连成光 滑曲线，就可得到系统的动态性能指标（即超调 量σ%与过渡过程时间ts）。
计算机控制系统的特点
第一章绪论计算机控制系统的特点、组成、分类和发展趋势。
(1)计算机控制的一般概念及其发展(2)计算机控制系统的特点、组成和分类(3)计算机控系统的发展趋势课程重点：计算机控制系统的特点、组成和分类课程难点：计算机控制系统的信号变换特点解决办法：从计算机控制系统的基本结构入手，分析计算机控制系统是一个模拟-离散混和系统，引出计算机控制系统的信号转换过程，掌握计算机控制系统的特点。
第二章数字控制理论基础计算机控系统的数学基础、离散系统数字控制理论和性能指标分析。
(1)信号变换理论(2)离散系统数字描述(3)脉冲传递函数(4)线性离散系统稳定性、稳态性能和暂态性能分析课程重点：线性离散系统的稳定性、稳态性能和暂态性能分析课程难点：线性离散系统的零极点对系统性能的影响解决办法：熟练掌握线性离散系统的分析方法，借助MATLAB仿真工具，充分利用图解分析方法，直观方便。
第三章开环数字程序控制直线和圆弧逐点比较法插补原理，计算机控制步进电机的实现方法。
(1)运动轨迹插补的基本原理(2)直线逐点比较法插补原理(3)圆弧逐点比较法插补原理(4)步进电机控制原理(5)计算机与步进电机接口实现方法课程重点：逐点比较法插补原理（直线与圆弧）、步进电机控制课程难点：四个象限圆弧逐点比较法插补运算解决办法：以第一象限为主，掌握圆弧插补运算。
在此基础上考虑四个象限的符号变化以及顺弧和逆弧进给的走步区别。
第四章计算机控制系统的常规控制技术数字PID控制原理、控制器的设计、控制参数的整定及其PID控制新技术。
(1)数字PID控制标准型算法(2)数字PID控制改进型算法(3)控制参数的工程整定方法(4)PID控制算法的发展最少拍控制原理、控制器的设计及其系统的改进。
(1) 最少拍控制的基本原理的结构设计(2) 闭环脉冲传递函数)(z(3) 最少拍有纹波控制器的设计(4) 最少拍无纹波控制器的设计(5) 最少拍系统的改进措施Smith控制器工作原理和设计，Dalin控制器的设计及振铃的消除。
计算机控制技术课件
第0章 课程简介
本课程所涵盖的相关基础知识(1) 本课程所涵盖的相关基础知识(1)
计算机技术
(包括硬件,软件,网络,通讯等) 包括硬件,软件,网络,通讯等)
自动控制理论
(包括系统建模,控制理论,仿真等) 包括系统建模,控制理论,仿真等)
检测技术及仪表 工程技术
2010-1-4 计算机控制技术 9
第0章 课程简介
作业要求
作业应独立完成,发现抄袭作业计0分 作业应独立完成, 发现抄袭作业计 分, 作业通过email( anshiqi@) 作业通过 ( ) 所有作业必须采用word文件格式 , 并压 文件格式, 交 , 所有作业必须采用 文件格式 推荐用winRAR),文件名由以下几部分 缩(推荐用 ) 组成:学号-姓名 作业次数. 姓名-作业次数 组成:学号 姓名 作业次数.平时成绩占总成 绩的30%(包括作业,考勤,测验,课堂提问 绩的 (包括作业,考勤,测验, 等).
–积极主动地学习 –一方面虚心请教,一方面技术上不要保密 一方面虚心请教, –学习上要大气,不要纠缠太多的细节 学习上要大气,
2010-1-4
计算机控制技术
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第0章 课程简介
主要参考源
有关书籍
–比较慢,但理论相对上系统与成熟一些 比较慢,
有关会议论文集
–快,新思想与新方法多,但较为粗糙 新思想与新方法多,
有关期刊,报纸 有关期刊,
–期刊要慢一些,报纸快,但不易保存 期刊要慢一些,报纸快,
有关网站
–信息量大,检索查询容易,但垃圾信息较多 信息量大,检索查询容易,
2010-1-4 计算机控制技术 8
第0章 课程简介
常见国内自动化类杂志
计算机控制原理
计算机控制原理计算机控制原理是指计算机系统中的控制部分所遵循的基本原理。
计算机控制系统是指在计算机内部或外部通过控制器控制各种设备和过程的系统。
计算机控制原理是计算机科学和工程中的一个重要基础知识，它涉及到计算机系统的结构、功能、工作原理等方面的内容。
首先，计算机控制原理的基本概念包括了控制系统、控制器、被控对象等。
控制系统是由控制器和被控对象组成的，控制器通过对被控对象的监测和控制来实现系统的稳定运行。
控制器是控制系统的核心部分，它通过对输入信号的处理和分析来产生控制信号，从而实现对被控对象的控制。
被控对象是控制系统需要控制的对象，它可以是各种设备、机器人、生产过程等。
其次，计算机控制原理涉及到的内容包括了控制系统的建模与分析、控制器的设计与实现、控制系统的性能评价等。
控制系统的建模与分析是指通过对控制系统进行数学建模，分析系统的稳定性、性能等特性。
控制器的设计与实现是指根据控制系统的需求，设计合适的控制器并实现控制算法。
控制系统的性能评价是指对控制系统进行性能测试和评估，从而得到系统的性能指标。
此外，计算机控制原理还涉及到了控制系统的稳定性、鲁棒性、性能优化等内容。
控制系统的稳定性是指系统在受到外部扰动时能够保持稳定的特性，鲁棒性是指系统对参数变化、测量误差等不确定性的抵抗能力，性能优化是指通过对控制系统进行优化设计，使系统的性能达到最优。
总的来说，计算机控制原理是计算机科学和工程中的重要理论基础，它涉及到控制系统的建模与分析、控制器的设计与实现、控制系统的性能评价、稳定性、鲁棒性、性能优化等内容。
掌握计算机控制原理对于理解和设计计算机系统、控制系统具有重要意义，也是计算机科学和工程领域的基础知识之一。
(自动控制原理)第三章2
0~10mA 4~20mA 1~5V ➢温度变送器还可以作为直流毫伏转换器 来使用，将其他能够转换成直流毫伏信号 的工艺参数也变换成统一标准信号 ➢温度变送器广泛使用
两线制是指电流信号输出的变送器， 4-20mA等；三线制为电压信号输出的变送 器，0-5V等；四线制为了防止干扰，信号 线与电源线分隔开的电流信号输出变送器。
图3-10 位式输出的补偿式控制器
室外温度补偿特性
根据室外温度变化，全年自动调节控制室内温度
3.3.2 软件控制器
1.直接数字控制器(DDC) 2.计算机控制系统的基本控制算法 3.可编程控制器(PLC-Programmable Logic Controller ) 4.现场控制单元的软件结构
1)增量型PID控制算法的输出Δu(k)仅取决于最近3次的e(k)、 e(k-1)和e(k-2)的采样值，计算较为简便，所需的内存容量 不大。 2)由于微机输出增量，所以误动作影响较小，必要时可用 逻辑判断的方法去掉。 3)在手动/自动无扰动切换中，增量型PID控制算法要优于 位置型PID控制算法。 4)不产生积分失控，所以能容易获得较好的调节效果，一 旦计算机发生故障，则停止输出Δu(k)，阀位大小保持发 生故障前的状态，对生产过程无影响。
(2)改进型PID控制算法 在计算机控制系统中，如果单 纯用数字PID调节器去模仿模拟调节器，不会获得更好 的效果。
1、 P控制——比例控制
即：
比例控制规律：在该控制系统中，阀门开度的 改变量与被控变量（液位）的偏差值成比例。
令：
则：
KP：比例控制的放大倍数 KP决定了比例控制作用的强弱。 KP越大，比 例控制作用越强。 改变杠杆支点的位置，便可改变KP的数值。
计算机控制技术及其应用丁建强任晓卢亚萍课后答案之欧阳与创编
第1章概述1-1第2章计算机控制系统的理论基础2-1第3章数字控制器的设计与实现3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术4-1第5章计算机控制系统中的过程通道5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术6-1第7章控制系统的组态软件7-1第8章DCS集散控制系统8-1第9章计算机控制系统的解决计划9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用11-1第1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论？[指导信息]:拜见1.1自动控制的基本概念。
自动控制(autocontrol)：不必人力来实现的控制，通常可用机械、电气等装置来实现。
通常相敌手动控制而言。
控制系统(control system)：通过控制来实现特定功能目标的系统。
而系统(system)是由相互联系、相互作用要素组成的具有一定结构和功能的有机整体。
控制系统通常有一定的规模和庞杂性，不然常称为控制装置或控制机构。
自动化(automation)：在无人工干预情况下，一个或多个控制系统或装置按规定要求和目标的实现过程。
自动化强调的是自动控制过程，其核心概念是信息。
控制论(cybernetics)：研究各类系统的调节和控制规律的科学。
各类系统包含植物(及人类)和机器系统。
自从1948 年诺伯特·维纳颁发了著名的《控制论——关于在植物和机中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和办法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。
控制论着重于研究过程中的数学关系。
2.控制的实质是什么？[指导信息]:拜见1.1.2 自动控制中的基本问题。
控制过程实质上是一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。
控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反响信息、指令信息、执行信息等，通常由电子或机械的信号来暗示。
3.自动控制中有哪些基本问题？[指导信息]:拜见1.1.2 自动控制中的基本问题。
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例、已知 G ( Z ) 2
0 . 3682 Z 0 . 264 ， M ( S )K Z 1 . 368 Z 0 . 368
采样周期T=1s，求使系统稳定的K的变化范围？
故K的变化范围为 0< K < 2.39
朱利稳定性检验（略） 修尔—科恩稳定判据（略）
4.2 计算机控制系统的动态特性
k
z 1
1 (1 z )R(z) 1 lim l i m ( 1 z) E () z z 1 1 D z 1 (z)G(z)
(z 1 )R (z) z 11 D (z)G (z)
同理，利用Z变换的终值定理，可直接求系统 的稳态输出值。
y ( ) ( z 1 ) Y ( z ) ( z 1 ) ( z ) R ( z ) lim lim
【例】系统的结构图如下图所示：求采样周期分 别为1秒和0.1秒时的输出响应。
解：当T=1秒时，
0 .632 z G (z ) (z 1 )( z 0 .368 )
2 G (z ) 0 .632 z Y (z ) R (z ) 3 2 1 G (z ) z 1 .736 z 1 .104 z 0 .368 1 2 3 4 5 0 .632 z 1 .097 z 1 .207 z 1 .117 z 1 .010 z
第4节 计算机控制系统分析
计算机控制系统要想正常工作，首先要满足稳定性 条件，其次还要满足动态性能指标和稳态性能指标，这 样才能在实际生产中应用。对计算机控制系统的稳定性、 动态特性和稳态性能进行分析是研究计算机控制系统必 不可少的过程。 4.1 计算机控制系统的稳定性 4.2 计算机控制系统的动态特性 4.3 计算机控制系统的稳态误差 4.4 离散系统根轨迹和频率特性
z 1 z 1
4.4 离散系统的频率特性
系统是稳定的。其超调量约为40%，且峰值出现在第3，4拍之间，约经 12个采样周期过渡过程结束。
（2）设K=1，T 2s， 1s ，
当采样周期加大为 T 2s 时，虽然系统是稳定的， 但性能变差，其超调量 约为73%，过渡过程时 间也加长。
则
1 e Ts G s 2 s s 1 G z
E () z W () z R () z e
1 Rz () 1 Dz () Gz ()
如果We ( z )的极点（即闭环极点）全部严格位于Z平面的 单位圆内，即若离散系统是稳定的，则可用Z变换的终 值定理求出采样瞬时的终值误差为
e e () l i m e ( k T ) l i m ( z 1 ) E () z lim s s
线性离散系统的动态特性是指系统在单位阶跃信号输 入下的过渡过程特性 ( 或者说系统的动态响应特性 ) 。原因 是单位阶跃输入信号容易产生，并且能够提供动态响应和 稳态响应的有用信息。如果已知线性离散系统在阶跃输入 下输出的z变换Y(z)，那么，对Y(z)进行z反变换就可获得动 态响应y * ( t ) 。将y * ( t ) 连成光滑曲线，就可得到系统的动态 性能指标(即超调量σ%与过渡过程时间ts)。
修正劳斯—胡尔维茨稳定判据法
连续系统的劳斯—胡尔维茨稳定判据，是通过系统 特征方程的系数及其符号来判断系统的稳定性。这个方 法实际上仍是判断特征方程的根是否都在 s 平面的左半 部。将 z平面单位圆内区域映射为另一平面上的左半部。 就可以应用劳斯—胡尔维茨稳定判据来判断离散系统的 稳定性。为此，可采用双线性变换方法进行判断。 双线性变换Ⅰ 双线性变换Ⅱ 劳斯—胡尔维茨稳定判据
当T=0.1秒时，
0.095z 1 G(z) , R(z) (z 1)(z 0.905 ) 1 z1 G(z) 0.095z2 Y (z) R(z) 3 2 1 G(z) z 2.81z 2.715z 0.905 0.095z1 1 2.81z1 2.715z2 0.905z3 0.095z1 0.267z2 0.492z3 0.743 z4 0.997z5 1.226z6 y(0T ) 0, y(T ) 0.095 , y(2T ) 0.267 , y(3T ) 0.492 , y(4T ) 0.473 , y(5T ) 0.997 , y(6T ) 1.226 ,
1
1.135 z 1 1 0.524 z 1
1 z 1 0.135 z
1
G (z) 1.135 z 1 0.595 z 2 z 1 G (z) 1 0.73 z 2 C z zR z 1.135 z 1 0.595 z 2 1 z 1 0.73 z 2 0.73 z 3 1.135 z 1 1.73 z 2 0.901 z 3 0.467 z 4 1.072 z 5 1.389 z 6 0.947 z 7 0 .656 z 8 0.979 z 9 1.191 z 10
计算机控制系统的典型暂态响应
动态响应过程分析方法： （1）求广义被控对象脉冲传函G(Z)=Z[G(s)] 即离散化。 （2）求闭环系统脉冲传函 Φ (z)。 (3) 求典型输入激励下的输出c(z) (4) 求C(kT) (5)确定超调量和过渡过程时间。
【例】某离散系统如图所示，系统输入为单位阶跃 函数，试分析该系统的动态响应。
当极点分布在Z平面的单位圆上或单位圆外时，对应的 输出分量是等幅的或发散的序列，系统不稳定。 当极点分布在Z平面的单位圆内时，对应的输出分量是 衰减序列，而且极点越接近Z平面的原点，输出衰减越快，系 统的动态响应越快。反之，极点越接近单位圆周，输出衰减 越慢，系统过渡时间越长。
连续系统极点分布与脉冲响应的关系
解：
（1）设K=1，T 1 s ，则
1 eTs G s 2 s s 1 1 0.717 z 1
1 z 1 0.368z
1
G( z) 0.368z 1 0.264 z 2 z 1 G( z) 1 z 1 0.632 z 2 C z z R z 0.368z 1 0.264 z 2 1 2 z 1 1.632 z 2 0.632 z 3 0.368z 1 z 2 1.4 z 3 1.4 z 4 1.147 z 5 0.895z 6 0.802 z 7
4.3 计算机控制系统稳定误差
() s W () s W () s h d 广义被控对象的传递函数G ，其中Wh ( s )为保 持器传递函数，则离散系统的偏差脉冲传递函数
E ( z ) 1 W ( z ) 1 ( z ) e R ( z )1 D ( z )( G z )
4.1 计算机控制系统的稳定性
线性离散控制系统的稳定性条件 s域到z域的映射 线性离散控制系统稳定的充要条件 线性离散系统的稳定性判据 修正劳斯—胡尔维茨稳定判据
二次项特征方程稳定性的z域直接判别法
朱利稳定性检验☆ 修尔—科恩稳定判据☆
离散系统的稳定域及稳定性判断
例：某系统的Simulink结构图如下图所示，试对离散线性系统进行阶跃输入仿真 。
二阶离散线性系统的Simulink结构图 解：运行下面的程序，得到离散系统的仿真曲线 t=[0:0.1:9.9]';ut=[t,ones(size(t))]; [tt,xx,yy]=sim('exp4',3,[],ut); stairs(tt,yy),grid, num=[0.7 0.06];den=[1 -1.2 0.37]; [mag,phase,w]=dbode(num,den,0.1); [gm,pm,wcg,wcp]=margin(mag,phase,w) 运行结果： gm = 4.0156，pm = 43.5423，wcg =31.4159，wcp =10.2979
Z平面上极点分布与单位脉冲响应的关系
1．在实轴上的单极点
2．共轭复数极点
由此得如下结论
（1）当极点分布在Z平面的单位圆上或单位圆外时，对应的输 出分量是等幅的或发散的序列，系统不稳定。 （2）当极点分布在Z平面的单位圆内时，对应的输出分量是衰 减序列，而且极点越接近Z平面的原点，输出衰减越快，系统 的动态响应越快。反之，极点越接近单位圆周，输出的衰减 越慢，系统的过渡过程时间越长。 （3）当极点分布单位圆内左半平面时，虽然输出分量是衰减的 但是由于交替变号，过渡特性并不好。 因此在设计线性离散系统时，应该尽量选择极点在Z平面 上右半平面内，而且尽量靠近原点。