计算机控制系统的控制策略
计算机控制系统中的控制策略
第一节 Unit 1
数字滤波和数据处理
Data Filtering and Data Processing 采样数据的合理性判别及报警 数字滤波 数字处理 软测量简介
2019/1/20 第五章 计算机控制系统中的控制策略 1
—计算机控制系统—
5-1 数字滤波和数据处理
进行数字滤波和处理的必要性
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
3
—计算机控制系统—
5-1-1 采样数据的合理性判别及报警(2)
对采样数据进行分析判断 – 分析判断的根据
»
»
客观规律和操作经验 过程机理 能量平衡 物料平衡 热量平衡 变化规律 根据运算模块进行检查 被零除 负数开方 数据溢出 一般通道：连续出现规定次数后报警，停止在线程序 重要通道：设计专门的故障诊断系统甚至容错系统
9
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—程序判断滤波
程序判断滤波（限速滤波）：克服偶然
的、大幅度的跳码干扰
–
比较两个相邻采样瞬间采样值的大小
|y(k)-y(k-1)| ≤Δy0, 则 y(k)=y(k) >Δy0, 则 y(k)=y(k-1)
–
关Байду номын сангаас：正确选择Δy0
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
–可结合使用平均值滤波和中值滤波法，
对周期性干扰噪声和偶然出现的脉冲 干扰信号都有良好的滤波效果。
2019/1/20
第五章 计算机控制系统中的控制策略
8
—计算机控制系统—
5-1-2 数字滤波—惯性滤波法(一阶滞后滤波)
计算机控制技术-计算机控制系统设计与实现(一)
1.離線仿真和調試 (2)軟體調試
re
u
∑ PID
D/A
y A/D
電腦
擾動 0～5V ∑ 被控對象 記錄儀
y
9.2.4 系統的調試與運行
(3)系統仿真 所謂系統仿真，就是應用相似原理和類比關係來研究 事物，也就是用模型來代替實際生產過程(即被控對象) 進行實驗和研究。 系統仿真有以下三種類型： 全物理仿真(或稱在模擬環境條件下的全實物仿真)； 半物理仿真(或稱硬體閉路動態試驗)；數字仿真(或稱 電腦仿真)。 在系統仿真的基礎上，進行長時間的運行考驗(稱為考 機)，並根據實際運行環境的要求，進行特殊運行條件 的考驗。
本講課程結束！
9.2.4 系統的調試與運行
1.離線仿真和調試 (1)硬體調試
對於各種標準功能範本，按照說明書檢查主要功能。 在調試A/D和D/A範本之前，必須準備好信號源、數字 電壓表、電流錶等。 利用開關量輸入和輸出程式來檢查開關量輸入(DI)和 開關量輸出(DO)範本。 硬體調試還包括現場儀錶和執行機構。 如是分級電腦控制系統和分散型控制系統，還要調試 通信功能。
操作工已習慣了PID調節器的面板操作，而就設計成 回路操作顯示面板，或在CRT畫面上設計成回路操作顯示 畫面。 (2)維修方便體現在易於查找故障，易於排除故障
採用標準的功能範本式結構，便於更換故障範本。在 功能範本上安裝工作狀態指示燈和監測點，便於維修人員 檢查。
另外，配置診斷程式，用來查找故障。
9.1.1 系統設計的原則
規劃好後，應列出一張RAM資源的詳細分配清單，作 為編程依據。
9.2.3 軟體的工程設計與實現
3.即時控制軟體設計 (1)數據採集及數據處理程式
數據採集程式主要包括多路信號的採樣、輸入變換、 存貯等。 數據處理程式主要包括數字濾波程式、線性化處理和 非線性補償、標度變換程式、越限報警程式等。 (2)控制演算法程式 主要實現控制規律的計算，產生控制量。其中包括： 數字PID控制演算法、達林演算法、Smith補償控制演 算法、最少拍控制演算法、串級控制演算法、前饋控 制演算法、解耦控制演算法、模糊控制演算法、最優 控制演算法等。
《计算机控制技术》计算机控制系统的设计与实现
在以上硬件设计的每一个阶段，都应该遵循边设计，边调试， 边修改的原则，包括元器件测试、电路模块调试、子系统调试等。 这样，问题发现得越早，对整个控制系统的设计、研制的影响就越 小，付出的代价也越小。
（3）来自控制系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，
如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件 间的相互不匹配使用等。这都属于控制设备制造厂家对系统 内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无 法避免，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经 过考验的系统。
经过上述系统仿真调试，并取得满意控制性能的计算机控 制系统运到现场就可以进行现场安装调试了。现场调试是实际 生产过程对计算机控制系统性能的全面检查与性能评估，与实 验室的半实物调试相比，需要特别注意系统的安全性与抗干扰 等问题。在通过现场安装调试后，就可以投入实际生产过程进 行试运行。在试运行过程中，往往会出现许多错综复杂、时隐 时现的现象，暴露设计缺陷，这时设计者应当认真分析问题根 源，寻求解决方法。同时，系统的可靠性与稳定性也应当长期 考验，针对现场特殊的工作环境，采取行之有效的措施，在经 过一段时间的试运行并取得满意的性能评价之后，整个控制系 统就可以正式投入到实际运行中了。
8.2.4 系统的调试与运行 在硬件、软件的设计过程中，一般已经进行了分模块调试。在系
统投入现场运行之前，还需要在实验室进行硬件、软件的联合调试与 系统的仿真调试。软、硬件联调是整个调试的基础，这个步骤在硬件 设计时就开始了，即逐个功能模块进行边设计边调试，并将调试好的 模块逐步加入硬件系统进行联调。在硬件调试通过的情况下，就可将 软件系统加入进去，进行控制系统硬件软件的联合调试，联合调试的 目的是检验系统硬件、软件设计的正确性与运行的可靠性。在联合调 试过程中，不但会发现软件错误，还会发现一些在硬件调试中未发现 的硬件故障或设计缺陷，可根据情况予以修正。上述软件、硬件的联 合调试一般是脱离实际的被控过程进行的，主要在于检验系统硬件、 软件设计在功能上的正确性，不能全面反映整个控制系统的性能，因 此，还必须经过整个系统的仿真试验来检验系统的实际控制性能是否 能满足指标要求。
计算机控制系统常用的控制规律
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 PID控制 串级控制 前馈控制 史密斯（Smith）预估控制 比值控制 模糊控制
PID控制
4.1 PID调节器的控制作用 4.2 PID控制器的离散化 4.3 数字PID调节中的几个实际问题 4.4 数字PID控制算法的改进 4.5 数字PID控制器参数的整定
4.1 PID调节器的控制作用
1. PID调节器的优点： 为什么要用数字模拟PID
技术成熟 易被人们熟悉和掌握 不需要建立数学模型 控制效果好
4.1.1 比例（P）调节器 1. 比例（P）调节规律 比例（P）调节器的微分方程： y(t) = Kpe(t)
பைடு நூலகம்
(8-1)
其中： y——调节器输出 Kp——比例系数 e(t)——调节器输入，为偏差值，e(t)=r(t)-m(t)。其中，r(t)为给定值， m(t)为被测参数测量值。 2. 比例（P）调节的作用 调节器的输出与输入偏差成正比。因此，只要偏差出现，就能及时地产生 与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点。
第一节 PID控制
PID控制方式：采用比例、积分、微分的控制方式。 P I D 1. 模拟PID控制算法：用于模拟控制系统 模拟系统过程控制：被测参数（模拟量：温度、压力、流量）由传感器 变换成统一的标准信号后输入调节器。在调节器中与给定值进行比较， 再把比较后的差值经PID运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动 调节的目的。 2. 数字PID控制算法：用于数字控制系统 数字系统过程控制：先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将 模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机按一定控制算法进行运算处 理，运算结果经D/A转换成模拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过 执行机构去控制生产，以达到给定值。
(完整版)PID控制算法与策略
第四章控制算法与策略按偏差的比例、积分和微分进行控制的控制器（简称为PID控制器、也称PID 调节器），是过程控制系统中技术成熟、应用最为广泛的一种控制器。
它的算法简单，参数少，易于调整，并已经派生出各种改进算法。
特别在工业过程控制中，有些控制对象的精确数学模型难以建立，系统的参数不容易确定，运用控制理论分析综合要耗费很大代价，却不能得到预期的效果。
所以人们往往采用PID控制器，根据经验进行在线整定，一般都可以达到控制要求。
随着计算机特别是微机技术的发展，PID控制算法已能用微机简单实现。
由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正而更加完善［14］。
在本章中，将着重介绍基于数字PID控制算法的系统的控制策略。
4.1采用周期T的选择采样周期T在微机控制系统中是一个重要参数，它的选取应保证系统采样不失真的要求，而又受到系统硬件性能的限制。
采样定理给出了采样频率的下限，据此采样频率应满足，①'2①，其中①是原来信号的最高频率。
从控制性能Smm来考虑，采样频率应尽可能的高，但采样频率越高，对微机的运行速度要求越高，存储容量要求越大，微机的工作时间和工作量随之增加。
另外，当采样频率提高到一定程度后，对系统性能的改善已不明显［14］。
因此采样频率即采样周期的选择必须综合考虑下列诸因素：（1）作用于系统的扰动信号频率。
扰动频率越高，则采样频率也越高，即采样周期越小。
（2）对象的动态特性。
采样周期应比对象的时间参数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程。
（3）执行器的响应速度。
如果执行器的响应速度比较缓慢，那么过短的采样周期和控制周期将失去意义。
（4）对象的精度要求。
在计算机速度允许的情况下，采样周期越短，系统调节的品质越好。
(5)测量控制回路数。
如果控制回路数多，计算量大，则采样周期T越长,否则越小。
(6)控制算法的类型。
当采用PID算式时，积分作用和微分作用与采样周期T的选择有关。
选择采样周期T太小，将使微分积分作用不明显。
先进控制技术的几种控制策略综述
先进控制技术的几种控制策略综述明权（湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410004）（E-mai: 87269709@）摘要：近十几年来，世界各国在加强建模理论、辨识技术、最优控制、高级过程控制等方面进行了研究，涌现出很多针对模型要求不高、在线计算方便、对过程及环境的不确定性有一定适应能力的先进控制策略和方法，主要有自适应控制、鲁棒控制、预测调制、H∞控制、模糊控制、人工智能控制等，本文综合分析了这些先进控制策略发展动态。
关键词：先进控制；控制策略；自适应控制；鲁棒控制；H∞控制；预测调制；模糊控制；人工智能控制。
1、引言众所周知，控制策略是控制的核心。
从模拟控制系统开始，到数字控制系统及模数混合系统的长期发展过程中，形成了许多有效的控制策略(方法)，一般分为两类：传统控制策略和现代控制策略。
传统控制策略主要有PID控制、Smith控制和解耦控制。
然而随着现代工业的大型化、复杂化发展，为了保证系统的稳定性、生产的安全性以及控制的精确性，采用单一基于定量的数学模型的传统控制理论与控制策略已经远远不能胜任。
于是，开发高级的过程控制系统，研究高级的控制策略，越来越成为控制界的关注对象。
近些年来，针对复杂控制过程的不确定性（环境结构和参数的未知性、时变性、随机性、突变性）、非线性、变量间的关联性以及信息的不完全性和大纯滞后性等，一批对模型要求不高、在线计算方便，对过程和环境的不确定性有一定适应能力的控制策略和方法得到了引用、改进和发展。
下文将先简单介绍几种传统控制策略，然后在其基础上比较性地引出自适应控制、鲁棒控制、H∞控制、预测控制、模糊控制、智能控制等控制策略。
2、传统控制策略简介2.1 PID控制PID控制策略是应用的最广泛的一种算法，它无论在模拟调节或数字控制中，都得到了广泛的应用。
这种控制方法具有一系列特性:（1）PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，而且其配置几乎最优。
计算机控制系统知识点 3篇
计算机控制系统知识点第一篇：计算机控制系统基础知识计算机控制系统是在计算机技术和控制技术的基础上，将计算机技术与传统控制技术相结合发展而来的一种新型控制系统。
其主要特点是具有高度的智能化、自适应性和自动化等特性，广泛应用于机械制造、航空航天、化工、铁路交通、能源等各个领域。
计算机控制系统由以下几部分组成：1.硬件系统：指控制计算机、输入输出设备、传感器等物理设备的总称。
2.软件系统：指控制系统使用的程序系统。
包括两种类型：系统软件和应用软件。
3.控制算法：也称控制策略。
根据被控对象以及控制的要求，设计出一套合理的控制算法。
4.人机界面：传统的控制系统主要以机器为中心，人机交互相对较少。
而计算机控制系统增加了人机交互设计，使操作人员更加方便使用。
总之，计算机控制系统是一种高科技的控制技术。
通过综合运用计算机技术、传感器技术、通讯技术、控制算法和人机界面等多种技术手段来实现对被控对象的监测、控制和调节。
是当今世界各个领域中普遍采用的控制方式之一。
第二篇：计算机控制系统分类和结构计算机控制系统分类：1.根据控制过程的性质可以分为：连续控制系统和离散控制系统。
2.根据被控对象类型可以分为：工业控制系统、农业控制系统、汽车控制系统等。
3.根据控制的方法可以分为：反馈控制系统和前馈控制系统。
4.根据系统性质又可分为：单变量控制系统和多变量控制系统。
计算机控制系统结构：1.控制环节：主要包括传感器、信号调理器、A/D转换器和控制器等。
2.执行环节：主要包括执行器、驱动器和控制阀等。
3.人机界面：主要是给操作人员提供交互界面。
4. 通讯及数据处理环节：主要是数据采集和远程控制等。
5.电源环节：包括电源及变压器等。
总之，计算机控制系统具有结构清晰、系统稳定、响应速度快、控制精度高等特点。
由于其广泛的应用和无限的扩展空间，其研究和应用前景不断拓展。
第三篇：计算机控制系统常见应用计算机控制系统具有广泛的应用领域。
以下是其中一些典型的应用方向：1.生产自动化管理：通过自动化控制技术对设备运转状态、工作质量等进行监测和控制，实现生产车间的自动化管理。
计算机控制系统分类
计算机控制系统分类计算机控制系统是指利用计算机技术实现对各种机械、电子、化工、冶金、建筑等各类工程和生产过程的自动化控制。
按照不同的分类方式，计算机控制系统可以分为以下几类。
一、按照控制方式分类1.开环控制系统开环控制系统是指输出信号不受控制量反馈影响的控制系统。
开环控制系统只能实现对被控对象的初步控制，无法对系统的稳定性、精确性和鲁棒性进行控制。
例如，家庭电器中的电熨斗就是一种开环控制系统。
2.闭环控制系统闭环控制系统是指输出信号受到控制量反馈影响的控制系统。
闭环控制系统通过反馈控制的方式，不断调整控制量，使被控对象的输出信号与期望值保持一致。
闭环控制系统具有较高的稳定性、精确性和鲁棒性。
例如，智能手机中的自动亮度调节功能就是一种闭环控制系统。
3.开闭环控制系统开闭环控制系统是指同时采用开环控制和闭环控制的控制系统。
开闭环控制系统既可以实现初步控制，又可以通过反馈控制的方式对系统进行调整，使系统的稳定性和精确性得到提高。
例如，汽车发动机控制系统就是一种开闭环控制系统。
二、按照控制对象分类1.单变量控制系统单变量控制系统是指只控制一个变量的控制系统。
例如，室内温度控制系统就是一种单变量控制系统，它只控制室内温度的变化。
2.多变量控制系统多变量控制系统是指同时控制多个变量的控制系统。
例如，化工生产过程中的温度、压力、流量等多个变量都需要进行控制，这就需要采用多变量控制系统。
三、按照控制策略分类1.比例控制系统比例控制系统是指根据被控对象的反馈信号，按照一定比例进行控制的控制系统。
比例控制系统简单、易于实现，但对于非线性系统和时变系统的控制效果较差。
2.积分控制系统积分控制系统是指根据被控对象的反馈信号，对控制量进行积分控制的控制系统。
积分控制系统能够消除系统的稳态误差，但对于系统的动态响应速度和抗干扰能力较弱。
3.微分控制系统微分控制系统是指根据被控对象的反馈信号，对控制量进行微分控制的控制系统。
计算机控制技术-杨鹏-计算机控制系统的控制策略
对象
Wd
c(t)
(b) 增量式控制 图4-8 DDC控制原理图
4.3 PID数字控制器算法的改进
The Improvement of PID Digital Controller
原因之一：PID算法本身的不足
原因之二：数字PID算法相对与模拟PID控制器的不足 1、模拟调节器进行的控制是连续的，控制作用每
第四章 计算机控制系统的控制策略
数字PID控制器
Proportion 比例 Integration 积分 Differential 微分
4.1 PID调节的作用 Sec 4.1 The Function of PID Regulation
4.1.1 为什么要用数字PID调节器
1. 技术成熟 结构灵活：常规的PID、各种PID的变种。 2. 人们熟悉 实践中积累了的经验丰富。 3. 不需要求出数字模型 4. 控制效果好
时每刻都在进行；而数字控制器在保持器作用下，控 制量在一个采样周期内是不变化的。
2、由于计算机的数值运算和输入/输出需要一定的 时间，控制作用在时间上有延滞。
3、计算机的运算字长有限和A/D、D/A转换器的 分辨率及年个精度而使控制有误差。
4.3.1 积分饱和及其防止方法
一、积分饱和的原因及影响
现象一：控制系统在刚启动或突然改变给定值时，反 馈系统出现的较大偏差不可能在短时间内消除，经过积分 项的累加后，可能使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构 由机械或物理性能所决定的极限。
将其离散化,用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程
0ne(t)d t n e(j)tT n e(j)
j0
j0
de(t)e(n)e(n1 )e(n)e(n1 )
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
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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。
计算机控制系统的发展概况
计算机控制系统的发展概况回顾工业过程的计算机控制历史，在20 世纪大致经历了50 年代的起步期、60 年代的试验期、70 年代的推广期、80 年代和90 年代的成熟期及进一步发展期。
世界上第一台数字计算机于1946 年在美国诞生，起初计算机用于科学计算和数据处理，之后，人们开始尝试将计算机用于导弹和飞机的控制。
20 世纪50 年代开始，首先在化工生产中实现了计算机的自动测量和数据处理。
1954 年，人们开始在工厂实现计算机的开环控制。
1959 年3 月，世界上第一套工业过程计算机控制系统应用于美国德州一家炼油厂的聚合反应装置，该系统实现了对26 个流量、72 个温度、3 个压力和 3 个成分的检测及其控制，控制的目标是使反应器的压力最小，确定 5 个反应器进料量的最佳分配，根据催化剂的活性测量结果来控制热水流量以及确定最优循环。
1960 年，在美国的一家合成氨厂实现了计算机监督控制。
1962 年，英国帝国化学工业公司利用计算机代替了原来的模拟控制，该计算机控制系统检测224 个参数变量和控制129 个阀门，因为计算机直接控制过程变量，完全取代了原来的模拟控制，所以称其为直接数字控制，简称DDC。
DDC 是计算机控制技术发展过程的一个重要阶段，此时的计算机已成为闭环控制回路的一个组成部分。
DDC 系统在应用中呈现出的与模拟控制系统相比所具有的优点，使人们看到了DDC 广阔的推广前景，以及它在控制系统中的重要地位，从而对计算机控制理论的研究与发展起到了推动作用。
随着大规模集成电路技术在20 世纪70 年代的发展，1972 年生产出了微型计算机，过程计算机控制技术随之进入了崭新的发展阶段，出现了各种类型的计算机和计算机控制系统。
另外，现代工业的复杂性，生产过程的高度连续化、大型化的特点，使得局部范围的单变量控制难以提高整个系统的控制品质，必须采用先进控制结构和优化控制等来解决。
这就导致了计算机控制系统的结构发生变化，从传统的集中控制为主的系统逐渐转变为集散型控制系统（DCS）。
控制系统控制策略选择和PID参数快速整定方法
➢ 反作用：输出随着被调量的增高而降低的作用叫 做反作用。
➢ 动态偏差：在调节过程中，被调量和设定值之间的偏 差随时改变，任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差， 简称动差。
➢ 静态偏差：调解趋于稳定之后，被调量和设定值 之间还存在的偏差叫做静态偏差，简称静差。
控制系统控制策略选择和 P、I、D参数整定方法
目录
一、过程控制系统基本概念 二、过程控制系统的分类 三、P、I、D参数整定方法
一、过程控制系统基本概念
1.1 过程控制系统
例1：水槽液位控制
进
进
料
料
口
调
口
玻璃管液位计
节
变
器
送
器
H
出
料
执
口
行
器
一、过程控制系统基本概念
水槽液位控制
F1 L C
F2
工作过程： F1增加 → L增加 → 变送器输出信号增加 → 偏差（测量值-设定值）为 正、增加 → 控制器输出增加 →阀开度增加 → F2增加 → L降低；
结论
三冲量控制系统方块图
这实质上是前馈-串级控制系统。
汽包液位是被控变量，给水流量是串级控制系统中的 副变量，蒸汽流量是作为前馈信号引入的。
三、P、I、D参数整定
PID控制器方程式
u(t) K pe(t) Ki
t
0 e(t)dt Kd
de(t dt
)
u0
传递函数
U (s) E(s)
Kp
1 Ti S
三、P、I、D参数整定
PID参数对控制性能的影响
• Kc 对过渡过程的影响 增益 Kc 的增大，使系统的调节作用增强，但稳定性下 降（当系统稳定时，调节频率提高、最大偏差下降）；
简述计算机控制系统的一般控制过程
1.简述计算机控制系统的一般控制过程。
答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理；(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。
2.简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。
答：(1) 连续信号连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的、也可以是断续的。
(2) 模拟信号模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。
模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。
(3) 离散信号离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。
(4) 采样信号采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。
在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。
(5) 数字信号数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。
3. 对于n阶线性定常离散系统(1)()()xkAxkBuk ；0(0)xx ，若存在有限个输入向量序能将某个初始状态0 (0)xx 在第l步控制到零状态，即列 (0),(1),,(1)uuul nl()0xl ，则称此状态是能控的。
若系统的所有状态都是能控的，则称此系统) ,(BA是状态完全能控的，或简称系统是能控的。
4. 为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取的措施有哪些？答：为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取以下几种措施： (1) 提高元器件和设备的可靠性。
(2) 采取抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力。
(3) 采用可靠性设计技术。
(4) 采用故障诊断技术。
5. 简述比例调节，积分调节，微分调节的作用？(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出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KP。
比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。
计算机控制系统习题参考答案
1
计算机控制系统习题参考答案
2) 直接数字控制系统：可完全取代模拟调节器，实现多回路的 PID 控制，而且只要改变 程序就可实现复杂的控制规律。
3) 监督控制系统：可考虑许多常规调节器不能考虑的因素，如环境温度和湿度对生产过 程的影响，可以进行在线过程操作的在线优化；可以实现先进复杂的控制规律，可靠性 好。
第二章 线性离散系统的数学描述和分析方法 P42
2-1 简述离散控制系统中信号变换的原理。 先经过采样过程，即采样开关按一定的周期进行闭合采样，使原来在时间上连续的 信号 f(t) 变成时间上离散、幅值上连续的离散模拟信号 f * (t) 。再经过量化过程，采用一组 数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。 2-2 已知函数 f(t) ，求取 Z 变换 F(z) 。
10 ，采样周期 T=1s，采用零阶保持器，单位负反馈系 s(0.1s+1)
7
计算机控制系统习题参考答案
G(z)=Z[
1-e-Ts 10 10 9z -1 (1+0.11z -1 ) ]=(1-z −1 )Z[ 2 ]= ⋅ s s(0.1s+1) s (0.1s+1) (1-z -1 )(1-e-10 z -1 )
1)
f(t)=a mt
* -k mT -1 2mT -2 Z [ f(t) ] =Z f (t) = ∑ f(kT)z =1+a z +a z +... k=0 ∞
①ห้องสมุดไป่ตู้
①-① ⋅a mT ⋅ z -1 得：
Z[f(t)]=
1 1-a z
mT -1
2)
f(t)=1-e-at
1 1 (1-e-aT )z -1 F(z)=Z[1-e ]= -1 - -aT -1 = 1-z 1-e z (1-z -1 )(1-e-aT z -1 )
计算机技术进行信息控制的策略
未来需要进一步加强信息控制系统的安全性，采取更加严密的安全措施，确保信息的安全性和完整性。
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金融机构信息管理
实现业务自动化
金融机构可以利用计算机技术，实现业务的自动化处理，提高工作 效率和准确性。
加强风险管理
计算机技术可以帮助金融机构加强风险管理，例如信用评估、风险 监测等。
保障信息安全
金融机构需要加强信息安全管理，防止客户信息泄露和金融欺诈等行 为。
05
计算机技术进行信息控制的挑 战与对策
计算机技术的分类
计算机技术的基本组成
计算机技术主要由硬件、软件和网络 三部分组成，其中硬件是计算机的物 理部分，软件是计算机的灵魂，网络 则是连接计算机的纽带。
根术。
信息控制的重要性
1 2 3
信息时代的来临
随着计算机技术的普及和发展，人类已经进入了 信息时代，信息成为了一种重要的资源。
技术挑战与对策
技术更新迅速
计算机技术更新迅速，需要不断跟进新技术，确保信息控制的安 全性和有效性。
病毒与黑客攻击
计算机病毒和黑客攻击可能导致信息泄露或系统瘫痪，需要采取有 效的防护措施。
数据加密与身份认证
加强数据加密和身份认证技术，确保信息在传输和存储过程中的安 全。
管理挑战与对策
01
人员培训和管理
信息控制的意义
信息控制是指对信息的收集、存储、传输、处理 和使用进行管理和控制的过程，以确保信息的保 密性、完整性和可用性。
信息控制的重要性
在信息时代，信息控制对于保障国家安全、维护 社会稳定、促进经济发展等方面都具有重要意义 。
02
计算机技术进行信息控制的方 法
组策略管理计算机
组策略管理计算机
1.什么是组策略管理计算机
组策略是Windows操作系统中的一种管理工具，它可以用来管理计算机和用户的设置和配置。
组策略管理计算机能够让管理员通过集中的方式来管理计算机和用户的安全策略、软件设置以及系统配置等方面。
在企业中，许多计算机都是连在一起的，组策略管理计算机可以让管理员对这些计算机的配置进行集中控制，统一管理。
通过组策略，管理员可以对指定的操作系统用户或计算机进行指定策略的配置，大幅度提高了系统安全性和管理效率。
2.组策略管理计算机的优点
1.算法高效：组策略管理计算机能够快速而准确地完成计算机配置更新，避免了人工修改配置的错误。
2.统一管理：管理员可以通过组策略管理工具对所有计算机进行一致的设置，统一管理不同计算机的配置。
3.提高效率：组策略工具可以让管理员在短时间内完成大量计算机的管理任务，提高了管理效率。
4.提高安全性：管理员可以通过组策略工具设置计算机和用户的安全策略，限制用户的权限，增强了系统安全性。
3.组策略管理计算机的使用方法
1.打开“组策略管理器”。
在“控制面板”中找到“管理工具”，然后点击“组策略管理器”。
2.在左侧面板中选择“组策略对象编辑器”，然后找到需要编辑的策略。
3.右键点击目标策略，在弹出的菜单中选择“编辑”。
4.在“组策略对象编辑器”中进行配置，然后保存。
5.将修改的组策略应用到相应的计算机或用户上。
4.总结
组策略管理计算机是一种非常便捷、高效的管理工具，大大提高了计算机系统的管理效率和安全性。
因此，它在企业中使用越来越广泛，深受管理者们的青睐。
计算机控制策略
2
1、PID（比例一积分一微分）控制
图1 PID控制原理 这是具有几十年应用经验的一种算法，无论在模拟 调节或数字控制中，都得到了广泛的应用。其原理如图1 所示。到目前为止，大多数（有资料表明在90％以上)工 业控制回路仍采用各种形式的PID控制算法。这是因为该 方法具有一系列优良的特点：
3
(1) PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的 主要信息，而且其配置几乎最优。其中，比例(P)代表了当前 的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。微分（D）在 信号变化时有超前控制作用，代表了将来的信息。在过程开 始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高 系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分(I)代表了过去积 累的信息，它能消除静差，改善系统静态特性。此三作用配 合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。 (2)PID控制适应性好，有较强鲁棒性。对各种工业应用 场合都可在不同的程度上应用。 (3)PID算法简单明了，形成了完整的设计和参数调整方 法。很容易为工程技术人员所掌握。
自适应控制是一种逐渐修正、渐近趋向期望性能的 过程，适用于模型和干扰变化缓慢的情况。对于模型参 数变化快，环境干扰强的工业场合，以及比较复杂的生 产过程，显得力不从心，难于应用。
16
图5 自校正控制结构图
17
2、变结构控制
变结构控制由前苏联学者提出并进行了系统的研究，经 过30多年的发展，已在理论上和应用中取得了许多成果。变 结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为 控制的不连续性。这种控制策略与其他控制的不同之处在于 系统的“结构”并不固定，而是可以在动态过程中，根据系 统当时的状态（如偏差及各阶导数等），以跃变的方式、有 目的地不断变化，迫使系统按预定的“滑动模态”的状态轨 迹运动，如图6所示。由于滑动模态可以进行设计且与控制对 象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对 参数及外扰变化不灵敏、无需系统在线辨识，物理实现简单 等优点。它在非线性控制和数控机床、机器人等伺服系统以 及电机转速控制等领域中获得了许多成功的应用。
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4.1.1 模拟PID控制器
1、比例控制器（P）
u KP et
e(t)
只要偏差e(t)一出现，就能及时的产 生与之成比例的调节作用，具有调节及 时，改善动态特性的优点，它是一种最基
0
tห้องสมุดไป่ตู้
本的调节规律 。
y
对于大多数惯性环节，KP太大时会
kPe(t)
t
引起自激震荡。
0
主要缺点是存在静差。对于扰动较
度，而对于一个固定不变的偏差则不会有微 分作用输出。因此，微分作用不能消除静 差，而只能在偏差刚刚出现的时刻产生一个
很大的调节作用。
14
比例积分微分控制器（PID）
u
Kp
e
t
1 Ti
e t TD
de(t)
dt
a. 调节过程——首先是比例和微分作用，加强调节作用；
然后再进行积分作用，直到消除静差。
Gc(s)
C (z) c (t)
4
系数
分类 方法 输入量与输出量之关系
数学工具 使用函数 现代控制理论
连续系统
微分方程 拉氏变换 传递函数 状态方程
离散系统 差分方程
Z变换 脉冲传递函数 离散时间状态方程
表 4—1 控制系统的研究方法
5
4.1 数字PID控制
PID控制广泛应用的原因：
a. 技术成熟———常规PID、各种PID控制变形； b. 接受程度高——操作人员熟悉； c. 不需要求出数学模型； d. 控制效果好。
第四章 计算机控制系统的控制策略
(1) 模拟系统的过程控制
a. 将被测参数由传感器变成统一的标准信号送入控制器，在控制器中与给 定值进行比较；
b. 然后将比较出的差值经PID运算后送到执行器，改变控制量，以达到自 动调节的目的。
(2) 数字控制器的调节过程
a. 首先将过程参数进行采样，通过模拟量输入通道变成数字量； b. 数字量通过计算按一定控制算法进行运算处理； c. 运算结果由模拟量输出通道输出，通过执行器控制生产，达到给定值。
说明：并非所有工业控制系统都需要使用PID调节器， PI、PD调节器也常常被人们所采用，因为它们比较简单。究 竟使用哪种调节器，应根据具体情况和现场实验进行选定。 16
图 3-21、各种控制规律对控制性能的影响
17
4.1.2 数字PID控制器控制算法
1、PID算法的数字化
(1) PID算法的模拟表达式：
ut
Kp
e
t
1 TI
e t TD
det
dt
将其离散化，用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程
n
0
e
t
dt
n
e
j
t
T
n
e
j
j0
j0
d et ek e k 1 e k e k 1
dt
t
T
18
(2) 离散PID算法
u(k)
Kp
e
k
T TI
n
e
j0
j TD
T
e k e k
b. PID控制优点——改善静态、动态调节品质；
15
PD调节器
PID调节器
e(t)
t 0
t0 y
0 t0
kie(t) t
图 4-6 PD 调节器的阶跃响应曲线
u
K p [e(t)
1 T1
e(t) dt
TD
de(t ) ] dt
e(t)
0
t
y
kPkIe(t) 0
kPkIe(t)
KPe(t)
t
图 4-7 PID 调节器阶跃响应特性曲线
优点：消除静差。只要有偏差存在， 输出就会随时间不断增长，直到偏差消 除，调节器的输出才不会变化。
缺点：作用动作缓慢，且在偏差刚一 出现时，调节器作用很弱，不能及时克服 扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增 大，调节过程增长，因此很少单独使用。
10
11
如果把比例和积分两种作用合起来，就构成PI调节器：
方法对PID进行模拟
给定值 输入通道 A/D
计算机
输出通道 D/A
被控变量
广义对象 y
输入通道 A/D
数字控制器的直接设计——把计算机控制系统中的连续部分数字化，把整
个系统看作离散系统，用离散化的方法设计控制器
R(z)
G(z)
r (t)
e*(t)
+ _ E(z)
D(z)
u*(t)
U(z) Ho(s)
1
(3) 位置型PID算法
U k U k 1 Kp ek ek 1 KIek Kp ek 2ek 1ek 2
计算机
对象
e(t) U(n)=式(4-11) U(n) x(t) +
Wd
c(t)
(a) 位置式控制
图 4-8 DDC 控制原理图
19
(4) 增量式PID算法
U k U k U k 1 K p ek ek 1 KIe k K p e k 2e k 1 e k 2
图 4-1 阶跃响应特性曲线
大、惯性也较大的系统，若采用单纯的比
例调节器，就难于兼顾动态和静态特性 。
7
控制作用u
系统实际输出y
8
对于大多数惯性环节，Kp太大 时会引起自激震荡。
9
2、比例积分控制器（PI）
u
1 TI
e t
dt
e(t)
0
t
y
t 0 图 4-3 积分作用响应曲线
所谓积分作用，是指调节器的输出 与输入偏差的积分成比例的作用。
u
KP
e
t
1 TI
e t
dt
e(t)
e(t)
t
0
y 给定值
y2
0
y1=kPe(t) kIkPe(t) t
图 4-4 PI 调节器的输出特性曲线
既克服了单纯比例调节 器有静差存在的缺点，又避 免了积分调节器响应慢的缺 点，即静态和动态特性均得 到了改善，所以应用比较广 泛。
12
13
3、比例微分控制器（PD）
2
f 干扰
r+ e 给定值 _ 偏差
控制器
z 测量值
u
控制作用
执行器
q
操纵变量
被控对象
y
被控量
r
给定值
测量变送器 (a) 闭环控制系统
控制器
u
控制作用
执行器
q
操纵变量
(b) 开环控制系统
被控对象
常规图1仪-2 表常规仪控表控制制系系统原统理框图框图
y
被控量
3
数字控制器的模拟化设计——利用经典控制理论设计模拟调节器，用数字
de t
u TD dt
e(t)
微分作用，在偏差刚刚出现偏差值尚不 大时，根据偏差变化的趋势，提前给出较大 的调节作用，使偏差尽快消除。由于调节及 时，可以大大减小系统的动态误差及调节时
t 0
t0 y
t
0
t0
图 4-5 微分作用响应特性曲线
间，使过程的动态品质得到改善。 特点：输出只能反应偏差输入变化的速
1
第四章 计算机控制系统的控制策略
(3) 计算机实现过程控制的优点
a. 多回路控制——节省设备费用； b. 控制规律灵活多样； c. 系统维护简单、可靠性高； d. 改善调节品质。
(4) 设计数字控制器的方法
a. 用经典控制理论设计模拟控制器，在DDC系统中用数字方法对PID进 行数字模拟；
b. 用采样控制理论进行数字直接分析和设计；