第5章计算机控制系统模拟化设计

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高纲2024 江苏省高等教育自学考试大纲 27239 计算机控制系统大纲

高纲2024江苏省高等教育自学考试大纲27239 计算机控制系统苏州大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室一、课程性质及其设置目的与要求（一）课程性质和特点《计算机控制系统》课程是我省高等教育自学考试现代电气工程及自动化专业（专接本）的一门重要的专业课程，其任务是培养应考者系统地学习计算机控制系统分析的基础知识，掌握计算机控制系统的分析方法，学习计算机控制系统的离散化设计方法和模拟化设计方法，初步掌握离散系统的状态空间分析方法，领会计算机控制系统设计与实现的方法。

通过本课程的学习，建立其计算机控制系统分析的整体概念，掌握计算机控制系统设计的基本方法，初步具有开发计算机控制系统、解决工程实际问题的能力。

（二）本课程的基本要求本课程共分为七章。

在对计算机控制系统概念、组成、分类和信号的刺痒与恢复介绍的基础上，重点阐述了Z变换和Z传递函数、计算机控制系统的分析、计算机控制系统的离散化设计、计算机控制系统的模拟化设计、计算机控制系统的状态空间分析和计算机控制系统的设计与实现，通过对本书的学习，要求应考者对计算机控制系统的分析与设计有一个全面和正确的了解。

具体应达到以下要求：1、了解计算机控制系统的概念、分类等。

2、理解并掌握计算机控制系统的分析方法，包括信号的采样与恢复、Z变换及Z传递函数、计算机控制系统的稳定性分析、离散系统的过渡响应分析等。

3、理解和掌握计算机控制系统的离散化设计方法和模拟化设计方法，包括最少拍计算机控制系统的设计、数字控制器的计算机实现、模拟控制器的离散化、数字PID控制及其算法改进、数字PID参数的整定等。

4、掌握离散系统状态空间分析的基本方法，包括线性离散系统的状态方程、离散系统的传递函数距阵与特征值、离散系统的稳定性判断、可控性与客观性的判断等。

5、了解计算机控制系统设计与实现过程中的原则、步骤、输入输出通道和抗干扰技术等（三）本课程与相关课程的联系《计算机控制系统》是电气工程及自动化专业的专业课程，与专业基础课程和其他专业课程如自动控制原理、微机原理与接口等关系密切，具有很强的应用背景。

计算机控制技术及其应用(丁建强任晓卢亚萍)课后规范标准答案

第1章概述.................................................................................................................................... 1-2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方案.......................................................................................... 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]:参见1.1自动控制的基本概念。

计算机控制数字控制器的连续设计方法

第5章
数字控制器旳连续设计措施
引言
自动化控制系统旳关键是控制器。控制器旳任务是按照一定旳控制规律，产生满足工艺要求旳控制信号，以输出驱动执行器，到达自动控制旳目旳。在老式旳模拟控制系统中，控制器旳控制规律或控制作用是由仪表或电子装置旳硬件电路完毕旳，而在计算机控制系统中，除了计算机装置以外，更主要旳体目前软件算法上，即数字控制器旳设计上。
目旳：希望混合系统和等效连续系统旳特征尽量接近
量化单位
模拟量经A/D转换之后才干进入计算机，所以模拟量经过了整量化，假如整量化单位过大，相当于系统中引入了较大旳干扰。但是这个问题在工程上能够实现旳条件下，能够经过增长A/D转化旳位数来将干扰限制在很小旳程度。例如一种5V基准电源转换器，当位数n=8时，辨别率δ=20mV;当n=12时，辨别率 δ=1.25 mV，量化单位已很小，完全能够看成连续信号。
5.1.1 混合系统概念
图5-1 混合系统
5.1.2 等效连续系统
图5-2 等效连续系统
怎样确保离散化后信息不丢失？问题：按连续系统设计措施设计数字控制系统旳条件是什么？
量化单位：经过增长A/D转换旳位数实现。采样周期旳选择：采样频率旳高下会影响系统旳动态特征
5.1.3 等效连续系统旳两个条件
香农采样定理: 采样角频率ωs≥2ωmax,ωmax为连续信号旳最大频率分量，连续信号能够由它旳采样信号复现。零阶保持器旳传递函数为
其频率特征是
采样周期旳选择
图5-3 零阶保持器旳幅频和相频特征
零保持器带来旳附加相移为：
当采样频率取为10倍信号主频率旳最高频率时，
结论：采用连续设计措施，用离散控制器去近似连续控制器，要求有相当短旳采样周期。

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。

微型计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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展检测，并输入给计算机。

(2)实时控制决策：对采集到的表征被控参数的状态量进展分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

(3)实时控制输出：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：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展处理，并在一定的时间内作出反响并进展控制，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及计算机连接，生产过程直承受计算机的控制，就叫做“联机〞方式或“在线〞方式。

(3)“离线〞方式：假设生产过程设备不直接及计算机相连接，其工作不直承受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进展联系并作相应操作的方式，那么叫做“脱机〞方式或“离线〞方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几局部组成？各局部的作用是什么？由四局部组成。

(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个局部发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进展实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进展各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进展监视，使之处于最优工作状态；对事故进展预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进展信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进展控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

(3)外部设备：这是实现微机和外界进展信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。

第五章机电一体化控制系统及其模块电路设计

图5-1 专用微机控制系统的组成
第二节机电一体化控制系统微控制器的选择
一、微型计算机的系统构成：人们经常提到“微机”这个术语，该术语是三个概念的统称，即微处理器、微型计算机与微型计算机系统。微处理器简称μP或MPU或CPU，它是一个独立的芯片，内部含有数据通道、多个寄存器、控制逻辑部件、运算逻辑部件以及时钟电路等。微型计算机简称μC或MC，它是以微处理器为核心，加上 ROM、RAM、I/O接口电路、系统总线以及其他支持逻辑电路所组成的计算机。如果以上各部分均集成在一个芯片，那么这个芯片就叫微控制器，简称MCU，也就是人们常说的单片机。微型计算机系统简称MCS，一般将配有系统软件、外围设备、系统总线接口的微型计算机称为微型计算机系统。本节主要针对机电一体化设备专用微机控制系统，来讨论微处理器与微控制器的选择。
集成稳压器的功能是将非稳定的直流电压变换成稳定的直流电压。集成稳压器按工作方式可分为串联型稳压器、并联型稳压器和开关型稳压器三种。其中开关型稳压器的效率最高，可达70%以上，但其输出电压的纹波较大；并联型稳压器输出电流小，但是电压的稳定度高，主要用来作电压基准；串联型稳压器的效率虽较低，但其输出电流范围较宽，主要用于低电压、小电流的场合，比如，给控制系统的主机电路供电等。
1）三端固定正电压稳压器常用型号为7800系列。图5-2是7800稳压器的外观图和元件符号，图a为金属封装，输出电流较大；图b为塑料封装，输出电流较小；图c是7800稳压器的电路符号。7800系列正稳压器常见的标称输出电压有+5V、+6V、 +8V、+9V、+12V、+15V、+18V、+20V、 +24V等。

于海生---微型计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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：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.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么—由四部分组成。

图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

第5章计算机控制系统间接设计法

s 平面的稳定域为 Re(s) 0，z 平面的稳定域为：
Re
z 1 T
0
令z
j
，则可写成：Re
j
T
1
0
j
s平面
Im z平面
0
0
0
Re
z 1
正向差分变换s平面与z平面的对应关系
双线性变换法
3、双线性变换法
双线性变换法又称突斯汀（Tustin）法，是一种基于梯形积分规则的数字积分变换方法。
➢ G(s)所有的在 s 处的零点变换成在 z 1 处的零
点。
➢如需 D(z) 要的脉冲响应具有一单位延迟，则 D(z) 分子的零点数应比分母的极点数少1。
➢要保证变换前后的增益不变，还需进行增益匹配。
零、极点匹配z变换
例5.2
求G(s) 1/(s a) 的零、极点匹配z变换。
零、极点匹配z变换
双线性变换法
例5.1
用双线性变换法将模拟积分控制器 D(s) U (s) 1 离散化
为数字积分控制器
E(s) s
脉冲响应不变法
4、脉冲响应不变法
所谓脉冲响应不变法就是将连续滤波器D(s) 离散得到离散滤波器D(z) 后，它的脉冲响应gD (kT ) Z 1[D(z)]与连续滤波器 g(t) L1[D(s)] 的脉冲响应在各采样时刻的值
数字PID算法
2、增量式PID控制算法
增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量
u(k) 由递推原理可得
k 1
u(k 1) KPe(k 1) KI e( j) KD e(k 1) e(k 2) j0
用式u(k)减去u(k-1)，可得
u(k) KP e(k) e(k 1) KIe(k) KD e(k) 2e(k 1) e(k 2)

东电考研大纲841、842、843、844、845、846

（1）841 自动控制原理一、考试形式与试卷结构1、试卷满分及考试时间试卷满分为150分，考试时间为180分钟2、考试方式考试方式为闭卷、笔试3、试卷的题型结构选择填空题，分析计算题，综合设计题二、考察的知识及范围第一章自动控制系统导论内容：（1）自动控制系统的一般性概念和基本工作原理；（2）反馈控制系统的基本组成、分类及对控制系统的基本要求；（3）《自动控制原理》课程研究的主要内容及其发展现状。

重点掌握：自动控制系统的一般性概念和基本工作原理；反馈控制系统的基本组成、分类及对控制系统的基本要求第二章控制系统的数学模型内容：（1）复数和复变函数的基本概念，拉普拉斯变换和拉普拉斯反变换；（2）控制系统研究中几种主要数学模型：微分方程、传递函数和频率特性的内在联系；（3）典型环节的数学模型；（4）常见电气系统和一般机械系统的数学建模；（5）方块图的化简法则；（6）利用梅逊公式求取系统的传递函数。

重点掌握：传递函数的概念、结构图的建立与等效变换、梅逊公式第三章自动控制系统的时域分析内容：（1）系统阶跃响应性能指标；（2）一阶、二阶系统阶跃响应的特点及一阶、二阶系统动态性能；（3）高阶系统动态性能（4）线性系统稳定的充要条件；（5）利用劳斯判剧判别系统的稳定性；（6）稳态误差的定义；（7）稳态误差系数的求取及减小或消除系统稳态误差的方法；重点掌握：稳定性、稳态误差、系统阶跃响应的特点及动态性能与系统参数间的关系等有关概念，有关的计算方法。

第四章根轨迹法内容：（1）根轨迹的定义、幅值和相角条件；（2）根轨迹的绘制法则；（3）利用根轨迹分析系统的特性。

重点掌握：根轨迹的绘制方法，利用根轨迹分析系统的特性。

第五章线性系统的频域分析法内容：（1）频率特性的定义、求法及性质；（2）线性系统极坐标图画法；Nyquist图稳定判据的应用；（3）线性系统伯德图的画法；最小相位系统的定义及性质；（4）利用Bode图求取系统稳态误差；增益裕量和相位裕量的定义、物理意义和求取；重点掌握：正确理解频率响应、频率特性的概念及特点，明确频率特性的物理意义；熟练掌握运用奈奎斯特稳定判据和对数频率判据判定系统稳定性的方法；熟练掌握计算稳定裕度的方法。

计算机控制系统的经典设计方法-精品文档

经ZOH后：
j T 1 e u ( j ) E * ( j ) D * ( j ) D j
j T 1 e s i n ( T / 2 ) j T / 2 G ( j ) T e Z O H j T / 2
ZOH传递函数：
s i n ( T / 2 ) u ( j) e D * ( j) E ( j j n ) D s T / 2 n
② 一阶保持器z变换法（斜坡响应不变法）
由于和零阶保持器z变换法类似的原因，这种方法应用的较少。
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2. 一阶向后差分法
(1)离散化公式
实质：将连续域中的微分用一阶向后差分替换
d c ( t ) / d t c ( k ) c ( k 1 ) ] / T tk T[
s与z之间的变换关系：（直接代入）
2
2
2
j T j T / 2 j T / 2 D D D 2 1e 2 e e j j A D j D T T / 2 j / 2 D T 1e T e e T
图5-10 双线性变换映射关系
2s ji n ( T / 2 ) 2 T 2 D j t a nD T 2 c o s ( T / 2 ) T 2 D
j T / 2 必有： D * ( j ) e D ( j )

补偿器模拟控制器
uj ( )e D
jT / 2
D * ( j )( E j)
数字控制器
补偿器：补偿ZOH带来的相位延迟－T/2 当T较小时可以忽略其影响，可以不补偿
7
连续域-离散化设计的步骤如下：

计算机控制系统(5)

第5章计算机控制系统特性分析计算机控制系统特性分析就是从给定的计算机控制系统数学模型出发，对计算机控制系统在稳定性、准确性、快速性三个方面的特性进行分析。

通过分析，一是了解计算机控制系统在稳定性、准确性、快速性三个方面的技术性能，用以定量评价相应控制系统性能的优劣；更重要的是，建立计算机控制系统特性或性能指标与计算机控制系统数学模型的结构及其参数之间的定性和定量关系，用以指导计算机控制系统的设计。

本章主要内容有：计算机控制系统稳定性分析，稳态误差与动态响应分析。

5.1计算机控制系统稳定性分析与模拟控制系统相同，计算机控制系统必须稳定，才有可能正常工作。

稳定是计算机控制系统正常工作的必要条件，因此，稳定性分析是计算机控制系统特性分析的一项最为重要的内容。

5.1.1连续系统稳定性及稳定条件离散系统稳定性和连续系统稳定性含义相同。

对于线性时不变系统而言，无论是连续系统还是离散系统，系统稳定是指该系统在平衡状态下（其输出量为某一不随时间变化的常值或零），受到外部扰动作用而偏离其平衡状态，当扰动消失后，经过一段时间，系统能够回到原来的平衡状态（这种意义下的稳定通常称为渐近稳定）。

如果系统不能回到原平衡状态，则该系统不稳定。

线性系统的稳定性是由系统本身固有的特性所决定的，而与系统外部输入信号的有无和强弱无关。

线性时不变连续系统稳定的充要条件是：系统的特征方程的所有特征根，亦即系统传递函数)(s W 的所有极点都分布在S 平面的左半平面，或者说，系统所有特征根具有负实部，设特征根ωσj s i i +=，则0<i σ。

S 平面的左半平面是系统特征根（或极点）分布的稳定域，S 平面虚轴是稳定边界。

若系统有一个或一个以上的特征根分布于S 平面的右半平面，则系统就不稳定；若有特征根位于虚轴上，则系统为临界稳定，工程上也视为不稳定。

5.1.2 S 平面与Z 平面的映射关系在第3章中定义Z 变换时，规定了z 和s 的关系为Tse z = （5.1）式中，z 和s 均为复变量，T 是采样周期。

第5章- 电液伺服系统的计算机控制

哈工大电液伺服仿真及试验系统研究所 IEST 郑淑涛 zhengshutao77@
§5-2 电液伺服系统计算机控制应用举例控制参数液压缸的位置（采集需要6路A/D）采用负载匹配确定缸、阀、液压源等参数操作量伺服阀的控制（输出控制需要6路(D/A)）、应急阀控制(6路I/O)等 3）计算机控制方案（硬件与软件组成）
坐标系 M X' Y' Z'
ai li
C Y X Z
bi
坐标系 G
哈工大电液伺服仿真及试验系统研究所 IEST 郑淑涛 zhengshutao77@
§5-2 电液伺服系统计算机控制应用举例控制任务： 1）给定姿态运动学反解每个液压缸的位置信号位置反解：平台姿态液压缸缸长位置正解：液压缸缸长平台姿态 2）控制精度控制器的设计、采样周期的确定控制器的设计、动态精度：系统频宽≥2.5Hz 位姿波形失真度≤2% 静态精度：平动定位精度≤1.6 mm 旋转定位精度≤0.06° …… 控制任务分析结果：建立运动学反解模型，确定控制器的结构 2) 明确控制原理、控制参数和操作量控制原理： 1）单系统控制（简单，采用此种方法） 2）自由度控制（复杂，需要进行解耦）
哈工大电液伺服仿真及试验系统研究所 IEST 郑淑涛 zhengshutao77@
§5-2 电液伺服系统计算机控制应用举例 3、应用举例
任务：根据计算机控制系统的原理设计一套系统完成对六自由度运动系统的姿态控制！
哈工大电液伺服仿真及试验系统研究所 IEST 郑淑涛 zhengshutao77@
Acqusittion board
data transmission
功能：
Controller
Motion controller

第5章-离散系统的设计课件

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1）后向差分法
D(z) D(s) 1z1 s T
1 z 1 s
T z 1
1 sT
图5-5 S平面到Z平面的后向差分变换
后向差分的特点： ① D(s)稳定, D(z)也稳定； ② 不能保持D(s)的频率响应。
第5章-离散系统的设计
11
2）前向差分法
D(z) D(s) s1Tzz11
前向差分的特点：使稳定的D(s)变换为不稳定的D(z), 故很少使用.
(保证D(z)是物理可实现的有理多项式 )
第5章-离散系统的设计
23
4） e ( z ) 的零点必须包含G(z)中位于单位圆上及单位圆外的极点;（保证闭环系统稳定）
5） ( z ) 的零点必须包含G(z)中位于单位圆上及单位圆外的零点;（保证控制器D(z)稳定）
6） ( z ) 中必须包含G(z)中的纯延迟环节. （保证控制器是物理可实现的）
注：在上述条件下构造 ( z ) 和 e ( z ) 时，只需考虑六条设计原则中的前三条即可，故取 e(z)(1z1)m就可满足前三点要求。
第5章-离散系统的设计
25
1）单位阶跃输入时设计最少拍系统的数字控制器D(z)
当r(t) = 1(t)时，R(z)Z1(t)11z1，则
e(z) 1z1 (z) 1e(z) z1
连续控制器离散化的基本思想是：在采样周期很小的条件下，寻找一个与原连续控制器D(s)在输入输出关系上近似的数字控制器D(z)。
带有零阶保持器的Z变换法
差分变换法
后向差分法前向差分法双线Leabharlann 变换法第5章-离散系统的设计
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1．带有零阶保持器的Z变换法
原理：该方法是在原连续控制器的基础上串联一个虚拟的零阶保持器，再进行Z变换，从而得到D(s)的离散化形式D(z) 。

计算机控制系统的设计步骤

计算机控制系统的设计步骤1. 研究被控对象、确定控制任务在进行系统设计之前，首先应该调查、分析被控对象及其工作过程，熟悉其工艺流程，并根据实际应用中存在的问题提出具体的控制要求，确定所设计的系统应该完成的任务。

最后，采用工艺图、时序图、控制流程等描述控制过程和控制任务，确定系统应该达到的性能指标，从而形成设计任务说明书，并经使用方的确认，作为整个控制系统设计的依据。

2. 确定系统总体控制方案一般设计人员在调查、分析被控对象后，已经形成系统控制的基本思路或初步方案。

一旦确定了控制任务，就应依据设计任务书的技术要求和已作过的初步方案，开展系统的总体设计。

总体设计包括以下内容：⑴确定系统的性质和结构根据系统的任务，确定系统的性质是数据采集处理系统，还是对象控制系统。

如果是对象控制系统，还应根据系统性能指标要求，决定采用开环控制，还是采用闭环控制。

⑵确定执行机构方案根据被控对象的特点，确定执行机构采用什么方案，比如是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，应对多种方案进行比较，综合考虑工作环境、性能、价格等因素择优而用。

⑶控制系统总体“黑箱”设计所谓“黑箱”设计，就是根据控制要求，将完成控制任务所需的各功能单元、模块以及控制对象，采用方块图表示，从而形成系统的总体框图。

在这种总体框图上，只能体现各单元与模块的输入信号、输出信号、功能要求以及它们之间的逻辑关系，而不知道“黑箱”的具体结构实现；各功能单元既可以是一个软件模块，也可以采用硬件电路实现。

⑷控制系统层次以及硬件、软件功能划分根据控制要求、任务的复杂度、控制对象的地域分布等，确定整个系统是采用直接数字控制(DDC)、还是采用计算机监督控制(SCC)，或者采用分布式控制，并划分各层次应该实现的功能。

同时，综合考虑系统的实时性、整个系统的性能价格比等，对硬件和软件功能进行划分，从而决定哪些功能由硬件实现，哪些功能由软件来完成。

在总体方案设计完成后，形成了系统组成的粗线条框图结构、硬件与软件划分等文件，供详细设计使用。

WX05_微型计算机控制技术_第五章

微型计算机控制技术
5.2.3 平均值滤波
• 1.算术平均值滤波算术平均值滤波 • 2.加权平均值滤波加权平均值滤波 • 3.滑动平均值滤波滑动平均值滤波
微型计算机控制技术
5.2.3 平均值滤波
1.算术平均值滤波算术平均值滤波
寻找一个Y它与各采样值寻找一个它与各采样值Xk之间误差的平它与各采样值方和E为最小。方和为最小。为最小
微型计算机控制技术
连续取N个采样值进行算术平均运算。连续取N个采样值进行算术平均运算。 N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低； N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高；值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高； N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4。值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4。
微型计算机控制技术
• 程序与程序设计的概念使用计算机求解某些问题或完成某一特定功能，就要先对问题或特定功能进行分析，功能，就要先对问题或特定功能进行分析，确定形成的算法和步骤，确定形成的算法和步骤，然后选择相应的指令，按一定顺序排列起来，指令，按一定顺序排列起来，这样就构成了求解某一问题或实现特定功能的程序。了求解某一问题或实现特定功能的程序。通常把这一编制程序的工作称为程序设计。通常把这一编制程序的工作称为程序设计。 • 常用程序设计语言有汇编语言、C语言等。常用程序设计语言有汇编语言、语言等。
微型计算机控制技术
限幅滤波的用途和使用注意事项：限幅滤波的用途和使用注意事项：
限幅滤波主要用于变化比较缓慢的参数，如温度。使用时，关键问题是最大允许误差Δy的选取， Δy太大，各种干扰信号将“乘机而入”，使系统误差增大；Δy太小，又会使某些有用信号被“拒之门外”，使计算机采样效率变低。因此，门限值Δy的选取是非常重要的。

计算机控制技术期末复习试题附答案

第一章计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。

2、计算机系统由哪些部分组成并画出方框图。

计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。

3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些各项连续控制系统计算机控制系统信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化5、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一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统DCS⑥现场总线控制系统FCS二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID 控制 ③最少拍控制 ④复杂规律的控制 ⑤智能控制第二章离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。

则采样角频率只有满足下面的关系： ωs ≥2ωmax采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。