计算机控制技术课程总结

三、Z变换及其性质
四、Z反变换 五、用Z变换解线性差分方程
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计算机控制系统的特性 一、脉冲传递函数
具有串联环节的开环脉冲传递函数 具有并联环节的开环脉冲传递函数
二、闭环系统的脉冲传递函数和误差脉冲传递函数
三、计算机控制系统的闭环脉冲传递函数。广义对象 四、计算机控制系统的瞬态性能
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常用控制技术—前馈-反馈控制系统 反馈控制和前馈控制的特点 不变性原理与前馈控制器设计 前馈-反馈控制系统 前馈－反馈控制系统前馈控制器设计 数字前馈－反馈控制算法步骤 前馈控制的选用原则 前馈－串级控制系统
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差大于或等于HG(z)的分母与分子阶数之差。若被控对象具 有纯滞后，则闭环系统也至少具有同样的滞后。
Φ(z)应满足系统动态和稳态性能指标要求。 设计出的数字控制器的输出在工作时不应有较大的振荡。
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典型数字控制器设计技术—PID控制器 数字控制器的连续化设计步骤（离散化方法） 数字PID控制器的设计。比例、积分和微分项所起的控制 作用 标准PID算法的改进——积分分离，积分饱和，消除积分 不灵敏区，变速积分PID算法。不完全微分PID控制算法，微 分先行PID控制算法，带死区的PID控制算法等。 数字PID控制算法的参数整定。试凑整定法的次序：先比 例，再积分，后微分。采样周期的选择。
滑动平均值滤波
惯性滤波 复合数字滤波
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数字量输入输出通道 过程通道的概念 数字量输入接口－三态门缓冲器74LS244 数字量输出接口－ 74LS273 数字量输入通道 结构 信号调理电路 －消除机械抖动影响，隔离处理,电平匹配 数字量输出通道 结构 信号调理电路 －小功率直流驱动电路，继电器输出技术，大 功率交流驱动电路
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按照控制规律分类： －数字程序控制和数字顺序控制 －比例积分微分控制（PID控制） －最少拍控制 －复杂规律控制：串级控制，前馈控制，纯滞后补偿 （大林算法，斯密斯补偿算法）等 －智能控制：模糊控制系统， 专家控制系统， 自学习 控制系统， 神经网络控制系统， 遗传算法等 按照控制方式分类： －开环和闭环系统
进行混合仿真以验证控制器设计与程序编制是否正确。
常用离散化方法： z变换法（脉冲不变法）；
零阶保持器z变换法（阶跃响应不变法）；
数值积分法（置换法）：包括一阶后向差分法、一阶前向差 分法、双线性变换等；
零极点匹配法。
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采样控制系统的离散化设计
离散化设计法： W变换设计法(频率设计法) 直接数字设计法(零、极点对消法) 根轨迹设计法
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硬件抗干扰技术 干扰的来源和传播途径 过程通道抗干扰技术 串模干扰及其抑制 共模干扰及其抑制
系统供电与接地技术
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软件抗干扰技术

数字滤波技术
程序判断滤波 中值滤波 算术平均值滤波 加权平均值滤波
开关量的软件抗干扰技术 开关量信号输入抗干扰措施 开关量信号输出抗干扰措施 软件冗余技术 数据冗余 程序冗余 程序运行失常的软件抗干扰 设置软件陷阱 看门狗定时器(Watchdog)
计算机控制技术 --课程总结
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教学主题
计算机控制系统的概述
计算机控制系统分析设计基础 典型数字控制器设计
计算Hale Waihona Puke Baidu控制系统的输入输出通道
抗干扰技术
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计算机控制系统概论
自动控制系统和计算机控制系统
计算机控制系统的组成（典型方框图及软硬件结构组成）： －硬件由计算机、输入输出通道、外部设备、检测装置 与执行机构组成 －软件组成：系统软件，支持软件和应用软件 计算机控制系统的工作步骤（在一个控制循环内）： －实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出以及数 据显示、储存和通信
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计算机控制系统的特性(该页未包括) 一、信号的离散化过程（模拟量转化为数字量） 在时间轴上的离散和幅值上的量化。采样、量化、编码。 采样过程的数学表示。 香农采样定理。 二、离散信号的恢复 工程实现：在计算控制系统中，广泛采用零阶保持器来将采 样信号恢复到原来的连续信号。
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模拟量输出通道 模拟量输出通道的结构形式 接口电路；D/A转换器；功率放大和V/I变换等信号 调理电路 D/A转换器的主要性能指标 分辨率；稳定时间；输出方式； D/A转换器 8位D/A转换器DAC0832 12位D/A转换器DA1210 D/A转换器接口技术 8位DAC0832与PC总线的接口电路 12位DA1210与PC总线的接口电路 模拟量输出通道设计
零、极点分布对系统的瞬态性能的影响
稳定性（充要条件为：系统的特征根都位于Z平面的单位圆 内部 ）;稳定性判据（修正劳斯判据）；开环增益和采样周期
对稳定性的影响。
五、计算机控制系统的稳态性能－稳态误差（终值定理）
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采样控制系统的模拟化设计方法
模拟化设计方法步骤： 用连续系统的设计方法确定模拟控制器D(s)； 采用合适的离散化方法由D(s)求数字控制器G(z)； 将D(z)转化为递推算式，并编制计算机程序；
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模拟量输入通道 模拟量输入通道的组成 A/D转换器；采样保持器；多路转换器；I/V变换； 接口及控制逻辑电路 A/D转换器的主要性能指标 A/D转换器 －8位A/D转换器ADC0809 －12位A/D转换器AD574A A/D转换器接口技术 －ADC0809与PC总线工控机接口 －AD574A与PC总线工控机接口 模拟量输入通道设计
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常用控制技术—串级控制系统 什么是串级控制 串级控制的特点 对二次干扰有很强的抑制能力；提高了系统的工作频率；减 小了系统的时间常数；有一定的自适应能力 串级控制的设计 -副回路的选择(选择原则) 应使副回路的时间常数小；应将主要干扰纳入副回路 -主、副调节器的选择 串级计算机控制系统 副回路数字算法的设计 按预期的闭环特性设计副控制器 微分先行结构的副控制器设计
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典型数字控制器设计技术—最少拍控制器 数字控制器的离散化设计步骤 确定期望的闭环脉冲传递函数时应考虑的问题 最少拍数字控制器的设计要求 -对于特定的参考输入信号，到达稳态后，系统在采样时 刻精确实现对输入的跟踪。 -系统以最快的速度达到稳态。 -D(z)应该时物理可实现的。
直接数字设计法步骤： 根据对控制系统性能指标的要求和其他约束条件，确定闭 环系统脉冲传递函数F(z)。 求广义对象的脉冲传递函数G(z)。 根据F(z)和 G(z)确定数字控制器 D(z)。
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采样控制系统的离散化设计 确定系统的闭环脉冲传递函数Φ(z)应考虑以下几方面的问题 （称为约束条件）： 闭环系统应该是稳定的。不稳定的系统是无法工作的。 保证系统的物理可实现性。要求Φ(z)的分母与分子阶数之
-闭环控制系统应是稳定的。
最少拍有纹波控制器的设计（两个约束条件） 最少拍无纹波控制器的设计（选修）
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常用控制技术—大延迟系统控制—大林算法 过程纯延迟对控制质量的影响 达林算法 设计思想 一阶被控对象的达林算法 二阶被控对象的达林算法 达林算法的递推表达式 达林算法的参数整定 振铃（Ringing）现象 原因；振铃幅度RA；振铃现象的消除
计算机控制系统的优势（相对于模拟自动控制系统）
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计算机控制系统的分类：
按照功能分类： －操作指导控制系统（ODCS） －直接数字控制系统 (DDC） －监督控制系统 (SCC） －分布式控制系统 (DCS) －现场总线控制系统 (FCS) －综合自动化系统（ERP+MES+PCS）