第6章数字PID控制器

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第6章(192)

变结构控制系统的不足之处是难于实施神经网络的在线训练。
第6章神经控制系统
6.2.5 神经网络智能方法神经网络的学习功能是一种智能行为，它与其它智能学
科有相同或相近的设计方式。将神经网络与模糊控制、人工智能、专家系统相结合，可构成各具特色的模糊神经控制、智能神经控制、专家神经系统等，它们形成了自己的设计方法。一种典型的模糊神经控制系统的基本结构如图6-8所示。
第6章神经控制系统
神经网络从根本上改变了上述设计思路，因为它不需要被控制对象的数学模型。在控制系统中，神经网络是作为控制器或辨识器起作用的。
控制器具有智能行为的系统，称为智能控制系统。在智能控制系统中，有一类具有学习能力的系统，被称为学习控制系统。学习的过程是一个训练并带有将训练结果记忆的过程，人工神经网络控制系统就是一种学习控制系统。
第6章神经控制系统
对于一些在控制过程中存在不确定性、存在非线性、存在时变的被控对象，由于数学模型不明确，常规PID调节器往往难以奏效，不能保证系统稳定性。目前能够想到的解决办法有两个，两个办法都离不开神经网络。一个是对被控对象使用系统辨识，PID调节器继续使用常规调节器，系统辨识由神经网络承担；另一个是使用神经PID调节器。在系统中引入神经网络，相应需要学习训练。
第6章神经控制系统
由于神经控制器的设计与设计人员的素质、理解能力和经验有关，因此设计出来的产品都可以成为设计者的成果，这也是从事神经控制较容易出成果的原因之一。随着时间的推移，对设计结果的评价体系终会诞生，优劣将更加清晰。
简单综合起来，神经控制器的设计方法大体有如下几种：模型参考自适应方法、自校正方法、内模方法、常规控制方法、神经网络智能方法和神经网络优化设计方法。

计控第6章计算机控制系统的控制规律(1)

稳态能的影响
被控对象用传递函数来表征时，其特性可以用放大系数K、时间常数T和纯滞后时间τ来描述。针对控制通道的被控对象特
性对控制系统性能的影响进行描述：
1. 放大系数K对控制性能的影响控制通道的放大系数K越大，系统调节时间越短，稳态误差eSS越小，但K偏小时对系统的性能没有影响，因为K完全可
以由调节器D(s)的比例系数KP来补偿。
2. 惯性时间常数T对控制性能的影响控制通道惯性时间常数T越小，系统反应越灵敏，控制越及
时，控制性能越好，但T过小会导致系统的稳定性下降。
3. 对象纯滞后时间对控制性能的影响控制通道纯滞后时间τ的存在，使被控量不能及时反映系统所承受的扰动。因此这样的系统必然会产生较明显的超调量σ，使超
积分项改进 1. 抑制积分饱和的PID算法（1）积分饱和的原因及影响在一个实际的控制系统中，因受电路或执行元件的物理和机械性能的约束(如放大器的饱和、电机的最大转速、阀门的最大开度等)，控制量及其变化率往往
被限制在一个有限的范围内。当计算机输出的控制量或其变化率在这个范围内时，控制则可按预期的结果进行，一旦超出限制范围，则实际执行的控制量就不再是计算值，而是系统执行机构的饱和临界值，从而引起不希望的效应。
式（6-4）不仅计算繁琐，而且为保存E(j)要占用很多内存。因此，用该式直接进行控制很不方便。做如下改动，根据递推原理，可写出(k-1) 次的PID输出表达式：
T U (k 1) K P {E (k 1) TI
TD E ( j ) [ E (k 1) E (k 2)]} T j 0
6.3.1 PID控制器的数字化实现
1、模拟PID算法表达式在模拟控制系统中， PID 控制算法的模拟表达式为：

自动控制原理第6章离散系统控制理论

F(z)

f (kT )z k

e akT z k

(e aT z) k
k 0
k 0
k 0
Z[e at ]
1
z
1 (e aT z) 1 z e aT
《自动控制原理》国家精品课程浙江工业大学自动化研究所 19
f (k) ak , k 0

F (z) f (kT )zk ak zk (a1z)k
k 0
k 0
k 0
Z[ak ] 1 z 1 az 1 z a
f (kT) sin kT
k 0,1,2,

F (z) f (kT )z k sin kTz k
k m
i0
1

zm f (kT )zk zm f (iT )zi
k m
i0
1
z m [ f (kT )z k F (z)] k m
Z[ f (t mT)] z m F(z)
《自动控制原理》国家精品课程浙江工业大学自动化研究所 22
Z[ f (t mT )] zmF (z) f (t) 0,t 0
《自动控制原理》国家精品课程浙江工业大学自动化研究所 21
滞后定理的证明
Z[ f (t mT)] f (kT mT)z k
k 0
1

f (kT )zkm f (iT )zim
0T
《自动控制原理》国家精品课程浙江工业大学自动化研究所 5
第6章离散系统控制理论
6.1 信号的采样与保持
6.2 差分方程 6.3 Z 变换 6.4 Z传递函数 6.5 稳定性分析 6.6 暂态性能分析 6.7 稳态误差分析 6.8 数字PID控制 6.9 MATLAB在离散系统分析中的应用

第六章数字PID算法习题

第六章习题一、填空1. 在一般工业过程控制系统中常用的经典控制规律是______控制规律，即___________控制规律。

2. 采用类似于模拟调节规律的设计方法来设计数字调节规律的前提条件是_______________。

3. 位置式PID调节规律的数学表达式为___________________________________________4. 增量式PID调节规律的数学表达式为____________________________________________5. ___________型改进PID算法可以提高数字PID控制系统对偏差信号中混入的高频干扰信号的抑制能力。

6. 数字PID算法参数整定的内容包括________、_____________、__________和__________。

二、选择1. 采用类似于模拟调节规律的设计方法来设计数字调节规律的前提条件是（）。

（A）采样周期足够短（B）采样周期足够长（C）用差分方程代替微分方程（D）先将系统离散化三、判断。

1. 在利用临界比例度PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于开环状态。

（）2. 在利用临界比例度PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于闭环状态。

（）3. 在利用衰减曲线PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于开环状态。

（）4. 在利用衰减曲线PID参数整定法进行整定时，应使系统工作于闭环状态。

（）5. 在利用响应曲线法进行PID参数整定时，应使系统工作于开环状态。

（）6. 在利用响应曲线法进行PID参数整定时，应使系统工作于闭环状态。

（）7. 所谓积分饱和指的是数字PID算法中，积分项的运算结果超出了计算机对数据的表示能力。

（）8. 所谓积分饱和指的是数字PID算法中，由于积分的不断进行，使得控制值超出了控制输出的最大模拟信号对应的数字值。

（）四、简答1. 什么是控制规律？2. 简述PID调节规律的含义并说明各控制作用的功能。

计算机控制技术课后题答案整理版（1到5章基本都有了）

第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。

答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。

1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。

2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。

3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。

2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。

（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。

3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导控制系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。

缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。

（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）优点：实时性好、可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。

（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。

（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。

（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。

附加：计算机控制系统的发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。

为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。

西门子S7-200PLC第6章 PLC模拟量采集及闭环控制系统

模拟执行部件之前，必须将标准化的实数值转换成一个16位的标定整
数值。
• 3. PID回路表
•
用PID运算的参数，每个PID控制回路都有一个确定起始地址（TBL）的回路表。
PID回路表
• 4. PID回路指令
• PID运算通过PID回路指令来实现。
化处理后写入回路表首单元VD200 ； • 5）执行PID回路运算指令； • 6）对PID回路运算的输出结果单元VD208进行数据转换后送入模拟
量输出。
• 参看教材图6-9 PID回路表及定时0中断初始化子程序实例
• 本章小结： • 作业：
•
谢谢收看！！
该电流通过250 电阻将其转换为1~5V电压，作为A/D转换器的模拟量输入信号，A/D转换器输出的数字量信号可以直接输入给计算机进行处理。
• 2 计算机闭环控制系统
被控设备（对象）输出的物理量（即被控参数或称系统输出参数），经传感器、变送器、 A/D转换后反馈到输入端，与期望值（即给定值或称系统输入参数）进行比较，当二者产生偏差时，对该偏差进行决策或PID运算处理，其处理后的信号经D/A 转换器转换为模拟量输出，控制执行器进行调节，从而使输出参数按输入给定的条件或规律变化。由于系统是闭和的，输出量的变化经变送器反馈到输入端与输入量进行比较，由于反馈的输出量与输入量相位相反，所以也称闭环控制负反馈系统。
• （2）回路输入转换及标准化数据
• 每个PID回路有两个输入量，给定值（SP）和过程变量（PV）。在PID指令对这些物理量进行运算之前，必须对它们及其它输入量进行标准化处理，即通过程序将它们转换成标准的浮点型表达形式。
• （3）回路输出值转换成标定数据
•
PID回路输出的是0.0~1.0之间标准化的实数值，回路输出在驱动

《计算机控制技术》课程教学大纲

计算机控制技术课程教学大纲Techno1ogyofMicrocomputercontro1学时数：40其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业或其它相关专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化类各专业的“主干专业课程”，属工程技术类课程。

通过本课程的学习，使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识，以及基本的应用技术。

并具备独立设计计算机控制系统的能力，为今后从事工业自动化方面的工作打下一个基础。

二、课程教学的基本要求（一）熟练掌握计算机控制系统的组成与接口技术；（二）掌握和理解计算机控制系统的常用控制算法；（H）熟练掌握计算机控制系统的设计方法和实现过程；（四）了解计算机控制技术的发展趋势及前沿课题。

三、课程的教学内容、重点和难点第一章微型计算机控制系统概述（4学时）基本内容：计算机控制系统的概念、组成，计算机控制系统的分类以及发展。

基本要求：1、熟悉微机控制系统的组成（硬件结构和软件组成）。

2、了解微机控制技术的发展趋势。

重点：计算机控制系统的发展概况。

难点：计算机控制系统的分类。

第二章计算机控制系统的过程通道接口技术（6学时）基本内容：数字量输入、输出通道的设计，模拟量输入通道的设计，模拟量输出通道的设计。

基本要求：1、掌握模拟量输入、输出通道的设计。

2、掌握数字量输入、输出通道的设计。

3、了解过程通道的结构形式。

能够根据控制系统要求选择输入输出通道中所用到的各种器件，掌握工作原理和使用方法。

能正确地绘制出系统的硬件电路原理图。

重点：采样/保持器、D/A转换器、A/D转换器接口设计难点：采样定理与数据采集第三章人机交互接口技术（4学时）基本内容：人机交互输入接口技术，人机交互输出接口技术。

基本要求：1、掌握常用键盘和常用1ED显示器的工作原理及接口设计方法。

2、能够根据控制系统要求正确的设计出键盘和显示器的接口电路，以及接口程序设计。

PID控制(第六章)

校正（PID控制器）
集成电运路算实放现大器
Gc ( s)
R2 C2
dB -20 dB/dec o 0 +20 dB/dec
ui
R1 -u C1
uo
1 / Ti
1 / Td

90°
0° -90°

U o ( s) Z 2 ( s) 1 K p (1 Td s) U i ( s) Z1 ( s) Ti s R C R2C2 Kp 1 1 Ti R1C1 R2C2 R1C2
PID的结构（PD控制器）
PD控制器的控制结构框图
R( s )
+
E (s)
_
K p (1 Td s)
U ( s)
Y ( s)
G (s)
构成条件控制算法
Ti→∞
D( s ) U ( s) K p (1 Td s) E ( s)
作用
有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质
特点适用对象
控制性能分析（PI控制器）
为了保证一定的稳定裕度，即要求所有闭环极点离虚轴在合适的范围：比如： s s1
得到新的特征方程
( 0.2)
PI控制器能大大降低系统的稳态误差，明显改善系统的性能。
20 18 16 14
(s1 0.2)3 (s1 0.2) 2 K p (s1 0.2) Ki 0
1 2 2.2 1
6、数字PID控制器
在计算机PID控制中，需要把连续的PID进行离散。目前，最常用的离散化方法是差分法，即为
e(t ) e(kT ) k t 0 e(t )dt T e( jT ) j 0 de(t ) e(kT ) e(kT T ) T dt

第六章机电一体化系统的控制技术

TI K I
K I TI
1
积分时间TI：
1
因受比例度δ的影响，又称重定时间，或再调时间。
2018年10月11日星期四
Design of Mechatronical Systems
3. 比例积分控制作用
第 6 章机电一体化系统的控制技术
2018年10月11日星期四
Design of Mechatronical Systems
第六章机电一体化系统的控制技术
6.1 常规数字PID控制算法
6.2 数字PID的改进算法
6.3 数字PID参数整定
6.4* 机电一体化系统的智能技术思考题与习题
2018年10月11日星期四
6.1.1 PID 控制的基本原理
1. 2. 3. 4. 5. 比例控制作用积分控制作用比例积分控制作用微分控制作用比例积分微分控制作用
2018年10月11日星期四
Design of Mechatronical Systems
1. 比例控制作用
比例控制
u t K pe t
被控参数全量程
xmax xmin 100% umax umin
2018年10月11日星期四
调节器输出信号全量程
Design of Mechatronical Systems
1. 比例控制作用
图6.4 比例度对控制过程的影响
2018年10月11日星期四 Design of Mechatronical Systems
阀门开度减小阀门开度增大
u K I e t dt
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计算机控制原理第6章2

7
数字PID 数字PID 控制器的另一个参数对系统性能的影响
(4) 采样周期T的选择原则采样周期T
从信号不失真要求上，必须满足采样定理的要求。从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应取大些。否则执行机构来不及反应控制器输出值的变化。从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T应选大些。T大对每个控制回路的计算控制工作量相对减小，可以增加控制的回路数。从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。因为计算机字长有限， T过小，偏差值e(k)可能很小，甚至为0，调节作用减弱,各微分、积分作用不明显。
• 将连续系统的时间离散化：
t = KT ,
• 积分用累加求和近似：
t K
( K = 0, 1, L , n)
K
∫ e(t )dt = ∑ e( j )T = T ∑
0 j =0 j =0
e( j )
• 微分用一阶后向差分近似：
de(t ) e(k ) − e(k − 1) ≈ dt T
12
TD u (k ) = K p {e(k ) + ∑ e( j ) + [e(k ) − e(k − 1)]} TI j =0 T
TD u (k − 1) = K p {e(k − 1) + ∑ e( j ) + [e(k − 1) − e(k − 2)] TI j =0 T T
6
PID 控制器参数对系统性能的影响
(3) 微分时间常数TD对系统性能的影响微分时间常数T 微分控制可以改善动态特性，如超调量减小，调节时间缩短，允许加大比例控制，使稳态误差减小，提高控制精度。当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长; 当TD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长; 只有TD合适时，可以得到比较满意的过渡过程。

第六章--机电一体化系统设计试题汇总

第六章10.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间t s( B )A.增大B.减小C.不变D.不定11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为( B )A.as +b B.2sbsa+ C. bsas+2D. asbs+311. 复合控制器必定具有( D )A. 顺序控制器B. CPUC. 正反馈D. 前馈控制器13. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间t s( B )A. 产大B. 减小C. 不变D. 不定10.一般来说，引入微分负反馈将使系统动态性能指标中的最大超调量( B )A.增加B.减小C.不变D.不定11.在采样—数据系统中，执行实时算法程序所花费的时间总和最好应小于采样周期的( A )A.0.1B.0.2C.0.5D.0.86.步进电机一般用于（ A ）控制系统中。

A.开环B.闭环C.半闭环D.前馈11.PD称为（ B ）控制算法。

A.比例B.比例微分C.比例积分D.比例积分微分13.如果增加相位裕量φm，则动态性能指标中的最大超调量σ%为（ C ）。

A.增大B.不变C.减小D.不能确定10．若考虑系统抑制干扰的能力，选择采样周期的一条法则是：采样速率应选为闭环系统通频带的【D 】A．5倍B．8倍C．10倍D．10倍以上11．在数控系统中，软伺服系统的系统增益K a为【B 】A．(2～5)1／s B．(8～50)1／s C．(50～100)1／s D．(120～150)1／s 10．若考虑对系统响应速度的影响，采样－数据系统中的采样周期应选为系统最小时间常数的【 A 】A．(O.1～1)倍B．2倍C．5倍D．10倍11．在串联校正的比例－积分－微分(PID)控制器中，I的作用是【 C 】A．改善稳定性B．加快系统响应速度C．提高无静差度D．增大相位裕量10.在最佳阻尼比条件下，伺服系统的自然频率w n唯一取决于【 C 】A.速度环开环增益B.电动机机电时间常数C. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之比D. 速度环开环增益与电动机机电时间常数之积11在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联【A 】A.PI校正B.P校正C.PD校正D.D校正7．PID控制器中，P的作用是【 A 】A．降低系统稳态误差B．增加系统稳定性C．提高系统无静差度D．减小系统阻尼7．采样一数据系统中，若考虑系统的抑制干扰能力时，采样速率应为闭环系统通频带的【A 】A .10倍以上B．5倍 C .2倍 D.(0.1～1)倍8．PID控制器中，P的含义是【D 】A.前馈 B.微分 C.积分 D.比例(2011 07)9.在软伺服系统中，一般认为速度环的闭环增益最好为系统的【】A.0.1倍B.2～4倍C.5倍D.10倍1．PID 控制器中，I 的作用是【 A 】A ．提高系统误差精度B ．增加系统通频带C ．加快系统调整时间D ．减小系统伺服刚度2.要求系统响应应以零稳态误差跟踪输入信号可采用（C ） A.前馈控制器B.PI 控制器C.复合控制器D.反馈控制器3.一般说来，如果增大自然频率ωn 的数值，则动态性能指标中的调整时间t s 将 ( B ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定4. 在伺服系统中，若要提高系统无静差度，可采用串联【 A 】 A.PI 校正 B.P 校正 C.PD 校正 D.D 校正5. 伺服系统的输入可以为（B ）A.模拟电流B.模拟电压C.控制信号D.反馈信号 6. 伺服系统一般包括控制器、受控对象、比较器和（D ）等部分A.换向结构B.转化电路C.存储电路D.反馈测量装置 7. 下列那一项是反馈控制系统（）A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.工业机器人8. PD 称为（ B ）控制算法。

自动控制原理智慧树知到答案章节测试2023年青岛理工大学

绪论单元测试1.控制理论的主要任务是（）A:设计控制器B:开发与应用C:研究控制理论发展历史D:分析控制对象答案:AD第一章测试1.下列属于自动控制系统的是（）A:技术员通过操作台控制机床生产速度B:飞机自动驾驶系统C:由加热炉、热电偶、电桥、放大器、加热管实现炉温控制D:马桶水箱内液位控制答案:BCD2.下列关于反馈控制系统，说法正确的是（）A:检测元件用于检测被控量B:由被控对象和控制装置组成C:反馈控制系统一定存在局部反馈校正D:控制器属于控制装置答案:ABD3.关于开环控制说法错误的是（）A:适合于控制精度要求高的场合B:能够使被控量按照一定的规律变化C:信号传递是单方向的D:输出量不参与控制作用答案:A4.负反馈调节器的控制作用能够减小偏差，正反馈则恰恰相反。

（）A:对B:错答案:A5.恒值控制系统设计的重点是研究各种扰动对被控对象的影响以及抗扰动的措施。

（）A:错B:对答案:B第二章测试1.下列关于特征根与固有模态的关系，正确的说法是（）A:轴上特征根对应的模态是等幅振荡B:虚轴上特征根对应的模态既不发散也不收敛C:复特征根对应的模态是震荡的D:实特征根对应单调指数模态E:左半平面特征根对应的模态收敛F:右半平面特征根对应的模态收敛G:重根对应的模态收敛性与根的重数有关答案:BCDE2.关于线性系统的响应说法正确的是（）A:典型响应指系统在典型输入信号作用下的响应B:脉冲响应的积分就是阶跃响应C:脉冲响应的laplace变换即为系统的传递函数D:响应指系统在输入作用下，输出所时间变化的函数关系。

答案:BCD3.关于传递函数，正确的说法是（）A:分母多项式=0即为特征方程B:是系统脉冲响应的laplace变换C:由系统本身的结构参数决定D:只适用于线性时不变系统E:与微分方程同属于系统的数学描述方式答案:ABCDE4.关于传递函数极点，正确的说法是（）A:产生系统的固有运动B:与输入信号无关C:就是系统的特征根D:个数等于系统的阶数答案:ABCD5.关于传递函数零点，正确的说法是（）A:可以阻断系统的某些固有模态B:不可以阻断输入的运动形式C:影响系统模态在输出中的比重D:离某极点越近，则该极点对应的运动在输出中比重越大E:产生系统的固有运动答案:AC第三章测试1.关于线性系统稳定判据说法正确的是（）A:不具有右半平面特征根则系统稳定B:系统特征方程所有系数同号则系统稳定C:系统特性方程系数有变号则一定不稳定D:系统所有闭环极点位于左半复平面则系统稳定答案:CD2.劳斯表中出现全零行，说明存在关于原点对称的根，以下说法正确的是（）A:关于原点对称的根可求解系统特征方程得到B:关于原点对称的根可求解辅助方程得到C:关于原点对称的根可求解辅助方程的导数方程得到D:关于原点对称的根无法求得答案:AB3.反应系统响应快速性的指标有（）A:峰值时间B:延迟时间C:上升时间D:过渡过程时间E:静态误差F:超调量答案:ABCD4.上升时间的定义为（）A:输出首次达到其稳态值90%的时间B:输出首次达到其峰值的时间C:输出首次达到其稳态10%到90%的时间D:输出首次达到其稳态值的时间答案:CD5.下列关于一阶系统说法正确的是（）A:由一阶微分方程描述B:时间常数T体现系统的惯性，T越大反应越慢C:阶跃响应不存在超调D:输出达到0.932倍输出稳态值的时间为T答案:ABCD第四章测试1.下述说法正确的是（）A:模条件方程就是系统的闭环特征方程。

第六章计算机控制系统

⊥ a2
an ⊥
Uo
+
倒R-2R型
早期的D/A集成芯片
只具有从数字量到模拟电流输出量转换的功能。
使用时必须在外电路中加数字输入锁存器（I/O或扩展I/O 口、参考电压源以及输出电压转换电路
中期的D/A集成芯片近期的D/A集成芯片
增加了一些与计算机接口相关的电路及引脚，具有数字输入所存功能电路，能和CPU数据总线直接相连。
脉冲个数的检测脉冲频率与周期的检测脉冲宽度的检测
测频法原理
(a)
(b)
(c)
被测信号fx
脉冲形成电路
脉冲信号
闸门
(e)
T
fx
N T
门控电路
(d)
时基信号发生器
测周法原理
计数器振荡器
脉冲形成电路
闸门
被测信号fx
脉冲
形成电路
门控电路
计数器
6.4.4 计算机测试系统的设计
主机选型
设计任务输入通道结构
多
电信号经过处理并转换成计算机能
工业
。。
道开关
识别的数字量，输入计算机中。
对象
计算机将采集来的数字量根据
需要进行不同的判识、预算，得出
所需要的结果。
A/D
显示
计
算
打印
机
采
样
报警
控
制
直接数字控制系统
分时地对被控对象的状态参数进行测试，根据测试的结果与给定值
的差值，按照预先制定的控制算法进行数学分析、运算后，控制量输出
企业级经营管理计算机
到其他工厂的生产数据运输指令
工业级集中监督计算机

数字PID控制器

PI 增量式一般表达式为 u ( k ) k p [ e ( k ) e ( k 1 )] 将本问题 k pT TI e(k )
PI 差分方程写成一般表达
u ( k ) 3[ e ( k ) e ( k 1 )] 20 e ( k ) kP 3 k pT TI 20 , T I 3 20
所以前馈完全补偿的条
G（ s ） D（ s ） G （ s ） 0 n n U（ s ） G（ s ） n n 即 D（ s ） n n（ s） G （ s）
例、已知广义被控对象
G (s) k2 1 T2 s e
2 s
, 干扰通道
G（ s ） n
k1 1 T1 s
还可写成递推型PID控制算式
2. S域下PID表达式的离散化
将模拟控制器的传递函数
G c ( s ) K P (1 1 TI s TD s)
用后向差分方法等效离散化(s=(1-z-1)/T)，可得PID控制规律的脉冲传递函数形式
D (z) Gc (s )
s 1 z T
1
K P [1
15 T 15 Z

100 . 8 138 . 3 Z
82 . 2 Z
1
1 0 .5 Z
前馈控制器输出
u 2 ( k ) 0 . 5 u 2 ( k 1) 100 . 8 p ( k ) 138 . 3 p ( k 1) 82 . 2 p ( k 2 )
1、微分先行PID控制器
标准PID在阶跃偏差输入时各控制时刻PID响应。
e(t) 突加给定值扰动，会给控制系统带来冲击，使超调量过大，执行机构动作剧烈。

数字控制器的直接设计方法

计算机控制系统
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。

第六章数字控制器的模拟设计法

控制系统的主要设计任务之一。
间接设计法—模拟化设计法经典法数字控制器的设计方法直接设计法—数字化设计法状态空间设计法
中南大学机电工程学院
计算机控制系统
●
第六章计算机控制系统的模拟化设计
模拟化设计法数字控制器的模拟化设计法就是先将计算机控制
系统看作模拟系统（如图6.1-2所示），针对该模拟
计算机控制系统分析与设计
控制原理
中南大学机电工程学院
2011年10月
计算机控制系统
第六章计算机控制系统的模拟化设计
第6章计算机控制系统的模拟化设计
本章主要教学内容 1. 设计方法概述
2. 传递函数与Z传递函数的相互转换
3. 数字PID调节器的设计
中南大学机电工程学院
计算机控制系统
化方法将其离散为数字控制器，即转换成图6.1-3
所示的计算机控制系统。
HG(z)
R (s ) r (t )

T
D(z )
T
H 0 ( s)
G (s )
Y (z ) Y (s )
图6.1-3 离散闭环控制系统
由于人们对于连续控制系统的设计方法（如频率法、
根轨迹法等）比较熟悉，从而应用模拟方法设计数字控制器比较易于接受和掌握。但是这种方法并不是按
第六章计算机控制系统的模拟化设计
控制算法：
u (kT) e aT u (kT T ) (1 e aT )e(kT T )
零阶保持器法的特点：（1）若D(s)稳定，则D(z)也稳定；（2）D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。
6.2.4 零极点匹配法
基本思想：S域中零极点的分布直接决定了系统的

(EDA技术及应用)第6章VerilogHDL设计应用实例

这些综合应用设计实例包括8位加法器8位乘法器8位除法器等基本运算电路数字频率计数字秒表交通灯信号控制器可调信号发生电路闹钟系统等常用应用电路pwm信号发生器高速pid控制器fir滤波器cordic算法的应用等电机控制数字信号处理模糊控制神经网络中经常用到的基本电路
第6章 Verilog HDL设计应用实例
6.1 8位加法器的设计
1．系统设计思路加法器是数字系统中的基本逻辑器件，减法器和硬件乘法器都可由加法器来构成。多位加法器的构成有两种方式：并行进位和串行进位。并行进位加法器设有进位产生逻辑，运算速度较快；串行进位方式是将全加器级联构成多位加法器。并行进位加法器通常比串行级联加法器占用更多的资源。随着位数的增加，相同位数的并行加法器与串行加法器的资源占用差距也越来越大。因此，在工程中使用加法器时，要在速度和容量之间寻找平衡点。实践证明， 4位二进制并行加法器和串行级联加法器占用几乎相同的资源。这样，多位加法器由 4位二进制并行加法器级联构成是较好的折中选择。本设计中的8位二进制并行加法器即是由两个4位二进制并行加法器级联而成的，其电路原理图如图6.1所示。
在掌握了EDA技术的基础知识和基本操作后，学习 EDA技术最有效地方法就是进行EDA技术的综合应用设计。本章阐述了12个非常实用的Verilog HDL综合应用设计实例的系统设计思路，主要Verilog HDL源程序，部分时序仿真和逻辑综合结果及分析，以及硬件的逻辑验证方法。这些综合应用设计实例包括8位加法器、8位乘法器、8位除法器等基本运算电路，数字频率计、数字秒表、交通灯信号控制器、可调信号发生电路、闹钟系统等常用应用电路，PWM 信号发生器、高速PID控制器，FIR滤波器，CORDIC算法的应用等电机控制、数字信号处理、模糊控制、神经网络中经常用到的基本电路。