计算机控制技术第三版第4章
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微型计算机原理及应用(第三版)第4章
和稳定。
在智能家居领域的应用
智能照明系统
微型计算机可以根据环境光线和用户需求，自动调节室内照明亮 度和色温，提供舒适的照明环境。
智能安防系统
微型计算机可以连接各种安防设备，如摄像头、烟雾报警器等，实 时监测家庭安全状况并发送警报信息。
智能家电控制
微型计算机可以通过语音识别、手机APP等方式实现对家电的远程 控制，提高家居生活的便捷性和智能化程度。
主存储器、辅助存储器、 缓冲存储器、控制存储器 等。
只读存储器（ROM）、随 机读写存储器（RAM）等 。
非永久记忆的存储器、永 久记忆性存储器。
存储器的层次结构
存储器三个主要特性的关系：速度、 容量、价格/位。
主存-辅存层次：辅存作为主存的延伸 和后援，解决了主存容量不足的问题 。
缓存-主存层次：缓存是主存的延伸， 它弥补了主存速度的不足；主存则作 为缓存的后援，解决了缓存容量不足 的问题。
当I/O设备准备好数据传输时，通过中 断请求通知CPU进行处理。
I/O通道控制方式
使用通道来控制一组I/O操作，通道具 有自己的指令系统和程序计数器，可 以独立执行通道程序来控制I/O操作。
05
CATALOGUE
总线与接口技术
总线概述及分类
总线定义
总线（Bus）是计算机各种功能部 件之间传送信息的公共通信干线 。
总线分类
按功能可分为数据总线、地址总 线和控制总线；按传输方式可分 为并行总线和串行总线。
系统总线标准与规范
系统总线标准
常见的系统总线标准有ISA、EISA、 PCI等，它们规定了总线的电气特性 、传输协议和时序等。
系统总线规范
系统总线规范包括总线宽度、数据传 输速率、总线仲裁机化生产线控制
在智能家居领域的应用
智能照明系统
微型计算机可以根据环境光线和用户需求，自动调节室内照明亮 度和色温，提供舒适的照明环境。
智能安防系统
微型计算机可以连接各种安防设备，如摄像头、烟雾报警器等，实 时监测家庭安全状况并发送警报信息。
智能家电控制
微型计算机可以通过语音识别、手机APP等方式实现对家电的远程 控制，提高家居生活的便捷性和智能化程度。
主存储器、辅助存储器、 缓冲存储器、控制存储器 等。
只读存储器（ROM）、随 机读写存储器（RAM）等 。
非永久记忆的存储器、永 久记忆性存储器。
存储器的层次结构
存储器三个主要特性的关系：速度、 容量、价格/位。
主存-辅存层次：辅存作为主存的延伸 和后援，解决了主存容量不足的问题 。
缓存-主存层次：缓存是主存的延伸， 它弥补了主存速度的不足；主存则作 为缓存的后援，解决了缓存容量不足 的问题。
当I/O设备准备好数据传输时，通过中 断请求通知CPU进行处理。
I/O通道控制方式
使用通道来控制一组I/O操作，通道具 有自己的指令系统和程序计数器，可 以独立执行通道程序来控制I/O操作。
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CATALOGUE
总线与接口技术
总线概述及分类
总线定义
总线（Bus）是计算机各种功能部 件之间传送信息的公共通信干线 。
总线分类
按功能可分为数据总线、地址总 线和控制总线；按传输方式可分 为并行总线和串行总线。
系统总线标准与规范
系统总线标准
常见的系统总线标准有ISA、EISA、 PCI等，它们规定了总线的电气特性 、传输协议和时序等。
系统总线规范
系统总线规范包括总线宽度、数据传 输速率、总线仲裁机化生产线控制
计算机控制技术课后习题与答案
(3)计算机监视控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory puter Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进展控制，系统不能运行在最正确状态，而SCC系统不仅可以进展给定值控制，并且还可以进展顺序控制、最优控制以及自适应控制等。
单路模拟量电路原理图如下列图所示。
10.采用DAC0832和PC/ISA总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。
11.采用DAC1210和PC/ISA总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。
答案：略。
12.请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式。
①无源I/V变换
无源I/V变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施，如下图。
无源I/V变换电路
对于0～10mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω，且R２为精细电阻，这样当输入的I为0～10mA电流时，输出的V为0～5V.对于4～20mA输入信号，可取R１=100Ω，R２=250Ω，且R２为精细电阻，这样当输入的I为4～20mA时，输出的V为1～5V。
上世纪末期开展起来的单片机及嵌入式系统等以其价格低和体积小的优势，使智能仪器和智能仪表在控制场合中的应用也越来越广。现代工业生产规模的日益复杂化和大型化趋势，对控制计算机提出了更高的要求。计算机不仅要完成面向过程的控制和优化任务，还要在获取生产过程各种信息的根底上进展这个过程的信息综合和优化调度，完成生产、经营管理和其它综合管理工作。这种集企业的管理、监视与控制为一体的计算机综合自动化系统被称为计算机集成制造系统(CIMS)或计算机集成过程系统(CIPS)。此外，监视控制与数据采集系统(SCADA)、可编程自动化控制器(PAC)和无线传感器网络(WSN)等各种控制系统也为计算机控制方法提供了新的应用领域。
单路模拟量电路原理图如下列图所示。
10.采用DAC0832和PC/ISA总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。
11.采用DAC1210和PC/ISA总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。
答案：略。
12.请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式。
①无源I/V变换
无源I/V变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施，如下图。
无源I/V变换电路
对于0～10mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω，且R２为精细电阻，这样当输入的I为0～10mA电流时，输出的V为0～5V.对于4～20mA输入信号，可取R１=100Ω，R２=250Ω，且R２为精细电阻，这样当输入的I为4～20mA时，输出的V为1～5V。
上世纪末期开展起来的单片机及嵌入式系统等以其价格低和体积小的优势，使智能仪器和智能仪表在控制场合中的应用也越来越广。现代工业生产规模的日益复杂化和大型化趋势，对控制计算机提出了更高的要求。计算机不仅要完成面向过程的控制和优化任务，还要在获取生产过程各种信息的根底上进展这个过程的信息综合和优化调度，完成生产、经营管理和其它综合管理工作。这种集企业的管理、监视与控制为一体的计算机综合自动化系统被称为计算机集成制造系统(CIMS)或计算机集成过程系统(CIPS)。此外，监视控制与数据采集系统(SCADA)、可编程自动化控制器(PAC)和无线传感器网络(WSN)等各种控制系统也为计算机控制方法提供了新的应用领域。
计算机控制技术4电力出版社
标度变换有多种类型，应根据实际要求和传感器类型 选用适当的标度变换方法。下面介绍几种标度变换的原理。
一、一般线性测量系统物理量的标度变换
(Ymax Ymin ) (X N min ) N max N min
对于一般线性测量系统来说，参数值与A/D转换后的 数字量之间为线性关系。其标度变换公式为：
第二节 线性化处理及非线性化补偿
用传感器测量参数，其输出输入关系很多是非线性的。 绝对线性是没有的，有时甚至不能用数学函数表达这种关 系。非线性参数往往不利于计算机处理， 另外，很多测量系统中，传感器测量数据的分散性， 温度漂移，零点漂移等都会带来一定的误差。对于这些问 题必须先行处理，即对数据进行线性化处理和非线性补偿 的加工处理。以提高测量精度。
一、系统误差
系统误差指相同条件下，经过多次测量，误差数值保 持恒定，或按某种已知的规律变化的误差。 这种误差的特点是，在一定的测量条件下，其变化规 律是可以掌握的，产生误差的原因一般也容易掌握，并可 通过适当的技术手段加以克服。
产生系统误差的原因主要有： (1) 测量系统设计原理以及制造上的缺陷：如放大器 放大倍数的不准确，零点飘移等。 (2) 测量环境的变化，如温度的改变、湿度的变化、 电源电压的干扰等。 (3) 数据处理过程中采用近似的测量方法或者计算公 式。
例如：某温度测量系统，测温范围是200℃~1000℃， 采用10位A/D转换，某次经线性化处理后，A/D转换后的 数字量是520，求此时的温度值是多少？（假设量程是 线性的） 解：根据上式，已知： Ymin=200℃， Ymax=1000℃，Nmin=0, Nmax=1023,
(Ymax Ymin )( X N min ) (1000 200)(520 0) YX Ymin 200 606.65℃ N max N min 1023 0
计算机控制技术第三版
❖⒊公共阻抗耦合
❖ 公共阻抗耦合发生在两个电路旳电流流经一种公共阻抗时，一 种电路在该阻抗上旳电压降会影响到另一种电路，从而产生干 扰噪声旳影响。
4.1.3 过程通道中旳干扰 ❖⒈串模干扰
❖ 串模干扰是指叠加在被测信号上旳干扰噪声，即干扰串联在信 号源回路中。
图4.5 串模干扰
❖⒉共模干扰
❖ 共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入 端上共有旳干扰电压。
❖⒉滤波
❖ 采用滤波器克制串模干扰是一种常用旳措施。 ❖ 根据串模干扰频率与被测信号频率旳分布特征，能够选用低通、
高通、带通等滤波器。 ❖ 假如串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来克
制高频串模干扰； ❖ 假如串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来克
制低频串模干扰； ❖ 假如串模干扰频率在被测信号频谱旳两侧，则采用带通滤波器。
❖ 直接接地方式：设备旳地线系统与大地之间良好连接。 ❖ 电容接地方式：即经过电容把设备旳地线与大地相连。
❖ ⑶屏蔽接地 ❖ 为了克制变化电场旳干扰，计算机控制装置以及电子设备中广
泛采用屏蔽保护。如变压器旳初、次级间旳屏蔽层，功能器件 或线路旳屏蔽罩等。 ❖ 屏蔽接地指屏蔽用旳导体与大地之间旳良好连接。目旳是为了 充分克制静电感应和电磁感应旳干扰。
这常称为工作接地； ❖ 二是防止操作人员因设备旳绝缘损坏或下降而遭受触电危险和
确保设备旳安全、这称为保护接地。
❖⒈接地分类
❖ ⑴安全接地：分为保护接地、保护接零两种形式。
❖ 保护接地就是将电气设备在正常情况下不带电旳金属外壳与大 地之间用良好旳金属连接。如电脑机箱旳接地。
❖ 保护接零指用电设备外壳接到零线，当一相绝缘损坏与外壳相 连，则由该相、设备外壳、零线形成闭合回路。
计算机控制技术3共60页文档
• HART通信协议是依照国际标准化组织(ISO) 的开放式系统互连(OSI)参考模型，简化并引 用其中三层：物理层、数据链路层、应用层而
制定的。物理层规定了信号的传输方法和传输
介质；数据链路层规定了数据帧的格式和数据 通讯规程；应用层规定了通讯命令的内容。
13.11.2019
计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
• 它也可以作为直流毫伏转换器来使用， 也将其它能够转换成直流毫伏信号的工 艺变量也变成统一的标准信号
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
模拟式温度变送器
图 . 模拟式温度变送器原理框图
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
• 测量部分的作用是通过 电容式压力传感器及相 关电路把被测差压∆p成 比例的转换成为差动电 流信号Id。
• 差动电容的相对变化量 再通过电容/电流转换电 路比例的转换成差动电 流信号Id，经放大后转 换成4~20mA输出电流。
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
2.1 传感器和变送器
主要内容： • 信号传输及供电的四线制与两线制 • 压力检测及变送 • 温度检测和变送 • 流量检测及变送 • 物位检测及变送 • 其它检测仪表和装置
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计算机控制技术
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第2章 计算机控制系统中的检测设备和执行装置
计算机控制技术第4章课件
第三节 动态矩阵控制算法
这类控制必须基于对象精确的数学模型，也就是必须求出对象的状态 方程或传递函数。
使得现代控制设计方法中，需要精确数学模型的前提通常难以保证。
工业过程具有较大的不确定性，对象参数和环境常常随时间发生变化， 引起对象和模型的不匹配。
基于理想模型的最优控制，在实际的工业过程中若不加以改进，是难 以兼顾控制的鲁棒性的。
计算机应完成的计算任务是：
1) 计算反馈回路的偏差，
2) 计算中间变量
当对象为一阶惯性环节加纯滞后环节时，
按式计算。
3) 求取
4) 计算 smith 预估器的输出， 5) 计算 PID 控制器的输入， 6) 进行 PID 运算，计算 PID 控制器输出
当采用改进型 PID 控制器或其他控制算法时，上面的计算要作一定的变化。
2．优化策略 动态矩阵控制采用了所谓“滚动优化”的控制策略，在采样时刻 的优化性能指标可取为
3．反馈校正
为了纠正模型预测与实际的不一致，必须及时地利用过程的误差信
息对输出预测值进行修正，而不应等到这 个控制增量都实施后再作校正。
为此，我们在
，时刻首先实施
中的第一个控制作用
整个动态矩阵控制算法是由调节、预测和校正三部分组成的，该算法 结构可用图加以描述。图中粗箭头表示向量数据流，细箭头表示标量数据 流。
其中
为被控对象不包含纯滞后部分的传递函数，
后部分的传递函数。系统的闭环传递函数为
为对象纯滞
由于在
的分母中包含有纯滞后环节
它降低了系统的
稳定性。的值大到一定程度，系统将不稳定，这就是大纯滞后系统难
以控制的原因。
为了提高大纯滞后系统的控制质量，引入一个与被控对象并联的补偿器，
计算机控制技术chapter4(2013)
超调量增加，控制品质变坏
可对计算出的控制量u(k)限幅，同时，把积分作用切除掉 若以8位D/A为例，则有 当u(k)＜00H时，取u(k)=0 当u(k)＞FFH时，取u(k)=FFH
4.2.3 PID数字控制器算法的改进
1. 积分项的改进
（3）梯形积分
减少残差，提高积分项的运算精度
k
矩形积分
edt T e(i )
4.2.3 PID数字控制器算法的改进
1. 积分项的改进
（4）消除积分不灵敏度
措施：
增加A/D转换位数，加长运算字长，这样可以提高运算精度 当积分项ΔuI(k)连续n次出现小于输出精度ε的情况时，不要把它们 作为“零”舍掉，而是把它们一次次累加起来，直到累加值SI大于ε 时，才输出SI，同时把累加单元清零
n
4.2.2 PID控制规律的离散化
2. PID控制算法的增量式
y(k ) y(k ) y(k 1) K P [e(k ) e(k 1)] K I e(k ) K D [e(k ) 2e(k 1) e(k 2)]
式中：
T TD KI KP , KD KP TI T
当e（k）为阶跃函数时，微分输出依次为KPTD/T,0,0…
微分项的输出：仅在第一个周期起激励作用，对于时间常数较大的系统， 其调节作用很小，不能达到超前控制误差的目的；而且在第一个周期微分作 用太大，在短暂的输出时间内，执行器达不到应有的相应开度，会使输出失 真 对于频率较高的干扰：比较敏感，容易引起控制过程振荡，降低调节品质
1 D f ( s) Tf s 1
Df(s)
4.2.3 PID数字控制器算法的改进
2. 微分项的改进
《计算机控制技术》课后习题答案(于海生)
(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。
课 (3)采样保持器：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免
造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。 (4)A/D 转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模 /数转换器 (Analog/Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC)。
电路原理图如图所示三相单三拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表9存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx101hady101hadx101hady101haaddxx1100000000000000110011hhaaddyy1100000000000000110011hhadx202hady202hadx202hady202hadx200000000000011000022hhaaddyy2200000000000011000022hhadx2adx304hady304hadx304hady304hadx3adx300000000001100000044hhaaddyy3300000000001100000044hh三相双三拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx103hady103hadx103hady103hadx1adx100000000000011110033hhaaddyy1100000000000011110033hhadx206hady206hadx206hady206haaddxx2200000000001111000066hhaaddyy2200000000001111000066hhadx305hady305hadx305hady305haaddxx3300000000001100110055hhaaddyy3300000000001100110055hh三相六拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx101hady101hadx101hady101haaddxx1100000000000000110011hhaaddyy1100000000000000110011hhadx203hady203hadx203hady203haaddxx2200000000000011110033hhaaddyy2200000000000011110033hhadx302hady302hadx302hady302haaddxx3300000000000011000022hhaaddyy3300000000000011000022hh网adx406hady406hadx406hady406haaddx
课 (3)采样保持器：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免
造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。 (4)A/D 转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模 /数转换器 (Analog/Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC)。
电路原理图如图所示三相单三拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表9存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx101hady101hadx101hady101haaddxx1100000000000000110011hhaaddyy1100000000000000110011hhadx202hady202hadx202hady202hadx200000000000011000022hhaaddyy2200000000000011000022hhadx2adx304hady304hadx304hady304hadx3adx300000000001100000044hhaaddyy3300000000001100000044hh三相双三拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx103hady103hadx103hady103hadx1adx100000000000011110033hhaaddyy1100000000000011110033hhadx206hady206hadx206hady206haaddxx2200000000001111000066hhaaddyy2200000000001111000066hhadx305hady305hadx305hady305haaddxx3300000000001100110055hhaaddyy3300000000001100110055hh三相六拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx101hady101hadx101hady101haaddxx1100000000000000110011hhaaddyy1100000000000000110011hhadx203hady203hadx203hady203haaddxx2200000000000011110033hhaaddyy2200000000000011110033hhadx302hady302hadx302hady302haaddxx3300000000000011000022hhaaddyy3300000000000011000022hh网adx406hady406hadx406hady406haaddx
计算机组成与设计第三版 第四章课后答案
4.13.假定X=0.0110011*211,Y=0.1101101*2-10(此处的数均为二进制)。 （1）浮点数阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（含符号位），写出 该浮点数能表示的绝对值最大、最小的（正数和负数）数值； （2）写出X、Y正确的浮点数表示（注意，此处预设了个小陷阱）； （3）计算X+Y； （4）计算X*Y。 4）计算X*Y A：阶码相加：[X+Y]移=[X]移+[Y]补=01 011+11 110=01 001 （符号位10第1位为0，不溢出；00时上溢，01时下溢） B：尾数相乘结果：0 1010110 110111 C：已满足规格化要求，不需左规，尾数不变，阶码仍为001 D：舍入处理：按0舍1入规则，尾数之后的6位110111舍去，尾数 +1=0 1010111 所以，X*Y最终浮点数格式的结果： 1 001 0 1010111，即 0.1010111*21
4.13.假定X=0.0110011*211,Y=0.1101101*2-10(此处的数均为二进制)。 （1）浮点数阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（含符号位），写出 该浮点数能表示的绝对值最大、最小的（正数和负数）数值； （2）写出X、Y正确的浮点数表示（注意，此处预设了个小陷阱）； （3）计算X+Y； （4）计算X*Y。
计算机组成原理第四章习题
4.1解释定点运算器的功能和组成部件？以Am2901芯片为 实例，来介绍定点运算器的有关知识，你的认知程度如何？ 答：定点运算器的功能与组成 ⑴ 对数据进行算术运算和逻辑运算，给出结果某些特征； ⑵ 暂存参加运算的数据和中间结果； ⑶可用硬件完成乘除运算； ⑷ 接受外部数据的输入，送出运算结果； ⑸与计算机其他部件协同工作运算器的组成：①算术与 逻辑运算部件；②通用寄存器；③乘商寄存器；④多路 选择器；⑤输入/输出逻辑电路。
计算机控制技术3-4(数字PID控制)
i0 k
1 0
e(k ) B时 e(k ) B时
第4章 数字控制器的连续化设计方法
第4章 数字控制器的连续化设计方法
（4）变速积分的PID算式
思路：改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应。 偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱；反之，偏差小 时，使积分累加速度加快，积分作用增强。
TD
T u (k ) k p ec (k ) TI
k
i0
e c ( k ) e c ( k 1) e c (i ) T
第4章 数字控制器的连续化设计方法
（2）带死区的PID算式
1、问题 在微型机控制系统中，某些系统为了避免控制动作过于频 繁，以消除由于频繁动作所引起的振荡，可采用带死区的 PID控制系统。
i0 k
u ( k 1) k p e ( k 1) k I e ( i ) k D e ( k 1) e ( k 2 )
i0
k 1
u ( k ) u ( k ) u ( k 1)
k p e ( k ) e ( k 1) k I e ( k ) k D e ( k ) 2 e ( k 1) e ( k 2 )
死区的PID概念：是人为地设 置一个不灵敏区域B，当偏差 E(t)的绝对值B时，其控制输出 乘以一个小于1的因子K，使其 输出小于正常输出，弱化控制。 避免频繁动作所引起的振荡。
第4章 数字控制器的连续化设计方法
2、解决方法 带死区的PID控制算式为
P (k ) P (k ) KP ( k ) 当 当 R ( k ) M ( k ) E （ k ） B R ( k ) M ( k ) E （ k ） B
1 0
e(k ) B时 e(k ) B时
第4章 数字控制器的连续化设计方法
第4章 数字控制器的连续化设计方法
（4）变速积分的PID算式
思路：改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应。 偏差大时，积分累加速度慢，积分作用弱；反之，偏差小 时，使积分累加速度加快，积分作用增强。
TD
T u (k ) k p ec (k ) TI
k
i0
e c ( k ) e c ( k 1) e c (i ) T
第4章 数字控制器的连续化设计方法
（2）带死区的PID算式
1、问题 在微型机控制系统中，某些系统为了避免控制动作过于频 繁，以消除由于频繁动作所引起的振荡，可采用带死区的 PID控制系统。
i0 k
u ( k 1) k p e ( k 1) k I e ( i ) k D e ( k 1) e ( k 2 )
i0
k 1
u ( k ) u ( k ) u ( k 1)
k p e ( k ) e ( k 1) k I e ( k ) k D e ( k ) 2 e ( k 1) e ( k 2 )
死区的PID概念：是人为地设 置一个不灵敏区域B，当偏差 E(t)的绝对值B时，其控制输出 乘以一个小于1的因子K，使其 输出小于正常输出，弱化控制。 避免频繁动作所引起的振荡。
第4章 数字控制器的连续化设计方法
2、解决方法 带死区的PID控制算式为
P (k ) P (k ) KP ( k ) 当 当 R ( k ) M ( k ) E （ k ） B R ( k ) M ( k ) E （ k ） B
计算机控制技术4-4
S平面的纵轴 0
0 S 2 S
以ωs 代表采样频率，ωs=2π/T ,对于θ = ω T
/2
/2
/ 2
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
4.4
线性离散系统的稳定性分析
副 频 带
/2
/2
主 频 带 副 频 带
a0 a3
并且有
n阶系统
a0 a3 a0 a2 a1a3
朱利——阿斯特隆姆 稳定判据
设线性定常离散系统的特征方程为
A z a0 z a1 z
n n 1
an 1 z an 0
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
计算机控制技术
4.4
线性离散系统的稳定性分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
4.4
线性离散系统的稳定性分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
4.4
线性离散系统的稳定性分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
4.4
线性离散系统的稳定性分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
4.4
线性离散系统的稳定性分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
4.4
线性离散系统的稳定性分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
4.4
线性离散系统的稳定性分析
计算机控制技术
第4章 线型离散系统的数学描述与分析
自动控制原理第三版第四章
(s)
KG*
K
* H
i 1 q
j 1 l
(s pi ) (s p j )
i 1
i 1
f
l
m
(s zi ) (s z j )
(s zj )
Kg
i 1 q
j 1 h
Kg
j 1 n
(s pi ) (s p j )
(s pi )
i 1
j 1
i 1
m
Kg
j 1
j
n
K
——开环根轨迹增益，与开环增益K成正比
第四章 根轨迹分析法
1
主要内容
常规根轨迹法 根轨迹的平滑性原理 广义根轨迹和零度根轨迹 多闭环控制系统的根轨迹 应用根轨迹法分析控制系统的性能 应用matlab的根轨迹分析
2
基本要求
1. 正确理解开环零、极点和闭环零、极点以 及主导极点、偶极子等概念。
2. 正确理解和熟记根轨迹方程(幅值方程及辐 角方程)。熟练运用幅值方程计算根轨迹上 任一点的根轨迹增益和开环增益。
②闭环系统零点由前向通道的零点和反馈通 道的极点组成；
③闭环系统的极点与开环系统的极点、零点 以及开环根轨迹增益有关。
根轨迹法的任务是在已知开环零、极点分布 的情况下，如何通过图解法求出闭环极点。
16
三、根轨迹方程
闭环特征方程
D(s)=1+G(s)H(s)=0
（1）
闭环极点就是闭环特征方程的解，也称为特征根。
存在根轨迹
2
1 0
∑m
在区间(- ∞, -2): - ∠(s p j ) -360
j 1
不存在根轨迹
对于实轴以外区域： 只有两个开环极点中垂线上存在 根轨迹。
计算机控制技术第4章2
链接动画
图 光电耦合隔离电路
4.2 数字量输入通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.2.1 开关输入电路
❖ 4.2.2 脉冲计数电路
引言
➢ 数字量输入通道（DI通道）的任务--是把生 产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的 形式。
➢ 信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进 行A/D转换，但对通道中可能引入的各种干扰 必须采取相应的技术措施，即在外部信号与单 片机之间要设置输入信号调理电路。
4.2.1 开关输入电路
在开关输入电路中，主要考虑： （1）电平转换－用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。 （2）RC滤波－用 RC 滤波器滤出高频干扰。 （3）过电压保护－用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳 压管 或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 （4）反电压保护－串联一个二极管防止反极性电压输入。 （5）光电隔离－用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔 离。
第四章:数字量输入输出通道
本章要点：:
1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 2.数字量输入通道中几种典型电路 3.数字量输出通道几种典型驱动电路
返回总目录
本章主要内容
❖ 引言 ❖ 4.1 光电耦合隔离技术 ❖ 4.2 数字量输入通道 ❖ 4.3 数字量输出通道 ❖ 4.4 DI/DO模板 ❖ 思考题
链接动画1 链接动画2
4.3.3 晶闸管驱动电路
分类－单向晶闸管、双向晶闸管 结构－阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极
A
T2
G K
单向晶闸管
G
T1
双向晶闸管
+5V
180Ω
400Ω
RL
Di 7406
MOC 3041
图 光电耦合隔离电路
4.2 数字量输入通道
主要知识点
❖
引言
❖ 4.2.1 开关输入电路
❖ 4.2.2 脉冲计数电路
引言
➢ 数字量输入通道（DI通道）的任务--是把生 产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的 形式。
➢ 信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进 行A/D转换，但对通道中可能引入的各种干扰 必须采取相应的技术措施，即在外部信号与单 片机之间要设置输入信号调理电路。
4.2.1 开关输入电路
在开关输入电路中，主要考虑： （1）电平转换－用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。 （2）RC滤波－用 RC 滤波器滤出高频干扰。 （3）过电压保护－用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳 压管 或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 （4）反电压保护－串联一个二极管防止反极性电压输入。 （5）光电隔离－用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔 离。
第四章:数字量输入输出通道
本章要点：:
1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 2.数字量输入通道中几种典型电路 3.数字量输出通道几种典型驱动电路
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❖ 引言 ❖ 4.1 光电耦合隔离技术 ❖ 4.2 数字量输入通道 ❖ 4.3 数字量输出通道 ❖ 4.4 DI/DO模板 ❖ 思考题
链接动画1 链接动画2
4.3.3 晶闸管驱动电路
分类－单向晶闸管、双向晶闸管 结构－阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极
A
T2
G K
单向晶闸管
G
T1
双向晶闸管
+5V
180Ω
400Ω
RL
Di 7406
MOC 3041
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❖ 干扰传播的途径主要有三种，即静电耦合，磁场耦合与公共阻 抗耦合。
❖⒈静电耦合
❖ 静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根并排 的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线路之间、 变压器绕线之间都会构成分布电容。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉磁场耦合
❖ 空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的。在任何载流 导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电 路产生感应电势。如设备内部的线圈或变压器的漏磁会引起干 扰，还有普通的两根导线平行架设时，也会产生磁场干扰。
图4.5 串模干扰
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉共模干扰
❖ 共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入 端上共有的干扰电压。
图4.6 共模干扰
计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒊长线传输干扰
❖ 由生产现场到计算机的连线往往长达数百米，甚至几千米。 ❖ 信号在长线中传输除了会受到外界干扰和引起信号延迟外，还
❖ ⒈变压器隔离
❖ 利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，也就是 把“模拟地”与“数字地”断开的方法称为变压器隔离。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉光电隔离
❖ 光电隔离是目前计算机控制系统中最常用的一种抗干扰方法， 它使用光电耦合器来完成隔离任务。
❖ ⒊浮地屏蔽
❖ 浮地屏蔽是利用屏蔽层使输入信号的“模拟地”浮空，使共模 输入阻抗大为提高，共模电压在输入回路中引起的共模电流大 为减少，从而抑制共模干扰的来源，使共模干扰降至很低的方 法。
第4章 计算机控制系统抗干扰技术
计算机控制技术第三版
❖
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.3接地技术
❖
4.4 供电技术
计算机控制技术第三版第4章
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
❖
4.1.1 干扰的来源
❖
4.1.2 干扰的传播途径
❖
4.1.3 过程通道中的干扰
计算机控制技术第三版第4章
计算机控制技术第三版第4章
图4.9 浮地输入双层屏蔽放大电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.3长线传输干扰的抑制
❖ ⒈终端阻抗匹配
❖ 终端匹配方法如图4.10(a)、4.10（(b)所示。
R＝RP
R R1 R2 R1 R 2
图4.10 两种终端阻抗匹配电路 计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒉始端阻抗匹配
可能会产生波反射现象。 ❖ 当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的
影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波， 称为入射波。 ❖ 如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，入射波到达终 端时会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果始端 阻抗不匹配，又会引起新的反射，使信号波形严重畸变。
4.1.1 干扰的来源
干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的，对于计算机 控制系统来说，干扰既可能来自系统外部，也可能来自系统内部。
外部干扰与系统结构无关，仅由使用条件和外部环境因素决定。 内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺产生的。
外部干扰主要来自空间电场或磁场的影响，如电气设备和输
电线发出的电磁场，太阳或其他星球辐射的电磁波，通信广播发 射的无线电波，雷电，火花放电、弧光放电等放电现象等。
计算机控制技术第三版第4章
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.2.1 串模干扰的抑制
❖
4.2.2 共模干扰的抑制
❖
4.2.3 长线传输干扰的抑制
计算机控制技术第三版第4章
4.2.1 串模干扰的抑制
❖ 对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。 串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手，采取相 应的措施，目前常用的措施有用双纹线和滤波器两种。
❖ ⒈用双绞线作信号线
❖ 串模干扰主要来自空间电磁场，采用双绞线作信号的目的就是 减少电磁感应，并使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉滤波
❖ 采用滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。 ❖ 根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用低通、
高通、带通等滤波器。 ❖ 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来抑
❖
4.3.3 主机系统的接地
计算机控制技术第三版第4章
4.3.1地线系统分析
❖ 广义的接地包含两个方面，即接实地和接虚地。 ❖ 接实地指的是与大地连接。 ❖ 接虚地指的是与电位基准点近接，若这个基准点与大地电气绝
缘，则称为浮地连接。 ❖ 接地的目的： ❖ 一是保证控制系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰，
制高频串模干扰； ❖ 如果串模干扰频模干扰频率在被测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。
计算机控制技术第三版第4章
图4.7 滤波电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.2共模干扰的抑制
❖ 共模干扰产生的原因： ❖ 不同“地”之间存在的电压； ❖ 模拟信号系统对地的漏阻抗引起的电压。 ❖ 共模干扰电压的抑制：有效隔离两个地之间的电联系。
❖ 在传输线始端串入电阻，也能基本上消除反射，达到改善波形 的目的。如图4.11所示。
❖ 始端电阻 R＝Rp一Rsc ❖ 式中，Rsc为门A输出低电平时的输出阻抗。
图4.11 始端阻抗匹配
计算机控制技术第三版第4章
4.3 接地技术
❖
4.3.1 地线系统分析
❖
4.3.2 计算机控制系统输入环节的接地
内部干扰主要有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场 辐射感应，长线传输造成的波反射，多点接地造成的电位差引起 的干扰，装置及设备中各种寄生振荡引起的干扰，热噪声、闪变 噪声、尖峰噪声等引起的干扰以及元器件产生的噪声等。
计算机控制技术第三版第4章
图4.1 外部干扰环境
计算机控制技术第三版第4章
4.1.2 干扰的传播途径
计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒊公共阻抗耦合
❖ 公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一 个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，从而产生干 扰噪声的影响。
计算机控制技术第三版第4章
4.1.3 过程通道中的干扰 ❖⒈串模干扰
❖ 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，即干扰串联在信 号源回路中。
❖⒈静电耦合
❖ 静电耦合是电场通过电容耦合途径窜入其他线路的。两根并排 的导线之间会构成分布电容，如印制线路板上印制线路之间、 变压器绕线之间都会构成分布电容。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉磁场耦合
❖ 空间的磁场耦合是通过导体间的互感耦合进来的。在任何载流 导体周围空间中都会产生磁场，而交变磁场则对其周围闭合电 路产生感应电势。如设备内部的线圈或变压器的漏磁会引起干 扰，还有普通的两根导线平行架设时，也会产生磁场干扰。
图4.5 串模干扰
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉共模干扰
❖ 共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入 端上共有的干扰电压。
图4.6 共模干扰
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❖ ⒊长线传输干扰
❖ 由生产现场到计算机的连线往往长达数百米，甚至几千米。 ❖ 信号在长线中传输除了会受到外界干扰和引起信号延迟外，还
❖ ⒈变压器隔离
❖ 利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，也就是 把“模拟地”与“数字地”断开的方法称为变压器隔离。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉光电隔离
❖ 光电隔离是目前计算机控制系统中最常用的一种抗干扰方法， 它使用光电耦合器来完成隔离任务。
❖ ⒊浮地屏蔽
❖ 浮地屏蔽是利用屏蔽层使输入信号的“模拟地”浮空，使共模 输入阻抗大为提高，共模电压在输入回路中引起的共模电流大 为减少，从而抑制共模干扰的来源，使共模干扰降至很低的方 法。
第4章 计算机控制系统抗干扰技术
计算机控制技术第三版
❖
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.3接地技术
❖
4.4 供电技术
计算机控制技术第三版第4章
4.1 计算机控制系统主要干扰分析
❖
❖
4.1.1 干扰的来源
❖
4.1.2 干扰的传播途径
❖
4.1.3 过程通道中的干扰
计算机控制技术第三版第4章
计算机控制技术第三版第4章
图4.9 浮地输入双层屏蔽放大电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.3长线传输干扰的抑制
❖ ⒈终端阻抗匹配
❖ 终端匹配方法如图4.10(a)、4.10（(b)所示。
R＝RP
R R1 R2 R1 R 2
图4.10 两种终端阻抗匹配电路 计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒉始端阻抗匹配
可能会产生波反射现象。 ❖ 当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的
影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波， 称为入射波。 ❖ 如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，入射波到达终 端时会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果始端 阻抗不匹配，又会引起新的反射，使信号波形严重畸变。
4.1.1 干扰的来源
干扰的来源是多方面的，有时甚至是错综复杂的，对于计算机 控制系统来说，干扰既可能来自系统外部，也可能来自系统内部。
外部干扰与系统结构无关，仅由使用条件和外部环境因素决定。 内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺产生的。
外部干扰主要来自空间电场或磁场的影响，如电气设备和输
电线发出的电磁场，太阳或其他星球辐射的电磁波，通信广播发 射的无线电波，雷电，火花放电、弧光放电等放电现象等。
计算机控制技术第三版第4章
4.2 过程通道抗干扰技术
❖
4.2.1 串模干扰的抑制
❖
4.2.2 共模干扰的抑制
❖
4.2.3 长线传输干扰的抑制
计算机控制技术第三版第4章
4.2.1 串模干扰的抑制
❖ 对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。 串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手，采取相 应的措施，目前常用的措施有用双纹线和滤波器两种。
❖ ⒈用双绞线作信号线
❖ 串模干扰主要来自空间电磁场，采用双绞线作信号的目的就是 减少电磁感应，并使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。
计算机控制技术第三版第4章
❖⒉滤波
❖ 采用滤波器抑制串模干扰是一种常用的方法。 ❖ 根据串模干扰频率与被测信号频率的分布特性，可以选用低通、
高通、带通等滤波器。 ❖ 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用低通滤波器来抑
❖
4.3.3 主机系统的接地
计算机控制技术第三版第4章
4.3.1地线系统分析
❖ 广义的接地包含两个方面，即接实地和接虚地。 ❖ 接实地指的是与大地连接。 ❖ 接虚地指的是与电位基准点近接，若这个基准点与大地电气绝
缘，则称为浮地连接。 ❖ 接地的目的： ❖ 一是保证控制系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰，
制高频串模干扰； ❖ 如果串模干扰频模干扰频率在被测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。
计算机控制技术第三版第4章
图4.7 滤波电路 计算机控制技术第三版第4章
4.2.2共模干扰的抑制
❖ 共模干扰产生的原因： ❖ 不同“地”之间存在的电压； ❖ 模拟信号系统对地的漏阻抗引起的电压。 ❖ 共模干扰电压的抑制：有效隔离两个地之间的电联系。
❖ 在传输线始端串入电阻，也能基本上消除反射，达到改善波形 的目的。如图4.11所示。
❖ 始端电阻 R＝Rp一Rsc ❖ 式中，Rsc为门A输出低电平时的输出阻抗。
图4.11 始端阻抗匹配
计算机控制技术第三版第4章
4.3 接地技术
❖
4.3.1 地线系统分析
❖
4.3.2 计算机控制系统输入环节的接地
内部干扰主要有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场 辐射感应，长线传输造成的波反射，多点接地造成的电位差引起 的干扰，装置及设备中各种寄生振荡引起的干扰，热噪声、闪变 噪声、尖峰噪声等引起的干扰以及元器件产生的噪声等。
计算机控制技术第三版第4章
图4.1 外部干扰环境
计算机控制技术第三版第4章
4.1.2 干扰的传播途径
计算机控制技术第三版第4章
❖ ⒊公共阻抗耦合
❖ 公共阻抗耦合发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一 个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，从而产生干 扰噪声的影响。
计算机控制技术第三版第4章
4.1.3 过程通道中的干扰 ❖⒈串模干扰
❖ 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，即干扰串联在信 号源回路中。