计算机控制系统及其应用

《计算机控制系统及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制系统及其应用（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1.1 计算机控制系统概述1.2 计算机控制系统的发展与应用1.3 计算机控制系统的理论与设计问 题计算机控制导论11.1.1 计算机控制系统组成 1.1.2 计算机控制系统特点 1.1.3 计算机控制系统优点1.1 计算机控制系统概述21.2.1 计算机控制系统发展 概述 1.2.2 计算机控制系统应用 与分类1.2 计算机控制系统的发展与应用31.3.1 计算机控制系统的理论问题 1.1.2 计算机控制系统特点 1.1.3 计算机控制系统优点1.3 计算机控制系统的理论与 设计问题4图1-1 典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图5图1-2 典型火炮位置计算机控制系统的原理结构图61.1.

2、1 计算机控制系统组成(1) 被控对象：本例为火炮炮身； (2) 执行机构：本例为直流电机； (3) 测量装置：本例为测量电位计及测速电机； (4) 指令给定装置：本例为火炮高低角及方位角的指令生成装置 ； (5) 计算机系统：包括下述主要部件： A/D变换器； D/A变换器； 数字计算机（包括硬件及相应软件，实现信号的变换 处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法产生相 应的控制指令）。7计算机控制系统的控制过程 实时数据采集 对被控量及指令信号的瞬时值进行检测和输入 ； 实时决策 按给定的算法，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 根据决策实时地向被控对象发出控制信号

3、。8图1-3 计算机控制系统的典型原理结构图 91.1.2 计算机控制系统特点1. 系统结构特点： 是由模拟与数字部件组成的混合系统。 2. 信号形式特点 有多种（连续模拟、离散模拟、离散数字等）信号形式 ，是一种混合信号系统。 3. 系统工作方式特点 可同时控制多个被控对象或被控量，即可为多个控制回 路服务。同一台计算机可以采用串行或分时并行方式实 现控制，每个控制回路的控制方式由软件来形成。 101.1.3 计算机控制系统优点 1. 运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功能 和大容量的存储能力，容易实现复杂的控制规律，极 大地提高系统性能。 2. 功能/价格的比值高。 3. 控制算法由

4、软件程序实现，因此适应性强，灵活性 高。 4. 可使用各种数字部件，从而提高系统测量灵敏度并 可利用数字通信来传输信息。 5. 使控制与管理更易结合，并实现层次更高的自动化 。 6. 实现自动检测和故障诊断较为方便，故提高了系统 的可靠性和容错及维修能力。 缺点与不足：抗干扰能力较低。111.2.1 计算机控制系统发展概述 1. 开创时期（19551962年） 主要任务是寻求最佳运行条件，从事操作指导和设定值的计算 工作，控制计算机仅按监督方式运行，并要求集中承担多种任 务。 2. 直接数字控制(DDC)时期(19621967年) DDC系统关注的是控制功能。 3. 小型计算机时期(19671

5、972年) 出现了各种类型适合工业控制的小型计算机。 4. 微型计算机时期(1972年至今) 微机的出现和发展，使计算机控制系统得到更为普及的应用。 5. 集散型控制 网络技术、微机的发展和普及，促进发展了许多新型计算机的 控制方式。 121.2.2计算机控制系统应用与分类 应用1: 各种用途的机器人系 统 图1-4 焊接机器人系统（核心为计算机控制系统 ）图1-5具有视觉器件的机器人示意图 13应用2:以计算机为核心的复杂飞行控制与飞行管理系统 现代民用飞机座舱数字控制电子设备 飞机飞行高度计算机控制系统 14应用3：现代工厂自动化中，广泛使用计算机实现分散控制和集中监视系统 图1-9 分散

6、控制集中管理的组成图15分类： 1. 直接数字控制DDC(Direct Digital Control) 系统 图1-10 直接数字控制系统 16分类： 2. 计算机监督控制SCC(Supervise Control by Computer) 系 统 图1-11 计算机监督控制系统17分类： 3. 分散型计算机控制系统DCS(Distributed Control System) 图1-12 分散型计算机控制系统 181.3.1 计算机控制系统的理论问题(1) 若被控对象是时不变线性系统，通常所形成的连续控制 系统也是时不变系统。但当将其改造成计算机控制系统后 ，它的时间响应与外作用的作用时刻

7、和采样时刻是否同步 有关。图1-13采样系统的时变特性 191.3.1 计算机控制系统的理论问题(2) 连续系统在正弦输入信号的激励下，稳态输出为同频 率的正弦信号，但计算机控制系统的稳态正弦响应与输 入信号频率和采样周期有关。 图1-14 计算机控制系统的正弦激励响应 频率为4.9 Hz的输入信号 连续系统的输出采样间隔时间为0.1 s时，则 会发生振荡周期为10s的差拍 现象。201.3.1 计算机控制系统的理论问题(3)尽管计算机控制系统特性可以用连续控 制系统理论解释，但还有很多现象是不能 用连续系统理论加以解释的。例如，一个连续系统是可控可观的，将 其变成计算机控制系统时，若采样间隔

8、时 间选取的不合适，则可能会变得不可控。211.3.1 计算机控制系统的理论问题图1-15 有限调节时间系统 实线表示连续系统， 虚线是同一被控对象 的计算机控制系统。 221.3.1 计算机控制系统的理论问题(5)系统的稳定性也是值得关注的问题。 对闭环负反馈的一阶、二阶线性连续系统，系统开环 放大系数为任意值，系统均是稳定的。 从第4章的分析可以看到，当采样周期一定时，计算 机控制系统的开环放大系数仅处于一定范围时，系统 才能稳定 。(4)一个稳定的连续时不变系统，达到稳态的时间应是无 限的，因为它的响应是多个指数函数之和。计算机控制系统，通过设计却可以实现在有限的采 样间隔内(即有限时间

9、内)达到稳态值，从而可以获得比 连续系统更好的性能。 231.3.1 计算机控制系统的理论问题 计算机控制系统中还存在字长有限的问题。 A/D或D/A变换器、计算机内存及运算器的字长有限。图1-16 字长有限引起的极限环241.3.2 计算机控制系统的设计与实现图1-17 计算机控制系统等效结构能 25计算机实际工程设计的设计方法 连续域设计-离散化方法 将计算机控制系统看成是 连续系统，在连续域上设 计得到连续控制器。由于 它要在数字计算机上实现 ，因此，采用不同方法将 其数字化(离散化)。 直接数字域(离散域)设计 把系统看成是纯离散信号 系统，直接在离散域进行 设计，得到数字控制器， 并在计算机里实现。 图1-18 两种设计方法流程26