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1、1、 计算机系统基本组成（ 1）计算机控制系统的硬件组成：计算机主机过程通道（ 2）计算机控制系统的软件：系统软件应用软件2、计算机控制系统是混合信号系统，具有多种信号形式：（ 1） A/D 转换器的转换形式模拟信号采样： 按一定时间间隔对连续信号采样， 将其变成时间上是断续的离散信号；信号幅值的整量化： 将采样信号幅值按有限字长的最小量化单位分层取整，变成幅值为离散的信号；数字编码 ：将已整量化的分层信号变换为等值的二进制数码信号，即数字信号。（ 2） D/A 变换器的转换形式数字解码：把数字量转换为等值的模拟脉冲信号；信号恢复：把解码后的模拟脉冲信号变为随时间连续变化信号(有的D/A先数字
2、解码后保持，有的先数字保持后解码)。3、 与连续模拟系统不同，计算机控制系统中包含五种信号形式的变换，如图1-5 所示，具有六种信号形式,如表 1-1 所示。图 1-5 计算机控制系统中信号变换时间幅值连续离散数字二进制表 1-1 计算机控制系统中信号形式连续离散4、 计算机控制系统的优点（ 1）易实现复杂控制规律计算机运算速度快、精度高、 具有极丰富的逻辑判断功能和大量的存储能力，容易实现复杂的控制规律，如最优控制、自适应控制及各种智能控制等，可以极大地提高系统性能。（ 2） 计算机控制系统的性价比高一台计算机可以实现复杂控制规律并可同时控制多个控制回路，因此，它的功能价格比值较高。（ 3）
3、 适应性强灵活性高控制算法是由软程序实现，通过修改或执行不同的软件可使系统具有不同性能，适应性强，灵活性高。计算机是一种可编程的智能元件。一套硬件设计用于不同产品生产过程和对象的控制（ 4）系统测量灵敏度高因此，/数字式传感器，可以敏感微弱信号，提高测量灵敏度。软件可以对传感器特性及误差进行修正与补偿，提高了精度。（ 5）控制与管理容易结合实现更高层次的自动化利用网络结构构成计算机控制与管理系统， 实现生产过程与经营的管理控制一体化，从而可以实现更高层次的自动化（ 6）系统可靠性和容错能力高计算机控制系统实现自动检测和故障诊断较方便，提高了系统的可靠性和容错及维修能力。5、计算机控制系统分类（
4、 1） 直接数字控制 (Direct Digital Control ， DDC) 系统（ 2）计算机监督控制(Supervise Controlby Computer ， SCC) 系统（ 3）分散型计算机控制系统(Distributed Control System ， DCS)生产操作中心监控管理计算机管理级高速数据通道控制管控制控制理管理计算机管理计算机级高速数据通道过程控过程过程制控制单元控制单元级被控过程6、（ 1）采样定理（香农定理）如果一个连续信号不包含高于频率 max 的频率分量（连续信号中所含频率分量的最高频率为 max)，那么就完全可以用周期 T 2 max，那么就可以从
5、采样信号中不失真地恢复原连续信号。（ 2）采样信号的失真如采样定理所表明的，一个连续信号若采样时不满足采样定理，采样信号将会失真。下面将说明，失真会产生怎样的的特殊现象。信号的高频分量折叠为低频分量隐匿振荡 (Hidden oscillation) 前置滤波器7、零阶保持器（ZOH ）的频率特性（频率特性曲线如下）（ 1）零阶保持器有无限多个截止频率c ns(n1，2，)，在而衰减。（ 2）零阶保持器允许采样信号的高频分量通过，幅值是逐渐衰减的。（ 3 ）零阶保持器是相位滞后环节，相位滞后与信号频率T0s内，幅值随增加及采样周期T 成正比h ()s 28、图 2-26 是一种常见的采样系统的结
6、构。若系统输出是连续的，为将其变成离散系统，在输出端加入虚拟采样开关， 表示仅研究系统在个采样点上的离散时刻的输出值。 综合点之后的采样开关可等效为综合点两个输入端的采样开关。图 2-26 采样控制系统典型结构根据图 2-26 可得E(z) = R(z)-B(z)B(z) = ZG2(s)G3(s)H(s)U(z) = G2G3H(z)U(z)E(z) = R(z) - G2G3H(z)U(z)C(z) = ZG2(s) G3(s)U(z) = G2G3(z)U(z)U(z) = ZG1(s)E(z) = G1(z)E(z)所以C(z) = G2G3(z)G1(z)E(z)将 U(z) 代入
7、E(z)的表达式中，得E(z) = R(z) / 1+G1(z)G2G3H(z)将 E(z)代入 C(z) 表达式，得G1 (z)G2G3 ( z)C( z)R( z)1G1 ( z)G2 G3 H ( z)所以，以C(z) 为输出， R(z) 为输入的闭环脉冲传递函数为C ( z)G1 ( z)G2G3 ( z)( z)R( z) 1 G1 ( z)G2G3 H ( z)以 R(z) 为输入的误差传递函数E(z)1e ( z)1 G1( z)G2G3 H (z)R(z)9、例 2-27 试求图 2-28 所示计算机控制系统闭环脉冲传递函数，已知T=1s。图 2-28 例 2-7 计算机控制系
8、统结构图解 ： 由于 Gc(s) = (1+1/ s)，所以G c ( z )Z G c ( s )Z 1 1/ s 112z1 z11z1 e Ts1，又因为G h ( s ) G 0 ( s )s 1s11所以Gh G 0 ( z) Z 1 e Ts1 (1 z 1 ) Z 1ss1s( s1)1TT1(1 z 1 )11(11 (1 eT ) z11zez)(1 ez)由图知 H(s)=1，由式（ 2-63）可得C ( z)Gt ( z)GhG0 ( z)( z)R( z) 1 Gc ( z)Gh G0 ( z)2z 1(1e T ) z 1z 1)(1e T ) z 11z 1(1e
9、T z 1)(22z 1 (1e T )z 1(1z 1 )(1e T z 1) (2z 1)(1e T ) z 11z1) (1e T z 1)(1因为 T=1，所以C ( z)2(10.5 z 1 )0.632z 1( z)(1z 1 )(10.368 z 1 )2(10.5 z 1 ) 0.632 z1R ( z)1.264( z 10.316 z 2 )(1.264 z0.399)1 0.104 z 10.05 z 2z20.104z0.0510、 s 平面的映射s 平面整个虚轴映射为 z 平面单位圆，左半平面任一点映射在z 平面单位圆内，右半平面任一点映射在单位圆外 .表 3-1s
10、平面与 z 平面关系11、连续域 离散化设计的步骤如下：第 1 步：根据系统的性能（如频带宽度等） ，选择采样频率，设计抗混叠前置滤波器。第 2 步：考虑 ZOH 的相位滞后，根据性能指标和连续域设计方法，设计数字控制算法的等效传递函数 D dc(s) 。（如所取采样频率较高，可略去ZOH 的影响。）第 3步：选择合适的离散化方法，将Ddc(s)离散化，获得脉冲传递函数D(z)，使两者性能尽量等效。第 4步：检验计算机控制系统的闭环性能。可以根据采样系统理论，在 z 域进行数学分析，也可采用仿真技术校验系统的性能指标。如满足指标要求，进行下一步；否则， 重新设计。改进设计的途径有：选择更合适的离散化方法；提高采样频率；修正连续域设计，如增加稳定裕度指标等。第 5步：将 D( z)变为数字算法，在计算机上编程实现。12、离散化方法（ 1）数值积分法（置换法） ：一阶向后差法、一阶向前差法、双线性变换法、修正双线性变换法等（ 2）零极点匹配法（ 3）保持器等价法（阶跃响应不变法）（ 4）z 变换法 (脉冲响应不变法 )13、（ 1）一阶向后差分法离散化公式D ( z )D ( s )1 z 1（ D（ s）：连续传递函数s
