计算机控制技术期末复习资料-第二版-姜学军编著教材

MicroGoblin计算机控制系统(期末复习资料)第一章绪论1、计算机控制系统的组成：由计算机（工业控制计算机）和工业对象（被控对象）组成。2、计算机控制过程的3个步骤：实时数据采集；实时决策；实时控制。3、过程输入输出通道：计算机和被控对象（或生产过程）之间设置的信息传递和转换的连接通道。4、采样过程：在计算机控制系统中，信号是以脉冲序列或数字序列的方式传递的，把连续信号变成数字序列的过程；采样开关：实现采样的装置。5、控制系统的稳态控制精度由A/D、D/A转换器的分辨率决定。6、计算机控制系统是利用离散的信号进行控制运算。7、香农采样定理：一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f*(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。则采样角频率只有满足下面的关系：𝝎𝒔≥𝟐𝝎𝒎𝒂𝒙8、采样保持器：将数字信号序列恢复成连续信号的装置。9、零阶保持器所得到的信号是阶梯信号，它只能近似地恢复连续信号。第二章Z变换及Z传递函数1、计算机控制系统属于闭环离散控制系统，它的输出量与输入量之间的关系可用差分方程来描述。2、部分分式法3、常用信号的Z变换单位脉冲信号：单位阶跃信号：单位速度信号：指数信号：正弦信号：4、常用Z变换表5、连续系统是用微分方程描述的，离散系统是用差分方程描述的，差分方程是离散系统时域分析的基础，而计算机系统的本质是离散系统。6、Z传递函数：在零初始条件下离散系统的输出与输入序列的Z变换之比。)()(ttf)(1)(ttfttf)(atetf)(ttfsin)(MicroGoblin7、Z传递函数的物理可实现性：k时刻的输出y(k)不依赖于k时刻之后的输入，只取决于k时刻及k时刻之前的输入和k时刻之前的输出。故G(z)是物理可实现的。如果G(z)是物理可实现的，则要求n≥m。第三章计算机控制系统的分析1、离散系统稳定的充分必要条件是：闭环Z传递函数的全部极点应位于Z平面的单位圆内。2、连续系统的Routh稳定性准则不能直接应用到离散系统中，这是因为Routh稳定性准则只能用来判断复变量代数方程的根是否位于S平面的左半面。第四章计算机控制系统的离散化设计1、最少拍控制系统是系统在典型输入信号作用下，经过最少拍使系统输出的稳态误差为零。2、最少拍系统设计的基本原则：最少拍控制系统是在最少的几个采样周期内达到在采样时刻输入输出无误差的系统。这种系统对闭环Z传递函数W(z)的性能要求是快速性和准确性。对系统提出性能指标要求是，在单位阶跃函数或等速函数、等加速度函数等典型输入信号作用下，系统在采样点上无稳态误差，并且调整时间为最少拍。第五章计算机控制系统的模拟化设计1、若系统的采样频率相对于系统的工作频率是足够高的，以至于采样保持器所引起的附加滞后影响可忽略时，系统的数字控制器可用模拟控制器代替，使整个系统成为模拟系统，从而可用模拟化方法进行设计。2、等效的必要条件是使采样周期T足够小，这是计算机控制系统等效离散化设计方法的理论依据。3、模拟化设计方法的一般步骤如下：(1)根据性能指标要求和给定对象的G0(s)，用连续控制理论的设计方法，设计D(s)。(2)确定离散系统的采样周期。(3)在设计好的连续系统中加入零阶保持器。检查由于零阶保持器的滞后作用，对原设计好的连续系统性能是否有影响，以决定是否修改D(s)。为了简便起见，零阶保持器的传递函数可近似为：(4)用适当的方法将D(s)离散化成D(z)。(5)将D(z)化成差分方程。4、从信号理论角度来看，模拟控制器就是模拟信号滤波器应用于反馈控制系统中作为校正装置。滤波器对控制信号中有用的信号起着保存和加强的作用，而对无用的信号起着抑制和衰减的作用。模拟控制器离散化成的数字控制器，也可以认为是数字滤波器。TsseeseTsTsTs/22112/2/10111()()()1mmnnbbzbzYzGzUzazazMicroGoblin5、冲激不变法的基本思想是：数字滤波器产生的脉冲响应序列近似等于模拟滤波器的脉冲响应函数的采样值。6、后向差分变换法后向差分变换法的特点：(1)稳定的D(s)变换成稳定的D(z)。(2)D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。7、零、极点匹配法8、PID控制器：按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器。9、为了改善系统的调节品质，通常在系统中引入偏差的比例调节，以保证系统的快速性。引入偏差的积分调节以提高控制精度，引入偏差的微分调节来消除系统惯性的影响，这就形成了按偏差PID调节的系统。10、比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的。比例积分调节器：为了消除在比例调节中的残余稳态误差。比例积分微分调节器：微分作用的加入将有助于减小超调。11、由于微分作用容易引进高频干扰，因此，可以串接一个低通滤波器来抑制高频影响。第八章复杂控制规律系统设计1、纯滞后补偿控制：史密斯预估算法和大林算法。2、大林算法的设计目标是要设计一个合适的数字控制器，使闭环传递函数相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节的串联。3、振铃幅度RA的定义为：在单位阶跃信号的作用下，数字控制器D(z)的第0次输出与第1次输出之差值。4、振铃幅度用来衡量振荡的强烈程度。5、对于被控对象含有较大纯滞后时间的系统，通常不使用PID控制，而采用大林算法。6、主回路的输出作为副回路设定值修正的依据，副回路的输出作为真正的控制量作用于对象。7、前馈控制：实质上是一种直接按照扰动量而不是按偏差进行校正的控制方式。第十二章计算机控制系统设计与实现1、操作性能好，包括两个含义，即使用方便和维修容易。2、可靠性高是计算机控制系统设计最重要的一个基本要求。3、根据过程信息的性质及传送方向，过程通道包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。4、计算机控制生产现场的控制通道也有两种:即模拟量输出通道及数字量输出通道。5、过程通道是计算机和工业生产过程(控制对象)相互交换信息的桥梁。6、过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种：数据信息、状态信息、控制信息。7、过程通道编址方式有两种：过程通道与存储器独立编址方式；过程通道与存储器统一编址方式。8、常用的控制方式有三种：程序查询方式、中断控制方式、直接存储器存取(DMA)方式。MicroGoblin9、数字量输入通道主要由两态信息转换电路和接口电路组成。10、干扰来源：恶劣的供电条件、严重的噪声环境。11、共模干扰只有转换成串模干扰才会影响系统。12、抑制干扰的主要措施：电源变压器的屏蔽；交流稳压器；隔离变压器；低通滤波器；采用分散独立功能块供电。计算题1、D/A转换器MicroGoblin2、某控制系统中的控制为𝐷(𝑠)=1𝑠2+0.2𝑠+1采样周期T=1s，试用后向差分变换法求数字控制器D(z)及其控制算法。3、某控制系统中的控制为𝐷(𝑠)=1𝑠2+0.2𝑠+1采样周期T=1s，试用零、极点匹配法求数字控制器D(z)及其控制算法。P312.9P423.2P624.1P684.3P714.5P2128.38.4