[精选PPT]计算机测控技术
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第6章006测控技术.ppt
把一系列梯形面积相加即得积分结果。我们知道，梯形 法比矩形逼近法会得到更高的精度。梯形法的递推公式可以 表示为如下的一阶差分方程：
y(n) Y (n 1) T [x(n) x(n 1)] 2
第六章 计算机控制系统的综合与设计 图6-8 梯形逼近算法
第六章 计算机控制系统的综合与设计 对上式取Z
c(n) c(n) c(n 1) K p[e(n) e(n 1)] Kie(n) Kd [e(n) 2e(n 1) e(n 2)]
第六章 计算机控制系统的综合与设计 该式就是DDC算法的增量形式（称为增量调节）。
6-6所表示的是它的运算框图。当前大多数DDC系统采用步 进电机来完成此项任务，由它来完成累加任务，同时带动被 控对象（如阀门）运动。
L1[(1 1 )eTs ] [1 ea(tT ) ]u(t T ) s sa
第六章 计算机控制系统的综合与设计
则
h1 (t) L1[W1 (s)] u(t) u(t T ) [eat ea(tT ) ]
故可求得连续部分传递函数为：
W1 (z)
Z[h1 (nT )]
(1 eaT 1 eaT
)z 1 z 1
对于整个计算机控制系统，如果求得广义对象的z传递函 数W1(z)，又知道数字部分的D(z)，就很容易求得整个系统的 闭环z传递函数Φ(z)。应用离散化的数学方法综合设计计算机 控制系统，也称为直接数字设计方法。
第六章 计算机控制系统的综合与设计 图6-2 连续系统的数字化
第六章 计算机控制系统的综合与设计
第六章 计算机控制系统的综合与设计
6.1 概述 6.2 动态校正的计算机实现方法——模拟化设计 6.3 数字控制器的直接设计方法——离散化设计
y(n) Y (n 1) T [x(n) x(n 1)] 2
第六章 计算机控制系统的综合与设计 图6-8 梯形逼近算法
第六章 计算机控制系统的综合与设计 对上式取Z
c(n) c(n) c(n 1) K p[e(n) e(n 1)] Kie(n) Kd [e(n) 2e(n 1) e(n 2)]
第六章 计算机控制系统的综合与设计 该式就是DDC算法的增量形式（称为增量调节）。
6-6所表示的是它的运算框图。当前大多数DDC系统采用步 进电机来完成此项任务，由它来完成累加任务，同时带动被 控对象（如阀门）运动。
L1[(1 1 )eTs ] [1 ea(tT ) ]u(t T ) s sa
第六章 计算机控制系统的综合与设计
则
h1 (t) L1[W1 (s)] u(t) u(t T ) [eat ea(tT ) ]
故可求得连续部分传递函数为：
W1 (z)
Z[h1 (nT )]
(1 eaT 1 eaT
)z 1 z 1
对于整个计算机控制系统，如果求得广义对象的z传递函 数W1(z)，又知道数字部分的D(z)，就很容易求得整个系统的 闭环z传递函数Φ(z)。应用离散化的数学方法综合设计计算机 控制系统，也称为直接数字设计方法。
第六章 计算机控制系统的综合与设计 图6-2 连续系统的数字化
第六章 计算机控制系统的综合与设计
第六章 计算机控制系统的综合与设计
6.1 概述 6.2 动态校正的计算机实现方法——模拟化设计 6.3 数字控制器的直接设计方法——离散化设计
计算机测控技术基础1
1.1.7 PC-based控制器 PC-based控制器从外观到可靠性也都开始可 以与PLC相近。PC-based是一种基于PC技 术的控制系统。最早的PC-based控制系统是 以PC总线工控机为核心，通过扩展专用板卡 组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运 算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。 为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。 这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势， 也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到 网络时代的信息系统中。
1.1.6可编程控制器PLC
基本概念：可编程序控制器，专为在工业环境中应用而设计， 采用可编程序的存储器存储操作指令，并通过数字式的或模拟 式的输入输出控制机械或生产过程。 1969年美国通用公司生产第一套PLC（Programmable Logic Controller ）。 国内外许多生产PLC的厂家。 发展历程 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期， 年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量 能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提 高，PLC逐渐进入过程控制领域。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干 扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺 序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
操作管理站
操作站是DCS系统的主要人机接口，操作站是一台 功能强大的计算机。 操作站可以进行监视、操作和控制；控制工程师可 以实现控制系统组态、系统的生产和维护。作为 管理计算机，它可以通过通信接口与通讯系统相 连，采集各种信息，执行工厂的集中管理和实现 最优控制、后台计算和软件开发等特殊功能。 操作站具有三方面的功能： 操作员属性功能、工程师属性功能和系统维护功能。
5计算机测控技术
计算机测控系统是计算机自动测量和控制
（Computer Automated Measurement and Control, CAMAC）系统的简称。它是自动控制技 术、计算机科学、微电子学和通讯技术有机结合、 综合发展的产物，是一门新兴的技术。它包括各 种数据采集和处理系统，自动测量系统，生产过 程控制系统，导弹、卫星的检测及发射控制系统 等等，广泛地应用于国防、科学研究和工农业生 产的各个领域 。
5 计算机测控技术
微控制器测控技术
单片机
世界上生产单片机的主要厂家有：Intel公司、Motorola公司、 Mitsubishi（三菱）公司、NEC公司、Toshiba(东芝)公司、 Hitachi (日立)公司、ATMEL 公司、Phlips 公司、SIEMENS 公司等。 通常按单片机数据总线的位数将单片机分为4位、8位、16位、 32位机。 8位单片机是目前品种最为丰富、应用最为广泛的单片机（市场 占有率39%），有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比 高、易于推广应用等显著优点。 8位单片机在工业控制产品（自动化装置、智能仪器仪表、过程 控制）、通信（电话机、手机） 、家用电器（洗衣机、电冰 箱、空调器、电饭锅、电视机、音响、影碟机、照相机）、 办公自动化产品（打印机、复印机、绘图仪、传真机）等许 多领域得到广泛应用。
项目 仪器定义 中心环节 功能设定 开放性 性能/价格比 技术更新 开发维护费用 应用情况
5 计算机测控技术
简介
计算机测控系统的发展趋势 虚拟仪器技术
4. 虚拟仪器的特点
（1）用户定义仪器功能 （2）软件是关键 （3）测试精度高、功能强大 （4）开放式系统 （5）价格低、技术更新快 （6）便于组件自动测试系统
5 计算机测控技术
（Computer Automated Measurement and Control, CAMAC）系统的简称。它是自动控制技 术、计算机科学、微电子学和通讯技术有机结合、 综合发展的产物，是一门新兴的技术。它包括各 种数据采集和处理系统，自动测量系统，生产过 程控制系统，导弹、卫星的检测及发射控制系统 等等，广泛地应用于国防、科学研究和工农业生 产的各个领域 。
5 计算机测控技术
微控制器测控技术
单片机
世界上生产单片机的主要厂家有：Intel公司、Motorola公司、 Mitsubishi（三菱）公司、NEC公司、Toshiba(东芝)公司、 Hitachi (日立)公司、ATMEL 公司、Phlips 公司、SIEMENS 公司等。 通常按单片机数据总线的位数将单片机分为4位、8位、16位、 32位机。 8位单片机是目前品种最为丰富、应用最为广泛的单片机（市场 占有率39%），有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比 高、易于推广应用等显著优点。 8位单片机在工业控制产品（自动化装置、智能仪器仪表、过程 控制）、通信（电话机、手机） 、家用电器（洗衣机、电冰 箱、空调器、电饭锅、电视机、音响、影碟机、照相机）、 办公自动化产品（打印机、复印机、绘图仪、传真机）等许 多领域得到广泛应用。
项目 仪器定义 中心环节 功能设定 开放性 性能/价格比 技术更新 开发维护费用 应用情况
5 计算机测控技术
简介
计算机测控系统的发展趋势 虚拟仪器技术
4. 虚拟仪器的特点
（1）用户定义仪器功能 （2）软件是关键 （3）测试精度高、功能强大 （4）开放式系统 （5）价格低、技术更新快 （6）便于组件自动测试系统
5 计算机测控技术
计算机测控技术专业方向介绍
目录计算机测控技术专业方向介绍 (1)嵌入式系统专业方向介绍 (3)网络与软件技术专业方向介绍 (6)计算机测控技术专业方向介绍一、计算机测控技术的基本概述计算机测控是集检测、控制与仪器仪表制造为一体，以嵌入式系统、信息处理与电子技术为主，软硬件兼顾的技术，主要研究系统的数学模型、传感器与测试系统、信号调理、图像处理技术、微弱信号检测技术、数字控制系统、计算机测控系统、现场总线技术与基于Internet的远程测控系统等。
二、培养目标培养在测量与控制、仪器与系统的设计制造、电气工程、自动化、信息技术、电子与计算机技术应用等领域能够从事工程设计、科学研究、技术开发、经济管理等方面的综合型高级工程技术人才。
学生在校期间能系统地掌握机、电、计算机结合的现代测控技术和试验研究技术，并具有测控技术、嵌入式仪器与系统的设计和开发能力。
从事检测技术、智能仪器设计、过程控制仪表及装置、嵌入式系统原理及应用、计算机测控技术、智能控制理论、现场总线技术的研究与工程设计。
三、主要课程设置数字逻辑、汇编语言、计算机组成原理、微机原理与接口技术、计算机软件基础、自动控制理论、计算机测量技术、智能仪器设计、智能传感器系统、自动化仪表与系统、单片机原理及应用、嵌入式系统等专业方向课程。
四、毕业生主要从事的工作领域毕业生主要从事计算机测控仪器、计算机控制与自动化系统、智能传感系统、测控系统的智能化技术、嵌入式系统、电磁量与非电量的测试技术、多传感器信息融合与信息处理技术等设计与研究工作。
五、计算机学院计算机技术系情况介绍2．教授介绍：王振友：教授硕导；赵磊：教授硕导；陈平：教授硕导李业德：教授硕导；张景元：教授硕导4．硬件设施：六、计算机测控技术——同学们明智的选择计算机测控技术应用到现在已经相当广泛了。
不仅仅用在工业上，同时，实现工业自动化的设备也需要测量，扩展到我们的航天航空、船舶、通信系统等等所有行业和领域，都离不开计算机测控技术，这些计算机测控技术的应用特点都是具有高可靠性的、在恶劣环境中的应用。
计算机测控技术与系统第3章计算机测控系统的控制技术课件
3.1 模拟控制器的数字化实现
在计算机测控系统中，既包含有数字信号，也包含有连续 信号，是数字模拟混合系统，但是如果采样周期足够小并且 计算机转换及运算字长足够大，那么在时间上的离散化效应 和幅值上的量化效应可以忽略，此时的计算机测控系统就可 以看成是一个连续系统，可以用连续系统的分析和设计方法 来研究计算机测控系统的问题；但如果采样周期比较大，且 量化效应又不能忽略，那么只能采用直接离散化设计方法来 研究计算机测控系统的问题。
de dt
)
u0
u
Kpe
Kd
de dt
u0
很明显，这一项仅在误差变化期间才影响调节器输出，而用PI只能修正e的 稳态值。
2024/3/20
18
实际上很少采用PD调节，常见的是PID调节，具体算式为
u
K
p
(e
1 Ti
edt
Td
de dt
)
u
0
2024/3/20
19
（2）模拟PID控制器的离散化
③ 从系统的控制品质方面考虑
一般来说，在计算机运算速度允许的情况下，采样周期越小，控制品 质越高。通常在系统输出达到95％稳态值的过渡过程时间内，采样6~15次。
2024/3/20
7
④ 从计算机的工作量和回路成本方面考虑
大多数计算机测控系统是多回路控制系统，计算机的工作量很大，因 此，采样周期应选择大一些。尤其是当控制回路较多时，应该使每个回 路都有足够的计算时间。 T>=各个回路采样周期的和
2024/3/20
8
（3）模拟控制器D(s)的离散化 根据选定的采样周期，选择合理的离散化方法将模拟控制
器D(s)离散化为数字控制器D(z) ，进而获得便于计算机编程 的差分方程。
在计算机测控系统中，既包含有数字信号，也包含有连续 信号，是数字模拟混合系统，但是如果采样周期足够小并且 计算机转换及运算字长足够大，那么在时间上的离散化效应 和幅值上的量化效应可以忽略，此时的计算机测控系统就可 以看成是一个连续系统，可以用连续系统的分析和设计方法 来研究计算机测控系统的问题；但如果采样周期比较大，且 量化效应又不能忽略，那么只能采用直接离散化设计方法来 研究计算机测控系统的问题。
de dt
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u0
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很明显，这一项仅在误差变化期间才影响调节器输出，而用PI只能修正e的 稳态值。
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实际上很少采用PD调节，常见的是PID调节，具体算式为
u
K
p
(e
1 Ti
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Td
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0
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19
（2）模拟PID控制器的离散化
③ 从系统的控制品质方面考虑
一般来说，在计算机运算速度允许的情况下，采样周期越小，控制品 质越高。通常在系统输出达到95％稳态值的过渡过程时间内，采样6~15次。
2024/3/20
7
④ 从计算机的工作量和回路成本方面考虑
大多数计算机测控系统是多回路控制系统，计算机的工作量很大，因 此，采样周期应选择大一些。尤其是当控制回路较多时，应该使每个回 路都有足够的计算时间。 T>=各个回路采样周期的和
2024/3/20
8
（3）模拟控制器D(s)的离散化 根据选定的采样周期，选择合理的离散化方法将模拟控制
器D(s)离散化为数字控制器D(z) ，进而获得便于计算机编程 的差分方程。
测控技术第二章优秀课件
T0 / 2 T0 / 2
x
(t
)
co
s
n
0td
t
4 T0
T0 / 2 ( A
0
2A T0
t) cos
n 0tdt
4A n 2 2
n 1, 3, 5
4A n 2 2
sin 2
n 2
0
n 2,4,6
奇函数关于原点对称
奇函数
b n
2 T0
T0 / 2 T0 / 2
x(t) sin
n 0tdt
0
T0 /2
a n
2 T0
T0 /2 T0 /2
x
(t)
co
s
n
0td
t;
b n
2 T0
T0 /2 T0 /2
x (t) sin
n
0td t;
T0 周 期
0圆 频 率 ，
0
2 T0
常值分量 余弦分量幅值 正弦分量幅值
变形为：x (t )
a0 2
n 1
An
co s( n 0t
n)
An
a
2 n
第三节 周期信号和离散频谱
一、周期信号的分解
1、傅立叶级数的三角函数展开式：
Dirichlet条件
要将一周期信号分解为三角级数应当满足下列条件：
在一周期内，函数是绝对可积的，即 应为有限值；
| t1 T t1
f t| dt
在一周期内，函数的极值数目为有限；
在一周期内，函数f(t)或者为连续的，或者具有有限
个这样的间断点，即当t从较大的时间值和较小的时间
值分别趋向间断点时，函数具有两个不同的有限的函
计算机测控系统概述课件
测 控 非电量 对 象
传感器
输入信号 调理器
执行机构
输出信号 调理器
计算机测控系统概述课件
计算机
显示器
电厂生产车间
计算机测控系统概述课件
计算机集中监控室
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统硬件各部分功能描述
测控系统的演变
计算机测控系统概述课件
1、传统测控时代
被测参数
显示仪表
传统检测系统
计算机测控系统概述课件
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制系统
计算机测控系统概述课件
2、电气测控时代
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
传感器检测系统
计算机测控系统概述课件
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
计算机测控系统概述课件
1、被测控对象及其参数
1）环境特征； 2）参数类型； 3）测控要求
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计
算
机
执行机构
控制电路 模块
输出通道
计算机测控系统概述课件
2、传感器
1）选型；2）信号；3）量程；4）精度；5）环境
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计算机Fra bibliotek执行机构
计算机测控系统概述课件
实时系统
❖ 实时系统是对外来事件在限定时间内能 做出反应的系统。
测控技术ppt课件
（4）电子设备性能的测量
电子设备性能的测量指的是对通频带、选择性、放大倍数、 衰减量、灵敏度、信噪比等参量的测量。
（5）特性曲线的测量
特性曲线的测量指的是对幅频特性、相频特性、器件特性 等特性曲线的测量。
上述各种参量中，频率、时间、电压、相位、阻抗等
是基本参量，其他的为派生参量，基本参量的测量是派生
82
6 10335 浙江大学
78
7 10248 上海交通大学
77
8 10286 东南大学
9 10110 中北大学
75
10 10007 北京理工大学
74
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转速测量
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测量：时间、长度、重量。。。
测量对象为自然界存在的物理量
控制：调速器、继电器。。。
通过对测量到的物理量进行运算分析 来控 制物质的某些特性。如：蒸汽机的调速球
参量测量的基础。电压测量是最基本、最重要的测量内容。
.
.
.
传感器
光敏电阻、热敏电阻、加速度传感器、压力传感 器（应变管）
思考： 霍尔效应：是指磁场作用于载流金属导体、半导
体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。 是1879年被美国物理学家霍尔发现的。 UH=RHIB/d RH——霍尔系数： I——通过的电流； B——垂直于I的磁感应强度； d——导体的厚度。
仪器:钟表、直尺、弹簧秤。。。
测量控制的工具
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自动驾驶仪
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测量信号 ①非电量信号。力、速度、加速度。。。 ②电量信号。电压、电流。。。。
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测量方式 ①直接测量。重量、长度、角度。。 ②间接测量。加速度、光强度、电压。。。
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控制方式 ①人工控制。减速器、加速器。。 ②智能控制。单片机、PLC 、 ARM7/ARM9 、DSP 、FPGA\CPLD