计算机控制技术(4常规及复杂控制技术第2次课)
微型计算机控制技术 (2)
微型计算机控制技术介绍微型计算机控制技术是一种将微型计算机用于控制和自动化系统的技术。
随着微型计算机技术的不断发展，微型计算机控制技术在工业自动化、控制系统以及各种通用设备中得到了广泛应用。
本文将介绍微型计算机控制技术的概念、应用领域以及其发展趋势，以便更好地了解这项技术。
微型计算机控制技术的概念微型计算机控制技术是指通过使用微型计算机（通常是单片机或嵌入式系统）来实现对控制系统、设备或机器的监控和控制。
它将计算机的高度集成、高速运算和丰富的外设接口与控制工程相结合，使得控制系统更加智能化、精确化和可靠化。
微型计算机控制技术的应用领域微型计算机控制技术在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个领域：工业自动化微型计算机控制技术在工业自动化方面的应用非常广泛。
它可以应用于自动化生产线的控制、机器人的控制、自动化仓储系统的控制等方面。
通过使用微型计算机控制技术，可以提高生产效率、降低成本和人力需求。
智能家居微型计算机控制技术在智能家居领域也有很大的应用。
通过将微型计算机集成到家居控制系统中，可以实现对家居设备的智能控制，如智能灯光控制、智能门锁控制、智能温度控制等。
这样可以提高家居的舒适性、安全性和能源利用效率。
能源管理微型计算机控制技术在能源管理方面也有重要意义。
通过使用微型计算机控制技术，可以对能源的供给和使用进行精确控制，实现能源的高效利用。
例如，在工业生产中，可以通过微型计算机控制技术来控制能源供应和生产设备的协调运行，实现能源的节约和优化。
医疗设备微型计算机控制技术在医疗设备方面也有广泛应用。
通过使用微型计算机控制技术，可以实现对医疗设备的精确控制和监测，提高医疗设备的稳定性和安全性。
例如，心脏起搏器、呼吸机、血压监测仪等医疗设备都可以使用微型计算机控制技术来实现更加精准的操作和监测。
微型计算机控制技术的发展趋势随着科技的不断发展，微型计算机控制技术也在不断进步和发展。
以下是一些微型计算机控制技术的发展趋势：全面集成化未来的微型计算机控制技术将更加注重集成化。
微型计算机控制技术课程答案
《微型计算机控制技术》复习题纲1.1 计算机控制系统的结构。
1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些? 各有什么优缺点? （P5）1.3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么?2.1 采用74LS244和74LS273，设计与PC总线等工业控制机的数字量(开关量) 输入输出接口，要求:画出接口电路原理图，并采用8086汇编语言编写数字量输入输出程序。
2.2 用8位A／D转换器ADC0809与PC总线等工业控制机接口，设计模拟输入通道以及数据采集程序流程图。
2.3 采样信号有何特点? 采样保持器的作用是什么?是否所有的模拟量输入通道中都需采样保持器? 为什么?2.4 什么是串模干扰和共模干扰? 如何抑制?2.5 计算机控制系统中地线有哪几种?2.6 什么是波反射? 如何消除波反射?3.1 插补计算程序流程：(1) 直线插补程序；(2) 圆弧插补程序。
3.2 给出一段直线或圆弧。
要求：(1) 按逐点比较法插补进行列表计算；(2) 作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。
3.3 三相步进电机的工作方式。
3.4 利用8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制电路，要求：(1) 画出接口电路原理图；(2) 分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍或三相六拍工作方式下的输出字表。
4.1 数字控制器的连续化设计步骤。
（P103）4.2 PID控制器的三个参数对系统性能的影响。
4.3 数字控制器的离散化设计步骤是什么?4.4 最少拍无纹波控制器的设计。
4.5 模糊推理的计算。
6.1 测量数据预处理技术包括哪些？(185~190)7.1 什么是现场总线?有哪几种典型的现场总线?7.2 分布式控制系统的设计原则是什么？DCS系统分为哪几层？各层实现哪些功能？错误！未找到引用源。
第一章（绪论）作业1.1 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程控制的系统。
、计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成。
计算机控制技术PPT课件
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机械自动化学院
4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行 的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制 系统不是连续控制的，而是离散控制的。
5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。 计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。
6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散 控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管 理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。
对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决 定将要采取的控制行为。
实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
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（2）在线方式和离线方式 ★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机
控制的方式。 ★ 离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机
键盘（功能键和数字键）
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软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
编编连辑译接程程、序序装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
控制程序
数据采集及处理程序
数据可靠性检查程序 A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
数据采集程序
巡回检测程序
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1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。
缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
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2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）
计算机控制技术--课程分析
Automation
国家级精品资源共享课 国家级精品课
“计算机控制技术”课程分析
负责人：于海生
课程组：潘松峰、丁军航、吴贺荣、于金鹏、原明亭、 高军伟、叶志明、姜安宝、闫海涛
2015年11月
明德博学，守正出奇
青岛大学 自动化专业
Automation
分析内容
一、课程性质、定位与教学目标 二、课程内容与重点、难点 三、学情分析与教学设计 四、教学方法与手段 五、教学评价与考核方式 六、教学反馈与教学效果 七、课程特色
明德博学，守正出奇
青岛大学 自动化专业
Automation
一、课程性质、定位与教学目标
明德博学，守正出奇
青岛大学 自动化专业
一、课程性质、定位与教学目标 Automation
课程性质
《计算机控制技术》课程是国家级精品资源共享课 (2014年)、国家级精品课程(2009年)、首批山东省省级精 品课程（ 2004年）。
难点：模拟量输入输出通道；基于串行总线的计算机控制系统硬件技术； 硬件抗干扰技术。
（2）数字控制技术
重点：数字程序控制基础；逐点比较法差补原理；步进电机控制技术与 伺服电机控制技术。
难点：逐点比较法差补原理；步进电机控制技术
（3）常规及复杂控制技术
重点：数字控制器的连续化设计技术、离散化设计技术；纯滞后控制技 术、串级控制技术、前馈-反馈控制技术；解耦控制技术。
理论教学
Automation
5）随着课程进展，适时下发各种补充阅读材料，如先进的分布式控制 系统（DCS）、设计案例、工业控制组态软件资料等，对课堂讲授形成有 益补充。
6）推荐合适的参考书、辅导书，并及时编写出版与改革后课程内容相 配套的新教材，便于学生课前预习和课后复习。
第4章 常规控制技术
u(k) a1u(k 1) a2u(k 2) L anu(k n) b0e(k) b1e(k 1) L bme(k m)
(4.1.25)
利用上式即可实现计算机编程，因此上式称为数字控制器D(z) 的控制算法。
❖ 5.校验
控制器D(z)设计完并求出控制算法后，须按图4.1所示的计算 机控制系统检验其闭环特性是否符合设计要求，可由计算机控制系统 的数字仿真计算来验证。
(4.1.7)
上式就是利用双线性变换法由D(s)求取D(z)的计算公式。
2006
COLLEGE OF ELECTRICAL ENGINEERING, ZHEJIANG UNIVERSITY
4.1 数字控制器的连续化设计技术
❖ （2）前向差分法 利用级数展开可将z=esT写成以下形式：
z esT 1 sT L 1 sT (4.1.12)
在计算机控制系统中，完成信号恢复功能一般由零阶保持器H(s)来
实现。零阶保持器的传递函数为：
H (s) 1 est s
(4.1.1)
其频率特性为：H ( j) 1 e jT
T
sin
T 2
T
j
T 2
2
(4.1.2)
从上式可以看出，零阶保持器将对控制信号产生附加相移（滞
后）。对于小的采样周期，可把零阶保持器H(s)近似为：
数字控制器的连续化设计是忽略控制回路中所有的零 阶保持器和采样器，在s域中按连续系统进行初步设计， 求出连续控制器，然后通过某种近似，将连续控制器离散 化为数字控制器，并由计算机来实现。
2006
COLLEGE OF ELECTRICAL ENGINEERING, ZHEJIANG UNIVERSITY
《计算机控制技术》课程教学大纲
计算机控制技术课程教学大纲Techno1ogyofMicrocomputercontro1学时数：40其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业或其它相关专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化类各专业的“主干专业课程”，属工程技术类课程。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识，以及基本的应用技术。
并具备独立设计计算机控制系统的能力，为今后从事工业自动化方面的工作打下一个基础。
二、课程教学的基本要求（一）熟练掌握计算机控制系统的组成与接口技术；（二）掌握和理解计算机控制系统的常用控制算法；（H）熟练掌握计算机控制系统的设计方法和实现过程；（四）了解计算机控制技术的发展趋势及前沿课题。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章微型计算机控制系统概述（4学时）基本内容：计算机控制系统的概念、组成，计算机控制系统的分类以及发展。
基本要求：1、熟悉微机控制系统的组成（硬件结构和软件组成）。
2、了解微机控制技术的发展趋势。
重点：计算机控制系统的发展概况。
难点：计算机控制系统的分类。
第二章计算机控制系统的过程通道接口技术（6学时）基本内容：数字量输入、输出通道的设计，模拟量输入通道的设计，模拟量输出通道的设计。
基本要求：1、掌握模拟量输入、输出通道的设计。
2、掌握数字量输入、输出通道的设计。
3、了解过程通道的结构形式。
能够根据控制系统要求选择输入输出通道中所用到的各种器件，掌握工作原理和使用方法。
能正确地绘制出系统的硬件电路原理图。
重点：采样/保持器、D/A转换器、A/D转换器接口设计难点：采样定理与数据采集第三章人机交互接口技术（4学时）基本内容：人机交互输入接口技术，人机交互输出接口技术。
基本要求：1、掌握常用键盘和常用1ED显示器的工作原理及接口设计方法。
2、能够根据控制系统要求正确的设计出键盘和显示器的接口电路，以及接口程序设计。
《计算机控制技术》教学大纲
《计算机控制技术》课程标准（执笔人：韦庆审阅学院：机电工程与自动化学院）课程编号：0811305英文名称：Computer Control Techniques预修课程：计算机硬件技术基础B、自动控制原理B、现代控制理论学时安排：36学时，其中讲授32学时，实践4学时。
学分：2一、课程概述（一）课程性质地位本课程作为《自动控制理论》的后续课程，是控制科学与工程、机械工程及其自动化和仿真工程专业本科学员理解和掌握计算机控制系统设计的技术基础课。
（二）课程基本理念本课程作为一门理论与工程实践结合紧密的技术基础课，结合自动控制原理技术、微机接口技术，以学员掌握现代化武器装备为目的。
本课程既注重理论教学，也注重教学过程中的案例实践教学环节，使学员在掌握基本理论的基础上，通过了解相关实际系统组成，综合培养解决工程实际问题的能力。
（三）课程设计思路本课程主要包括计算机控制原理和计算机控制系统设计两大部分。
在学员理解掌握自动控制原理的基础上，计算机控制原理部分主要介绍了离散系统的数学分析基础、离散系统的稳定性分析、离散系统控制器的分析设计方法等内容；计算机控制系统设计部分结合实际的项目案例，重点介绍了计算机控制系统的组成、设计方法和步骤、计算机控制原理技术的应用等内容。
二、课程目标（一）知识与技能通过本课程的学习，学员应该了解计算机控制系统的组成，理解计算机控制系统所涉及的采样理论，掌握离散控制系统稳定性分析判断方法，掌握离散控制系统模拟化、数字化设计的理论及方法，掌握一定的解决工程实际问题的能力。
（二）过程与方法通过本课程的学习和实际系统的演示教学，学员应了解工程实际问题的解决方法、步骤和过程，增强积极参与我军高技术武器装备建设的信心。
（三）情感态度与价值观通过本课程的学习，学员应能够提高对计算机控制技术在高技术武器装备中应用的认同感，激发对自动化武器装备技术的求知欲，关注高技术武器装备技术的新发展，增强提高我军高技术武器水平的使命感和责任感。
《计算机控制技术》课程教学大纲
《计算机控制技术》课程教学大纲课程代码：ABJD(M16课程中文名称:计算机控制技术课程英文名称：ComputerContro1Techno1ogy课程性质：必修课程学分数：2学分课程学时数：32学时授课对象：自动化专业本课程的前导课程：数字电子技术、模拟电子技术、电力电子技术、自动控制原理等一、课程简介该课程是自动化专业一门重要的专业必修课。
它的目的是使学生通过本课程的学习，获得计算机控制系统的组成、原理、设计等基础知识和基本应用技术。
学习掌握计算机控制系统软硬件设计的基本方法与原则。
通过本课程的学习，使学生具有计算机控制系统硬件设计、应用软件编程与系统调试的基本能力。
二、教学基本内容和要求1 .绪论课程教学内容：计算机控制技术一般概念，计算机控制系统的组成和分类，计算机控制系统的发展概况和趋势。
课程的重点、难点：计算机控制系统工作原理、组成和分类。
课程教学要求：了解计算机控制技术一般概念、计算机控制系统的发展概况和趋势。
理解计算机控制系统控制过程。
掌握计算机控制系统组成结构和分类。
2 .输入输出过程通道与接口技术课程教学内容：模拟量输入输出通道，数字量输入输出通道，人机接口技术，电机控制接口技术。
课程的重点、难点：D/A、A/D转换器接口技术和模板标准化设计，数字量输入输出通道，键盘接口技术，7段显示器接口技术，直流电机和步进电机接口技术。
课程教学要求：了解模拟量输入输出通道、数字量输入输出通道的结构形式组成。
理解D/A、A/D转换的工作原理，人机接口电路工作原理，电机接口电路工作原理等。
掌握模拟量输入输出通道设计技术，数字量输入输出通道设计技术，键盘接口技术，7段显示器接口技术，直流电机和步进电机接口技术。
3 .计算机控制基础理论课程教学内容：计算机控制系统的信号变换理论，计算机控制系统的数学描述，连续系统的离散化方法及特点。
课程的重点、难点：计算机控制系统的信号变换理论，Z变换与反Z变换的定义，连续系统的离散化方法，差分方程的求解。
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系统的脉冲传递函数为
Y(z) 1− 2z−1 + 3z−2 G(z) = = R(z) 1+ 2z−1 + 4z−2 +8z−3
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
4.广义被控对象: 广义被控对象: 广义被控对象
开环离散系统中，控制信号均经D/A D/A转换器后到达 开环离散系统中，控制信号均经D/A转换器后到达 被控对象的， D/A具有零阶保持器特性的数据保持功 被控对象的，而D/A具有零阶保持器特性的数据保持功 因此相对于控制器来说， 能 。 因此相对于控制器来说 ， 被控对象为包含了零阶 保持器的一个广义被控对象 广义被控对象。 保持器的一个广义被控对象。
得广义被控对象的传递函数为： 广义被控对象的传递函数为： 的传递函数为
G ( z ) = (1 − z ) Z [
−1
G p ( s) s
]
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
a 〖例6〗 求某计算机控制系统中一个连续环节 Gp (s) = 〗 s +a
G(z) =
Y(z) k=0 = ∞ R(z)
y(kT)z−k ∑ r(kT)z−k ∑
k=0
∞
图 开环离散系统
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章
1. 脉冲传递函数的定义 离散系统的输出采样信号为： 离散系统的输出采样信号为：
ho (t ) = 1(t ) − 1(t − T )
进行拉氏变换，可得零阶保持 进行拉氏变换，可得零阶保持 器的传递函数： 器的传递函数：
1 − e −Ts H o (s) = s
4.0 数学基础及特性分析 电机控Байду номын сангаас技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
在系统初始条件为零的情况下，对上式求z变换
Y(z) = ∑bj R(z)z − ∑ajY(z)z− j
−j j=0 j=1
n
n
n
j=0
j=1
n
n
系统的脉冲传递函数为
Y(z) G(z) = = R(z) bj z− j ∑ 1+∑aj z− j
j=1 j=0 n
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
∞
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
3. 脉冲传递函数与差分方程
根据z变换及逆z变换的性质，脉冲传递函数与差分方程 之间可以相互转换。典型的线性离散系统的差分方程可以写 成
y(k) = ∑bj r(k − j) − ∑aj y(k − j)
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
1. 脉冲传递函数的定义
零初始条件下，系统或环节的输出采样函数z变换和 输入采样函数z变换之比。设系统输入信号为r(t)，采样 后r*(t)的z变换函数为R(z)。经虚设的采样开关后得到输 出采样函数y*(t)及其z变换Y(z)。则脉冲传递函数
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
2. 脉冲传递函数的含义 系统脉冲传递函数G(z)就是系统单位脉冲响应g(t) 的采样值g*(t)的z变换。即用下式表示
G(z) = ∑g(kT)z−k
k=0
H0(s)
4.0 数学基础及特性分析 电机控制技术—主讲 主讲： 电机控制技术 主讲：罗文广
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
零阶保持器
f h 0 (t ) = f (kT ), kT ≤ t ≤ (k + 1)T
其把采样时刻kT处的采样值恒定地保持到下一个 其把采样时刻kT处的采样值恒定地保持到下一个 kT 采样时刻(k+1)T (k+1)T。 采样时刻(k+1)T。 若零阶保持器的输入为单位脉冲函数δ(t)， 若零阶保持器的输入为单位脉冲函数δ(t)，其输出 必为在一个采样周期内保持为常数1的方波信号。 必为在一个采样周期内保持为常数1的方波信号。有：
因零阶保持器拉氏变换形式： 零阶保持器拉氏变换形式： 拉氏变换形式 广义被控对象： 广义被控对象： 求Z变换，有： 变换，
1 − e −Ts H 0 ( s) = s
1 − e − sT G ( s ) = H 0 ( s)G p ( s ) = G p (s) s
1 − e − sT G( z) = Z[ G p ( s )] s G p ( s) e − sT G p ( s ) G p ( s) −1 = Z[ ] − Z[ ] = (1 − z ) Z [ ] s s s
−1 −1 常 y * (t ) = Ζ [Y ( z )] = Z [G ( z ) R ( z )] 规 及 结论： 复 输入R(z)已知，要求输出采样信号y*(t) R(z)已知 y*(t)关键在于求 输入R(z)已知，要求输出采样信号y*(t)关键在于求 杂 出系统的脉冲传递函数G(z)。 出系统的脉冲传递函数G(z)。 脉冲传递函数G(z) 控 制
4.0.3 脉冲传递函数
第 四 章 常 规 及 复 杂 控 制
3. 脉冲传递函数与差分方程
〖例5〗 设线性离散系统的差分方程为
y(k) + 2y(k −1) + 4y(k − 2) + 8y(k − 3) = r(k) − 2r(k −1) + 3r(k − 2)
且初始条件为零。试求系统的脉冲传递函数。 且初始条件为零。试求系统的脉冲传递函数。 变换， 解：对差分方程求z变换，得