数字控制系统设计与实现
数字pid控制系统设计方案
数字PID控制系统设计方案如下：一、引言PID控制器是一种常用的闭环控制算法，用于调节系统的输出以使系统稳定在设定值附近。
数字PID控制系统通过数字信号处理器（DSP）或单片机实现PID控制算法，具有灵活性高、易实现和调试等优点。
本文将介绍数字PID控制系统的设计方案，包括硬件连接、软件算法设计和系统调试等内容。
二、硬件设计1. 控制对象：确定待控制的物理对象或过程，例如电机转速、温度、液位等。
2. 传感器：选择合适的传感器获取待控量的反馈信号，如编码器、温度传感器、压力传感器等。
3. 执行器：选择合适的执行器，如电机、阀门等，用于调节系统输出。
4. 控制器：采用DSP或单片机作为数字PID控制器，负责计算PID 控制算法输出并控制执行器。
三、软件算法设计1. PID算法：根据系统特性和需求设计PID控制算法，包括比例项、积分项和微分项的权重和计算方法。
2. 离散化：将连续时间的PID算法离散化，适应数字控制器的运算方式。
3. 反馈控制：读取传感器反馈信号，计算PID输出，并控制执行器实现闭环控制。
四、系统调试1. 参数整定：通过实验和调试确定PID控制器中的比例系数、积分时间和微分时间等参数。
2. 稳定性测试：观察系统响应和稳定性，调整PID参数以提高系统性能。
3. 实时监测：实时监测系统输入、输出和误差信号，确保PID控制器正常工作。
五、性能优化1. 自适应控制：根据系统动态特性调整PID参数，实现自适应控制。
2. 鲁棒性设计：考虑系统模型不确定性和外部扰动，设计鲁棒性PID 控制算法。
3. 高级控制：结合模糊控制、神经网络等高级控制方法，优化系统性能。
六、总结数字PID控制系统设计是一项重要的控制工程任务，通过合理的硬件设计和软件算法实现，可以实现对各种控制对象的精确控制。
希望通过本文的介绍，读者能够了解数字PID控制系统的设计原理和实现方法，并在实践中不断提升控制系统设计和调试的能力。
数字控制器的连续化设计步骤-概述说明以及解释
数字控制器的连续化设计步骤-概述说明以及解释1.引言1.1 概述数字控制器的连续化设计步骤是指将传统的离散控制器转化为连续化控制器的过程。
在数字控制领域，离散控制器常常由于采样时间过长或采样频率过低而导致性能不佳，无法满足实际控制需求。
为了克服这一问题，连续化设计步骤被提出，旨在将离散控制器转化为连续时间域的控制器，从而提高控制系统的动态性能。
在连续化设计步骤中，首先需要对系统进行建模和分析，以获得系统的数学模型。
然后，通过使用连续化设计方法，对离散控制器进行调整和改进。
这个过程包括参数调节和滤波器设计等步骤，以获得更高的控制性能。
通过连续化设计，离散控制器可以更好地适应连续时间域的控制系统，从而提高了系统的响应速度和稳定性。
此外，连续化设计还可以有效地减少系统的抖动和震荡现象，使系统更加平稳。
本文将详细介绍数字控制器的连续化设计步骤。
首先，会对连续化设计的概念和背景进行概述，阐明其在数字控制领域的重要性和意义。
接下来，会详细介绍连续化设计的具体步骤，包括系统建模、参数调节和滤波器设计等内容。
最后，对连续化设计的优点和局限性进行总结，并展望其未来的发展方向。
通过本文对数字控制器的连续化设计步骤的详细介绍，读者将能够深入了解如何将离散控制器转化为连续时间域的控制器，并在实际应用中取得更好的控制效果。
同时，本文还将展示连续化设计在控制领域的巨大潜力，并为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文主要围绕数字控制器的连续化设计步骤展开讨论，分为引言、正文和结论三个主要部分。
引言部分主要对本文的研究背景和意义进行介绍。
首先对数字控制器进行了概述，指出了数字控制器在工业自动化领域的重要性和应用广泛性。
随后介绍了本文的结构，以便读者更好地理解本文的组织框架。
最后明确了本文的目的，即通过对数字控制器的连续化设计步骤进行研究，为相关领域的研究人员提供指导和参考。
正文部分按照步骤进行了详细的介绍。
数字电焊机网络控制系统的设计与实现
数字电焊机网络控制系统的设计与实现石王于樊 丁 谢新明 宋 健兰州理工大学,兰州,730050摘要:介绍了一种基于以太网的数字电焊机网络控制系统。
利用嵌入式网关结合单片机控制系统实现了数字电焊机的以太网接入,可以使作为现场生产单元的电焊机与目前基于以太网和T CP/IP 协议的企业信息系统无缝集成。
设计了网络电焊机管理系统,利用SQL Serv er 构建了基于Web 的焊接规范数据库和焊接生产过程监测数据库。
整个系统可以实现焊接规范参数数据库的维护、电焊机参数远程监控和焊接规范的远程设置与网络化管理。
关键词:网络电焊机;以太网;嵌入式网关;数据库中图分类号:T G431;T P242.2 文章编号:1004)132Ⅹ(2005)04)0324)04Design and Implementation of the Network Control System of Welding MachinesShi Yu Fan Ding Xie Xinm ing Song Jian Lanzho u Univer sity of Technolo gy,Lanzhou,730050Abstract :A netw ork contr ol system for w elding machine based on Ethernet w as described.The authors utilized the em bedded g atew ay co mbining w ith M CU control system to fulfill the w elding ma -chine connection w ith Ether net,w hich co uld integrate the w elding m achine w ith company inform ation system based on Ethernet and T CP/IP completely.And the author s,utilizing SQL Server softw are,designed the Net-w elding machine manag em ent system ,co nstructed the w elding standard database and w elding pro cess supervision database based on W eb.T he w hole system can fulfill the maintenance of w elding criterion database,the remo te superv ision of w elding m achine parameter s and the remote setup of w elding cr iterion and management based o n netw ork.Key words :netw ork controlled w elding m achine;Ethernet;em bedded g atew ay;database收稿日期:2004)05)18基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目(ZS 022-A25-034)0 引言许多高性能M IG/M AG 电焊机应用于机器人焊接或专用焊接自动生产线,在这些应用中,焊接系统需要高效完成特定工件各个焊缝的焊接,这就要求焊接系统根据不同的焊缝快速自动的切换焊接规范。
《计算机控制技术》计算机控制系统的设计与实现
在以上硬件设计的每一个阶段，都应该遵循边设计，边调试， 边修改的原则，包括元器件测试、电路模块调试、子系统调试等。 这样，问题发现得越早，对整个控制系统的设计、研制的影响就越 小，付出的代价也越小。
（3）来自控制系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，
如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件 间的相互不匹配使用等。这都属于控制设备制造厂家对系统 内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无 法避免，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经 过考验的系统。
经过上述系统仿真调试，并取得满意控制性能的计算机控 制系统运到现场就可以进行现场安装调试了。现场调试是实际 生产过程对计算机控制系统性能的全面检查与性能评估，与实 验室的半实物调试相比，需要特别注意系统的安全性与抗干扰 等问题。在通过现场安装调试后，就可以投入实际生产过程进 行试运行。在试运行过程中，往往会出现许多错综复杂、时隐 时现的现象，暴露设计缺陷，这时设计者应当认真分析问题根 源，寻求解决方法。同时，系统的可靠性与稳定性也应当长期 考验，针对现场特殊的工作环境，采取行之有效的措施，在经 过一段时间的试运行并取得满意的性能评价之后，整个控制系 统就可以正式投入到实际运行中了。
8.2.4 系统的调试与运行 在硬件、软件的设计过程中，一般已经进行了分模块调试。在系
统投入现场运行之前，还需要在实验室进行硬件、软件的联合调试与 系统的仿真调试。软、硬件联调是整个调试的基础，这个步骤在硬件 设计时就开始了，即逐个功能模块进行边设计边调试，并将调试好的 模块逐步加入硬件系统进行联调。在硬件调试通过的情况下，就可将 软件系统加入进去，进行控制系统硬件软件的联合调试，联合调试的 目的是检验系统硬件、软件设计的正确性与运行的可靠性。在联合调 试过程中，不但会发现软件错误，还会发现一些在硬件调试中未发现 的硬件故障或设计缺陷，可根据情况予以修正。上述软件、硬件的联 合调试一般是脱离实际的被控过程进行的，主要在于检验系统硬件、 软件设计在功能上的正确性，不能全面反映整个控制系统的性能，因 此，还必须经过整个系统的仿真试验来检验系统的实际控制性能是否 能满足指标要求。
基于SCADA的过程控制系统设计与实现
基于SCADA的过程控制系统设计与实现一、引言SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）是指监控控制与数据采集系统，它可以将分散的数据进行集中处理，实现对远程设备的监控和控制。
在工业自动化领域中，SCADA系统已经广泛应用于过程控制系统的设计和实现中。
本文将介绍基于SCADA的过程控制系统的设计原理和实现方法。
二、SCADA系统的基本原理SCADA系统由监控主站和远程终端单元组成，其中监控主站负责数据采集、监视和控制，而远程终端单元则负责采集现场数据并将数据传输给监控主站。
SCADA系统通过使用现代通信技术，如以太网、无线通信等，实现了对远程设备的实时监测和控制。
三、过程控制系统的设计与实现1. 系统需求分析在设计过程控制系统之前，首先需要进行系统需求分析。
这包括确定系统的功能需求、性能需求和可靠性需求等，并对系统运行环境进行评估。
2. 系统架构设计基于SCADA的过程控制系统需要设计合适的系统架构。
一般来说，系统架构包括核心网络架构、系统软件架构和硬件架构等。
核心网络架构负责控制主站和远程终端单元之间的通信，系统软件架构负责数据采集和处理，而硬件架构则负责提供必要的硬件设备支持。
3. 数据采集与传输过程控制系统的设计和实现离不开数据采集和传输。
通过采集传感器和执行器的数据，可以实现对过程的监视和控制。
数据采集可以通过模拟量输入、数字量输入和通信接口等方式进行。
而数据传输则可以通过以太网、无线通信等手段实现。
4. 数据处理与控制SCADA系统的核心任务是对采集到的数据进行处理和控制。
数据处理包括数据存储、数据显示和数据分析等。
而数据控制则包括远程控制和命令下达等。
通过数据处理和控制，可以实现对过程的监控和调控。
5. 系统安全与可靠性保障过程控制系统设计和实现中要注意系统的安全和可靠性。
这包括对系统的保密性、完整性和可用性进行保护，以及对系统进行备份和恢复等措施的实施。
DCS和PLC实现、设计案例分析
DCS和PLC实现、设计案例分析04083134 张晓辉一、DCS控制系统A）DCS控制系统：DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。
由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。
对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。
这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。
为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。
这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。
在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
数字控制系统的基本原理与设计方法
数字控制系统的基本原理与设计方法数字控制系统（Digital Control System）是一种通过数字处理器来实现系统控制的技术。
它可以对运动、压力、温度等物理量进行精确的测量和控制，具有精准性高、稳定性好、适应性强等优点。
本文将介绍数字控制系统的基本原理和设计方法。
一、数字控制系统的基本原理数字控制系统的基本原理是将输入量（Input）通过传感器采集后，经过模数转换器（A/D Converter）转换为数字量，然后经过数字信号处理器（DSP）进行运算和控制处理，最后通过数模转换器（D/A Converter）将控制信号转换为模拟量输出，从而实现对被控物理量的精确控制。
在数字控制系统中，传感器起到了关键作用。
传感器能够将被测量的物理量转换为电信号，例如压力传感器、温度传感器等。
这些传感器的输出信号需要经过模数转换器将其转换为数字信号，以便数字信号处理器进行处理。
数字信号处理器是数字控制系统的核心部件，它能够对输入信号进行滤波、运算、控制等处理。
通过数字信号处理器，可以实现对控制系统的闭环控制，将被控对象的实际输出与期望输出进行比较，进而调整控制信号，使系统输出达到预期。
二、数字控制系统的设计方法1. 系统建模与参数估计在设计数字控制系统之前，需要对被控对象进行建模和参数估计。
通过数学模型可以描述被控对象的动态特性，参数估计可以获得模型参数的数值。
常用的建模方法有传递函数、状态空间法等。
2. 控制器设计控制器是数字控制系统的关键组成部分，它的设计直接影响控制系统的性能。
常用的控制器设计方法有比例-积分-微分（PID）控制器、模糊逻辑控制器、自适应控制器等。
在设计控制器时，需要考虑到系统的稳定性、快速响应、抗干扰能力等因素。
3. 信号采样与重构在数字控制系统中，输入信号需要进行采样和重构。
采样是指将连续时间信号转换为离散时间信号，常用的采样方法有脉冲采样、均匀采样等。
重构是指通过采样得到的离散时间信号，再恢复为连续时间信号。
数字控制系统的设计与实现
数字控制系统的设计与实现在数字控制系统的设计与实现方面，我们需要考虑多个因素，包括硬件设计、软件编程以及系统集成等等。
本文将从这些方面介绍数字控制系统的设计与实现过程，并给出一些实用的建议。
1. 硬件设计在数字控制系统的硬件设计中，我们需要选择适合的处理器、存储器、接口电路等元件。
处理器是系统的核心，可以根据需求选择不同性能的处理器，比如ARM、FPGA等。
存储器用于存储程序和数据，可以选择闪存、SRAM等。
接口电路用于连接输入输出设备和其他外部设备，比如控制器、传感器等。
在硬件设计中，还需要考虑电源管理、信号处理、高速数据传输等问题。
电源管理要保证系统稳定可靠，可以采用开关电源等方式提供稳定的电压和电流。
信号处理要求对输入信号进行滤波、放大、采样等处理，以获取准确的数据。
高速数据传输要求在系统内部和外部设备之间实现快速、可靠的数据传输，可以采用通信接口、总线等技术。
2. 软件编程数字控制系统的核心功能是根据输入信号控制输出动作，因此合理的软件编程是至关重要的。
首先，我们需要确定系统的控制算法，比如PID控制算法、模糊控制算法等。
然后，根据算法进行程序设计，将其转化为具体的代码实现。
在软件编程中，还需要解决实时性、稳定性、安全性等问题。
实时性要求系统能够实时响应输入信号并控制输出动作，可以采用中断、定时器等方式实现。
稳定性要求系统在各种工作状态下都能保持稳定的控制性能，可以使用滤波器、反馈控制等技术进行优化。
安全性要求系统能够对异常情况做出响应并采取相应的措施保护设备和人员安全，可以采用软硬件结合的方式实现。
3. 系统集成在数字控制系统的设计与实现中，系统集成是将硬件和软件进行整合的过程。
首先，我们需要将硬件设计的各个模块进行布局和连接，确保信号的传输和电源的供应正常。
然后，将软件编程部分和硬件进行结合，进行调试和优化。
系统集成过程中需要注意的问题包括接口兼容性、系统可靠性、测试调试等。
接口兼容性要求不同模块之间的接口能够互相兼容，以方便连接和扩展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
初始化(initialize)程序也称主程序，用于设置控制系统输 入、控制参数、采样周期及输入/输出控制方式。 ➢控制服务程序
控制服务程序(control service routine)也称控制子程序， 在一个采样周期内完成一个控制步的所有操作。
由测角元件（360对极的感应同步器和一对极的旋转变 压器）、前置放大器及角度A/D转换器组成，分辨率为 0.0001º，测角范围0.0001º~359.9999º，精度为角秒级，用7位 BCD码定点制数据显示并输出，测角原理见例9-3-4、9-3-5。
4. 被控对象 转动惯量J可达几千～几万克·厘米·秒2（ g . cm . s2）的
第12章 数字控制系统的 设计与实现
本章阐述数字控制系统程序设计方面的有关问题， 并举例数字控制系统的设计与实现。
12.1 实时软件设计的几个问题
程序(programing)设计是数字控制系统实现的一个重要 方面。由于数字控制系统是实时控制，在一个采样周期内必 须完成一个控制步的操作。
12.1.1 实时控制程序基本流程
h
需确定之参数为开环增益KV、微分时间常数Td及常数h，即
确定两个转折频率 2 、 3，见图12-2-3。
取开环剪切频率 c近似闭环
带宽10Hz，则有：
dB
c 2 10 62.8rad / s 取 2 c / 3，则有： Td 1 / 2 3 / c 0.048s
确选定取hT=d 20，0.0则5s ，
e(k)
1 N
N
ei (k)
i 1
（2）加权均值 每一采样周期取N次输入，求N次加权均值:
N
e(k) ci ei (k) i 1
N
ci 1
i 1
式中, c i :加权系数，由设计者依具体情况确定。
以上两种预处理模型，适用于变化较快的信号。 （3）一阶滤波算法
e f (k) ae f (k 1) (1 a)e(k) , 0 a 1 式中， e(k) :滤波器第k周期采样输入； ef(k):滤波器第k周 期输出； a :滤波系数。
20 -40
c 62.8
0 2
3
-40
图12-2-3 速率回路开环幅频特性
Gv (s)
K v (Td s 1) s 2 ( Td s 1)
K v (0.05s 1) s 2 (0.0025s 1)
h
由c 62.8rad / s，可确定
Kv Kd K m / J 1412.5rad / s
程序的质量用“时空”指标来衡量。 “时间”指标，指执行控制服务程序所需的时间，它关 系到计算时延的大小，影响到系统的性能。 “空间”指标，指程序所占的容量。 5 程序实现语言 有多种高级语言可用于实时控制，例如：C语言等，高 级语言之优点为编程较容易，修改也比较方便。 6 系统软件的支持 实时控制程序的编辑、调试、连接、运行等都离不开系 统软件的支持。充分利用系统软件及有关的子程序 (库)，可 以加速及简化控制软件的研制与开发。
主要功能为按照设计的控制规律，实现对系统的角位置
控制。
2. 速率控制系统 由可逆计数 器、D/A转换器、校正及功率放大器、执行
机构（力矩电机）、测角元件、前置放大、角度增量编码器
组成的速率反馈系统。该系统采用数字式测量、模拟式驱动 的数/模混合控制，因此具有二者的优点，既达到了高分辨 率（0.0002º），又有足够的功率驱动被控对象。 3. 测角系统
3 其它问题的处理 （1） 对异常信号的处理
为使系统安全运行，对一些信号需进行巡回检测，并
设置相应的上、下限，超出限度时，为异常状态，产生报 警信号，并进行相应的处理，如:自动切换到手动状态等。
（2） 系统运行状态的显示及记录 （3）数制、代码转换程序
若A/D、D/A转换器的数字信号与控制算法所用数制、 代码不同，需设计转换程序。 4 程序的质量指标
12.2 高精度角位置伺服系统
显示器,键盘 打印机
主机 并行I/O接口
硬盘驱动器 计算机系统
转台
可逆计数器
速率控制
校正
D/A
及功放
力矩电机
角度增量编码器 角度七位显示
测角元件 前置放大
000．0000
A/D 测角系统
图12-2-1 角位置伺服系统框图
12.2.1 控制系统硬件结构
计算机控制的高精度角位置伺服系统硬件结构见图12-21，主要由四部分组成。 1. 计算机系统
转台。 控制系统特点：双回路控制，速率控制取角度增量信号
为反馈量，可提高速率的平稳性；位置控制取角度信息为全 量位置反馈信号，可达到角秒级定位精度。
12.2.2 系统设计
双回路控制系统设计原则：用快速内回路（速率控制回 路）抑制干扰，需采用较高的增益及较宽的带宽。主回路 （位置控制回路）采用较窄的带宽以保证精度。
式 中 ， Kd： 衰 减 网 络 与 D/A 转 换 系 数 之 积 ； Km： 功 放 级 增 益，K m 8340g cm /V ；J：转动惯量，J 10000g cm s 2。
示器或打印设备，向操作人员提供有用的信息，操作人员可
通过键盘向计算机输入信息，以控制程序的运行，或设置、
修改、调试系统有关参数。
2 输入信号的预处理
为抑制各种环境干扰及量测噪声，对输入至计算机的采
样信号进行预处理有时是很需要的。
（1）算术均值
每一采样周期取N次输入，求N次的算术平均值作为本次
采样值：
伺服系统原理图见12-2-2。速率控制系统采用典型的二 型系统，要求带宽为10Hz。位置控制选用非线性控制，为抑 制量测噪声，由一阶数字滤波实现反馈信号的预处理。
用连续化方法进行系统设计，再离散化。
图12-2-2 控制系统原理框图
1．速率控制 速率回路开环传递函数：
Gv (s)
K v (Td s 1) s 2 ( Td s 1)
开始
主程序：初始化设置ຫໍສະໝຸດ N采样?Y
控 制
数据采集
t1
子
程
控制算法
t2
序
控制量的输出和存储 t3
图12-1-1 实时控制程序基本流程
12.1.2 实时软件设计
数字控制系统应用于工程中，软件（software）设计除上
述基本流程外，还需考虑以下几个问题:
1 人机对话程序
人机对话 ( man-machine interaction)是指计算机通过显