自动控制原理第五章复习总结(第二版)

第五章计算机控制系统

1. 现代过程工业发展的需要；

2．生产的安全性和可靠性、生产企业的经济效益等指标的需要；

3．运算速度快、精度高、存储量大、编程灵活以及有很强的通信能力等的需要。

第一节概述

一．计算机直接数字控制系统与常规的模拟控制系统的异同：

相同：

1．基本结构相同。

2．基本概念和术语相同。

3．控制原理相同。（都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理）

不同：

1．信息的传输形式不同。（前者是断续的、数字化的，后者是连续的、模拟的）

二．计算机直接数字控制系统概述

1．基本结构：如图5-1所示。

2．对模拟控制系统的改进：

3．计算机控制系统的控制过程：

4．与模拟控制系统相比，计算机控制系统具有很多优点：

第二节计算机控制系统的组成及分类一．计算机控制系统的组成

计算机控制系统组成：

1．工业对象

2．工业控制计算机

硬件：计算机主机、外部设备、外围设备、工业自动化仪表和操作控制台等。

软件：计算机系统的程序系统。

计算机控制系统结构：如图5-2 所示。

（一）、硬件部分

1． 主机

2．过程输入输出通道

3．操作设备

4．常规外部设备

5．通信设备

6．系统支持功能

（二）、软件部分

1．软件包含系统软件和应用软件两部分。

系统软件：一般包括编译系统，操作系统，数据库系统，通讯网络软件，调试程序，诊断程序等。

应用软件：一般包括过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、打印显示程序、人机接口程序等。

2．使用语言为汇编语言，或者高级算法语言、过程控制语言。

以及它们的汇编、解释、

二．计算机控制系统的分类

包括：

数据采集和数据处理系统

直接数字控制系统DDC

监督控制系统SCC

分级计算机控制系统

集散型控制系统等

（1） 据采集和数据处理系统

（二）直接数字控制系统（DDC，Direct Digital Control）

（三）.监督控制系统SCC

（四）．分级计算机控制系统

（五）．集散型控制系统：（也称为分布式计算机控制系统Distributed Control System）

第三节 A/D与D/A转换器

第四节计算机辅助测试系统

一．计算机在测试技术中的作用

二．计算机测试系统的基本结构

（一）结构形式

智能仪表

过程测试系统

智能测试系统

（二）计算机测试系统的组成

主要包括传感器、A／D转换器、输入/输出接口电路、计算机等。

一个具体的计算机测试系统的构成，根据所测信号的特性而定。可分为以下几种结构：

1． 单通道数据采集：被采集的模拟信号只有一个。

2．多通道数据采集：被采集的模拟信号有两个或两个以上。对多路模拟输入信号的采集有以下几种结构形式：

（1）多路A／D 转换方式

(2) 多路共享A／D转换方式

(3). 多路开关方式

三．数据采集

（一）采样定理

（2） 数据采集

五，计算机测试系统的设计

（一）设计任务

1．主机选型

2．输入通道结构

3．输出通道结构

（二）输入通道电路的设计分析

1．传感器选型

2．A/D转换器的设计

3．放大电路的设计

4．其它电路设计

（三）软件程序设计

1． 数据采集控制方式的设计；

2． 采样工作模式的设计；

3． 采样周期的确定；

4． 此外，还有其它程序的设计，如人机界面、信号采集、分析计算和结果处理等。

第5节直接数字控制系

统

一．DDC系统概述

二． DDC的基本算法

基本算法： PID控制时的几种控制方程。

（一）DDC的理想PID算法

1．位置式PID算法

2．增量式PID算法

（1）定义：DDC计算机经PID运算，其输出为调节阀开度（位置）的增量（改变量）时，这种PID算法称为增量式PID算法。

常见：如步进电机、多圈电位器等。

3．速度式PID算法

（1）定义：DDC计算机经PID运算，其输出是指直流伺服电机的转动速度，则此种算法称为速度式PID算法。

（二）DDC的实际PID算法

1．理想PID算法的缺憾：

2．实际PID的位置式

3．实际PID的增量式

（三）改进的PID算法

一些改进的PID算法：带死区的PID算法、遇限削弱积分或积分分离PID 算法、不完全微分PID算法、带史密斯（Smith）预测器补偿纯滞后的PID算法等。

共同特征：改变控制过程的某个阶段的P、I、D比例。

1．带有死区的PID控制

2．饱和作用的抑制（遇限削弱积分法、积分分离法）

3．其它改进的PID算法：（干扰拟制）

（四）DDC的PID算法中参数的整定

1．整定的目的：在DDC中，对PID控制器的K P、T I、T D进行整定，以求得到一组比较合适的参数。

（五）采样周期的选择

理论上，采样周期T越小，数字模拟越精确，控制效果就越接近连续控制。

第七节直接数字控制系统

集散控制系统(DCS)

现场总线控制系统(FCS)

第八节计算机控制系统的设计与实现

包括计算机硬件、软件、自动控制、检测技术及仪表、强电路与弱电路、被控对象的工艺知识等多个专业领域的知识。考虑其他实际因素的影响，如抗干扰、防尘、降温等措施。

一．计算机控制系统的设计原则

1．系统操作性能好

2．可靠性高

3．通用性好，便于扩充

4．实时性强

5．设计周期短、价格便宜

二．计算机控制系统设计的一般步骤