计算机控制系统的控制算法
• 另一途径是根据数字控制器用直接程序设计法、 串联实现法等将其变为差分方程。
D(z)
b0 b1z1 b2 z2 L 1 a1z1 a2 z2 L
bn zm an zn
U (z) (a1z1 a2 z2 L an zn )U (z) (b0 b1z1 b2 z2 L bn zm )E(z)
❖
●PID算法比较简单，计算工作量小，容易实现多回路控制
●现场工程技术人员较熟悉，较易掌握，并已积累了丰富 的经验，但使用中要根据对象特性，负载情况，合理选择 控制规律以达到较佳效果。
4.2.1 PID控制规律及基本作用
❖ 1. 比例控制规律 ❖ 比例调节器的微分方程为：
u(t) Kp e(t) u0
s 2 z 1 T z 1
D(z) D(s) s 2 z1 T z1
双线性变换的特点：
(1)应用方便。可用计算机算出D(z)的系数。 (2)双线性变换不会引起高频混迭现象。 (3)如果D(s)稳定，则D(z)亦稳定。 (4)它不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。
i
2) 前向差分法
z esT 0 sT L 1 sT
分代替微分，这样就可以化连续的PID控制为数字 PID控制。
t e(t)dt ≈ k Te( j) 0 j0
de(t) ≈ e(k) e(k 1)
dt
T
Tk
e(k) e(k 1)
u(k)
Kp
e(k
)
TI
e( j) TD
❖ S平面和Z平面的差分变换
❖ 根据A.本茨和M.普里斯勒的研究可知最好的 离散化方法是双线性变换法.
4. 求出与对应的差分方程
为了用计算机实现数字控制器，必须求出相应的
差分方程，实现的方法有两种，
•
一是由数字控制器写出系统的微分方程，然后
进行差分处理得到相应的差分方程，
如数字PID控制算法就是由此推导出来的。
被控量
流量 压力 液位 温度
成分
采 样 周 期/s
注
1～5 3～10 6～8 15～20
15～20
优选1s 优选5s 优选7s 优选纯滞后 时间 优选18s
3. 将模拟控制器离散化为数字控制器
❖ 1) 双线性变换法
sT
z esT
e2
sT
e2
1 sT L 2
1 sT L 2
1 sT 2
1 sT 2
阶跃响应特性曲线
2. 比例-积分控制规律
1
u(t)
Kp
e(t)
TI
e(t)dt u0
KIe(t)
e(t)
u(t)
Kp e(t)
0
t
0
t
比例-积分调节的特性曲线
3. 比例-微分控制规律
u(t)
Kp
e(t)
TD
de(t) dt
e(t)
u(t)
KD
de(t) dt
Kp e(t)
0
t
0
t
比例-微分调节的特性曲线
K I
e(t)
K de( t )
D dt
Kpe(t)
0
t
0
t0
t
比例-积分-微分调节的特性曲线
#43;+ e -
Kc
P
+
+ +
u
对象
+
y
f
Kc /Ti S I
测量电路
4.2.2 基本数字PID控制算法
❖ 1. 数字PID位置型控制算法 ❖ 当采样周期相当短时，用求和代替积分，用后向差
第4章 计算机控制系统的控制算法
数字控制器的设计方法按其设计特点分为 三大类： 1.模拟化设计方法
先设计校正传递函数D(s)，然后离散化，变 成计算机算法。 2.离散化设计方法
已知被控对象的传递函数或特性G(z)，根据 所要求的性能指标，设计数字控制器D(z)。
3.状态空间设计法（能处理多输入-多输出系统）
第一、采样周期要满足香农采样定理， 第二采样周期足够小，达到零阶保持器的相位
滞后可以忽略不计的程度。
❖ 模拟化设计方法的假设是认为采样频率足 够高（相对于系统的工作频率），以至于 采样保持所引进的附加误差可以忽略，则 系统的连续部分可以用连续系统来代替。
4.1.2 模拟化设计步骤
❖ 第一步：设计假想的模拟控制器D(S) ❖ 第二步：正确地选择采样周期 ❖ 第三步：将模拟控制器D(S)离散化为数字控制器D(Z) ❖ 第四步：求出与对应的差分方程 ❖ 第五步：编制计算机程序
4. 比例-积分-微分控制规律
u(t)
Kp
e(t)
1 TI
T 0
e(t)
dt
Td
de(t)
dt
u0
u(t)——调节器的输出信号； e(t)——调节器的偏差信号，它等于给定值与测
量值之差； KP——调节器的比例系数； TI——调节器的积分时间； TD——调节器的微分时间。
e(t)
u(t)
n
m
U (z) ajU (k j) bj E(k j)
j 1
j0
5. 根据差分方程编制相应程序，以实现计 算机控制
4.2 数字PID控制算法
❖ PID控制之所以长期以来得到广泛应用,主要有以下几个原 因: ●对于特性为 Kes /(1 Tp s) 和 Kes /(1 T1s)(1 T2 s) 的被控对象，PID控制是一种较优的控制算法，PID参数相 互独立，参数整定方便；
❖ 1. 设计假想的模拟控制器
2. 正确地选择采样周期
❖ 工程技术人员常从以下几个方面综合考虑来 选取采样周期。
❖ (1) 从调节品质上考虑。 ❖ (2) 从快速性和抗干扰性方面考虑。 ❖ (3) 从计算机的工作量和回路成本考虑。 ❖ (4) 从计算精度方面考虑，采样周期不应过短。
采样周期的经验数据表
s z 1 T
D(z) D(s) s z1 T
❖ 由此可知，s平面的jΩ轴在z平面上的映像除ΩT极小值外， 均在单位圆外，因此这种方法将不利于控制器的稳定性。
3) 后向差分法
z eTs 1 1 e Ts 1 sT
s z 1 Tz
D(z) D(s) s z1 Tz
后向差分的性质是：
(1)使用方便，而且不要求传递函数的因式分解； (2)一个稳定的D(s)变换为一个稳定的D(z)； (3)不能保持D(s)的脉冲与频率响应。
基于现代控制理论，利用离散状态空间表达 式，根据性能指标要求，设计数字控制器。
第4章 计算机控制系统的控制算法
❖ 4.1 数字控制器的间接设计方法
计算机控制系统的典型结构图
4.1.1 采样周期与模拟化设计
❖ 香农采样定理是使数字控制器进行模拟化 设计的最基本的前提条件。 fs=2fmax
❖ 间接设计方法得以实现的重要依据是：
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控制算法
1、自动控制技术及其应用
所谓自动控制，是指没有人直接参与的情况下，利 用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、 设备或生产过程（统称被控量）的某个工作状态或参数 （即被控量）自动地按照预定的规律运行。 如：
飞机导航
2、反馈控制原理
反馈控制是这样的一种控制过程，它能构在存 在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输 入量（也称参据量）之间的偏差，而其工作正是基 于这一偏差基础之上的，这就是反馈控制的原理。 如人取桌上书的过程（见下图）：
改写为：
u(k ) K p K I K D ek K p 2K D ek 1 K Dek 2
令三个动态参数为中间变量：
A K p K I K D B K p 2K D
则有： u(k )
C KD
Aek Bek 1 Cek 2
K
P
[ E (k ) E (k 1)] K I E (k )
（6-7）
K D [ E (k ) 2 E (k 1) E (k 2)]
式中 KP 、KD同式（6-6）。
式（7-7）差系数控制算法)
将增量型PID控制算法：
u(k ) K p (ek ek 1 ) K I ek K D (ek 2ek 1 ek 2 )
3. 比例微分调节器
微分调节器的微分方程 为：
de (t ) y TD dt
微分作用响应曲线如图所示。
PD调节器的阶跃响应曲线如图所示。
4. 比例积分微分调节器
为了进一步改善调节品质，往往把比例、积 分、微分三种作用组合起来，形成PID调节器。 理想的PID微分方程为：
第四章 计算机控制系统的控制算法
信号通过零阶保持器后存在幅值衰减和相位滞后。 但如果采样周期T足够小，即采样频率足够高时，可以忽 略这一影响。对于小的采用周期，用幂级数展开，用T/2 的时间滞后环节来近似：
设相位裕量减少5-15度，则采样周期应选为：
2020-10-19
信息与电气工程学院
山东科技大学
12
计算机控制系统
间接设计方法得以实现的重要依据是： (1) 采样周期要满足香农采样定理； (2) 采样周期足够小，达到零阶保持器的相位
因此，计算机控制系统也可以称为数字控制系统、离 散控制系统或采样控制系统。
模拟控制系统称为连续控制系统。
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5
计算机控制系统
2. 离散(数字)控制系统与连续(模拟)控制系统的本质 区别在于：模拟系统中的给定量、反馈量和被控量都是连 续型的时间函数，而在离散系统中，通过计算机处理得给 定量、反馈量和被控量是在时间上离散的数字信号。
把计算机引入连续控制系统中作为控制器使用，便 构成了计算机控制系统。
由计算机构成的控制系统，在本质上是一个离散系统。
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6
计算机控制系统
传递函数的定义
1. 连续系统中传递函数的定义是：零初始条件下， 一个环节(系统)的输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变 换之比。
第四章 计算机控制系统的 控制算法
第八讲-第十三讲
2020-10-19
信息与电系统
概述
第八讲
计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能 指标的条件下，设计控制器的控制规律和相应的数 字控制算法。
数字控制器的设计方法按其设计特点分为三大 类：
计算机控制系统的控制算法
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
1 T ( 0.15 ~ 0.5 ) ωc
第3章 计算机控制系统的控制算法
（3）将D(S)离散化为D(Z)
数字控制器D(Z)的一般形式为下式，其中n≥m,各系数ai,bi为实 数，且有n个极点和m
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第3章 计算机控制系统的控制算法
2.模拟化设计具体步骤
（1）假想的连续控制器D(S) 设计的第一步就是找一种近似的结构，来设计一种假想的连 续控制器D(S)，这时候我们的结构图可以简化为：
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第3章 计算机控制系统的控制算法
一、数字控制器的概念
1.什么是控制器？
按照给定的系统性能指标和系统的原始数学模型，依据闭环
控制结构，设计出的使原有系统满足控制要求的功能模块。
设定值 +
矩形面积为Te(k)，后向差分累加的是矩形面积Te(k-1)。
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第3章 计算机控制系统的控制算法
2.双线性变换法
离散化公式：
D( Z ) D( s )
s
2 z 1 T z 1
第3章 计算机控制系统的控制算法
常用方法：差分变换法、Z变换法、零极点匹配法、双线性变换法 1.差分变换法： 主要用于对模拟控制器的离散化 （1）基本的差分方法：——前向差分和后向差分
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
1 T ( 0.15 ~ 0.5 ) ωc
第3章 计算机控制系统的控制算法
（3）将D(S)离散化为D(Z)
数字控制器D(Z)的一般形式为下式，其中n≥m,各系数ai,bi为实 数，且有n个极点和m
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第3章 计算机控制系统的控制算法
2.模拟化设计具体步骤
（1）假想的连续控制器D(S) 设计的第一步就是找一种近似的结构，来设计一种假想的连 续控制器D(S)，这时候我们的结构图可以简化为：
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第3章 计算机控制系统的控制算法
一、数字控制器的概念
1.什么是控制器？
按照给定的系统性能指标和系统的原始数学模型，依据闭环
控制结构，设计出的使原有系统满足控制要求的功能模块。
设定值 +
矩形面积为Te(k)，后向差分累加的是矩形面积Te(k-1)。
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第3章 计算机控制系统的控制算法
2.双线性变换法
离散化公式：
D( Z ) D( s )
s
2 z 1 T z 1
第3章 计算机控制系统的控制算法
常用方法：差分变换法、Z变换法、零极点匹配法、双线性变换法 1.差分变换法： 主要用于对模拟控制器的离散化 （1）基本的差分方法：——前向差分和后向差分
计算机控制系统常用的控制规律
第四章 计算机控制系统常用的控制规律
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 PID控制 串级控制 前馈控制 史密斯（Smith）预估控制 比值控制 模糊控制
PID控制
4.1 PID调节器的控制作用 4.2 PID控制器的离散化 4.3 数字PID调节中的几个实际问题 4.4 数字PID控制算法的改进 4.5 数字PID控制器参数的整定
4.1 PID调节器的控制作用
1. PID调节器的优点： 为什么要用数字模拟PID
技术成熟 易被人们熟悉和掌握 不需要建立数学模型 控制效果好
4.1.1 比例（P）调节器 1. 比例（P）调节规律 比例（P）调节器的微分方程： y(t) = Kpe(t)
பைடு நூலகம்
(8-1)
其中： y——调节器输出 Kp——比例系数 e(t)——调节器输入，为偏差值，e(t)=r(t)-m(t)。其中，r(t)为给定值， m(t)为被测参数测量值。 2. 比例（P）调节的作用 调节器的输出与输入偏差成正比。因此，只要偏差出现，就能及时地产生 与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点。
第一节 PID控制
PID控制方式：采用比例、积分、微分的控制方式。 P I D 1. 模拟PID控制算法：用于模拟控制系统 模拟系统过程控制：被测参数（模拟量：温度、压力、流量）由传感器 变换成统一的标准信号后输入调节器。在调节器中与给定值进行比较， 再把比较后的差值经PID运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动 调节的目的。 2. 数字PID控制算法：用于数字控制系统 数字系统过程控制：先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将 模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机按一定控制算法进行运算处 理，运算结果经D/A转换成模拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过 执行机构去控制生产，以达到给定值。
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 PID控制 串级控制 前馈控制 史密斯（Smith）预估控制 比值控制 模糊控制
PID控制
4.1 PID调节器的控制作用 4.2 PID控制器的离散化 4.3 数字PID调节中的几个实际问题 4.4 数字PID控制算法的改进 4.5 数字PID控制器参数的整定
4.1 PID调节器的控制作用
1. PID调节器的优点： 为什么要用数字模拟PID
技术成熟 易被人们熟悉和掌握 不需要建立数学模型 控制效果好
4.1.1 比例（P）调节器 1. 比例（P）调节规律 比例（P）调节器的微分方程： y(t) = Kpe(t)
பைடு நூலகம்
(8-1)
其中： y——调节器输出 Kp——比例系数 e(t)——调节器输入，为偏差值，e(t)=r(t)-m(t)。其中，r(t)为给定值， m(t)为被测参数测量值。 2. 比例（P）调节的作用 调节器的输出与输入偏差成正比。因此，只要偏差出现，就能及时地产生 与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点。
第一节 PID控制
PID控制方式：采用比例、积分、微分的控制方式。 P I D 1. 模拟PID控制算法：用于模拟控制系统 模拟系统过程控制：被测参数（模拟量：温度、压力、流量）由传感器 变换成统一的标准信号后输入调节器。在调节器中与给定值进行比较， 再把比较后的差值经PID运算后送到执行机构，改变进给量，以达到自动 调节的目的。 2. 数字PID控制算法：用于数字控制系统 数字系统过程控制：先把过程参数进行采样，并通过模拟量输入通道将 模拟量变成数字量，这些数字量通过计算机按一定控制算法进行运算处 理，运算结果经D/A转换成模拟量后，由模拟量输出通道输出，并通过 执行机构去控制生产，以达到给定值。
自动控制算法
自动控制算法随着科技的发展，自动控制算法在各个领域得到了广泛应用。
自动控制算法是指通过计算机程序来实现对系统的自动控制，实现系统的稳定、精确和高效运行。
本文将从算法的基本原理、应用领域和未来发展等方面来探讨自动控制算法的相关内容。
一、算法的基本原理自动控制算法的基本原理是通过传感器获取系统的状态信息，然后根据预设的控制目标和控制策略，计算出控制信号，通过执行器对系统进行控制。
常见的自动控制算法包括比例积分控制器（PID控制器）、模糊控制、神经网络控制等。
比例积分控制器是最常用的自动控制算法之一。
它根据系统的误差和误差的变化率来调节控制信号，使系统能够快速、准确地达到稳定状态。
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过模糊化输入和输出以及模糊规则的推理来实现对系统的控制。
神经网络控制利用人工神经网络的学习能力和逼近能力，通过对系统的建模和训练，实现对系统的自动控制。
二、应用领域自动控制算法广泛应用于工业自动化、交通运输、航空航天、机器人等领域。
在工业自动化中，自动控制算法能够实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域，自动控制算法可以实现交通信号的自动控制和交通流的优化调度，提高道路的通行能力和交通效率。
在航空航天领域，自动控制算法可以实现飞行器的自动驾驶和姿态控制，提高飞行安全和飞行性能。
在机器人领域，自动控制算法可以实现机器人的自主导航和任务执行，实现人机协作和智能化生产。
三、未来发展随着人工智能和大数据技术的发展，自动控制算法将迎来更广阔的应用前景。
人工智能技术可以为自动控制算法提供更丰富的决策能力和学习能力，使系统的控制更加智能化和自适应。
大数据技术可以为自动控制算法提供更多的数据支持和决策依据，使系统的控制更加准确和精细化。
同时，自动控制算法也将与其他技术相结合，如虚拟现实、云计算等，实现更加复杂和高效的控制任务。
总结起来，自动控制算法是实现系统自动化控制的重要工具，通过传感器获取系统的状态信息，根据预设的控制目标和控制策略计算控制信号，实现对系统的稳定、精确和高效运行。
《计算机控制技术》计算机控制系统的常规控制技术
PID调节器结构简单、参数易于调整，当被控对象精确数学模型难 以建立、系统的参数又经常发生变化时，应用PID控制技术，在线整 定最为方便。
在计算机进入控制领域后，用计算机实现数字PID算法代替了模拟 PID调节器。
连续生产过程中,设计数字控制器的两种方法: 1．用经典控制理论设计连续系统模拟调节器，然后用计算机进行数字 模拟，这种方法称为模拟化设计方法。 2．应用采样控制理论直接设计数字控制器，这是一种直接设计方法 （或称离散化设计）
(z)
R(s) +
R(z)
T
e(s) E(z)
_
T
D(z)
U(z)
T
G h0 (s)
图12 典型计算机控制系统结构框图
G(z) G0 (s)
G(s)
Y (z) T
Y (s)
其中： G(z)＝Z Gho (s)G0 (s)
1 e Ts
Gh0 ( s )
s
广义对象脉冲传递函数
系统的闭环脉冲传递函数 系统的误差脉冲传递函数
① 断开数字PID控制器，使系统在手动 1
状态下工作，给被控对象一个阶跃输入
信号；
0
y(t )
y()
② 用仪表记录下在阶跃输入信号下的对 象阶跃响应曲线；
p•
0 a
Tm
t b
c
t
图11 对象阶跃响应曲线
③ 在响应曲线上的拐点处作切线，得到对象等效的纯滞后时间和 对象等效的时间常数 ；
④ 选择控制度；
不完全微分PID控制器结构
e(t )
PID 调节器
u(t )
Df (s)
u(t )
不完全微分的PID算法的基本思想是：在PID控制中的微分环节串联上一
在计算机进入控制领域后，用计算机实现数字PID算法代替了模拟 PID调节器。
连续生产过程中,设计数字控制器的两种方法: 1．用经典控制理论设计连续系统模拟调节器，然后用计算机进行数字 模拟，这种方法称为模拟化设计方法。 2．应用采样控制理论直接设计数字控制器，这是一种直接设计方法 （或称离散化设计）
(z)
R(s) +
R(z)
T
e(s) E(z)
_
T
D(z)
U(z)
T
G h0 (s)
图12 典型计算机控制系统结构框图
G(z) G0 (s)
G(s)
Y (z) T
Y (s)
其中： G(z)＝Z Gho (s)G0 (s)
1 e Ts
Gh0 ( s )
s
广义对象脉冲传递函数
系统的闭环脉冲传递函数 系统的误差脉冲传递函数
① 断开数字PID控制器，使系统在手动 1
状态下工作，给被控对象一个阶跃输入
信号；
0
y(t )
y()
② 用仪表记录下在阶跃输入信号下的对 象阶跃响应曲线；
p•
0 a
Tm
t b
c
t
图11 对象阶跃响应曲线
③ 在响应曲线上的拐点处作切线，得到对象等效的纯滞后时间和 对象等效的时间常数 ；
④ 选择控制度；
不完全微分PID控制器结构
e(t )
PID 调节器
u(t )
Df (s)
u(t )
不完全微分的PID算法的基本思想是：在PID控制中的微分环节串联上一
第4章 计算机控制系统的控制算法
(2)热电偶的热电势与温度 热电偶的热电势与温度 T=a4E4+a3E3+a2E2+a1E+a0 用多段折线代替非线性函数。 用多段折线代替非线性函数。 (4—8)
计算机控制技术
2.标度变换 标度变换 (1)线性参数的标度变换 线性参数的标度变换
第 4章 计算机控制系统的控制算法 计算机控制系统的控制算法
计算机控制技术
第 4章 计算机控制系统的控制算法 计算机控制系统的控制算法
第4章 计算机控制系统的控制算法 章 4.1 数字滤波和数据处理 4.1.1 数字滤波 数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。 数字滤波， 就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。 以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。 以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。 常用的数字滤波方法： 常用的数字滤波方法： 限幅滤波法、 限幅滤波法、 中位值滤波法、 中位值滤波法、 平均值滤波法和惯性滤波法。 平均值滤波法和惯性滤波法。
Ax =
＝
Nx (A m − A0 ) + A0 Nm
205 (800—200)十200＝682(℃) 十 ＝ ℃ 255
计算机控制技术
(2)非线性参数的标度变换 非线性参数的标度变换 差压变送器信号△ 与流量 与流量Q的关系为 差压变送器信号△P与流量 的关系为 据此， 据此，可得测量流量时的标度变换式为
第 4章 计算机控制系统的控制算法 计算机控制系统的控制算法
Q = K
∆P
Q x − Q0 K N x − K N 0 = Q m − Q0 K N m − K N 0
式中： 式中： Qx——被测量的流量值； 被测量的流量值； 被测量的流量值 Qm——流量仪表的上限值； 流量仪表的上限值； 流量仪表的上限值 Q0——流量仪表的下限值； 流量仪表的下限值； 流量仪表的下限值 Nx——差压变送器所测得的差压值 数字量 ； 差压变送器所测得的差压值(数字量 差压变送器所测得的差压值 数字量)； Nm——差压变送器上限所对应的数字量； 差压变送器上限所对应的数字量； 差压变送器上限所对应的数字量 N0——差压变送器下限所对应的数字量。 差压变送器下限所对应的数字量。 差压变送器下限所对应的数字量 对于流量测量仪表，一般下限为取0，此时Q 对于流量测量仪表，一般下限为取 ，此时 0＝0，N0＝0，故上式变为 ， ，
计算机控制技术课后习题详解答案
第一章计算机控制系统概述习题参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么由四部分组成。
(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
图微机控制系统组成框图(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
第七章--数字PID控制及其算法
∴ Yn KPen en 1 KIen KDen 2en 1 en 2
式中：
KI
KP
T TI
KD
KP
TD T
增量控制算式
整理得：Yn KP KI KD en KP 2KD en 1 KDen 2
d0en d1en 1 d2en 2
式中：
d0
K
P
1
T TI
TD T
d1
KP
1
2TD T
一开始： 比例调节作用→比例输出Y1
随后： 积分作用→在同一方向，在Y1 的根底上输出值不断增大
最后： PI调节器的输出趋于稳定值 KIKPe(t)
第七章 数字PID控制及其算法
③优缺点 优点：克服了比例调节有静差存在的缺点，又防止
了积分调节响应慢的缺点，静态和动态特性 得到了改善。 缺点：当控制对象具有较大的惯性时，无法得到很 好的调节品质。
1
KPen en
1
KP
T TI
en
KP
TD T
en
2en
1
en
2
Y n
1
KP
en
en
1
T TI
en
TD T
en
2en
1
en
2
Yn 1 KPenen 1 Ien Den 2en 1 en 2
式中：e(n)=w－u(n)：w—给定值 u(n)—第n次实际输入值
KP—比例系数 D=TD/T—微分系数
在模拟控制系统中调节器的正、反作用是靠改变模拟 调节器中的正、反作用开关的位置来实现的。
第七章 数字PID控制及其算法
7.3.1 正、反作用问题
在数字控制系统中，可用两种方法来实现正、反作用控制： 改变偏差E(K)的公式 正作用：E(K)=M(K)-R(K) 反作用：E(K)=R(K)-M(K) 其中M(K)是测量值，R(K)是给定值 对运算结果进行改变 E(K)计算公式不变，假设需要反作用时，在完成PID运算 之后，先将其结果求补，而后再送到D/A转换器进行转换， 进而输出。
式中：
KI
KP
T TI
KD
KP
TD T
增量控制算式
整理得：Yn KP KI KD en KP 2KD en 1 KDen 2
d0en d1en 1 d2en 2
式中：
d0
K
P
1
T TI
TD T
d1
KP
1
2TD T
一开始： 比例调节作用→比例输出Y1
随后： 积分作用→在同一方向，在Y1 的根底上输出值不断增大
最后： PI调节器的输出趋于稳定值 KIKPe(t)
第七章 数字PID控制及其算法
③优缺点 优点：克服了比例调节有静差存在的缺点，又防止
了积分调节响应慢的缺点，静态和动态特性 得到了改善。 缺点：当控制对象具有较大的惯性时，无法得到很 好的调节品质。
1
KPen en
1
KP
T TI
en
KP
TD T
en
2en
1
en
2
Y n
1
KP
en
en
1
T TI
en
TD T
en
2en
1
en
2
Yn 1 KPenen 1 Ien Den 2en 1 en 2
式中：e(n)=w－u(n)：w—给定值 u(n)—第n次实际输入值
KP—比例系数 D=TD/T—微分系数
在模拟控制系统中调节器的正、反作用是靠改变模拟 调节器中的正、反作用开关的位置来实现的。
第七章 数字PID控制及其算法
7.3.1 正、反作用问题
在数字控制系统中，可用两种方法来实现正、反作用控制： 改变偏差E(K)的公式 正作用：E(K)=M(K)-R(K) 反作用：E(K)=R(K)-M(K) 其中M(K)是测量值，R(K)是给定值 对运算结果进行改变 E(K)计算公式不变，假设需要反作用时，在完成PID运算 之后，先将其结果求补，而后再送到D/A转换器进行转换， 进而输出。
计算机控制09.大林控制算法
自动化学院： 自动化学院：李明 7
常用控制算法>>大林控制算法
大林控制算法控制器D(z)的基本形式 的基本形式 大林控制算法控制器
Simulink仿真结构图为 仿真结构图为
Scope2 1-0.779z-1 1-0.607z-1 +-0.393z-3 controller
Scope1 1 4s+1 Zero-Order Hold Transfer Fcn Transport Delay Scope
其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为： 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为：
1 − e −Ts K (C1 + C2 z −1 ) z − N −1 Ke − NTs G( z) = Z ⋅ = s (1 + T1s )(1 + T2 s ) (1 − e −T T1 z −1 )(1 − e −T T2 z −1 ) 1 C1 = 1 + (T1e−T / T1 − T2e−T / T2 ) T2 − T1 1 1 −T + C = e T1 T2 + 1 (T e −T / T2 − T e −T / T1 ) 1 2 2 T2 − T1
0.1493z−2(1+0.733z−1) G(z) = 1−0.7413z−1
选取φ(z)，时间常数为 τ=2s，纯滞后时间为 时间常数为T 纯滞后时间为τ=1s。则N=1，于是 选取 时间常数为 纯滞后时间为 。 于是
−1/ 2 (1−e−T/Tτ )z−1 )z−1 0.3935z−2 −1 (1−e ⋅ =z ⋅ = −T /T -1 −1/2 -1 τ 1−e z 1−e z 1−0.6065z−1
常用控制算法>>大林控制算法
大林控制算法控制器D(z)的基本形式 的基本形式 大林控制算法控制器
Simulink仿真结构图为 仿真结构图为
Scope2 1-0.779z-1 1-0.607z-1 +-0.393z-3 controller
Scope1 1 4s+1 Zero-Order Hold Transfer Fcn Transport Delay Scope
其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为： 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为：
1 − e −Ts K (C1 + C2 z −1 ) z − N −1 Ke − NTs G( z) = Z ⋅ = s (1 + T1s )(1 + T2 s ) (1 − e −T T1 z −1 )(1 − e −T T2 z −1 ) 1 C1 = 1 + (T1e−T / T1 − T2e−T / T2 ) T2 − T1 1 1 −T + C = e T1 T2 + 1 (T e −T / T2 − T e −T / T1 ) 1 2 2 T2 − T1
0.1493z−2(1+0.733z−1) G(z) = 1−0.7413z−1
选取φ(z)，时间常数为 τ=2s，纯滞后时间为 时间常数为T 纯滞后时间为τ=1s。则N=1，于是 选取 时间常数为 纯滞后时间为 。 于是
−1/ 2 (1−e−T/Tτ )z−1 )z−1 0.3935z−2 −1 (1−e ⋅ =z ⋅ = −T /T -1 −1/2 -1 τ 1−e z 1−e z 1−0.6065z−1