典型数字控制系统
控制系统分类
控制系统分类控制系统分类控制系统是指能够对某个对象或过程进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
根据不同的分类标准，可以将控制系统分为多种类型。
本文将从不同的角度出发，对控制系统进行分类。
一、按照控制对象分类1.机械控制系统机械控制系统是指通过机械传动来实现对某个对象或过程进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
例如，汽车发动机的传动系统就是一种典型的机械控制系统。
2.电气控制系统电气控制系统是指通过电气信号来实现对某个对象或过程进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
例如，家庭电器中的温度调节器就是一种典型的电气控制系统。
3.液压与气动控制系统液压与气动控制系统是指通过液体或气体来实现对某个对象或过程进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
例如，工业生产中常用的液压升降平台就是一种典型的液压与气动控制系统。
二、按照控制方式分类1.开环控制系统开环控制系统是指在控制过程中没有反馈信号的一种技术体系。
例如，家庭电器中的电风扇就是一种典型的开环控制系统。
2.闭环控制系统闭环控制系统是指在控制过程中有反馈信号的一种技术体系。
例如，汽车中的自动驾驶系统就是一种典型的闭环控制系统。
三、按照控制对象数量分类1.单变量控制系统单变量控制系统是指只对一个变量进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
例如，家庭电器中的温度调节器就是一种典型的单变量控制系统。
2.多变量控制系统多变量控制系统是指对多个变量进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
例如，工业生产中常用的化工生产过程就是一种典型的多变量控制系统。
四、按照实现方式分类1.模拟式控制系统模拟式控制系统是指通过模拟电路来实现对某个对象或过程进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
例如，工业生产中常用的模拟式控制系统就是一种典型的模拟式控制系统。
2.数字式控制系统数字式控制系统是指通过数字电路来实现对某个对象或过程进行监测、判断、调节和控制的一种技术体系。
DDC控制系统概述
DDC控制系统概述
DDC（数字式直流调节）控制系统是一种利用数字技术处理和控制直
流电的技术和系统。
DDC控制系统具有以下特点:高精度、高稳定性、高
可靠性、高灵活性。
DDC控制系统的核心设备是数字式控制器，它由主控芯片、输入输出
接口、通信接口以及调节元件组成。
主控芯片负责数据的处理和控制信号
的生成，输入输出接口负责与外部设备的交互，通信接口负责与其他设备
的通信，调节元件负责控制电压的输出。
DDC控制系统具有高精度的特点，主要得益于数字化处理技术的应用。
数字化处理技术可以实现对电压和电流信号的高速采样和精确计算，从而
达到较高的控制精度。
同时，数字化处理技术还可以实现对不同参数的实
时监测和调节，提高了系统的稳定性和可靠性。
DDC控制系统还具有高灵活性的特点。
通过软件程序的编写，可以实
现不同电压和电流的调节、不同工作模式的切换以及故障报警和自动保护
等功能。
此外，DDC控制系统还可以与其他设备进行通信，实现信息的共
享和协调控制。
在实际应用中，DDC控制系统广泛应用于直流供电系统、电力系统、
新能源系统、电动车辆等领域。
其优势在于可靠性高、稳定性好、控制精
度高，能够满足各种复杂工况的需求。
总结起来，DDC控制系统是一种利用数字化处理技术对直流电压和电
流进行精确控制的系统。
它具有高精度、高稳定性、高可靠性和高灵活性
的特点，并广泛应用于各种直流电供电系统和能源系统中。
对于未来的发
展，DDC控制系统有望进一步提升控制精度、降低能耗和成本，并扩大应用领域和功能范围。
计算机控制技术考试重点
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1．计算机控制系统是由哪几部分组成的？ 计算机控制系统是由哪几部分组成的？ 在计算机控制系统中，如何选定采样周期T 2．在计算机控制系统中，如何选定采样周期T？ 以某一控制系统（ 温度控制系统）为例， 3．以某一控制系统（如：温度控制系统）为例，简述计算机在 一个控制周期内应完成哪些事情？ 一个控制周期内应完成哪些事情？ 操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何 系统工作原理如何？ 4．操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别 和联系？ 和联系？ 5.计算机控制系统的典型形式有 计算机控制系统的典型形式有——？ 5.计算机控制系统的典型形式有 ？ 6.工业控制计算机的总线分为 工业控制计算机的总线分为——？ 6.工业控制计算机的总线分为 ？ 7.与双积分型A/D相比 逐次逼近型A/D 与双积分型A/D相比， A/D的精度 、速度 、 7.与双积分型A/D相比，逐次逼近型A/D的精度 8.步进电机单三拍控制方式的输出字为 8.步进电机单三拍控制方式的输出字为 、 、 。 9.一般情况下 一般情况下， 算法。 9.一般情况下，串级控制的副回路采用 算法。 10.对单位速度输入 对单位速度输入， 10.对单位速度输入，设计最少拍无纹波控制器的必要条件 是 。 11.RS232规定的电气特性是什么 规定的电气特性是什么？ 11.RS232规定的电气特性是什么？ 12.什么是数字滤波器？列出三种数字滤波算法。 12.什么是数字滤波器？列出三种数字滤波算法。 什么是数字滤波器 13.对单位速度输入 对单位速度输入， 13.对单位速度输入，设计最少拍无纹波控制器的必要条件 是 。 14.ADC0809的OE管脚起什么作用 管脚起什么作用？ 14.ADC0809的OE管脚起什么作用？
DCS控制系统及典型控制方案
DCS控制系统及典型控制方案常洪娟⏹集散系统Distributed Control system，简称DCS⏹集散系统的含义是，利用微处理机或微型计算机技术对生产过程进行集中管理和分散控制的系统⏹技术基础微型计算机⏹应用对象生产过程⏹技术特点集中操作、管理和分散控制DCS的产生⏹50年代前，过程控制主要使用气动仪表⏹50年代后期，出现电动单元组合仪表⏹一次表留在现场的变送器和执行机构⏹二次表集中在中控室的调节与显示表⏹60年代，开始使用直接数字控制（DDC），由一台过程控制计算机对数百个回路进行控制，在带来很多优点的同时，出现了“危险集中”。
⏹70年代中期，出现集散系统。
操作更方便，集中管理，功能分散、任务分散的同时，危险也分散DCS发展历程（一）⏹1975年至1980年，初创期，代表产品有⏹Honeywell TDC2000⏹横河电机CENTUM⏹Foxboro SPECTRUM⏹技术特征：⏹带显示器的操作站与过程控制单元分离，实现了集中操作、分散控制⏹在硬件制造和软件设计上采用了冗余技术⏹引入了网络通信技术，以数据传输通道连接各组成部分，实现了系统内的资源共享DCS发展历程（二）⏹1980年至1985年，成熟期，代表产品有⏹Honeywell TDC3000（LCN）⏹横河电机CENTUM-A，-B，-D⏹Rosemount RS3⏹技术特征：⏹引入了局域网技术，通信范围扩大，数据传送速率大大提高，但各厂家网络通信机制各不相同。
⏹主要采用16位CPU，控制功能增强。
⏹操作站开始兼有简单的管理功能⏹采用上位机以完成一些复杂运算和较强的管理功能DCS发展历程（三）⏹1985年以后，扩展期，代表产品有⏹Foxboro I/A-S⏹Honeywell TDC3000X，TPS⏹横河电机CENTUM-XL，-uXL，-CS⏹Fisher-Rosemount Delta-V⏹技术特征：⏹系统开始走向开放，不同制造厂的产品可以相互连接、相互通信和进行数据交换。
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。
DDC控制器 直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC),
基本概述DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。
DDC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。
它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于P LC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。
DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。
DD C系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。
同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。
工作原理所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。
这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。
DDC控制器是整个控制系统的核心。
是系统实现控制功能的关键部件。
它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。
功能介绍DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。
其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。
各个厂家的基础软件基本上是没有多少差别的。
设置自检软件和保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修。
数字控制理论及应用(讲稿)第二章 数字控制系统的组成
第二章 数字控制系统的组成第一节 数字控制系统硬件及软件组成一、 硬件部分计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。
1、主机它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。
主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。
2、接口电路它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。
在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。
3、过程输入/输出通道过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。
微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。
1）、模拟量输入（AI）通道：生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。
2）、模拟量输出（AO）通道：模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。
数字电路应用举例
数字电路应用举例数字电路是电子技术中的一种重要应用，广泛应用于计算机、通信设备、嵌入式系统等领域。
下面列举了十个数字电路的应用举例，以帮助读者更好地理解数字电路的实际应用。
1. 门禁系统：门禁系统是数字电路的一个典型应用。
通过数字电路中的逻辑门和触发器等元件，可以实现对门禁系统的控制和管理。
例如，当输入正确的密码或刷卡信息时，门禁系统可以打开门禁，允许进入；反之，如果输入错误的密码或刷卡信息，门禁系统则保持关闭状态。
2. 家庭安防系统：家庭安防系统利用数字电路中的传感器、比较器和控制器等元件，实现对家庭的安全监控和报警。
例如，当家庭安防系统检测到入侵者时，传感器会将信号传递给比较器，比较器通过数字电路的逻辑运算判断是否触发报警器，从而实现家庭的安全保护。
3. 数字计数器：数字计数器是一种常见的数字电路应用。
通过数字电路中的计数器元件，可以实现对输入信号的计数和显示。
例如，电子计算器中的计数器模块可以实现对用户输入的数字进行计数，并在显示屏上显示计数结果。
4. 时钟电路：时钟电路是数字电路中的一个重要应用。
通过数字电路中的振荡器、分频器和计数器等元件，可以实现对时钟信号的生成和分配。
例如，计算机中的时钟电路可以提供稳定的时钟信号，用于同步计算机内各个元件的工作。
5. 数字编码器：数字编码器是数字电路的一种应用。
通过数字电路中的编码器元件，可以将输入的模拟信号或数字信号转换为对应的数字编码输出。
例如，音频编码器可以将模拟音频信号转换为数字编码输出，用于数字音频的传输和处理。
6. 数据选择器：数据选择器是数字电路中常见的应用之一。
通过数字电路中的选择器元件，可以实现对多个输入信号中的某个信号进行选择输出。
例如，多路数据选择器可以根据控制信号的不同，选择不同的输入信号输出到目标设备。
7. 信号转换器：信号转换器是数字电路的一种常见应用。
通过数字电路中的转换器元件，可以实现不同类型信号之间的转换。
例如，模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，用于数字信号的处理和传输。
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1、11 桥臂1，2的自举输入电 在脚1与脚2、脚10与脚11之间应接入10uF的自举电容 容连接端
2、10 H桥输出端
3
方向输入端
转向时，输出驱动电流方向见表1。该脚控制输出1与输出2 （脚2、10）之间电流的方向，从而控制马达旋转的方向。
4
刹车输入端
刹车时，输出驱动电流方向见表1。通过该端将马达绕组短路 而使其刹车。刹车时，将该脚置逻辑高电平，并将PWM信号 输入端（脚5）置逻辑高电平，3脚的逻辑状态决定于短路马 达所用的器件。3脚为逻辑高电平时，H桥中2个高端晶体管导 通；3脚呈逻辑低电平时，H桥中2个低端晶体管导通。脚4置 逻辑高电平、脚5置逻辑低电平时，H桥中所有晶体管关断， 此时，每个输出端只有很小的偏流（1.5mA）。
引脚2、10接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引 脚步到引脚10；反转时电流的方向应该从引脚10到引脚2。
电流检测
电流检测输出引脚8可以接一个对地电阻，通过电阻来输出过流 情况。内部保护电路设置的过电流阈值为10A，当超过该值时会自 动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长， 过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚9输出，当结温 达到145度时引脚9有输出信号。
An all DMOS H-bridge power stage delivers continuous output currents up to 3A (6A peak) at supply voltages up to 55V. The DMOS power switches feature low RDS(ON) for high efficiency, and a diode intrinsic to the DMOS body structure eliminates the discrete diodes typically required to clamp bipolar power stages.
LMD18200逻辑真值表
PWM H H L H H L
转向 H L × H L X
刹车 L L L H H H
实际输出驱动电流 电机工作状态
流出1、流入2
正转
流入1、流出2
反转
流出1、流出2
停止
流出1、流出2
停止
流入1、流入2
停止
NONE
4、LMD18200工作原理：
内部集成了四个DMOS管，组成一个标准的H型驱动桥。通过 充电泵电路为上桥臂的2个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路 由一个300kHz左右的工作频率。可在引脚1、11外接电容形成第 二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电 速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。
控制波形分析
电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势， 用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控 制的最常用的手段。使用专门的电机控制芯片 LMD18200可以减轻单片机负担，工作更可靠。
回答问题：
1、LMD1820的峰值输出电流高达10A，还是3A；工 作电压高达25V，还是55V？ 2、LMD1820内部含有H桥电路，还是半桥？ 3、LMD1820带有温度检测？电流检测？电压检测？
2、典型应用
驱动直流电机、步机电机 伺服机构系统位置与转速 应用于机器人控制系统 应用于数字控制系统 应用于电脑打印机与绘图仪
3、内部结构和引脚说明
LMD18200外形结构如图1所示，它有11个引脚,采用TO-220和 双列直插式封装。
内部电路框图2如图所示。
各引脚的功能如下：
名称 引脚
功能描述
二、电机驱动芯片LMD18245原理及应用
1、General Description
3A, 55V DMOS Full-Bridge Motor Driver
The LMD18245 full-bridge power amplifier incorporates all the circuit blocks required to drive and control current in a brushed type DC motor or one phase of a bipolar stepper motor. The multitechnology process used to build the device combines bipolar and CMOS control and protection circuitry with DMOS power switches on the same monolithic structure. The LMD18245 controls the motor current via a fixed off-time chopper technique.
5、 应用电路
该应用电路是Motorola 68332CPU与LMD18200 接口例子，它们组成了一个单极性驱动直流电机的闭环 控制电路。
电路中，PWM控制信号是通过引脚5输入的，而转向信号则通 过引脚3输入。根据PWM控制信号的占空比来决定直流电机的转速 和转向。采用一个增量型光电编码器来反馈电动机的实际位置，输 出AB两相，检测电机转速和位置，形成闭环位置反馈，从而达到 精确控制电机。
5
PWM信号输入端
PWM信号与驱动电流方向的关系见表1。该端与3脚（方向输 入）如何使用，决定于PWM信号类型。
流取样信号，典型值为377 µA/A。
9
温度报警输出
温度报警输出，提供温度报警信号。芯片结温达145℃时，该 端变为低电平；结温达170℃时，芯片关断。
典型数字控制系统
一、电机驱动芯片LMD18200原理及应用
LMD18200是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于 直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上集成有CMOS控 制电路和DMOS功率器件，利用它可以与主处理器、电机 和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。 LMD18200广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制 领域。
1、LMD18200主要性能
峰值输出电流高达6A，连续输出电流达3A； 工作电压高达55V； Low RDS(ON) typically 0.3W per switch； TTL/CMOS兼容电平的输入； 具有温度报警和过热与短路保护功能； 芯片结温达145℃，结温达170℃时，芯片关断； 具有良好的抗干扰性。