计算机控制技术课件+于海生
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《微型计算机控制技术》于海生_清华社_第1章
R/ C ×
12/ 8 ×
A0 ×
工作状态 禁止
×
×
1 1 1 1 1
1
0 0 0 0 0
×
0 0 1 1 1
×
× × 接+5V 接地 接地
×
0 1 × 0 1
禁止
启动12位转换 启动8位转换 12位并行输出有效 高8位并行输出有效 低4位加上尾随4个0有效
AD574A/1674 逻辑真值表
国家精品课程《计算机控制技术》
译码电路不仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。 其中，ISA总线中，使用A0～A9 、IOW、IOR 等信号组合。
国家精品课程《计算机控制技术》
2.I/O端口地址译码方法及电路形式 （1）固定地址译码
国家精品课程《计算机控制技术》
（2）开关选择译码
国家精品课程《计算机控制技术》
2.1.3 基于ISA总线端口扩展
国家精品课程《计算机控制技术》
2.5 硬件抗干扰技术
2.5.1 过程通道抗干扰技术 2.5.2 CPU抗干扰技术 2.5.3 系统供电与接地技术
国家精品课程《计算机控制技术》
干扰:就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的 破坏因素。 克服干扰的措施：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 干扰的来源：外部干扰和内部干扰。 外部干扰:主要是空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气象 条件。 内部干扰:主要是分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁 场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引起的 干扰，寄生振荡引起的干扰，甚至元器件产生的噪声。 分布电容：除电容器外，由于电路的分布特点而具有的电容 叫分布电容。 分布电感：由于导线布线和元器件的分布而存在的电感叫分 布电感 。 根据电感器的频率特性，由于分布电感的数值一般不大，在低频
课件：4.3 常规及复杂控制技术(三)
象某些特征参数，比如临界增益K和临界周期T（频率
ω=2π/T）。
5.PID控制参数的自整定法
被控对象大多用近似一阶惯性加纯滞后环节来表示，
其传递函数为
Gc
(
s
)
Ke 1 T
s
s
对于典型PID控制器
1 D( s ) KP(1 TI s TDs )
有Ziegler-Nichols整定公式
K
P
1.2T Kτ
Δu(k)= KP[2.45e(k)-3.5e(k-1)+1.25e(k-2)] 这样，整个问题便简化为只要整定一个参数KP。 改变KP，观察控制效果，直到满意为止。 该法为实现简易的自整定控制带来方便。
3.优选法
优选法是经验法的一种。 具体作法：根据经验，先把其它参数固定，然后用 0.618法（黄金分割法）对其中某一参数进行优选，待选出 最佳参数后，再换另一个参数进行优选，直到把所有的参 数优选完毕为止。 最后根据T、KP、TI、TD诸参数优选的结果取一组最佳 值即可。
① 给定值的变化频率越高，采样频率就应越高。 ② 被控对象是快速变化的，采样周期应小。 ③ 执行机构的惯性大，采样周期应大。 ④ 控制算法的类型：T太小会使得PID算法的微分积分作 用不明显；控制算法也需要计算时间。 ⑤ 控制的回路数：
n
T Tj
j 1
Tj 指第j回路控制程序执行时间和输入输出时间。
2.按简易工程法整定PID参数
(1)扩充临界比例度法
① 选择一个足够短的采样周期，采样周期为被控对象纯 滞后时间的十分之一以下。
② 用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去 掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比 例度δ（δ=1/KP)，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系 统发生振荡的临界比例度δk及系统的临界振荡周期Tk。
ω=2π/T）。
5.PID控制参数的自整定法
被控对象大多用近似一阶惯性加纯滞后环节来表示，
其传递函数为
Gc
(
s
)
Ke 1 T
s
s
对于典型PID控制器
1 D( s ) KP(1 TI s TDs )
有Ziegler-Nichols整定公式
K
P
1.2T Kτ
Δu(k)= KP[2.45e(k)-3.5e(k-1)+1.25e(k-2)] 这样，整个问题便简化为只要整定一个参数KP。 改变KP，观察控制效果，直到满意为止。 该法为实现简易的自整定控制带来方便。
3.优选法
优选法是经验法的一种。 具体作法：根据经验，先把其它参数固定，然后用 0.618法（黄金分割法）对其中某一参数进行优选，待选出 最佳参数后，再换另一个参数进行优选，直到把所有的参 数优选完毕为止。 最后根据T、KP、TI、TD诸参数优选的结果取一组最佳 值即可。
① 给定值的变化频率越高，采样频率就应越高。 ② 被控对象是快速变化的，采样周期应小。 ③ 执行机构的惯性大，采样周期应大。 ④ 控制算法的类型：T太小会使得PID算法的微分积分作 用不明显；控制算法也需要计算时间。 ⑤ 控制的回路数：
n
T Tj
j 1
Tj 指第j回路控制程序执行时间和输入输出时间。
2.按简易工程法整定PID参数
(1)扩充临界比例度法
① 选择一个足够短的采样周期，采样周期为被控对象纯 滞后时间的十分之一以下。
② 用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去 掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比 例度δ（δ=1/KP)，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系 统发生振荡的临界比例度δk及系统的临界振荡周期Tk。
《计算机控制技术》课件
主题二：传感器与执行器
传感器的作用和种类
探索传感器的工作原理和不同应 用领域，了解它们在自动化系统 中的重要性。
执行器的作用和种类
学习执行器的工作方式和不同类 型，了解它们在实际机械系统中 的应用。
传感器与执行器的应用
深入研究传感器与执行器在实际 工程中的具体应用案例，探索其 优势和限制。
主题三：控制系统的设计与实施
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
《计算机控制技术》PPT 课件
欢迎来到《计算机控制技术》课程的世界！本课程将向您介绍计算机控制系 统的基础知识、传感器与执行器的应用、以及控制系统的设计与实施。让我 们一起探索这个令人着迷的领域吧！
课程内容概述
主题一：控制系统基础知识
深入了解控制系统的定义、组成和分类，以及控制系统的性能指标。
主题二：传感器与执行器
探索各种传感器和执行器的作用、种类，以及它们在实际应用中的重要性。
主题三：控制系统的设计与实施
学习控制系统设计的步骤、实施的关键要点，以及如何进行调试与优化。
课程目标和重要性
1 深入理解控制系统
通过学习本课程，您将全 面了解计算机控制系统的 概念和原理。
2 掌握传感器与执行器
的应用
学习不同传感器和执行器 的使用方式，为实际工程 提供解决方案。
3 控制系统的设计与实
施能力
掌握控制系统的设计步骤 和调试方法，提高工程实 施的效率和质量。
主题一：控制系统基础知识
1
什么是控制系统
了解控制系统的概念和功能，探索其在自动化领域中的应用。
2
控制系统的组成和分类
学习控制系统的结构和分类方式，了解不同类型的系统。
3
控制系统的性能指标
微型计算机控制技术(于海生版)课后答案 ppt课件
曲线 。
ppt课件
26
解：首先求取广义对象的脉冲传递函数
1 es G(s) H (s)Gc (s) s3
滞后一个周期
G(z) Z[G(s)]
单位圆上零点
0.5z1(1 z1 ) (1 z1 )2
单位圆上极点
ppt课件
27
单位速度输入信号，设计最少拍无纹波控制器
e (z) (1 z1 )2 1 a0z1
ppt课件
24
Y (z) (z)R(z) z1 z2 z3 z4 L
E(z) e (z)R(z) 1 U(z) D(z)E(z) 0.111z1 0.01233z2 0.001368z3 L
求输出响应y(k)、控制信号u(k)、误差序列e(k) y(0) 0, y(1) y(2) L 1 u(0) 0.111, u(1) 0.01233, u(3) 0.002368, u(4) L e(0) 1,e(1) e(2) e(3) L 0
按极点配置方法设计状态反馈控制规律l使闭环系统的极点配置在z平面1208025101010102可控性分析1208025000368006320003680007670063200233fgrankw且f非奇异状态完全可控因此可任意配置闭环极点3极点配置比较系数可得080251607025006320003681368036800026400632162462162462162462在第2题中进行全状态直接反馈但只有测到一个状态变量现设计一个状态观测器预报观测器极点配置在试求观测器的增益矩阵
位置型
uk 1.3ek 0.6ek 1 0.3uk 1
ppt课件
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制技术课件+于海生
Z [ f (k n)] z [ F ( z ) f (i) z ]
n i i 1 n
得
2
Z[ y(k 2) 1.5 y(k 1) 0.5 y(k )] 0
2 1
z [Y ( z) y(T ) z y(2T ) z ] 1.5z [Y ( z) zy(T )] 0.5Y ( z) 0
于海生计算机课件计算机基础课件计算机网络基础课件计算机图形学课件计算机网络课件计算机应用基础课件计算机病毒课件计算机的组成课件小学计算机课件
1.采用8255的PA端口作为三相步进的控制接口，并用直流 SSR驱动三相步进电机，用电阻或电感表示步进电机每相绕 组。 要求：（1）画出接口电路原理图； （2）列出步进电机在三相双三拍和三相六拍工作方 式下的输出控制字表。 微 型 计 算 机
s
U ( z) 2.7 z 0.7 2.7 0.7 z 1 D( z ) E ( z ) 1.85 z 0.15 1.85 0.15 z 1
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z )
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z ) 1.85U ( z ) 0.15 z 1U ( z ) 2.7 E ( z ) 0.7 z 1 E ( z )
1 e ( z ) 1 ( z ) [ (1 ai z 1 )](1 z 1 ) q F1 ( z ) (1 z )
v j i 1
1 ( z ) z d [ (1 bi z 1 )]F2 ( z ) f 21 z
u
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n i i 1 n
得
2
Z[ y(k 2) 1.5 y(k 1) 0.5 y(k )] 0
2 1
z [Y ( z) y(T ) z y(2T ) z ] 1.5z [Y ( z) zy(T )] 0.5Y ( z) 0
于海生计算机课件计算机基础课件计算机网络基础课件计算机图形学课件计算机网络课件计算机应用基础课件计算机病毒课件计算机的组成课件小学计算机课件
1.采用8255的PA端口作为三相步进的控制接口，并用直流 SSR驱动三相步进电机，用电阻或电感表示步进电机每相绕 组。 要求：（1）画出接口电路原理图； （2）列出步进电机在三相双三拍和三相六拍工作方 式下的输出控制字表。 微 型 计 算 机
s
U ( z) 2.7 z 0.7 2.7 0.7 z 1 D( z ) E ( z ) 1.85 z 0.15 1.85 0.15 z 1
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z )
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z ) 1.85U ( z ) 0.15 z 1U ( z ) 2.7 E ( z ) 0.7 z 1 E ( z )
1 e ( z ) 1 ( z ) [ (1 ai z 1 )](1 z 1 ) q F1 ( z ) (1 z )
v j i 1
1 ( z ) z d [ (1 bi z 1 )]F2 ( z ) f 21 z
u
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
《微型计算机控制技术》于海生第1章PPT课件
1）PCI总线的主要性能： 支持10台外设、总线时钟33.3MHz/66MHz、总线宽度 32位/64位等。
2）其它性能： 并行操作、地址/数据线复用、支持64位寻址等。
计算机控制技术
3）PCI总线信号定 义
主控设备49条，目标设 备47条，可选引脚 51条 （主要用于64位扩展、中断 请求、高速缓存支持等）， 总引脚数 120条（包含电源、 地、保留引脚等）。
计算机控制技术
2 外部总线
1）RS-232串行通信总线
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
功能 保护地 发送数据 接收数据 请求发送（RTS） 允许发送（CTS，或清除发送） 数传机（DCE）准备好 信号地（公共回线） 接收线信号检测 （保留供数传机测试） （保留供数传机测试） 未定义 （辅信道）接收线信号检测 （辅信道）允许发送（CTS）
引脚号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
功能 （辅信道）发送数据 发送信号无定时（DCE为源） （辅信道）接收数据 接收信号无定时（DCE为源）
未定义 （辅信道）请求发送（RTS）
数据终端准备好 信号质量检测 振铃指示
数据信号速率选择（DTE/DCE为源） 发送信号无定时（DTE为源） 未定义
给定
输入 通道
计算机
输出通道 D/A
被控量 对象
y
输入通道 A/D
计算机控制技术
2. 在线方式和离线方式
在线方式（on-line）: 生产过程和计算机直接连接，并受计 算机控制的方式称为在线方式或联机方式。
离线方式(off-line): 生产过程不和计算机相连，且不受计 算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方 式或脱机方式。
2）其它性能： 并行操作、地址/数据线复用、支持64位寻址等。
计算机控制技术
3）PCI总线信号定 义
主控设备49条，目标设 备47条，可选引脚 51条 （主要用于64位扩展、中断 请求、高速缓存支持等）， 总引脚数 120条（包含电源、 地、保留引脚等）。
计算机控制技术
2 外部总线
1）RS-232串行通信总线
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
功能 保护地 发送数据 接收数据 请求发送（RTS） 允许发送（CTS，或清除发送） 数传机（DCE）准备好 信号地（公共回线） 接收线信号检测 （保留供数传机测试） （保留供数传机测试） 未定义 （辅信道）接收线信号检测 （辅信道）允许发送（CTS）
引脚号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
功能 （辅信道）发送数据 发送信号无定时（DCE为源） （辅信道）接收数据 接收信号无定时（DCE为源）
未定义 （辅信道）请求发送（RTS）
数据终端准备好 信号质量检测 振铃指示
数据信号速率选择（DTE/DCE为源） 发送信号无定时（DTE为源） 未定义
给定
输入 通道
计算机
输出通道 D/A
被控量 对象
y
输入通道 A/D
计算机控制技术
2. 在线方式和离线方式
在线方式（on-line）: 生产过程和计算机直接连接，并受计 算机控制的方式称为在线方式或联机方式。
离线方式(off-line): 生产过程不和计算机相连，且不受计 算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方 式或脱机方式。
微型计算机控制技术于海生
入信号yR，零信号的补 偿由数字调零来完成。 设数字调零后测出的数据分别为xR(接校准输入yR时) 和x(接被测输入y时)，则可按下式来计算y。
yR y x xR
如果在校准时，计算并存放 yR ／ xR 的值，则测量 校准时，只需行一次乘法即可。有时也可用yi代替yR 人工自动校准特别适于传感器特性随时间会发生 变化的场合。如常用的湿敏电容等湿度传感器。
6.1.3 高级语言I/O控制台编程
对于PC总线工业控制机，我们以Turbo C为例来说明其访问I/O端口 的编程。 Turbo C通常有库函数，允许直接访问I/O端口，头文件〈conio.h〉 中定义了I/O端口例程。 例如： a=inportw(0x210) b=inportb(0x220) 第一条指令表示将端口210H的16位二进制数(一个字)输入给变量a， 第二条指令表示将端口220H的8位二进制数(一个字节)输入给变量b。在 C语言中，0x起头的是16进制数。 又如： outportw(0x230,0x3435) outportb(0x240,0x26) 第一条指令表示将二字节数3435H输出到端口230H中，第二条指令 表示将单字节数26H输出到端口240H中。
6.2.1
误差自动校准
系统误差定义：是指在相同条件下，经过多次测量，误差的 数值(包括大小符号)保持恒定，或按某种已知的规律变化的 误差。 特点：在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的， 产生误差的原因一般也是知道的。 方法：偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序来 实现，称为数字调零。 数字调零：在测量时，先把多路输入接到所需测量的一 组输入电压上进行测量，测出这时的输入值为x1,然后把多路 开关的输入接地，测出零输入时A／D转换器的输出为x0，用x1 减去x0即为实际输入电压x。图6-3 除了数字调零外，还可以采用偏移和增益误差的自动校 准。
yR y x xR
如果在校准时，计算并存放 yR ／ xR 的值，则测量 校准时，只需行一次乘法即可。有时也可用yi代替yR 人工自动校准特别适于传感器特性随时间会发生 变化的场合。如常用的湿敏电容等湿度传感器。
6.1.3 高级语言I/O控制台编程
对于PC总线工业控制机，我们以Turbo C为例来说明其访问I/O端口 的编程。 Turbo C通常有库函数，允许直接访问I/O端口，头文件〈conio.h〉 中定义了I/O端口例程。 例如： a=inportw(0x210) b=inportb(0x220) 第一条指令表示将端口210H的16位二进制数(一个字)输入给变量a， 第二条指令表示将端口220H的8位二进制数(一个字节)输入给变量b。在 C语言中，0x起头的是16进制数。 又如： outportw(0x230,0x3435) outportb(0x240,0x26) 第一条指令表示将二字节数3435H输出到端口230H中，第二条指令 表示将单字节数26H输出到端口240H中。
6.2.1
误差自动校准
系统误差定义：是指在相同条件下，经过多次测量，误差的 数值(包括大小符号)保持恒定，或按某种已知的规律变化的 误差。 特点：在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的， 产生误差的原因一般也是知道的。 方法：偏移校准在实际中应用最多，并且常采用程序来 实现，称为数字调零。 数字调零：在测量时，先把多路输入接到所需测量的一 组输入电压上进行测量，测出这时的输入值为x1,然后把多路 开关的输入接地，测出零输入时A／D转换器的输出为x0，用x1 减去x0即为实际输入电压x。图6-3 除了数字调零外，还可以采用偏移和增益误差的自动校 准。
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5 1 c12 [ s F (s)] [ ] , s 0 s 5 s 0 5
2
5 c2 ( s 5) F (s) s 5 2 s
1 , 5 s 5
1 1 1 F ( s) 2 s 5s 5( s 5) 查表得
z 1 Z s z 1
整理得
Y ( z)[ z 1.5z 0.5] z y(T ) y(2T ) 1.5 y(T )
带入初始值得
2
1
1
Y ( z )[ z 2 1.5 z 1 0.5] z 1 0.5 0.75 1.5 0.5 0.5 z 1.5 0.5 z 1.5 z Y ( z ) 2 1 2 z 1.5 z 0.5 1 1.5 z 0.5 z
习题：已知被控对象的传递函数为 ，采样周 期T＝1s。采用零阶保持器，要求针对单位阶跃输入信号 设计最少拍有纹波控制器，求出系统误差和系统的输出。 解： G( z) Z[ H (s) Gc (s)]
1 e Ts 10 10 Z[ ] (1 z 1 ) Z [ ] 2 s s (0.1s 1) s (0.1s 1)
三相六拍工作方式下的控制字表 存贮地址编号 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 A口输出字 01H 03H 02H 06H 04H 05H
2
求
5 的Z变换 F (z ) F ( s) 2 s ( s 5)
解： F ( s) c11 c12 c2 s2 s s 5 5 2 c11 s F (s) 1 s 0 s 5 s 0
u(k )T 2T2 T 2T2 u(k 1)
e(k )(T 2T1 ) (T 2T1 )e(k 1)
T 2T2 T 2T1 T 2T1 u (k ) u (k 1) e( k ) e(k 1) T 2T2 T 2T2 T 2T2
3 2
解：按要求整理得
F ( z ) 11z 15 z 6 z ( z 2)( z 1) 2
2
F ( z) c1 c21 c22 G( z ) 2 z z 2 ( z 1) z 1
11z 2 15 z 6 c1 ( z 2)G( z ) z 2 20 2 ( z 1) z 2 11z 2 15 z 6 2 c21 ( z 1) G( z ) 2 z 1 z2 z 1
E ( z ) R ( z ) e ( z )
1 (1 z 1 ) 1 1 z 1
z 1 z 2 z 3 ...
z 1 Y ( z ) R( z )( z ) 1 z 1
9 z 1 (1 0.111 z 1 ) G( z) (1 z 1 )(1 0.0000454 z 1 )
5．某系统的Z传递函数为Φ(z) = 0.5(z+0.5) / (z+1.2)(z-0.5) ， 可知该系统是 。 A稳定的；B不稳定的；C 临界稳定的。 6．在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应 B 传 感器的精度。 A 大于；B 小于；C 等于。 7.已知A点信号如图所示，试画出B点、C点的信号图形，设 采样周期T=/4。
Gc ( s)
10 s(0.1s 1)
9 z 1 (1 0.111 z 1 ) G( z) (1 z 1 )(1 0.0000454 z 1 )
上式中，d=0， u=0， v=1， j=1， q=1，且j≤q ，则有： m=u+d＝0 F1 ( z ) 1 n=v-j+q＝1 F2 ( z ) f 21 z 1 对单位阶跃输入信号，选择
递推控制算法为：
T 2T2 T 2T1 T 2T1 u (k ) u (k 1) e( k ) e(k 1) T 2T2 T 2T2 T 2T2
增量控制算法为：
2T T 2T1 T 2T1 u (k ) u (k ) u (k 1) u (k 1) e( k ) e(k 1) T 2T2 T 2T2 T 2T2
递推控制算法为：
u(k ) 0.08u(k 1) 1.46e(k ) 0.38e(k 1)
增量控制算法为：
u(k ) u(k ) u(k 1) 1.08u(k 1) 1.46e(k ) 0.38e(k 1)
R C
补充习题： 1．图1所示的有源RC网络是一种 环节。 A 积分；B 微分；C 惯性。
e ( z ) 1 ( z )
1 f 21z 1 (1 z 1 )
根据多项式相等，其系数相等的的性质，有
f 21 1
所以，
( z ) z 1 1 ( z ) D( z ) G ( z ) 1 ( z )
(1 z 1 )(1 0.0000454 z 1 ) z 1 . 1 1 9 z (1 0.111 z ) (1 z 1 ) 0.111(1 0.0000454 z 1 ) (1 0.111 z 1 )
1 e ( z ) 1 ( z ) [ (1 ai z 1 )](1 z 1 ) q F1 ( z ) (1 z )
v j i 1
1 ( z ) z d [ (1 bi z 1 )]F2 ( z ) f 21 z
u
i 1
根据上两式，有
D( z )
U ( z) (T 2T1 ) z T 2T1 E ( z ) (T 2T2 ) z T 2T2
U ( z ) (T 2T1 ) (T 2T1 ) z 1 E ( z ) (T 2T2 ) (T 2T2 ) z 1
U ( z )[(T 2T2 ) (T 2T2 ) z 1 ] [(T 2T1 ) (T 2T1 ) z 1 ]E ( z )
R
usr usc
图1
2．在单位闭环负反馈控制系统里，通常若增大系统的开环 放大系数，则系统的稳定程度 。 A 减弱；B 不变；C 增强。 3．连续系统传递函数的一个极点P=-5，Z变换后将映射到Z 平面的 。 A 单位园外；B 单位园上；C 单位园里。 4．计算机控制系统与连续系统相比，在系统结构与参数不 变的条件下，抑制干扰的能力 A 增强； B 减弱； C 不变。
2 1
z 3z Y ( z) 1 3z Y ( z) 2 2 z 2 3z z z 3z 2 Y ( z) A B z z 1 z 2 z z Y ( z ) 2 5 z 1 z2
2
z k 因为 Z [ ]a za
1
1.85u(k ) 0.15u(k 1) 2.7e(k ) 0.7e(k 1)
u (k )
0.15 2.7 0.7 u (k 1) e(k ) e(k 1) 1.85 1.85 1.85
u(k ) 0.08u(k 1) 1.46e(k ) 0.38e(k 1)
s
U ( z) 2.7 z 0.7 2.7 0.7 z 1 D( z ) E ( z ) 1.85 z 0.15 1.85 0.15 z 1
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z )
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z ) 1.85U ( z ) 0.15 z 1U ( z ) 2.7 E ( z ) 0.7 z 1 E ( z )
1.采用8255的PA端口作为三相步进的控制接口，并用直流 SSR驱动三相步进电机，用电阻或电感表示步进电机每相绕 组。 要求：（1）画出接口电路原理图； （2）列出步进电机在三相双三拍和三相六拍工作方 式下的输出控制字表。 微 型 计 算 机
8255
（2）双三拍工作方式下的控制字表
存贮地址编号 AD1 AD2 AD3 A口输出字 03H 06H 05H
U ( s) 1 0.17 s 2、已知模拟调节器的传递函数为 D( s) E ( s) 1 0.085 s
试写出相应数字控制器的位置型和增量型的控制算式，设采 样周期T＝0.2s。
解：双线性变换公式为： s
2 z 1 T z 1
2 z 1 T z 1
1 0.17 s U ( z) D( z ) D( s) s 2 z 1 1 0.085 s E( z) T z 1
Tz 1 Z 2 2 s ( z 1)
z 1 Z z e aT s a
Tz 1 z 1 z F ( z) 2 5T ( z 1) 5 z 1 5 z e
3
11z 15 z 6 z 求 F ( z) 的Z反变换 f (k ) 2 ( z 2)( z 1)
所以 y(k ) 2 (1) k 5 (2) k , k 0,1,2,3
作业: P139
4.2 4.4
U ( s) 1 T1s E ( s) 1 T2 s
1、某系统的连续控制器设计为 D( s)
试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求出数字 控制器D(z)，并分别给出三种方法的递推控制算法。 解：双线性变换公式为： s
20 z 2z 9z F ( z) 2 z 2 ( z ] f (k ) 20 2 2k 9
k
1
4 用Z变换求 y(k 2) 1.5 y(k 1) 0.5 y(k ) 0的解， 已知初始条件为y(T ) 0.5, y(2T ) 0.75 解：对上述差分方程两边Z变换，利用延迟性质
2
5 c2 ( s 5) F (s) s 5 2 s
1 , 5 s 5
1 1 1 F ( s) 2 s 5s 5( s 5) 查表得
z 1 Z s z 1
整理得
Y ( z)[ z 1.5z 0.5] z y(T ) y(2T ) 1.5 y(T )
带入初始值得
2
1
1
Y ( z )[ z 2 1.5 z 1 0.5] z 1 0.5 0.75 1.5 0.5 0.5 z 1.5 0.5 z 1.5 z Y ( z ) 2 1 2 z 1.5 z 0.5 1 1.5 z 0.5 z
习题：已知被控对象的传递函数为 ，采样周 期T＝1s。采用零阶保持器，要求针对单位阶跃输入信号 设计最少拍有纹波控制器，求出系统误差和系统的输出。 解： G( z) Z[ H (s) Gc (s)]
1 e Ts 10 10 Z[ ] (1 z 1 ) Z [ ] 2 s s (0.1s 1) s (0.1s 1)
三相六拍工作方式下的控制字表 存贮地址编号 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 A口输出字 01H 03H 02H 06H 04H 05H
2
求
5 的Z变换 F (z ) F ( s) 2 s ( s 5)
解： F ( s) c11 c12 c2 s2 s s 5 5 2 c11 s F (s) 1 s 0 s 5 s 0
u(k )T 2T2 T 2T2 u(k 1)
e(k )(T 2T1 ) (T 2T1 )e(k 1)
T 2T2 T 2T1 T 2T1 u (k ) u (k 1) e( k ) e(k 1) T 2T2 T 2T2 T 2T2
3 2
解：按要求整理得
F ( z ) 11z 15 z 6 z ( z 2)( z 1) 2
2
F ( z) c1 c21 c22 G( z ) 2 z z 2 ( z 1) z 1
11z 2 15 z 6 c1 ( z 2)G( z ) z 2 20 2 ( z 1) z 2 11z 2 15 z 6 2 c21 ( z 1) G( z ) 2 z 1 z2 z 1
E ( z ) R ( z ) e ( z )
1 (1 z 1 ) 1 1 z 1
z 1 z 2 z 3 ...
z 1 Y ( z ) R( z )( z ) 1 z 1
9 z 1 (1 0.111 z 1 ) G( z) (1 z 1 )(1 0.0000454 z 1 )
5．某系统的Z传递函数为Φ(z) = 0.5(z+0.5) / (z+1.2)(z-0.5) ， 可知该系统是 。 A稳定的；B不稳定的；C 临界稳定的。 6．在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应 B 传 感器的精度。 A 大于；B 小于；C 等于。 7.已知A点信号如图所示，试画出B点、C点的信号图形，设 采样周期T=/4。
Gc ( s)
10 s(0.1s 1)
9 z 1 (1 0.111 z 1 ) G( z) (1 z 1 )(1 0.0000454 z 1 )
上式中，d=0， u=0， v=1， j=1， q=1，且j≤q ，则有： m=u+d＝0 F1 ( z ) 1 n=v-j+q＝1 F2 ( z ) f 21 z 1 对单位阶跃输入信号，选择
递推控制算法为：
T 2T2 T 2T1 T 2T1 u (k ) u (k 1) e( k ) e(k 1) T 2T2 T 2T2 T 2T2
增量控制算法为：
2T T 2T1 T 2T1 u (k ) u (k ) u (k 1) u (k 1) e( k ) e(k 1) T 2T2 T 2T2 T 2T2
递推控制算法为：
u(k ) 0.08u(k 1) 1.46e(k ) 0.38e(k 1)
增量控制算法为：
u(k ) u(k ) u(k 1) 1.08u(k 1) 1.46e(k ) 0.38e(k 1)
R C
补充习题： 1．图1所示的有源RC网络是一种 环节。 A 积分；B 微分；C 惯性。
e ( z ) 1 ( z )
1 f 21z 1 (1 z 1 )
根据多项式相等，其系数相等的的性质，有
f 21 1
所以，
( z ) z 1 1 ( z ) D( z ) G ( z ) 1 ( z )
(1 z 1 )(1 0.0000454 z 1 ) z 1 . 1 1 9 z (1 0.111 z ) (1 z 1 ) 0.111(1 0.0000454 z 1 ) (1 0.111 z 1 )
1 e ( z ) 1 ( z ) [ (1 ai z 1 )](1 z 1 ) q F1 ( z ) (1 z )
v j i 1
1 ( z ) z d [ (1 bi z 1 )]F2 ( z ) f 21 z
u
i 1
根据上两式，有
D( z )
U ( z) (T 2T1 ) z T 2T1 E ( z ) (T 2T2 ) z T 2T2
U ( z ) (T 2T1 ) (T 2T1 ) z 1 E ( z ) (T 2T2 ) (T 2T2 ) z 1
U ( z )[(T 2T2 ) (T 2T2 ) z 1 ] [(T 2T1 ) (T 2T1 ) z 1 ]E ( z )
R
usr usc
图1
2．在单位闭环负反馈控制系统里，通常若增大系统的开环 放大系数，则系统的稳定程度 。 A 减弱；B 不变；C 增强。 3．连续系统传递函数的一个极点P=-5，Z变换后将映射到Z 平面的 。 A 单位园外；B 单位园上；C 单位园里。 4．计算机控制系统与连续系统相比，在系统结构与参数不 变的条件下，抑制干扰的能力 A 增强； B 减弱； C 不变。
2 1
z 3z Y ( z) 1 3z Y ( z) 2 2 z 2 3z z z 3z 2 Y ( z) A B z z 1 z 2 z z Y ( z ) 2 5 z 1 z2
2
z k 因为 Z [ ]a za
1
1.85u(k ) 0.15u(k 1) 2.7e(k ) 0.7e(k 1)
u (k )
0.15 2.7 0.7 u (k 1) e(k ) e(k 1) 1.85 1.85 1.85
u(k ) 0.08u(k 1) 1.46e(k ) 0.38e(k 1)
s
U ( z) 2.7 z 0.7 2.7 0.7 z 1 D( z ) E ( z ) 1.85 z 0.15 1.85 0.15 z 1
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z )
U ( z )(1.85 0.15 z 1 ) (2.7 0.7 z 1 ) E ( z ) 1.85U ( z ) 0.15 z 1U ( z ) 2.7 E ( z ) 0.7 z 1 E ( z )
1.采用8255的PA端口作为三相步进的控制接口，并用直流 SSR驱动三相步进电机，用电阻或电感表示步进电机每相绕 组。 要求：（1）画出接口电路原理图； （2）列出步进电机在三相双三拍和三相六拍工作方 式下的输出控制字表。 微 型 计 算 机
8255
（2）双三拍工作方式下的控制字表
存贮地址编号 AD1 AD2 AD3 A口输出字 03H 06H 05H
U ( s) 1 0.17 s 2、已知模拟调节器的传递函数为 D( s) E ( s) 1 0.085 s
试写出相应数字控制器的位置型和增量型的控制算式，设采 样周期T＝0.2s。
解：双线性变换公式为： s
2 z 1 T z 1
2 z 1 T z 1
1 0.17 s U ( z) D( z ) D( s) s 2 z 1 1 0.085 s E( z) T z 1
Tz 1 Z 2 2 s ( z 1)
z 1 Z z e aT s a
Tz 1 z 1 z F ( z) 2 5T ( z 1) 5 z 1 5 z e
3
11z 15 z 6 z 求 F ( z) 的Z反变换 f (k ) 2 ( z 2)( z 1)
所以 y(k ) 2 (1) k 5 (2) k , k 0,1,2,3
作业: P139
4.2 4.4
U ( s) 1 T1s E ( s) 1 T2 s
1、某系统的连续控制器设计为 D( s)
试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求出数字 控制器D(z)，并分别给出三种方法的递推控制算法。 解：双线性变换公式为： s
20 z 2z 9z F ( z) 2 z 2 ( z ] f (k ) 20 2 2k 9
k
1
4 用Z变换求 y(k 2) 1.5 y(k 1) 0.5 y(k ) 0的解， 已知初始条件为y(T ) 0.5, y(2T ) 0.75 解：对上述差分方程两边Z变换，利用延迟性质