计算机控制系统期末复习课件.ppt

1、计算机控制技术复习需要掌握的知识点（一）1、掌握计算机控制系统的六种典型结构；掌握计算机控制系统的六种典型结构；2、掌握评价控制系统性能的指标；掌握评价控制系统性能的指标；3、掌握模拟量输入通道的组成以及各部分的作用；掌握模拟量输入通道的组成以及各部分的作用；4、掌握模拟量输出通道的组成以及各部分的作用；掌握模拟量输出通道的组成以及各部分的作用；5、掌握数字量输入、输出通道的组成以及各部分的作用掌握数字量输入、输出通道的组成以及各部分的作用6、掌握数字滤波技术的几种方法以及相应的应用场合；掌握数字滤波技术的几种方法以及相应的应用场合；7、熟练应用熟练应用A/D进行典型信号的工程值的计算。进行典

2、型信号的工程值的计算。8、了解了解DCS控制站的组成；控制站的组成；需要掌握的知识点（二）9、了解典型的外部总线和内部总线；了解典型的外部总线和内部总线；10、掌握连续系统的离散化方法；掌握连续系统的离散化方法；11、熟练掌握熟练掌握PID算法的位置式和增量式算法；算法的位置式和增量式算法；12、掌握几种掌握几种PID算法的改进方法；算法的改进方法；1313、掌握、掌握PIDPID三个参数对过程特性的影响规律；三个参数对过程特性的影响规律；14、熟练掌握串级、前馈、以及熟练掌握串级、前馈、以及Smith预估控制器的算式；预估控制器的算式；15、熟练掌握模糊控制的合成以及清晰化方法；熟练掌握模糊

3、控制的合成以及清晰化方法；16、了解实时数据库的基本特征；了解实时数据库的基本特征；需要掌握的知识点（三）17、了解组态软件的基本特征；了解组态软件的基本特征；1818、了解、了解DCS控制系统的典型结构；控制系统的典型结构；19、了解几种标准的了解几种标准的FCS控制系统；控制系统；20、了解常用的系统可靠性设计方法；了解常用的系统可靠性设计方法；计算机控制系统的组成计算机控制系统的典型结构（一）计算机控制系统的典型结构（二）计算机控制系统的典型结构（三）计算机控制系统的典型结构（四）计算机控制系统的典型结构（五）计算机控制系统的典型结构（六）信号调理信号调理工工业业生生产产过过程程传感器传

4、感器传感器传感器传感器传感器多多路路转转换换开开关关MUX信号调理信号调理信号调理信号调理S/H信号调理信号调理A/D转转换换器器工工业业控控制制计计算算机机总总线线与与接接口口温度温度/微电微电压等信号压等信号1.桥式电路桥式电路2.仪表放大器仪表放大器AD6203.隔离放大器隔离放大器AD2104.激励电源激励电源420mA电路信号电路信号I/V转换电路转换电路频率信号频率信号F/V转化电路转化电路CD4051/AD7501CD4052/AD7506CD4096/AD7507LF398AD582THS00AD574AAD7703ISA总线总线PCI总线总线RS485CANEthernetG

5、PIBVXI程程控控放放大大器器MCP6S2XLH0084模拟量输入通道模拟量输出通道（一）工工业业生生产产过过程程执行器执行器执行器执行器执行器执行器信号调理信号调理D/A转换器转换器工工业业控控制制计计算算机机总总线线与与接接口口D/A转换器转换器D/A转换器转换器功率放大功率放大V/I变换变换放大放大/变换变换锁存器锁存器1锁存器锁存器2锁存器锁存器3模拟量输出通道（二）工工业业生生产产过过程程执行器执行器执行器执行器执行器执行器多多路路转转换换开开关关MUX信号调理信号调理V/I变换变换放大放大/变换变换S/H功率放大功率放大D/A转转换换器器工工业业控控制制计计算算机机总总线线与与接

6、接口口S/HS/H开关量输入/输出通道常用的数值滤波方法加权平均值滤波法适用于纯迟延较大的被控制对象平均值滤波法适用于周期性干扰中位值滤波法和限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号如果同时采用几种滤波方法，一般先用中位值滤波法或限幅滤波法，然后再用平均值滤波法。例题（一）例2-1 某热处理炉温度测量仪表的量程为200800，在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的数字量为0CDH，求此时温度值为多少？（设仪表量程为线性的）解：已知A0=200，Am=800，Nx=0CDH=205，Nm=0FFH=255。此时温度为总线v 列举出常用的内部总线v 列举出常用的外部总线例题

7、（二）()1()(1)()cpDIU sG sKT sE sT s 例 已知PID控制器算式如下所示，试用后向差分法对其对其进行离散化。11()()1(1)zcpDsTzITzzD zG sKTT zTz1112(1)()(1)(12)()DpITTzU zKzzzE zTT()(1)()(1)()()2(1)(2)ppDpIK TK Tu ku kKe ke ke ke ke ke kTTPID控制器01()()()()tpdide tu tKe te t dtTTdt0()()()()(1)kdpjiTTu kKe ke je ke kTT0()()()()(1)kpidju kK e k

8、Ke jKe ke k()()(1)()(1)()()2(1)(2)pidu ku ku kKe ke kK e kKe ke ke kPID控制器的改进（一）0()()()()(1)kdpjiTTu kKe ke je ke kTT()(1)()(1)()()2(1)(2)pidu ku kKe ke kK e kKe ke ke k1 ()0 ()e ke k ，则进行积分项的累加；，则进行积分项的累加；，则只累加负偏差；，则只累加负偏差；，则只累加正偏差。，则只累加正偏差。minmax(1)uu kumax(1)u ku min(1)u ku PID控制器的改进（二）PID控制器的改进（

9、三）KpKp/(Tis)KpTd sE(s)U(s)u(t)e(t)Df(s)Up(s)Ui(s)Ud(s)()dUsKpKp/(Tis)KpTd sE(s)U(s)u(t)e(t)Df(s)()U sb)a)PID控制器的改进（四）E(s)+-R(s)Y(s)()oG sKpKi/sKd sU(s)PID控制器的改进（五）)(tyPID 控制器被控对象0e0ee(k)(tr+-e(k)u(k)P、I、D参数对过程特性的影响（一）图图5-9 5-9 不同不同K Kp p时的阶跃响应波形时的阶跃响应波形a)Ka)Kp p=1 b)K=1 b)Kp p=2 c)K=2 c)Kp p=4 d)K=4

10、 d)Kp p=8=8P、I、D参数对过程特性的影响（二）图图5-10 5-10 不同不同T Ti i时的阶跃响应波形时的阶跃响应波形a)Ta)Ti i=10 b)T=10 b)Ti i=1 c)T=1 c)Ti i=0.5 d)T=0.5 d)Ti i=0.25=0.25P、I、D参数对过程特性的影响（三）图图5-11 5-11 不同不同T Td d时的阶跃响应波形时的阶跃响应波形a)Td=0.05 b)Td=0.15 c)Td=0.3 d)Td=1a)Td=0.05 b)Td=0.15 c)Td=0.3 d)Td=1Smith预估控制（一）+-P ID+-TTr(t)e1(t)u(k)y(

11、t)e1(k)e2(k)()y k()sG s e1Tses()1sG se（）Smith预估控制（二）21()()()e ke ky k222222()(1)()(1)()(1)()()2(1)(2)pidu ku ku ku kKe ke kK e kKe ke ke k1()()()e kr ky k()()()y km km kN()(1)(1)(1)y kay kb u ku kN()(1)(1)m kam kbu kv算法的计算顺序总是从最外面的回路向内进行，直到u(k)纯滞后补偿控制算法的实现步骤：纯滞后补偿控制算法的实现步骤：数字串级控制（一）e1(k)+-r1(k)y1(t)

12、D1(z)副对象y2(t)u2(k)D2(z)+-u1(k)e2(k)主对象TT()hGs111()()()e kr ky k1111 11111()()(1)()()2(1)(2)pidu kKe ke kK e kKe ke ke k1()(1)()u ku ku k212()()()e ku ky k22222 22222()()(1)()()2(1)(2)pidu kKe ke kK e kKe ke ke k222()(1)()u ku ku k数字串级控制（二）e1(k)+-r1(k)y1(t)D1(z)副对象y2(t)u2(k)D2(z)+-u1(k)e2(k)主对象TTD2d(

13、z)y2(k)y2d(k)()hGs计算步骤？计算步骤？前馈控制（一）+()G s()nD s()nG s+ny1y2yu1unu前馈控制（二）若若令令 ，则，则由上式可得前馈控制器的微分方程由上式可得前馈控制器的微分方程121212()()11ssnKKG seG seTsT s，21122211()1/()()1/snnUsK TsTDseN sK TsT 1 212 12()1()1()()nndu tK Tdn tu tn tdtTK TdtT 模糊控制（一）02040608010000.20.40.60.8102040608010000.20.40.60.81020406080100

14、00.20.40.60.8102040608010000.20.40.60.81图6-34 常用的隶属函数(a)三角形(b)梯形(c)高斯型(d)广义铃型例题（三）例例6-4 设有一电加热炉，存在设有一电加热炉，存在“如果炉如果炉温低，则应施加高电压温低，则应施加高电压”的经验规则，的经验规则，试问当炉温为试问当炉温为“非常低非常低”时，应怎样时，应怎样施加电压施加电压?解解 设设x，y分别表示分别表示“炉温炉温”“”“和和“电压电压”，其论域为，其论域为X和和Y，并有，并有 X=Y=1，2，3，4，5设设A表示炉温低的模糊集合，表示炉温低的模糊集合，A表示表示“炉温非常低炉温非常低”，B表示

15、表示“高电压高电压”，并定义，并定义A=“炉温低炉温低”A=“炉温非常低炉温非常低”B=“高电压高电压”则本例的问题就可用则本例的问题就可用“if x is A then y is B，x is A，求，求y=?”来描述。来描述。10.80.60.40.21234510.640.360.160.04123450.20.40.60.8112345例题（三）模糊蕴涵关系模糊蕴涵关系1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 10.2 0.4 0.6 0.8 10.2 0.4 0.6 0.8 0.8 0.2 0.4 0.6 0.6 0.60.2 0.4 0.4 0.4 0.4

16、0.2 0.2 0.2 0.2 0.2TTABA BABR例题（三）在在A下的模糊结果下的模糊结果属于属于“高电压高电压”模糊集。模糊集。0.2 0.4 0.6 0.8 10.2 0.4 0.6 0.8 0.81 0.64 0.36 0.16 0.04 0.2 0.4 0.6 0.6 0.60.2 0.4 0.6 0.8 10.2 0.4 0.4 0.4 0.40.2 0.2 0.2 0.2 0.2BAR例题（三）模糊控制（三）+-reuy模 糊 化推 理 机清 晰 化知 识 库D/A执 行机 构被 控对 象A/D测 量变 送模 糊 控 制 器模糊控制（四）清晰化接口经常采用下面三种方法清晰化

17、接口经常采用下面三种方法(1)(1)选择隶属度大的原则选择隶属度大的原则 (2)(2)加权平均原则加权平均原则 (3)(3)中位数判决中位数判决 *()max()uuuUCC*()()CiiiCiiuuuu组态软件v 组态软件的组成v 组态软件的特点DCS控制系统FCS控制系统v FFv PROFIBUS-FMS/PA/DPv CANBUSv LONWORKSv HARTv MODBUSv EPA计算机控制系统的可靠性（一）v 模拟地 系统中的传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。由于模拟信号往往有精度要求，有时信号比较小，且直接与生产现场相连，必须认真对待。v 数字

18、地 计算机中各种数字电路的零电位，为避免对模拟信号造成数字脉冲的干扰，数字地应与模拟地分开。v 安全地 又称为保护地或机壳地，其目的是让设备机壳（包括机架、外壳、屏蔽罩等）与大地等电位，以免因机壳带电而影响人身及设备安全。v 系统地 上述几类地的最终回流点，直接与大地相连。由于地球是体积非常大的导体，其静电容量也非常大，电位比较恒定，所以人们将它的电位作为基准电位，即零电位。v 交流地 计算机交流供电电源地，即动力线地，其地电位很不稳定。在交流地上任意两点之间很容易有几伏至几十伏的电位差存在，会带来各种干扰。因此交流地绝对不允许与上述几类地相连，并且交流电源变压器的绝缘性能要好，以绝对避免漏电

19、现象。计算机控制系统的可靠性（二）v 根据接地理论，低频电路（频率小于1MHz）应单点接地，高频电路（频率大于10MHz）应就近多点接地。介于低频与高频之间时，单点接地的地线长度不得超过波长的1/12，否则应采用多点接地。单点接地的目的是避免形成地环路，地环路产生的电流会引入到信号回路内形成干扰。a）b）图9-9 微处理器监控电路MAXl232a）引脚图 b）内部结构控制系统CPU可靠性v 输入数字量的软件抗干扰技术 v 输出数字量的软件抗干扰技术 v 指令冗余技术 v 软件陷阱技术 控制系统软件可靠性v 计算机控制系统的冗余技术可以分为多重化自动备用和简易的手动备用两种方式。v 多重化自动备用就是对设备或部件进行双重化或三重化设置，万一发生故障时，备用设备或部件自动从备用状态切入到运行状态。又分为同步运转方式、待机运转方式、后退运转方式三种。控制系统的冗余设计