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计算机控制系统第1章 计算机控制导论  本章主要内容 1.1 计算机控制系统的工作原理和系统组成 1.2 计算机控制系统结构、信号及控制方式的特点 1.3 计算机控制系统的优点 1.4 计算机控制系统发展、应用与分类状况 1.5 计算机控制理论与设计中的一些问题 1.6 计算机控制系统、采样系统及离散系统的概念 本章小结 1.1计算机控制系统的工作原理和系统组成 本节主要内容 1.1.1 计算机控制系统基本工作原理 1.1.2 计算机控制系统基本组成 1.1.1 计算机控制系统基本工作原理 实例 典型模拟式雷达天线指向位置跟踪系统 1.1.1 计算机控制系统基本工作原理 精确跟踪目标的运动，必须保证天线准确的定向。 天线指向控制系统可分为俯仰与方位两个独立控制系统。 系统除了采用速度反馈外，控制器还采用了滞后-超前等串联校正网络，该校正网络利用常规的有源模拟运算放大器实现。 为了使系统有优良的动态及静态特性，系统的校正网络及工作状态的改变将非常复杂，采用模拟式部件实现将是很困难的。 1.1.1 计算机控制系统基本工作原理 计算机控制系统 计算机实现了原控制系统中控制器及指令生成装置的作用。 1.1.1 计算机控制系统基本工作原理 计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。 计算机系统主要包括： ．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机； ．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件； ．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。 1.1.1 计算机控制系统基本工作原理 计算机控制系统的控制过程可以归结为： ．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入； ．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令； ． 实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。 “实时”，是指信号的采集、处理及指令输出整个运行过程必须在一定的时间内完成，如超过一定的时间就失去了控制时机，控制就失去了意义。 所需时间将依具体系统特性确定。 1.1.2 计算机控制系统基本组成 计算机控制系统的典型原理结构 1. 计算机控制系统的硬件组成 计算机主机：计算机控制系统的核心 ----中央处理器（CPU） ----RAM、ROM等存储器、定时器 ----接口适配器，显示、打印、操纵台等 1.1.2 计算机控制系统基本组成 1.1.2 计算机控制系统基本组成 过程通道： ---模／数（A/D）转换器 ---数／模（D/A）转换器 ---传感器 ---信号调理电路 功能：传感器将非电量的物理量变换成电 量，该电量并不一定适合A/D直接采样转换，常需通过放大、滤波等措施后，才能送入A/D转换器。 ---数字量输入通道或数字量输出通道。 1.1.2 计算机控制系统基本组成 2 计算机控制系统的软件 软件是计算机工作程序的总称，实现信息采集、处理及输出功能的各种程序的集合。 ---系统软件：计算机的通用软件。 ---应用软件：系统软件支持下实现各种应用功 能的专用程序。 包括：控制算法程序、输入输出接口程序、监控程序及信息管理程序。 通常，应用软件由控制系统设计人员根据所选用的硬件及软件环境和系统要求开发编写。 在构成系统硬件及软件时，要充分保证系统运行的实时性及可靠性。 1.2 CCS结构、信号及控制方式的特点 1. 计算机控制系统是混合信号系统，具有多种信号形式： 计算机是一个数字式离散处理器 。 被控对象及执行部件、测量部件是连续模拟式的 模拟与数字部件组成的混合系统。 A/D转换器通常包含下述三种形式的变换： ---模拟信号采样：按一定时间间隔对连续信号采样，将其变成时间上是断续的离散信号； ---信号幅值的整量化：将采样信号幅值按有限字长的最小量化单位分层取整，变成幅值为离散的信号； ---数字编码 ：将已整量化的分层信号变换为等值的二进制数码信号，即数字信号。 1.2 CCS结构、信号及控制方式的特点 D/A变换器通常包