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哈尔滨工业大学(威海) 计算机控制 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院 序 内容提要 课程的目的与任务 课程主要的参考文献 课程的主要内容 课程的考试权重 2. 课程的目的与任务 计算机控制是测控技术与仪器专业的一门重要的专业课,也是该专业的主干必修课。 它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论相结合,并应用于工业生产过程。 本课程的目的在是使学生了解和掌握以计算机为核心的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。 2. 课程的目的与任务 与本课程相关的课程有: 自动控制原理 现代控制理论 过程控制理论 微机原理及其应用等 3. 课程主要的参考文献 选用教材 (可不买): 《计算机控制系统》,康波,李云霞编著,电子工业出版社 《计算机控制理论与应用》,李铁桥等,哈工大出版社 主要参考书: 《计算机控制系统》,何克忠等,清华大学出版社 《计算机控制理论及应用》,孙增圻等,清华大学出版社 《微型计算机控制技术(第3版)》,谢剑英等,国防工业出版社 《单片机原理及应用》,孙俊逸等,清华大学出版社 4. 课程的主要内容 基本概念 信号分析 数学模型 分析方法 开环数字控制 模拟化设计 离散化设计 状态空间设计 基于MATLAB的计算机控制系统仿真 5. 课程的考试权重 平时成绩:20分 上课点名课堂作业 10分 实验成绩:10分 期末考试:80分 第一章 计算机控制系统概述 内容提要 计算机控制系统的概念 计算机控制系统的特点 计算机控制系统的类型 1. 计算机控制系统的概念 计算机控制系统(Computer Control System,简称CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系,以获得一定控制目的而构成的系统。 计算机控制系统由计算机本体(包括硬件、软件和网络结构)和受控对象两大部分组成。 1. 计算机控制系统的概念 典型的计算机控制系统的组成: 工控机 生产过程 1. 计算机控制系统的概念 控制器:微处理器,单片机,DSP。 被控对象:如温度、流量、距离、加速度、角加速度等。 测量元件:它是影响控制系统精度的重要因素之一。测量各种参数的传感器,如:温度传感器、流量计、测距仪,加速度计,陀螺仪等。 1. 计算机控制系统的概念 执行机构:执行机构的选择一方面要与控制算法匹配,另一方面要根据被控对象的实际情况决定。常用的执行机构有: 电动执行机构:是计算机控制系统的主要执行机构,专门用来把输入的直流信号转化为相应的角位移或线位移。 气动调节阀:将直流信号转化为标准气压信号来驱动调节阀。 液压机构:将直流信号转化为油液的压力,并转换为机械能,驱动直流负载直线或回转运动。 1. 计算机控制系统的概念 计算机控制系统在结构上分为开环系统和闭环系统。 开环:结构简单,性能较差 闭环:需要控制对象的反馈信号 1. 计算机控制系统的概念 计算机控制系统的几个常用术语: 在线 离线 实时 :计算机的输入、输出和计算都在规定时间内完成。 在线和实时的关系: 在线不一定实时; 实时一定在线; 举例:智能移动机器人平台 电源系统 单板机及其外部设备 DSP控制器 云台控制电机 移动平台本体 本体驱动电机 视觉 系统 无线通讯 超声、红外等传感器 举例:移动机器人运动控制系统 TI DSP 2407 上 位 机 其它外围 接口 多 路 伺 服 电 机 PWM A/D QEP 功率 驱动 编码器接口 电流 采样 CPLD 编码器 接口 外部逻辑接口 2. 计算机控制系统的特点 主要优点: 由于计算机具有速度快、精度高、运算能力强、可编程等特点,因此可以实现复杂的控制规律,而且方便修改。 适应性强,可靠性高。 具有良好的性价比。 2. 计算机控制系统的特点 主要缺点: 离散化带来的误差 噪声带来的干扰 实时性问题 3. 计算机控制系统的类型 数据采集系统(DAS: Data Acquisition System) 计算机不参与控制 举例:基于Zigbee的无线姿态检测系统 3. 计算机控制系统的类型 3. 计算机控制系统的类型 直接数字控制系统(DDC:Direct Digital Control) 计算机参与闭环控制,参数既定,精度取决于模型 举例:移动机器人运动控制系统 计算机闭环控制系统。可完全取代模拟调节器,实现多回路的PID控制,而且只要改变程序就可以实现复杂的控制规律。 3. 计算机控制系统的类型 监督控制系统(SCC:Supervisory Computer Control) 计算机参与控制,参数根据采集结果进行优化,并给出最佳值 其作用是改变给定值,又称设定值控制 。它的任务着重在控制规律的修正与实现,如最优控制、自适应控制等。 3. 计算机控制系统的类
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