计算机控制第1-2章资料.ppt

2．2 线性离散系统的数学描述方法 1. 差分方程 ——线性离散系统的差分方程 图6 连续系统和离散系统 （a）连续系统 （b）离散系统 2 . 差分方程的求解 例1 已知一个数字系统的差分方程为 输入信号 初始条件 ，试求解差分方程。 ，代入差分方程，得 解：令： 2．3 线性离散系统的Z变换分析法 1 . Z变换 对上式取拉氏变换： 令： 则： （1）只有采样函数 才能定义Z变换； 注意： （2）比较下面两式 中， 决定幅值， 决定时间。 （3）Z变换是由采样函数决 定的，它反映不了非采样时 刻的信息。 图7 采样值相同连续函数不同 例2 求单位阶跃函数的Z变换。 解： ，由Z变换定义有 将上式两端同时乘以 ,有 直接法 Z变换的求取 ① ② ①式减②式 则： 例3 已知 ，求F（z）。 解: 部分分式法 已知，具有N个不同的极点，有 个重极点（ =1，为单极点），则 ，求 。 例4 已知 解: ， 留数法 若 , 2. Z反变换 长除法 例5 用长除法求函数 的Z反变换。 解： 部分分式法 例6 用部分分式法求 的Z反变换。 解： （查表2—1 ） * 第1章 计算机控制系统概述 计算机控制系统是计算机技术与自动控制理论、自动化技术以及检测与传感技术、通信与网络技术紧密结合的产物。利用计算机快速强大的数值计算、逻辑判断等信息加工能力，计算机控制系统可以实现常规控制以外更复杂、更全面的控制方案。计算机为现代控制理论的应用提供了有力的工具。 本章主要介绍计算机控制系统的基本概念、结构组成、特点、分类以及计算机控制系统的发展概况和趋势。 本章主要内容： 1．1 计算机控制系统的基本概念 计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。 自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。 图1 计算机控制系统基本结构 1．2 计算机控制系统的组成和特点 计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。 硬件组成：主要由计算机系统（包括主机和外部设备）和过程输入输出通道、被控对象、执行器、检测变送环节等组成。 软件组成：系统软件和应用软件。 在计算机控制系统中，硬件和软件不是独立存在的，在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调，只有这样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。 图2 计算机控制系统的组成框图 计算机控制系统的特点 在计算机控制系统中，被控制量通常是模拟量，而计算机本身的输入输出量都是数字量。因此，计算机控制系统大都具有数字—模拟混合式的结构。 模拟信号——时间上和幅值上都连续的信号。 离散模拟信号——时间上离散幅值上连续的信号。 数字信号——时间上离散，幅值也离散的信号。 采样——将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。 量化——采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转 换成数字信号。 图3 计算机控制系统中信号变换与传递 1．3 计算机控制系统的典型形式 1. 数据采集和监视系统 图4 数据采集和监视系统 优点：结构简单，控制灵活和安全。 缺点:要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。 2. 直接数字控制系统 图5 直接数字控制系统框图 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．监督控制系统 图6 监督控制系统的两种结构形式 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。 4. 分散型控制系统 采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计原则与网络化的控制结构，形成分级分布式控制。 图7 DCS结构示意图 5. 现场总线控制系统 图8 FCS控制层 结构模式为：“工作站一现场总线智能仪表”二层结构，完成了DCS中的三层结构功能，降低了成本，提高了可靠性，并且在统一国际标准下可实