第1章计算机控制技术刘国光.ppt

刘国光 主讲 黄石理工学院机电工程学院 计算机控制技术 课程性质及教学目的 计算机控制技术是从事自动化、控制系统工程、计算机应用技术人员应该掌握的一门新型技术，是分析、研究、设计控制系统的强有力工具，是自动控制、计算机及其相关专业的一门重要专业应用技术课程。 本课程教学的基本任务是使学生了解自动控制及计算机控制工作原理，并掌握运用MATLAB对自动控制系统进行初步分析和设计方法，培养学生具有完成简单计算机控制系统构成、实时软件编制以及系统调试维护的基本知识和能力，为毕业后参与计算机控制系统开发、调试和维护打下初步基础。 教学基本要求 1、掌握自动控制、计算机控制系统的构成原理和系统的时域、频域的基本特性。并了解MATLAB控制工具箱的使用方法。 2、理解自动控制、计算机控制系统的基本分析方法及改善系统性能的主要途径。 重点是数字控制器的模拟化设计和直接设计。 3、掌握计算机控制系统实现中主要问题的基本处理方法（例如，系统硬件配置，实时软件开发，系统调试及抗干扰等）。 4、对计算机控制系统的发展趋势及所介绍的现代控制技术有所了解。 本课程与《自动控制原理》的关系 前者以后者为基础，因此，首先运用MATLAB回顾前者的主要内容和结论。 后者是连续控制（或模拟量控制），数学工具是拉氏变换；前者是离散控制（或数字量控制），数学工具是Z变换。 后者以理论分析为主；前者以实践为主，即如何用计算机系统实现控制目标。 授课安排（*为重点） 第1章绪论（2学时） 第2章、第3章、第4章合为一章，用MATLAB软件分析和设计连续控制系统。(8学时/含实验2) 第4章数据采集系统设计，用MCS51实现。（4学时） 第5 章不讲。 *第6章数字控制器的模拟化设计（8学时/含实验2 ） *第7章离散控制系统设计（6学时） *第8章微型机控制系统的设计（6学时） 第一章 自动控制系统的基本概念 自动控制系统的基本概念 自动控制系统的基本概念 计算机控制系统的一般构成1.2 计算机控制系统的一般构成 计算机控制系统的发展1.3 计算机控制系统的发展 1、速度控制系统 以实现车床主轴变速的直流电动机转速控制系统为例。 1.1、自动控制系统的基本原理 2、随动系统 随动控制系统的任务是保证输出轴始终紧紧跟踪输入轴变化。 1.1.1、自控系统的工作原理 直流电动机转速控制系统 （开环） 带偏差控制作用的速度控制系统（闭环） 随动控制系统 自动控制系统是由控制装置和被控对象(或被控过程)两大部分组成的。对被控对象(或被控过程)产生控制调节作用的设备或装置称为控制装置。 自动控制系统的典型结构 一般的控制装置包括如下环节： ①检测装置。检测装置的任务是对系统被控量进行检测，并把它转换成与参考输入相同的物理量后，送入比较环节。前述系统中的测速发电机和测量电位计等就是检测反馈元件。 ②比较器。比较器的作用是将检测反馈装置送来的信号与参考输入进行比较，得出两者偏差(误差)信号。比较器往往是由综合电路或检测装置兼而完成的，一般用符号表示；“-”表示输入信号与反馈信号相减，即负反馈；“+”表示正反馈。 ③放大元件。放大元件的作用是将比较环节输出的微弱信号进行放大。前述系统中的电压放大器和功率放大器等都是放大元件。 ④执行机构。执行机构将放大元件的输出信号转变成机械运动，从而对受控对象施加控制调节作用。前述系统中的电机就是执行机构。 ⑤校正装置。校正装置(或称控制器、调节器)是对偏差信号进行比例、积分、微分等运算的元件，参数或结构便于调整，用于改善系统性能。 ⑥被控对象。被控对象是指接受控制的设备(或过程)，如前述系统中的工作机械等。 几个基本概念： 自动控制系统是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对受控对象进行控制操纵，使被控量按照参考输入保持常值或者跟随参考输入的变化规律而变化的。 被控量：指系统的输出，它是受控对象中被控制的一个物理量，如速度控制系统中工作机械的速度、随动系统中的转角等。 参考输入：又称给定值，它是对系统进行控制的给定输入，如速度控制系统中的给定电压ug、随动系统中的角度θr等。 干扰：指除参考输入和反馈信号以外的对系统被控量产生影响的其他因素。干扰可能来自系统的内部或外部。来自系统外部的干扰，是环境对系统的一种作用，所以它也是系统的一种输入。 偏差：又称为误差信号，就是比较环节的输出，即被控量经过检测反馈环节之后与给定参考输入量进行比较所得的差值。 按参考输入信号分： 恒值控制系统与随动控制系统 　自动控制系统的分类 按控制原理分： 开环控制系统与闭环控制系统 按系统数学性质分：