控制技术电子教案（第1章）ppt培训课件

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1、东南大学计算机学院计算机控制技术主讲教师：徐造林1、本课程的地位计算机控制技术是计算机科学与技术专业的一门专业课程，是突出计算机应用的一门课程。前言计算机控制技术主要研究如何将计算机技术、自动控制理论、电子技术应用于工业生产过程。本课程以IBMPC系列微型计算机为控制主机。本课程作为计算机专业的“计算机组成原理—微型机原理及接口技术—计算机控制技术”系列课程的一个应用环节。它的先修课程是数字电路、汇编语言、微型机原理及接口技术、单片机与嵌入式系统、等。2、本课程知识范围及与相关课程的关系本课程根据计算

2、机专业特点，将自动控制原理与计算机技术相结合。自动控制系统基本概念—自动控制系统的工作原理，计算机控制系统组成、分类、特点和发展趋势。3、本课程主要内容自动控制系统分析基础—控制系统的数学模型、传递函数。连续控制系统的分析与设计—控制系统的性能指标、时域分析法、频率响应分析法等。数据采集系统设计—模拟量输入输出通道、数字量输入输出通道、数据处理与滤波。数字程序控制系统—可编程控制器、逐点比较法插补原理，步进电机控制技术。数字控制器的模拟化设计（PID控制系统）—介绍比例、积分、微分三大基本的控制规律及

3、算法。离散控制系统—Z变换、离散系统性能分析、数字控制器直接设计、数字控制器算法实现。计算机控制系统设计与实现—系统的设计原则、硬件软件设计与实现、抗干扰和工程实例。第1章自动控制系统的基本概念1.1自动控制系统概述◆自动控制技术的发展经典控制理论阶段：20世纪40~50年代，采用传递函数进行数学描述、以根轨迹法和频率特性法作为分析和综合系统的基本方法。将复杂的生产过程人为地分解为若干个简单过程。如单输入单输出的控制系统，其控制目标为保持生产的平稳和安全。图1-1蒸汽加热器带控制点的工艺流程图热流体冷流

4、体冷凝水蒸汽现代控制理论阶段：20世纪50年代末~60年代，为适应航天航空技术的发展需要，以状态空间分析方法为基础。包括：以最小二乘法为基础的系统辨识；以极大值原理和动态规划为主要方法的最优控制；以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计；以实现从外部现象深入到揭示系统内在规律，从局部简单控制到全局最优控制，从单、闭环系统扩展到自适应环、自学习环。计算机技术用于自动控制理论领域：20世纪70年~，采用工业控制计算机，具有精度高、速度快、存储量大等特点，能实现高级复杂的控制算法。计算机技术控制理论的形成：大系统

5、理论和智能控制理论的形成，可考虑多因素应用系统，建立数学模型，以满足闭环最优控制控制的需要。计算机技术控制系统可用冗余技术、软硬件自诊断，多参数多回路控制，提高稳定性和可靠性。◆计算机过程控制系统的任务和要求▼计算机过程控制的六大参数：温度压力流量液位（或物位）成分物性参数▼系统要求：稳定性（抑制震荡的能力）、快速性、精确性、安全性、经济性。◆自动控制系统的工作原理▼速度控制系统图1-2带偏差控制作用的速度控制系统测速发电机加法器功率放大器直流电动机工作机械测速发电机干扰转矩n图1-3带偏差控制作用

6、的速度控制系统原理图图1-4自动控制系统的基本组成放大元件执行机构控制对象反馈控制装置检测装置控制器给定值（参考输入）偏差（误差）控制装置被控量（输出）干扰◆自动控制系统的的几个术语：被控对象和过程：需要实现控制的设备，机器和生产过程，如蒸汽加热器。被控变量：被控对象内要求与给定数值保持一致（接近恒定值或按预定规律变化）的物理量，如蒸汽加热器热流体出口温度。操纵变量：受到控制装置（如调节器）操纵，用以使被控变量保持在给定值的物料量或能量，如加热蒸汽。扰动（干扰）：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量

7、变化的因素，如蒸汽加热器出口热流体温度受冷流体流量的变化的影响。给定值：被控变量的预定值。偏差：在理论上应该是被控变量的给定值与实际值之差，通常把给定值与测量值之差作为偏差。▼偏差产生的原因扰动的出现，此时操纵变量必须随着作相应变化，如冷流体的流量增加，应加大蒸汽流量。给定值的变化，此时操纵变量也必须随着作相应变化，如要求提高蒸汽加热器的出口温度。累计误差的存在，很难长期保持平稳，如蒸汽加热器的进出口流量的累计误差。设定值控制装置控制装置蒸汽蒸汽图1-5开环控制系统的基本结构（a）按设定值热控制的开环系

8、统（b）按扰动热控制的开环系统▼开环控制系统◆自动控制系统的类型图1-7闭环控制系统的基本结构▼闭环（反馈）控制系统蒸汽图1-6用给定值操作的开环控制系统控制器执行结构被控对象被控量给定值闭环控制系统类型1）定值控制系统：给定值恒定不变，任务是克服扰动对被控对象的影响。2）随动控制系统：给定值是事先未知的时间函数，任务是使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪给定值的变化，而