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网络控制系统2章

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计算机控制系统 第2章(第3次课 最少拍)

计算机控制系统 第2章(第3次课 最少拍)
2 1 1 T z (1 z ) 2 2 1 2 2 3 2 4 2 5 (2 z z ) T z 3.5 T z 7 T z 11.5 T z 1 3 2(1 z )
各个采样时刻的输出序列为：
y(0) 0, y(T ) 0, y(2T ) T 2 , y(3T ) 3.5T 2 , y(4T ) 7T 2 ,
2.3.2 最少拍(dead-beat)控制系统设计
需求与问题
• 经历最少的采样周期（最短的时间 ），使输出达到参考值。
解决的基本思路
• 使E(z)有限项（以z-1多次幂的多项式为有限项）， 且项数越少越好。 • D(z)满足物理可实现性 • 闭环系统稳定性
2.3.2 最少拍控制系统设计
最少拍（有限拍）控制是一种时间最优控制方式。 设计目标：设计一个数字控制器D(z)，使系统在 典型输入信号r(t)作用下，经过最少的采样周期， 消除输出和输入之间的偏差，达到平衡。通常 把一个采样周期称为一拍。 设计准则：1）单位阶跃输入
1 z
各采样时刻输出序列为：
2 z 1 z 2 z 3 z 4
y(0) 0, y(T ) 2, y(2T ) 1, y(3T ) 1,
系统的输出响应曲线如图2-16(a)所示。
（2）单位加速度输入
Y ( z) Gc ( z) R( z )
而输入序列 y(0) 0, y(T ) 0.5T 2 , y(2T ) 2T 2 , y(3T ) 4.5T 2 , y(4T ) 8T 2 , 系统的输入和输出响应曲线如图2-16(b)所示。
最少拍控制器中的最少拍是针对某一典型输入设计的， 对于其它典型输入则不一定为最少拍，甚至引起大的超调 和静差。

第二章网络体系结构与协议全解

第二章网络体系结构与协议全解

1、网络层的主要功能 路径选择：指通信子网中，源节点和中间节 点为将报文分组传送到目的节点而对后继节 点的选择。 流量控制：对进入通信子网的数据量加以控 制，以防止拥塞现象的出现。 数据的传输与中继 清除子网的质量差异

2、网络服务 （1）虚电路服务：面向连接的网络服务， 是网络层向传输层提供的一种使所以分 组按顺序到达目的端系统的可靠的数据 传送方式。
2、网络互联层 其主要功能是负责在互联网上传输数据分组， 它是TCP/IP参考模型中最重要一层，它是通 信的枢纽。 在该层，主要定义了网络互联协议，即IP协 议及数据分组的格式。本层还定义了地址解 析协议ARP，反向地址解析协议RARP及网 际控制报文协议ICMP

3、传输层 也被称为主机至主机层，它主要负责端到端 的对等实体之间进行通信。 该层使用了两种协议支持数据的传输，它们 是TCP协议和UDP协议。 TCP协议是可靠的、面向连接的协议。 UDP协议是不可靠的、无连接协议
OSI参考模型将网络的不同功能划分为7层
7 6
应用层Application
表示层Presentation 会话层session 传输层transport 网络层Network 数据链路层Data Link 物理层Physical
处理网络应用
Байду номын сангаас
数据表示
主机间通信 端到端的连接
5
4 3
寻址和最短路径
介质访问（接入） 二进制传输
2.1.2分层设计
为什么要分层

协议分层与问题简化
硬件故障 网络拥塞
“分而治之” 每一层的目的都是向它的上一层提 供一定的服务而把如何实现这一服 务的细节对上层加以屏蔽。

信号系统控制理论第2章 对系统的基本认识

信号系统控制理论第2章 对系统的基本认识

第 2 章 对系统的基本认识
• 图2.2-2 a. 所示系统只有单个输入和单个输出信号，称为 单输入单输出系统（SISO）。 • 图2.2-2 b. 所示系统含有多个输入和多个输出信号，则称 为多输入多输出系统（MIMO）
f 1 ( t) f ( t) 单入 单出 系 统
a.
y 1 ( t)
M
多入 多出 系 统
f (⋅) → y f (⋅)
f (t − t d ) → y f (t − t d )
f (k − k d ) → y f (k − k d )
系统的这种性质称为时不变特性。
第 2 章 对系统的基本认识 3 ） 因果性 一个系统，如果激励在 t < t0 (或 k<k0 ) 时为零，相应的零状 态响应在 t<t0 (或 k<k0 ) 时也恒为零，就称该系统具有因果性 因果性， 因果性 并称这样的系统为因果系统 因果系统；否则，为非因果系统 非因果系统。 因果系统 非因果系统 在因果系统中，原因决定结果，结果不会出现在原因作用 之前。 因此，系统在任一时刻的响应只与该时刻以及该时刻以 前的激励有关，而与该时刻以后的激励无关。 所谓激励可以是 当前输入，也可以是历史输入或等效的初始状态。由于因果系 统没有预测未来输入的能力，因而也常称为不可预测系统 不可预测系统。 不可预测系统
扰动量 给定量 控制器 被控对象 被控量
图2.2-3 一种开环控制系统的方框图
第 2 章 对系统的基本认识
• 如果系统不仅具有输入对输出的正向控制作用，而且还有输出对输 入的反向影响过程，则称这种系统为闭环控制系统。图2.2-4就是一 种闭环控制系统的方框图。
扰动量 给 定 量 比较计算 放大 执行 被控对象 被 控 量

第二章控制系统的数学模型.

第二章控制系统的数学模型.

2.2.1传递函数的定义和性质
⑴ 定义 线性定常系统的传递函数,定义为初始条件为零时,输出 量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比,记为G(S),即:
C ( s) G( s) R( s)
(2-4)
注：所有初始条件为零，指的是原系统处于静止状态. 设线性定常系统的n阶线性常微分方程为
dn d n 1 d a0 n c(t ) a1 n 1 c(t ) an 1 c(t ) an c(t ) dt dt dt dm d m1 d b0 m r (t ) b1 m 1 r (t ) bm1 r (t ) bm r (t ) dt dt dt
F(t)
K
F(t) F2(t)
m
f
m
x(t)
F1(t) b)
x(t)
根据牛顿第二运动定律有：
d 2 x (t ) F (t ) F1 (t ) F2 (t ) m dt2
a)
图2-2 机械位移系统
（2-2） 7
式中:
F1 (t ) ——阻尼器阻力。其大小与运动速度成正比，方向 与运动方向相反，阻尼系数为f，即： dx (t ) F1 (t ) f dt F2 (t ) ——弹簧力。设为线性弹簧，根据虎克定律有：
F2 (t ) Kx(t )
K——弹簧刚度 联立以上三式并整理得：
d 2 x (t ) dx(t ) m f Kx (t ) F (t ) 2 dt dt
（2-3） 8
综上所述,列写元件微分方程的步骤可归纳如下: ① 根据元件的工作原理及其在控制系统中的作用,确定其 输入量和输出量; ② 分析元件工作中所遵循的物理规律或化学规律,列写相 应的微分方程; ③ 消去中间变量,得到输出量与输入量之间关系的微分方 程,便是元件时域的数学模型. 9

自动控制原理第2章(2)

自动控制原理第2章(2)

(3) 按信号流向将各框图连起来
Ur(s) + _ I1(s) 1/R1
Uc(s)
华中科技大学文华学院机电学部 自动控制理论
控制系统的结构图与信号流图
方框图等效变换 基本连接方式：串联、并联、反馈 基本连接方式：串联、并联、
1.串联方框的等效变换 1.串联方框的等效变换
R(s) C(s) G1(s) G2(s) R(s) C(s) G1(s) G2(s)
华中科技大学文华学院机电学部 自动控制理论
控制系统的结构图与信号流图
例3 试化简如下系统结构图，并求传递函数C(s)/R(s) 试化简如下系统结构图，并求传递函数C(s)/R(s)
H2(s) R(s)
_ _
G1(s)
G2(s)
_
G3(s) H3(s)
G4(s)
C(s)
H1(s)
解：①将G3(s)输出端的分支点后移得： (s)输出端的分支点后移得： 输出端的分支点后移得
x1 = xr gxc x2 = ax1 fx4 x3 = bx2 exc x4 = cx3 xc = dx4
xr x1
a x2 b -f
x3 c
-g
x4 d
-e
xc
华中科技大学文华学院机电学部 自动控制理论
控制系统的结构图与信号流图
2、由系统结构图绘制信号流图 在结构图的信号线上用小圆圈标志出传递的信号， ①在结构图的信号线上用小圆圈标志出传递的信号，得到节点 用标有传递函数的线段代替结构图中的方框， ②用标有传递函数的线段代替结构图中的方框，得到支路
G(s) H(s)
R(s)
C(s) G(s) 1m G(s)H(s)
化简一般方法：移动分支点或相加点 化简一般方法： 交换相加点 合并

现代控制系统课件第2章

现代控制系统课件第2章

2021/1/4
5
2.2 矩阵指数函数——状态转移矩阵 2.2.1 状态转移矩阵
齐次微分方程的自由解为： x(t) eAt x0
或
x(t) e A(tt0 ) x0
从这个解的表达式可知，初始时刻的状态矢量x0， 到任意t>0或t>t0时刻的状态矢量x(t)的一种矢量变换 关系，变换矩阵就是矩阵指数函数 eAt 。
2021/1/4
27
例
x1 x2
0 2
1 3
x1 x2
0 1u
求 u(t) 为单位阶跃函数时,系统状态方程的解 (设
初始状态为零).
解:
(t)
e At
2et 2et
e2t 2e2t
et e2t
et
2e2t
x(t) e At x(0) 0te A(t ) Bu( )d
0 1
例:已知 A 2 3 ，求eAt
解： s 1
sI A 2 s 3
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(sI A) 1
1 sI A
adj (sI
A)
(s
1 1)(s
2)
s 3
2
1 s
s3
(
s
1)( s 2
2)
(s 1)( s 2)
1
(s
1)( s s
2)
(s 1)( s 2)
x(t) eAt x0 , t 0
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证明： 和标量微分方程求解类似，先假设式齐次状 态方程的解x(t)为t的矢量幂级数形式，即:
x(t) 0 1t 2t 2 iti
**
代入齐次状态方程中, 得
1 22t iit i1

第二章_控制系统的数学模型

+
R
a
La
Ea
+
if -
i a (t ) U a (t )
m Mm
Jm fm
MC
dia ( t ) R a i a (t) E a dt E a C e m ( t ) u a La M m (t) M c (t) J m M m (t) C mi a (t) dm ( t ) f m m ( t ) dt
2.2 控制系统的复数域数学模型
1、传递函数的定义
在零初始条件下，线性定常系统输出量的拉普拉斯变 换与输入量的拉普拉斯变换之比，定义为线性定常系统 的传递函数。 即，
传递函数与输入、输出之间的关系，可用结构图表示:
若已知线性定常系统的微分方程为 dnc(t ) dn 1c(t ) dc(t ) a0 a1 a n 1 anc(t ) n n 1 dt dt dt m m 1 d r(t ) d r(t ) dr (t ) b0 b1 b m 1 b mr(t ) m m 1 dt dt dt
设 c(t)和r(t)及其各阶导数初始值均为零，对上 式取拉氏变换，得
(a0s a1s
n m
n 1
an 1s an )C(s)
(b 0s b1s
m 1
bm 1s bm )R(s)
则系统的传递函数为
C(s) b 0sm b1sm 1 bm 1s bm G (s ) R(s) a0sn a1sn 1 an 1s an
L[f (t )] e sF(s)
F ( s ) f ( 1 ) ( 0 ) ( 1 ) L[ f (t )dt ] , f (0) f (t )dt t 0 s s

2第二章 2控制系统的传递函数模型


(S Z
i 1 n j 1
m
i
)
(S P )
j
Zi (i=1,2,…,m) 是分子多项式的根，称为传递函数的零点
pj (j=1,2,…,n) 是分母多项式的根，称为传递函数的极点
K *=b0/a0
称为传递函数的传递系数（根轨迹增益）
传递函数的零极分布图
为了更直观、更形象地 p2 × p1× z1
4、理想微分环节
微分方程 c(t)= Tdr(t)/dt 传递函数 G(s)=Ts 特点： 输出量正比输入量变化的速度，能 预示输入信号的变化趋势。 实例：集成运放的微分运算，测速发电 机输出电压与输入角度间的传递函数即为 微分环节。
5、一阶微分环节（或称比例微分环节）
微分方程 c(t)= Tdr(t)/dt + r(t) 传递函数 G(s)=Ts+1 特点： 输出量既包含与输入量成正比的量， 又包含输入信号的变化趋势。 实例：集成运放的比例微分运算等。
0 1 n 1 n
G( s)

例1、试求RC无源网络的传递函数
uo(s)/u (s)
i
解答：
RC网络的微分 方程表示为
Ui
R1
R2
i (t ) C 1
C2
Uo
d 2 uo ( t ) duo ( t ) R1 R2 C 1C 2 ( R1C 1 R1C 2 R2 C 2 ) 2 dt dt uo ( t ) ui ( t )
主要内容：
第一讲、 时域数学模型
第二讲、 复域数学模型 第三讲、 方框图与信号流图
本章要求：
一、了解控制系统数学模型的建立方法及数学 模型的表示形式。 二、掌握控制系统时域、复域数学模型的建立

精品文档-物联网控制基础(王志良)-第2章


第 2 章 现场总线技术
3
现场总线的国际标准从1984年开始就着手制定， 经过 各方的共同努力和协商妥协， 包含八种现场总线协议的 IEC61158国际标准终于在1999年底正式通过。 2003年， 由 IEC/5C6SC/MT9小组负责修订的现场总线标准第3版（IEC61158 ED.3）正式成为国际标准， 在新版本标准中规定了十种类型的 现场总线。 随着相关标准的不断完善， 现场总线技术越来越广 泛的应用于过程自动化、 制造自动 化、 楼宇自动化等领域的现场智能设备互联通信网络。
第 2 章 现场总线技术
5
纵观控制系统的发展历史， 我们不难发现每一代新控制系 统的推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案， 最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地 位。 现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外， 它们将在 物联网这个前沿的感知控制系统网络中渐渐崭露头角。
第 2 章 现场总线技术
17
FCS一方面突破了DCS系统采用专用通信网络的局限， 采用 了基于公开化、 标准化的解决方案， 克服了封闭系统所造成的 缺陷； 另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构变成 了新型的全分布式结构。 与传统的控制系统相比， 它具有体系 结构开放、 系统集成灵活方便、 硬件智能化、 传输数字化、 控制计算高品质化的特点。 可以说， 开放性、 分散性与数字 通信是现场总线系统最显著的特征。
第 2 章 现场总线技术
23
在现场总线控制系统中， 由于使用了高度智能化的现场设 备和通信技术， 在一条电缆上就能实现所有网络中信号的传递， 系统设计完成、 施工完成后， 去掉或添加现场设备也轻而易举。 所以现场总线控制系统结构的彻底改变使得整个系统具有了高度 的灵活性， 更方便于应用在物联网的系统环境中， 图2-3为智 能家居系统中的总线控制结构。

2019-2020华工网络自动控制原理随堂练习答案

第一章绪论问题解析：5.(单选题)答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：A问题解析：6.(单选题)答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：D问题解析：7.(单选题)答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：A问题解析：8.(单选题)答题： A. B. C. D. （已提交）10.(单选题)答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：C第三章自动控制系统的时域分析1.(单选题) 1．描述系统静态性能的指标有（）A．延迟时间td B．调节时间ts C．最大超调量 D．稳态误差ess答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：D问题解析：问题解析：4.(单选题) 4．某二阶系统特征方程的根为，则其工作在（）。

A 无阻尼B 欠阻尼C 临界阻尼D 过阻尼答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：A问题解析：5.(单选题) 5. 已知二阶系统的传递函数是，则该系统属于( )。

A．无阻尼系统B．欠阻尼系统C．临界阻尼系统D．过阻尼系统答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析：6.(单选题) 6．右图各曲线对应二阶系统不同阻尼情况下单7.(单选题) 7．已知系统的开环传递函数为，则其型别为（）。

A．I型B．II型C．III型D．0型答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析：8.(单选题) 8、系统的开环传递函数为，该系统的开环放大系数为( )A．50 B．25 C．10 D．5答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：C问题解析：9.(单选题) 9、系统开环传递函数为，其位置静态误差系数为（）。

A. 0B.C.10D.5答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B问题解析：10.(单选题) 10.若某负反馈控制系统的开环传递函数为，则该系统的闭环特征方程为( )。

A． B．C． D．与是否为单位反馈系统有关答题： A. B. C. D. （已提交）参考答案：B11.(单选题) 11.某单位反馈系统的开环传递函数为，则该系统要保持稳定的K值范围是( )。

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• 2.3.3 网络层
图2.5 网络层主要对不同网络系统间节点进行寻址的工作
图2.6 在一个网络架构中进行由A点到J点的寻址工作
• 2.3.4 传输层
图2.7 大量数据在传输层进行拆组装的工作
图2.8 传输层对数据的传送次序与正确性进行处理
• 2.3.5 会话层
图2.9 会话层主要在计算机间建立起联机信道
第2章 网络的体系结构 及互联技术
• 2.1 几个基本概念
• 希望通过标准的确立,达到如下目的: • ①能够支持异种计算机之间的互联和通信； • ②能够支持多种通信媒体 ( 提供多种通信控 制规程,支持不同的线制和通信要求)； • ③能够支持多种业务处理 ( 交互式分时处理、 远程批处理、联机处理等)；
图2.18 FDDI、ATM网络体系与ISO/OSI分层的对应
• 2.8.1 FDDI网络体系结构光纤分布式数据
接口
• FDDI在设计上体现以下特点:
• ①FDDI 采用光纤作为传输媒体 , 在 125MHz 的时钟频率下,其标准传输速率达到 100Mbps, 支持分布式处理、图像处理和其 他先进技术。
12
Telegraph Company （美国电话电报公
司）
• 2.3 OSI/RM参考模式
图2.1 7层协议在节点间的对应Βιβλιοθήκη 作关系图2.2 数据包的组成
• 2.3.1 物理层
图2.3 物理层主要对信号的规格与转换进行处理
• 2.3.2 数据链路层
图2.4 数据链路层主要对相同网络 两个节点间的传输进行处理
• ⑩PCMCIA ： Personal Computer Memory Card Interface Association（个人计算机存 储卡接口协会）
• •
11
IBM：The International Business AT＆T：American Telephone ＆
Machine Corp．（国际商业机器公司）
• ⑥EIA／TIA： Electrical Industrial Association/Telecommunication Industrial Association （电子工业协会／电信工业协 会） • ⑦ISO：International Organization for Standardization(国际标准组织） • ⑧ECMA：European Computer Manufacturers Association（欧洲计算机制 造商协会） • ⑨NCS：National Commnications System （国家通信系统）
• ②FDDI 具有较大的网络覆盖范围。它的站 间距离采用多模光纤 (MMF) 时为 2km, 采用 单模光纤 (SMF) 时传输距离可达 100km, 可 容纳500个节点。 • ③FDDI采用了双环拓扑结构,使网络的可靠 性大大提高。光纤传输距离不会受电磁干 扰和射频干扰,具有良好的抗干扰性。 • ④FDDI具有统一国际标准,使得各厂家具有 良好的互操作能力。
图2.19 FDDI的帧格式
• 2.8.2 ATM网络体系结构异步传输模式
• ATM 是实现宽带综合业务数字网 B-ISDN 技
术 , 进行通信网、计算机网、广播电视网三
网融合的一种高速计算机网络技术。 ATM
协议是由国际标准组织ITU-T基于端-端的高
速通信，在 1989 年制定的一种高速网络传
• ②ANSI ： American National Standards Institute（美国国家标准组织） • ③ITU ： International Telecommunications Union（国际电信联盟） • ④CCITT（1865—1993）：Consultative Committee on International Telephone and Telegraph（国际电话电报咨询委员会） • ⑤ITU—T（ 1993—）： ITU— Telecommunications Standardization Sector（国际电信联盟—电信标准支部）
• ④能够支持高级的人机接口(图形I/O、文字 处理、语音识别和合成处理等)； • ⑤具有可扩充的能力(支持扩充的应用要求 , 适应新工艺、新技术的发展)。
• 2.2 协议的制定
• 以下简单列举一些常见的国际性机构或公 司提供参考： • ①IEEE ： The Institute of Electrical and Electronic Engineers(电机电子工程师学会)
• 2.3.6 表示层
图2.10 表示层对信息进行转换、压缩与加密的工作
图2.11 应用层是与使用者直接面对面的层级
• 2.3.7 应用层
• 2.4 OSI/RM的实现模式 • 2.5 Windows NT体系结构
• Windows NT 是微软 (Microsoft)公司开发的 网 络 操 作 系 统 。 Windows NT 完 全 采 用 Windows界面,增加了“即插即用”(即系统 自动检测硬件配置)的功能,具有用户使用方 便和直观的特点 , 被认为是新一代的网络操 作系统。Windows NT网络的体系结构见图 2.12。
图2.12 Windows NT网络的体系结构
• 2.6 MAP/TOP体系结构
图2.13 MAP/TOP体系结构
• 2.7 TCP/IP协议集
图2.14 因特网协议集
图2.15 数据的封装过程
图2.16 TCP数据报的报头结构
图2.17 IP数据报的报头结构
• 2.8 典型网络体系结构的设计分析
输和数据变换的信息格式，现已发展成一
套ATM电信网标准协议。
• 以 ATM 为基础的宽带网络技术主要具有以 下特点: • ①ATM 采用固定信元传输代替了传统的长 度可变的数据报文传输 ,节省了系统开销,提 高了数据传输速率。 • ②ATM 采用面向连接的技术代替了传统网 络的路由转发技术,在有通信请求时,系统才 为通信双方建立虚链接 , 不直接分享传输线 路的带宽 , 从而降低了用户对传输带宽不断 增长的需求压力。