06第六章 计算机控制系统的离散化设计

摘要综合引言技术方法简介与分析仿真分析总结参考文献控制器就是自动化控制系统的核心。

控制器的任务是按照一定的控制规律，产生满足工艺要求的控制信号，以输出驱动执行器，达到自动控制的目的。

在传统的模拟控制系统中，控制器的控制规律或控制作用是由仪表或电子装置的硬件电路完成的，而在计算机控制系统中，除了计算机装置以外，更主要的体现在软件算法上，即数字控制器的设计上。

最少拍控制器是基于准确的被控对象而建立的一种控制算法。

随动系统是一种速度跟踪系统，它的主要性能指标是快速性，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值地变化。

应用数字控制器设计的随动系统的快速性一般以系统需要多少个采样周期数来表征。

通常称一个采样周期为一拍，无疑在越少的拍数内，系统的输出能跟上给定值，则系统的快速性越好。

最少拍控制就是为满足这一要求的一种离散化设计方法。

所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某个典型的输入，设计D(z)使闭环系统响应在最少的采样周期内（最少拍）达到采样点上无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式：Φ(z)= Φ1z-1+Φ2z-2+…ΦN z-N其中N为可能情况下的最小正数。

这一形式表明闭环系统的脉冲响应在N个采样周期后变为零，即系统在N拍之内达到稳定。

关键词：离散化设计最小拍数字控制综合引言控制器的发展概述：在计算机开始应用于控制系统之前，工业控制系统主要有具备简单测量控制功能的就地式气动仪表来监控，用气动和液压执行元件，比如气缸、气泵、液压缸、液压泵、液压马达等驱动设备。

实际上一直到现在，这些元件仍然是控制系统中重要的组件，在很多轻工业和中小企业里，还是基本的控制组件。

随着电气化和电子化以及计算机和通信技术的发展，计算机控制技术和系统逐渐进入工业控制领域，并迅速成为了主流技术，它不仅直接用于生产的自动化监控，而且也是企业上层管理信息系统的数据源和基础核心模块。

常用的控制器：通用工业控制计算机即工业PCDCS工控机PLC（取代继电器线路和以进行顺序控制为主）嵌入式工控机控制系统的发展趋势：由于现代控制工程中有如下一些特点：不确定模型高度非线性复杂的任务要求所以对控制系统有了更高的要求，智能控制系统应运而生，应用普遍的有：模糊控制神经元网络控制先进工程控制技术方法简介与分析离散系统设计是指在给定系统性能指标的条件下，设计出控制器的控制规律和相应的数字控制算法。

计算机控制06离散化设计与连续化设计方法离散化设计方法是指将连续系统离散化为离散系统的设计方法。

在离散化设计中，连续系统的时间和状态被离散化成一系列离散时间和状态。

离散化设计的基本原理是将连续时间转换为离散时间，将连续状态转换为离散状态。

离散化设计的方法主要包括离散化采样和离散化控制。

离散化采样是指将连续时间变量转换为离散时间变量的方法。

常见的采样方式有周期采样和非周期采样。

周期采样是指以固定时间间隔对连续时间进行采样，而非周期采样是指根据需要对连续时间进行不规则的采样。

离散化采样的目的是为了得到连续系统在离散时间点上的状态。

离散化控制是指将连续控制转换为离散控制的方法。

离散化控制的关键是将连续时间域的控制器转换为离散时间域的控制器，以实现对离散系统的控制。

离散化控制的常用方法包括脉冲响应、零阶保持和减少模型等。

离散化设计方法在很多领域都有应用。

在工业领域，离散化设计可以应用于过程控制系统、机器人控制系统和自动化生产线等。

在交通系统中，离散化设计可以应用于交通信号控制系统和车辆路线规划等。

在电力系统中，离散化设计可以应用于电力系统调度和电网控制等。

离散化设计方法可以提高系统的控制性能和稳定性，并且可以减少系统的复杂度和计算量。

连续化设计方法是指将离散系统连续化的设计方法。

在连续化设计中，离散系统的时间和状态被连续化为连续时间和状态。

连续化设计的基本原理是将离散时间转换为连续时间，将离散状态转换为连续状态。

连续化设计的方法主要包括插值方法和逼近方法。

插值方法是指根据已有离散数据点的值，通过插值技术推导出在两个离散数据点之间的连续数据点的值。

插值方法的常见技术有线性插值、多项式插值和样条插值等。

插值方法的目的是为了得到在离散系统状态之间的连续状态。

逼近方法是指通过逼近离散时间的函数来表示离散状态之间的连续状态。

逼近方法的常见技术有函数逼近、泰勒展开和傅里叶级数展开等。

逼近方法的目的是为了得到在离散系统状态之间的连续时间。

前言《计算机控制系统》系统地论述了计算机控制系统的结构、原理、设计和应用，既有理论分析也有应用实例，论述了直接数字控制系统（DDC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS)和可编程控制器系统（PLS或PLC）4类典型的计算机控制系统。

直接数字控制系统（DDC)是计算机控制的基础，本书深入论述了DDC系统的形成、发展、体系结构、控制算法、硬件、软件、设计和应用，分析了DDC系统的输入、输出、控制和运算功能，并引入了功能块及组态的概念；集散控制系统（DCS）是计算机控制的主流系统，本书概述了DCS的产生、发展、特点和优点，论述了DCS的体系结构、控制站、操作员站、工程师站和应用设计，分析了DCS的分散控制和集中管理的设计思想，以及分而自治和综合协调的设计原则。

通过本课程设计，使学生能较好的使用离散化设计方法对被控对象进行校正分析；对计算机控制系统DDC设计过程中的方案设计有初步了解，通过该设计在一定程度上使学生对计算机控制系统所学知识进行整合，使其得到一次全面、系统、独立的培养。

目录第一章计算机控制系统的离散化设计 (1)1.1有限拍设计 (1)1.1.1有限拍设计的概述 (1)1.1.2 有限拍调节器 (2)1.1.3 采样频率的选择 (2)1.2 有限拍无纹波设计 (3)1.2.1 有限拍无波纹设计概述 (3)1.2.2有限拍无纹波设计实例 (3)本章小结 (5)第二章 DDC系统的设计和应用 (6)2.1.DDC系统的设计 (6)2.1.1 DDC系统的设计原则 (6)2.1.2 DDC系统的设计过程 (6)2.2.DDC系统的应用 (6)2.2.1.DDC系统的应用设计 (6)2.2.2.DDC系统的应用实例 (6)本章小结 (13)总结 (14)参考文献 (15)第一章 计算机控制系统的离散化设计计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出数字调节器，使系统达到要求的性能指标。

第一章计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。

2、计算机系统由哪些部分组成并画出方框图。

计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。

3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些各项连续控制系统计算机控制系统信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化5、计算机控制系统是怎样分类的按功能和控制规律可分为几类一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统DCS⑥现场总线控制系统FCS二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID 控制 ③最少拍控制 ④复杂规律的控制 ⑤智能控制第二章 离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。

则采样角频率只有满足下面的关系： ωs ≥2ωmax采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。