计算机控制技术

计算机控制技术知识大纲，包括计算机控制系统的分类、典型计算机控制系统、香农采样定理、求信号频谱最高频率、数字PID控制器设计等等。

中心主题

• 第一章绪论
  • 计算机控制系统的分类
    • 操作指导控制系统
    • 直接数字控制系统
    • 监督计算机控制系统
    • 集散控制系统
    • 计算机集成制造系统
    • 现场总线控制系统
    • 嵌入式控制系统
  • 典型计算机控制系统
• 第二章
  • 香农采样定理
  • 连续信号关系
  • 求信号频谱最高频率
  • 前置滤波器的作用：消除或减小频率混叠，过滤引入信号中、高频分量
  • 后置滤波器的作用：过滤零阶保持器引入的高频分量
  • 零阶保持器出个设计题
• 第三章
  • Z变换
    • 部分分式法
    • 留数法（掌握）
  • Z变换的性质和定理（掌握）
    • 实数平移定理
    • 向后差分和前向差分
    • 初值定理
    • 终值定理
  • Z反变换
    • 直接除法
    • 部分分式法
    • 留数法（掌握）
• 第四章
  • 已知离散系统的差分方程利用Z变换的超前定理和滞后定理求解
  • 开环脉冲传递函数：前向通道所有独立环向Z变换的乘积
  • 闭环脉冲传递函数：前向通道所有独立环向Z变换的乘积/1+闭环回路所有独立环节Z变换的乘积
  • 闭环系统的特征方程：D（z）=1+开环或闭环传递函数Z
  • 系统稳定性判断（判断Z根是否在圆内）
  • 当Z比较复杂时，利用Z=W+1/W-1和劳斯判据断定。系统稳定，则特征方程所有系数均为正
  • 计算系统稳态误差
  • 划分系统：连续系统：按其开环传递函数中所含的积分环节的个数V来划分；离散系统：按其开环传递函数中所含Z-1的环节的个数V来划分.
• 第五章（只考概念）
  • 间接法设计的基本方法：把整个控制系统看成是模拟系统，利用模拟系统的理论和方法进行分析和设计，得到模拟控制器后再通过某种近似，将模拟控制器离散化为数字控制器，并由计算机来实现。
  • 数字控制器的连续化设计步聚：
    • 1.设计假想的连续控制器D（s）：设计控制器D（s），一是事先确定控制器d结构，如PID算法，然后对其控制参数进行整定完成设计；二是连续系统的领域设计法、根轨迹法等。
    • 2.选择采样周期：Wc是连续控制系统的剪切频率
    • 3.将D（s）离散化为D（z）
      • 双线性变换法
      • 前向差分法
      • 后向差分法
      • 脉冲响应不变法
      • 阶跃响应不变法
      • 零极点匹配法
    • 4.离散算法的计算机实现
      • 直接实现的规范形式
      • 串联实现法
      • 并联实现法
  • 数字PID控制器设计
    • 比例控制器
      • 对于偏差是即时反应的，简单快速。但过大会使动态品质变坏，引起振荡，甚至不稳定，过小会使静差加大。
    • 积分控制器
      • 有助于减小消除静差，积分时间常数大将减慢消除静差的过程，但可以减小超调，提高稳定性。反之太小会引起超调，使动态响应变差。对存在较大滞后的对象，如温度控制 T-可以选得较大一些。
    • 微分控制器
      • 有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。它加快了系统的动作速度，减小了调整时间，从而改善了系统的动态特性。
  • 增量型算法具有以下优点
    • (1)计算机输出增量，所以误动作影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉;
    • (2)在位置型控制算法中，由手动到自动切换时，必须 首先使计算机的输出值等于阀门的原始开度U(0)，才能保证手动/自动无扰动切换，这将给程序设计带来困难。而增量设计只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，因而增量算法易于实现手动/自动无扰动切换。在位置控制算式中，不仅需要对E(i)进行累加，而且计算机的任何故障都会引起U(k)大幅度变化，对生产产生不利。
    • (3)不产生积分失控，所以容易获得较好的调节品质。
  • 增量型算法不足之处
    • ①积分截断效应大，有静态误差
    • ②溢出的影响大。因此，应该根据被控对象的实际情况加以选择。一般认为，在以晶闸管或伺服电机作为执行器件，或对控制精度要求高的系统中，应当采用位置型算法，而在以步进电机或多圈电位器做执行器件的系统中，则应采用增量式算法。
• 第六章（设计题不学习）