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）