计算机控制

针对《计算机控制与采样》相关课程及书记，针对大学生需要掌握的知识点进行梳理。

计算机控制

第一章 绪论

概述

计算机控制系统的基本概念

计算机控制系统的工作原理

实时数据采集

实时控制决策

实时控制输出

计算机控制系统的组成

自动控制系统的组成

计算机控制系统的组成

典型计算机控制系统的硬件组成

计算机控制系统软件组成

计算机控制系统组成的模型化

计算机控制系统分类

操作指导控制系统

特点

优点

缺点

共同点

不同点

直接数字控制系统

特点

优点

缺点

共同点

不同点

监督控制系统

特点

优点

缺点

共同点

不同点

分布式计算机控制系统

特点

优点

缺点

共同点

不同点

现场总线控制系统

特点

优点

缺点

共同点

不同点

计算机集成制造系统

工业4.0&中国制造2025

计算机控制系统发展趋势

第二章 计算机控制系统的硬件设计

概述

接口

定义

过程通道

定义

分类

总线技术

总线定义

总线的分类

内部总线

片级总线

系统总线

外部总线

总线简介

系统总线

PC总线

名称

标准

ISA总线

名称

标准

PCI总线

名称

标准

外部总线

RS-232总线

RS-485/422A总线

USB总线

IEEE488总线

开关量输入输出接口与过程通道

开关量输入接口与过程通道

输入缓冲器

小功率输入调理电路

电路图

大功率输入调理电路

高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离（原理）

开关量输出接口与过程通道

输出保持器

低电压开关量驱动电路

继电器输出接口技术

模拟量输入输出接口与过程通道

模拟量输入接口与过程通道

模拟量输入通道结构图

功能

变送器

信号调理电路

I/V变换电路

多路开关/转换器

采样/保持器

A/D转换

A/D转换器

A/D转换器主要技术指标

转换时间

线性误差

分辨率

量程

模拟量输出接口与过程通道

D/A转换器

D/A转换器主要技术指标

分辨率

线性度

绝对精度

建立时间

典型计算机控制系统硬件构成方式

第三章 数字控制器设计

采样系统理论

信号类型

采样/数字控制系统

采样过程

Z变换

性质

线性定理

平移定理

滞后定理

超前定理

终值定理

初值定理

卷积定理

Z反变换

部分分式法

留数法

幂级数法

差分方程

数字控制器的连续化设计

设计思想

如何将D(s)转换为差分方程

将D(s)转换为D(z)

前向差分

后向差分

双线性变换

将D(z)转换为差分方程

前向差分

后向差分

双线性变换

数字控制器的连续化设计举例

PID控制器的时域形式

比例环节

积分环节

微分环节

作用

PID控制程序流程

数字PID控制器的改进措施

积分项的改进

积分分离

抗积分饱和

微分项的改进

不完全微分PID算法

微分先行PID控制算法

时间最优+PID控制

带死去的PID控制算法

数字PID控制器的参数整定

数字控制器的离散化设计

设计思想

闭环脉冲传递函数

被控对象的广义脉冲传递函数

数字控制器离散化设计的基本步骤

最小拍无差控制器设计

最小拍无差控制

定义

典型信号

根据控制要求确定Φ(z)

根据无差要求确定Φ(z)

进一步根据最小拍要求确定Φ(z)

单位阶跃输入（m=1）

单位斜坡输入（m=2）

单位加速度输入（m=3）

最小拍控制器设计的局限性

最小拍最小拍控制器的可实现性

最小拍控制器的稳定性

最小拍有波纹控制器的设计

最小拍无波纹控制器的设计

第四章 现代控制技术

状态空间离散化

状态空间模型离散化

采用状态空间离散化的输出反馈设计法

输出反馈设计法

采用状态空间的极点配置法

采用状态空间的最优化设计方法

第五章 计算机控制系统软件设计

概述

包括系统软件、支撑软件和应用软件

计算机控制系统应用软件设计方法

控制系统对软件的要求

易理解、易维护

实时性

可测试性

准确性

可靠性

计算机控制系统中应用软件的功能

计算机控制系统软件设计流程

程序设计思想

模块化设计

结构化设计

程序设计方法

测量数据预处理技术

误差自动校准

线性化处理

标度变换

文字

例子

线性√其他×

公式变换法

其他变换法

越限报警处理

数字控制器工程实现

考虑因素

工程PID数字控制器包括六部分

图

模块

给定值处理

被控量处理

偏差处理

控制算法的实现

控制量处理

自动手动切换技术

工业控制组态软件

组态的概念

工业控制组态软件

组态软件主要解决的问题（功能）

组态的基本步骤

设计系统

第六章 计算机控制系统的抗干扰技术

概述

干扰分类

外部干扰

内部干扰

干扰传播途径

电场耦合

磁场耦合

公共阻抗耦合

干扰的作用方式

差模干扰

共模干扰

长线传输干扰

硬件抗干扰技术

差模干扰抑制措施

滤波

共模干扰抑制措施

变压器隔离

光电隔离

浮地屏蔽

长线传输干扰抑制措施

接地技术

模拟地

数字地

安全地

交流地

系统地

含义

主机抗干扰技术

系统供电技术

软件抗干扰技术

数字滤波技术

常用数字滤波算法

算术平均值法

特点

中位值滤波法

限幅滤波法

惯性滤波法

总结

特点

指令冗余与软件陷阱技术

开关量抗干扰技术

第七章 计算机控制系统设计与实现

概述

计算机系统控制设计

理论设计

工程设计

计算机控制系统设计原则

安全可靠

操作维护方便

实时性强

通用性好

经济效益高

系统设计的原则

系统设计的步骤

项目确定

项目设计

离线调试

在线调试

系统的工程设计与实现

硬件总体方案设计

软件总体方案设计

系统总体方案文档

硬件工程设计

软件工程设计

离线仿真和调试

在线调试和运行

系统设计举例