計算機控制技術教(學)案

1、下載可編輯青島大學教案學院：自動化工程學院教 研室：控制系課程名稱 ：微型計算機控制技術任課教師 ：丁軍航青島大學教務處制.專業(yè) .整理 .下載可編輯1.課程性質 ：該課程是青島大學自動化專業(yè)、電氣工程及其自動化專業(yè)的主干專業(yè)課程，也是電子信息工程、計算機應用等專業(yè)的選修課，理論性 、應用性 、實踐性和綜合性強。2.學習目的和要求目的 :通過本課程的學習，使學生掌握計算機控制系統(tǒng)的理論與技術，受到較好的工程實踐基本訓練 ，具有分析 、設計、開發(fā)和研究計算機控制系統(tǒng)的基本能力。要求 :（ 1 ）了解計算機控制系統(tǒng)的組成 、接口和過程通道設計的基本知識 ；（ 2 ）掌握數(shù)字程序控制的基本原理和程序

2、編制；（ 3 ）掌握常規(guī)及復雜控制策略 、應用程序設計與實現(xiàn)技術 ；（ 4 ）學會計算機控制系統(tǒng)的硬件 、軟件設計與研制方法 ；（ 5 ）初步了解分散型測控網絡技術和現(xiàn)場總線技術。3.選用教材與課程地位（ 1 ）本課程選用的教材 ，由本課程組編寫 ，是國家級 “十一五 ”規(guī)劃教材 ，由機械工 業(yè)出版社 2007 年 6 月出版（ 2 ）本課程曾選用的教材 ，也由本課程組編寫 ，2002 年獲全國高等學校優(yōu)秀教材二等獎。由清華大學出版社出版 ，先后印刷 21 次，發(fā)行量近 12 萬冊 ，被許多高校選作教材 ，在國內產生了很大影響 。（ 2 ）本課程于 2004 年被評為山東省精品課程 。4.內容

3、簡介全書共分 9 章 。第 1 章是緒論 ，介紹了計算機控制系統(tǒng)及其組成、計算機控制系統(tǒng)的典 型型式 、計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢；第 2 章討論了計算機控制系統(tǒng)的硬件設計技術； 第3 章討論了數(shù)字控制技術 ，重點介紹了逐點比較法插補原理、多軸步進驅動控制技術和多軸伺服驅動控制技術 ；第 4 章討論了常規(guī)及復雜控制技術，主要介紹了數(shù)字控制器的各種控制算法；第 5 章討論了現(xiàn)代控制技術 ，主要介紹了采用狀態(tài)空間的輸出反饋設計法、極點配置設計法 、最優(yōu)化設計法 ；第 6 章討論了先進控制技術，重點介紹了模糊控制技術、神經網絡控制技術 、專家控制技術和預測控制技術；第 7 章計算機控制系統(tǒng)的軟件

4、設計技術；第 8章討論了分布式測控網絡技術 ；第 9 章討論了計算機控制系統(tǒng)的設計原則、步驟和工程實現(xiàn) ， 并給出了設計實例 。書中配有習題可供選用。全書內容豐富 ，體系新穎 ，理論聯(lián)系實際 ，系 統(tǒng)性和實踐性強 。.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)講授主要內容重點難點第1次課3學時1.1 計算機控制系統(tǒng)概述1.2 工業(yè)控制機的組成結構及特點計算機控制系統(tǒng)的工作原理；實時 ，在線 ，離線的含義計算機控制系統(tǒng)的五種典型形式控制系統(tǒng)的總線結構：內部總線和外部總線1.關于實時系統(tǒng)的理解實時指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內完成，這里輸入 、計算、輸出實際是指計算機控制系統(tǒng)的三個步驟；另外，

5、一定的時間范圍則是指本次采樣的計算結果輸出需在下一個采樣時刻到來之前完成，針對不同的系統(tǒng)，該時間范圍肯定是有區(qū)別的 。2.區(qū)分內部總線與外部總線內部總線是指計算機內部模塊之間的通訊；而外部總線是指計算機與外部設備之要求掌握知識點和分析方法1.計算機控制系統(tǒng)的定義，以及實時 、在線 、離線的含義 ，進行課堂討論和舉例2.計算機控制系統(tǒng)的五種典型形式，并分析各種形式的優(yōu)缺點，對結構框圖進行分析3.工業(yè)控制機的組成和總線結構本課程采用多媒體課件教學 ，能夠提供較大的信息量 ，所有用到原理圖 ，結構框圖皆投影可得 ，減少了課上繪圖所需時間 。 不需要設計板書 。教授思路，采用的教學方法和1.依據(jù)計算機

6、控制系統(tǒng)原理圖（圖 1.1）和組成框圖 （圖 1.2），說明：計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機和生產過程兩部分組成；在本質上 ，將計算機控制系統(tǒng)的工作原理歸納為三個步驟：實時數(shù)據(jù)采集 、實時控制決策以及實時控制輸出。輔助手段，采用比較和提問的方式，理解在線 ，離線和實時的含義。板書設計，2.針對五種計算機控制系統(tǒng)的典型形式，給出相應的系統(tǒng)框圖，指出實現(xiàn)自動控重點如何制的過程 ，并且給出每種典型形式各自的優(yōu)缺點。突出，難點3.了解工業(yè)控制機的組成和總線結構，并重點分析外部總線： RS-232C 串行通訊如何解決，總線與 IEEE-488 并行通訊總線 。師生互動4.讓學生了解學科的發(fā)展概況、發(fā)展方向以

7、及發(fā)展趨勢是專業(yè)課教育的必要所在，等因此，對于這部分內容 ，不但在課上帶學生一塊熟悉教材內容，同時，給學生指出相1.1 ， 1.2 ，1.4作業(yè)布置補充作業(yè) ：將所閱讀的參考書籍 、期刊和網站的部分內容進行總結，寫出自己對該課程或者學科發(fā)展的認識。主要微型計算機控制技術（教材 ），于海生 ，清華大學出版社微型計算機控制技術，謝劍英 ，國防工業(yè)出版社參考資料工業(yè)過程控制工程，王樹青 ，化學工業(yè)出版社備注.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)講授主要內容重點難點要求掌握知識點和分析方法教授思路 ，采用的教學方法和輔助手段， 板書設計， 重點如何 突出，難點 如何解決， 師生互動等作業(yè)布置主要參考資料備注

8、2.1 總線技術總線的定義 、層次結構及種類串行外部總線簡介總線擴展技術基于 ISA 總線端口擴展1. 總線的定義2. 總線擴展技術3. 基于 ISA 總線端口擴展1. 總線的定義2. 總線擴展技術3. 基于 ISA 總線端口擴展本課程采用多媒體課件教學 ，能夠提供較大的信息量 ，所有用到電路圖皆投影而得，減少了課上繪圖所需時間 。 不需要設計板書 。該部分內容與微型計算機接口技術及應用有相似之處 ，故接口電路分析較為容易，學生容易接受和理解。難點在于輸入調理電路和輸出驅動電路。通過圖 2.4 ，2.5 和圖 2.7 ， 2.8 進行詳細的分析，尤其重視分析電路中各部分器件的作用。A/D 轉換

9、器及其接口技術，屬于微型計算機接口技術及應用數(shù)據(jù)采集卡內容，重點在于與PC 總線的連接電路，以及相應的控制轉換和數(shù)據(jù)讀取程序。在分析芯片ADC0809 與 ADC574A 之后，即可由接口電路圖的連接方式，寫出相應程序 。教材中所給程序為8086 匯編語言程序，鼓勵學生將其寫成C語言程序 （參考第六章第一節(jié) ，高級語言編程 ）。2.2， 2.3， 2.4微型計算機控制技術 （教材 ），于海生 ，清華大學出版社微型計算機接口技術及應用 ，劉樂善 ，華中科技大學出版社電力電子技術 ，王兆安 ，機械工業(yè)出版社.專業(yè) .整理 .下載可編輯2.3 模擬量輸入通道章節(jié)2.4 D/A 轉換器及其接口技術2.

10、5 模擬量輸出通道模擬量輸入通道的組成無源 I/V 變換電路與有源I/V 變換電路采樣、量化及常用的采樣保持器模擬量輸講授主要內容入通道設計D / A 轉換器及其接口技術V/I 變換和自動 / 手動切換模擬量輸出通道設計1.無源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路重點2.采樣 、量化及采樣保持原理難點3.模擬量輸入通道設計及 8 通道數(shù)據(jù)采集程序設計4.單極性與雙極性電壓輸出電路要求掌握1.無源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路 ，電路分析2.模擬量輸入通道設計及 8 通道數(shù)據(jù)采集程序設計，程序分析知識點和3.D/A 轉換器及其與 PC 總線工業(yè)控制機接口技術，接口電路與工作時序

11、分析分析方法4.8 通道模擬量輸出電路設計，程序分析本課程采用多媒體課件教學，能夠提供較大的信息量 ，所有用到電路圖皆投影而得，減少了課上繪圖所需時間。不需要設計板書 。 無源 I/V 變換電路與有源 I/V 變換電路 ，介紹教材中出現(xiàn)的兩個電路 ，難度都不大 ，教授思路 ，需要注意的是電路中各個元件的作用；采用的教 學 采樣的采樣過程由教材圖2.21描述，信號的采樣頻率由香農采樣定理給出；量化及方法和 輔助量化單位 ，量化誤差描述了A/D轉換器把模擬量轉換為數(shù)字量的數(shù)學過程；采樣保持手段， 板書器的作用是為了保證 A/D 轉換期間輸入恒定 。設計， 重點 模擬量輸入通道設計原理圖由圖2.25

12、 給出，在分析該模板采集一個數(shù)據(jù)的四步過程如何 突出，以后，寫出 8 通道數(shù)據(jù)采集匯編語言程序。難點 如何解 簡單分析 D/A 轉換器及其與 PC 總線工業(yè)控制機接口技術，接口電路與工作時序，以決， 師生互此為基礎 ，設計模擬量輸出通道。動 強化單極性與雙極性電壓輸出電路分析，做出更詳細的電路圖 。等 該部分內容與 微型計算機接口技術及應用 有相似之處 ，故接口電路分析較為容易，學生容易接受和理解 。作業(yè)布置2.5， 2.6， 2.10 ， 2.12主要微型計算機控制技術 （教材 ），于海生 ，清華大學出版社參考資料微型計算機接口技術及應用，劉樂善 ，華中科技大學出版社備注.專業(yè) .整理 .下

13、載可編輯青島大學教案 （理論教學用 ）章節(jié)講授主要內容重點難點要求掌握知識點和分析方法教授思路 ，采用的教學方法和輔助手段， 板書設計， 重點如何 突出，難點 如何解決， 師生互動等第4次課3學時2.6 硬件抗干擾技術串模干擾及其抑制方法共模干擾及其抑制方法長線傳輸干擾及其抑制方法CPU抗干擾技術接地技術1.共模干擾及其抑制方法2.長線傳輸干擾與匹配電阻3.CPU 抗干擾技術1.共模干擾及其抑制方法2.長線傳輸干擾與匹配電阻3.CPU 抗干擾技術1.首先闡述干擾的含義和來源，描述干擾的危害。以作過的實際項目在現(xiàn)場碰到的各種問題 ，指出未考慮干擾所引起的后果以及需要注意的方面（比如電源 、接地

14、、模擬量輸入 、數(shù)字量的輸入輸出隔離、串行通信接口等）2.串模干擾 ：所謂串模干擾是指疊加在被測信號上的干擾噪聲。串模干擾的抑制方法應從干擾信號的特性和來源入手，分別對不同情況采取相應的措施。3.共模干擾 ：所謂共模干擾是指模/ 數(shù)轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。通過分析被測信號的輸入方式，來指出共模干擾的引入和抗共模干擾能力。共模干擾的抑制方法有 變壓器隔離 、 光電隔離 、 浮地屏蔽 、 采用儀表放大器提高共模抑制比。4.長線傳輸干擾與匹配電阻信號在長線中傳輸遇到三個問題：一是長線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號延時，三是高速度變化的信號在長線中傳輸時，還會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。采用終端阻抗匹

15、配或始端阻抗匹配，可以消除長線傳輸中的波反射或者把它抑制到最低限度 。 終端匹配 始端匹配5.CPU 抗干擾技術 ：計算機控制系統(tǒng)的CPU 抗干擾措施常常采用Watchdog( 俗稱看門狗 )、電源監(jiān)控 (掉電檢測及保護)、復位等方法 。微處理器監(jiān)控電路M AX1232 具有 (1) 電源監(jiān)控 、(2) 按鈕復位輸入 、(3) 監(jiān)控定時器(Watchdog)功能。作業(yè)布置2.14 ， 2.15單片機系統(tǒng)的硬件抗干擾技術, 楊秀敏 , 微處理機 , 1996/04主要智能儀器的抗干擾技術, 高輝 , 工業(yè)儀表與自動化裝置 , 2000/04微參考資料機測控系統(tǒng)中幾種抗干擾技術, 羅文廣 , 測控

16、技術 , 1997/06工業(yè)控制計算機的抗干擾技術, 陳勇 , 工業(yè)控制計算機 , 1996/05.專業(yè) .整理 .直線插補的過程 ，規(guī)定好必要的步驟 。根據(jù)直線插補的程序流程 ，寫出插補的程序 。講完以上內容以后 ，第二節(jié)課大約還有 20 分鐘時間 ，修改例題 （比如改為第二象限），讓學生當堂完成 ，可以查書 ，可以討論 。 理解插補原理 。逐點比較法圓弧插補較逐點比較法直線插補要麻煩許多。但是整個的分析過程還是有很多的相似之處 。 不同點在于 ，當計算偏差判別公式 F m 的值的時候 ，需要計算和3.2， 3.4， 3.5微型計算機控制技術 （教材 ），于海生 ，清華大學出版社數(shù)字控制技術

17、 ，葉蓓華 ，清華大學出版社 計算機數(shù)字控制技術在機床改造中章節(jié)講授主要內容重點難點要求掌握知識點和分析方法下載可編輯第5次課3學時3.1數(shù)字程序控制基礎3.2逐點比較法插補原理數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制方式逐點比較法直線插補逐點比較法圓弧插補1.數(shù)字程序控制原理2.逐點比較法直線插補3.逐點比較法圓弧插補1.數(shù)字程序控制原理，利用平面圖形的重現(xiàn)，來分析程序控制原理；2.逐點比較法直線插補3.逐點比較法圓弧插補所謂數(shù)字程序控制 ，就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù) ，控制生產機械 (如各種加工機床 )按規(guī)定的工作順序 、運動軌跡 、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制 。教授思路 ，

18、首先分析圖31 所示的平面圖形 ，利用計算機在繪圖儀上重現(xiàn) ，來簡要說明數(shù)字采用的教 學程序控制的基本原理 ，以及脈沖當量 （步長 ）的含義 。方法和 輔助所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進手段， 板書行比較 ，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下設計， 重點一步的進給方向 。由第一象限直線表達式，推倒出相應的偏差計算公式，并給出偏差如何 突出，判別公式 Fy x-x y，由 FM的值，判斷相應的進給方向 。 利用教材上的例題 ，演示mm em e難點 如何解決， 師生互動等作業(yè)布置主要的應用 , 王德洪 , 文教資料 , 20

19、05/23加工中心數(shù)控系統(tǒng)的經濟型設計與實踐, 王參考資料文熙 , 青島大學學報 (工程技術版 ),2001/02備注.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)3.步進電機控制技術步進電機的工作原理講授主要步進電機的工作方式步進電機內容控制接口及輸出字表步進電機控制程序重點1.步進電機的工作原理難點2.步進電機控制程序要求掌握1.步進電機的工作原理2.步進電機的工作方式知識點和3.步進電機控制接口及輸出字表分析方法4.步進電機控制程序步進電機又叫脈沖電機，它是一種將電脈沖信號轉換為角位移的機電式數(shù)模(DA)轉換器 。 常采用步進電機作為驅動元件。步進電機控制線路接收計算機發(fā)來的指令脈沖，控制步進電機作相

20、應地轉動，驅動工作臺或刀具 。 指令脈沖總數(shù)決定數(shù)控系統(tǒng)總移動量，指令脈沖的頻率決定移動速度。教授思路 ， 步進電機的工作就是步進轉動。電源采用單極性的直流電源。對步進電機定子的各采用的教 學相繞組以適當?shù)臅r序進行通電步,使進電機轉動 。要特別說明 ，該處的 “相”指的是定子的方法和 輔助對數(shù) 。 步進電機的步進過程可以用圖3.14 來說明 。另外 ，對于單三相工作方式下的步進手段，板書過程 ，在多媒體課件中 ，用圖形的形式描述了轉子的轉動過程，使學生更直觀的認識齒距設計，重點角和步距角的含義 。如何突出， 步進電機可工作于單相通電方式，也可工作于雙相通電方式和單相、雙相交叉通電難點 如何解決

21、， 師生互方式 。選用不同的工作方式 ，可使步進電機具有不同的工作性能，如減小步距 ，提高定位動精度和工作穩(wěn)定性等 。對于三相步進電機則有單相三拍(簡稱單三拍 )方式 、雙相三拍 (簡稱等雙三拍 )方式、三相六拍工作方式 。依據(jù)電壓波形 ，做出說明 。 微機控制取代脈沖分配器，同時用微機實現(xiàn)對步進電機的走步數(shù)、轉向以及速度控制等 。 通過 8255A 并行接口芯片 ，做出如圖 3.18所示的接口示意圖 ，設定好繞組通斷電的輸出值以后 ，即可根據(jù)工作方式 ，做出輸出字表 。作業(yè)布置 步進電機的走步控制程序包括輸出步數(shù)控制、轉動方向控制以及速度控制，當某種3.6， 3.7微型計算機控制技術 （教材

22、 ），于海生 ，清華大學出版社主要單片機在步進電機控制中的應用, 陸陽 , 鐵道機車車輛 , 1995/02參考資料步進電機模糊控制技術的研究,高向東 ,微特電機 ,1999/03基于 DSP 的步進電機控制系統(tǒng)設計,李為民 ,微特電機 ,2001/03.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設計技術講授主要數(shù)字控制器的連續(xù)化設計步驟數(shù)字 PID 控制器的設計內容數(shù)字 PID 控制器的改進重點1.將 D(S)離散化為 D(Z)2.數(shù)字 PID 控制器的改進難點要求掌握1. 將 D(S)離散化為 D(Z)知識點和2.數(shù)字 PID 位置型控制算法和數(shù)字PID 增量型控制算法分析方

23、法3.數(shù)字 PID 控制器的改進數(shù)字控制器的連續(xù)化設計步驟首先是利用自動控制原理學過的知識（頻率特性法 、根軌跡法等 ）設計出假想的連續(xù)控制器 D(S)，選擇好采樣周期 T，即可將 D (S)離散化 為D(Z) ，對于雙線性變換 、前向差分 、后向差分都要從級數(shù)展開和數(shù)值積分定義來分析，教授思路 ，而且使用雙線性變換 ，一個穩(wěn)定的連續(xù)控制系統(tǒng)在變換之后仍將是穩(wěn)定的，可是 使用采用的教 學前向差分法 ，就可能把它變換為一個不穩(wěn)定的離散控制系統(tǒng)（要求學生根據(jù)在自動控方法和 輔助制原理課中所學知識 ，給出證明 ）。手段， 板書在計算機控制系統(tǒng)中 ，PID 控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當采樣周

24、期設計， 重點相當短時 ，用求和代替積分 、用后向差分代替微分 ，使模擬 PID 離散化變?yōu)椴罘址匠?。如何 突出，有兩種型式 ：數(shù)字 PID 位置型控制算法和數(shù)字 PID 增量型控制算法 ，做出比較 。難點 如何解數(shù)字 PID 控制器的改進是非常重要的內容，包括： 積分項的改進 (1)積分分決， 師生互離 (2)抗積分飽和 (3)梯形積分 (4) 消除積分不靈敏區(qū)微分項的改進(1) 不完全微分動PID 控制算法 (2)微分先行 PID 控制算式 只有發(fā)揮計算機運算速度快、邏輯判斷功等能強 、編程靈活等優(yōu)勢 ，才能在控制性能上超過模擬調節(jié)器 。 而對于積分項和微分項的改進，正是為了更合理的應用

25、PID 控制技術 。 針對梯形積分 、消除積分不靈敏區(qū) 、不完全微分 ，可以從數(shù)學表達式上看出作業(yè)布置主要參考資料4.2， 4.3， 4.4， 4.5微型計算機控制技術 （教材 ），于海生 ，清華大學出版社實用 PID 的幾種改進方法 , 付冬梅 , 自動化博覽 , 1997/01基于積分分離的PID 位置控制器的設計, 胡科峰 , 機床與液壓 , 2004/05備注.專業(yè) .整理 .下載可編輯章節(jié)4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設計技術 數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定4.2 數(shù)字控制器的離散化設計技術講授主要1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.數(shù)字控制器的離散化設計步驟內容3.最少拍控制器的設計

26、重點1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.最少拍控制的定義難點3.最少拍控制器的設計及最少拍控制器的基本形式要求掌握1.數(shù)字 PID 控制器的參數(shù)整定2.廣義對象的定義 包括零階保持器與被控過程。知識點和3.誤差脈沖傳遞函數(shù) 誤差信號的 Z 變換除以輸入函數(shù)的 Z 變換分析方法4.最少拍控制器的設計及最少拍控制器的基本形式 數(shù)學推導.專業(yè) .整理 .下載可編輯PID 控制器性能的好壞，控制效果的優(yōu)劣跟PID 控制器的參數(shù)選擇有直接的關系。對于連續(xù)控制器進行離散化，最重要的一點就是要求采樣周期要相當小，因此，對于數(shù)字控制器 ，首要一點是根據(jù)影響因素選擇合適的采樣周期T。PID 控制器在使用過程中

27、，另有 K P，TI，TD 三個參數(shù)需要整定。簡易工程整定法是由經典的頻率法簡化而來的，雖然稍微粗糙一點，但是簡單易行，適于現(xiàn)場應用。湊試法更多的應用于仿真實驗當中，要求對 P、 I、 D 三部分的參數(shù)有深刻的理解。由于控制任務的需要，當所選擇的采樣周期比較大或對控制質量要求比較高時，必須從被控對象的特性出發(fā) ，直接根據(jù)計算機控制理論 (采樣控制理論 )來設計數(shù)字控制器，這類方法稱為離散化設計方法 。教授思路 ，所謂最少拍控制 ，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內達采用的教 學 到無靜差的穩(wěn)態(tài) ，且閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)具有以下形式方法和輔助手段， 板書設計， 重點如何 突出，難點

28、 如何解決， 師生互動等( z) f z 1 f z 2f zNN12根據(jù) z 變換的終值定理 ，得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差的表達式，針對典型輸入函數(shù)的Z變換表達式 R( z)青 B( z)，得到 (z)=1-(1-z-1q，最少拍控制器 D(z) 為)(1 z1 ) q1(z ) q1(1zD ( z )1(z)G( z)(1z 1 )G( z) 1q通過對典型輸入下的最少拍控制系統(tǒng)分析，得到最少拍控制器的局限性：(1)針對一種典型的輸入函數(shù)R(z)設計，得到系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)，用于次數(shù)較 低的輸入函數(shù) R(z)時，系統(tǒng)將出現(xiàn)較大的超調，響應時間也會增加，但在采樣時刻的誤差為零。 反之，當

29、一種典型的最少拍特性用于次數(shù)較高的輸入函數(shù)時，輸出將不能完全跟蹤輸入以致產生穩(wěn)態(tài)誤差 。 由此可見 ，一種典型的最少拍閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) (z) 只適應一種特定的輸入而不能適應于各種輸入。 (2) 只有當 G(z)是穩(wěn)定的 (即在 z 平面單位圓上和圓外沒有極點)，且不含有純滯后環(huán)節(jié)時 ，式(z)=1-(1-z-1)q 才成立 。 如果 G(z) 不作業(yè)布置4.6， 4.7， 4.8主要微型計算機控制技術（教材 ），于海生 ，清華大學出版社計算機控制理論及應用，孫增圻 ，清華大學出版社數(shù)字控制器離散設計參考資料的新探討 , 劉玉文 , 甘肅廣播電視大學學報, 1998/02備注.專業(yè) .整理 .

30、下載可編輯4.2數(shù)字控制器的離散化設計技術 有紋波和無紋波控制器章節(jié)4.3純滯后控制技術 史密斯 (Smith) 預估控制最少拍有紋波控制器的設計講授主要最少拍無紋波控制器的設計內 容史密斯 (Smith) 預估控制1.最少拍有紋波控制器的設計方法、步驟和舉例分析重點2.最少拍無紋波控制器的設計的必要條件分析難點3.史密斯 (Smith) 預估控制數(shù)字化分析要求掌握1.最少拍有紋波控制器的設計方法、步驟和舉例分析知識點和2.最少拍無紋波控制器的設計分析方法3.史密斯 (Smith) 預估控制zdubi z11.(1)設 G(z) 是 G(z)中不含單位圓上或圓外的零極點部分，這樣，i1G( z

31、 )vG ( z )(1 1a z)ii 1教授思路 ，采用的教學方法和輔助手段， 板書設計， 重點如何 突出，難點 如何解決， 師生互動等在分析對該控制對象設計最少拍控制器時，為了避免使 G(z)在單位圓外或圓上的零點、極點與 D(z) 的零點 、極點對消 ，同時又能實現(xiàn)對系統(tǒng)的補償，選擇系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)時必須滿足下面的約束條件：（ 1） (z)的零點中 ，必須包含 G(z)在 z 平面單位圓外或圓上的所有極點，即ee ( z) 1( z)v11qF ( z )(1ai z ) (1z)1i1（ 2）(z)的零點中 ，必須包含 G(z)在 z平面單位圓外或圓上的所有零點，即u( z)

32、z d(1b z 1 ) F( z)i2i 1以上的計算公式中 ，還需要確定 F (z)=1+fz-1-2-m-1-211 +f z12 +f z 1m和 F (z)=f z+f z+ 221222n-n 以及相應的階數(shù) m ， n 確定 。 根據(jù)此約束條件 ，可求得最少拍控制器為+f zF2(z), jq1(z)G (z)(1z1 )q j F1(z) D(z)F2 (z)G(z) 1(z), j qG (z)F (z)1根據(jù)教材例 4.1，熟悉整個設計和計算過程。 僅根據(jù)上述約束條件設計的最少拍控制系統(tǒng)，只保證了在最少的幾個采樣周期后系統(tǒng)的響應在采樣點時是穩(wěn)態(tài)誤差為零，而不能保證任意兩個采

33、樣點之間的穩(wěn)態(tài)誤差為零。 這種控制系統(tǒng)輸出信號y(t)有紋波存在 ，故稱為最少拍有紋波控制系統(tǒng)，相應的控制器為最少拍有紋波控制器。y(t) 的紋波在采樣.專業(yè) .整理 .下載可編輯作業(yè)布置主要參考資料備注2. 設計最少拍無紋波控制器的必要條件： Gc(s)中必須含有足夠的積分環(huán)節(jié) ，以保證u(t) 為常數(shù)時 ， Gc(s)的穩(wěn)態(tài)輸出完全跟蹤輸入，且無紋波 。最少拍無紋波系統(tǒng)確定 (z)的約束條件 ：(z)必須包含 G(z)的分子多項式 B(z)，即 (z)必須包含 G(z)的所有零點 。這樣 ，原來最少拍有紋波系統(tǒng)設計時確定(z)的( z)z d B( z) F ( z) zdw1 ) F (

34、 z) ，其余環(huán)節(jié)均與公式應修改為(1 b z有2i2i 1紋波控制器設計方法相同。 以例題 4.2，觀察數(shù)字控制器輸出和系統(tǒng)輸出。3. 由于物料或能量的傳輸延遲引起的滯后稱為純滯后。根據(jù)教材圖 4.19 ，可以得出經補償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 ( )GP( )csD( )( )c(s)D ss es G PsesD s G s e csD s Gs1( )P ( )1( )P ( )說明 ，經補償后 ，消除了純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響，因為式中的 e cs 在閉環(huán)控制回路之外 ，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，拉氏變換的位移定理說明， e cs 僅將控制作用在時間坐標上推移了一個時間，控制系統(tǒng)的過渡過程

35、及其它性能指標都與對象特性為Gp(s)時完全相同 。采用零階保持器法，使系統(tǒng)離散化 ，得到數(shù)字 PID 控制器和史密斯預估器。給出4.9， 4.10 ，4.11微型計算機控制技術（教材 ），于海生 ，清華大學出版社計算機控制理論及應用，孫增圻 ，清華大學出版社用 MATLAB 進行數(shù)字控制器計算機輔助設計, 陳曉天 , 廣東自動化與信息工程,1997/02最少拍控制器的設計方法 , 涂源釗 , 四川大學學報 (工程科學版 ), 1997/04 最少拍爐溫控制系統(tǒng)的設計 , 陳學 , 計算技術與自動化 , 1998/03青島大學教案 （理論教學用 ）第10 次課3學時4.3純滯后控制技術 達林

36、(Dahlin) 算法章節(jié)4.4串級控制技術4.5前饋 - 反饋控制技術.專業(yè) .整理 .下載可編輯講授主要內容重點難點要求掌握知識點和分析方法達林 (Dahlin) 算法串級控制的結構和原理數(shù)字串級控制算法副回路微分先行串級控制算法前饋控制的結構和原理前饋 -反饋控制結構數(shù)字前饋 -反饋控制算法1.達林 (Dahlin) 算法與振鈴現(xiàn)象2.串級控制的結構和原理3.前饋控制的結構和原理1.串級控制的結構和原理2.前饋控制的結構和原理1.達林算法的設計目標是使整個閉系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)(s)相當于一個延遲環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即(s)1e cs，代入 =NT, 并進行 z 變換Tcs1(1e

37、 T Tc) zN 1D(z)1(z)( z)eT Tc1 進而G(z) 1(z ) c1zN11zT T(1e)G(z) 1T Tc1(1T TcN 1eze)z教授思路 ，采用的教 學對于一階和二階環(huán)節(jié) ，簡單進行分析 。振鈴 (Ringing) 現(xiàn)象 ，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振方法和 輔助手段， 板書蕩。針對振鈴現(xiàn)象 ，提出一種最簡單的輸入R(z)和u ( z) 表達式 ，分析出產生振鈴現(xiàn)設計， 重點象的原因 。如何 突出，難點 如何解2.由圖 4.23 所示爐溫控制系統(tǒng) ，引出計算機串級控制系統(tǒng)結構圖。對于串級控制系統(tǒng)決， 師生互的分析有一個原則 ，就是不管

38、串級控制有多少級 ，計算的順序總是從最外面的回路向內進行 。這樣 ，針對圖 4.25 所示系統(tǒng) ，給出相應計算方法和步驟；為了防止主控制器動輸出 (也就是副控制器的給定值 )過大而引起副回路的不穩(wěn)定 ，同時 ，也為了克服副對等象慣性較大而引起調節(jié)品質的惡化，在副回路的反饋通道中加入微分控制，稱為副回路微分先行 。副回路的引入給系統(tǒng)帶來了很多的優(yōu)點：更強的抑制擾動的能力；克服對象純滯后的影響 ；把非線性對象包含在副回路中，由于副控回路是隨動系統(tǒng)，能夠適應操作條件和負荷的變化 ，自動改變副控調節(jié)器的給定值。.專業(yè) .整理 .下載可編輯3. 前饋控制是按擾動量進行控制的 ，當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時 ，前饋控制就按擾動量直接產生校正作用 ，以抵消擾動的影響 。采有前饋與反饋控制相結合的控制結構，既能發(fā)揮前饋控制對擾動的補償作用，又能保留反饋控制對偏差的控制作用。三沖量給水控制系統(tǒng)是典型的前饋- 反饋控制結構，通過圖 4.30 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)示意圖，分析出系統(tǒng)框圖，然后采用零階保持器法進