数字控制徐丽娜课件.pptVIP

计算机控制ComputerControl航天学院控制科学与工程系金晶主楼1

课程安排?讲课32学时?实验6学时?上机6学时————金晶王艳上机、实验如下：?实验一数字滤波器的设计与仿真?实验二数字PID控制器设计与仿真?实验三数字输入/输出实验?实验四模拟滤波与数字滤波实验?实验五数字PID控制实验?实验六直流电机闭环调速实验2

教材?《数字控制》徐丽娜编著，科学出版社?《计算机控制实验指导书》王艳主编，教材科印刷参考书?盛珣华，李润梅编著.计算机控制系统.清华大学出版社.2007?绪方胜彦著，刘君华译.离散时间控制系统.西安交通大学出版社，1990.?袁本恕编著.计算机控制系统.中国科学技术大学出版社，1988.?KatsuhikoOgata.现代控制工程.电子工业出版社，2000.?施保华,杨三青,周凤星.计算机控制技术.华中科技大学出版社.2007.3

成绩记载方法?闭卷考试?作业和出勤?实验70%10%20%4

第1章绪言数字控制系统是以数字计算机作为数字控制器，实现对连续对象（或过程）的闭环控制，也称为计算机控制系统。——数字控制（又称计算机控制）课程为自动控制及相关专业学生讲授线性定常数字控制系统分析与综合的一些基本方法，其理论基础为线性离散时间系统理论。5

控制理论发展历史集中控制理论阶段w20世纪40~60年代，“古典控制理论”时代。主要针对线性定常系统，解决单输入单输出问题。采用传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。对非线性系统，分析采用的相平面法一般不超过两个变量。w20世纪60~70年代，“现代控制理论”。随着计算机的飞速发展，推动了状态空间法的应用，其可以解决多输入多输出问题。系统可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。6

分散控制理论阶段w20世纪70年代至今，向“大系统理论”和“智能控制”方向发展。“大系统理论”是用控制和信息的观点，研究各种大系统的协调、控制方法，包括大系统的建模、模型降阶、递阶控制、分散控制和稳定性等内容；大系统的特征是：规模庞大、结构复杂（环节较多、层次较多或关系复杂）、目标多样、影响因素众多，且常带有随机性的系统。“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制仿人智能控制。7

多变量系统非随奇线机异性系系系统统统时不变确系知统系统连续确单确知系统系线定正变定统性性常量常系系系系系动力学系统统统统统统离散系统动力学系统分类图8

计算机控制的发展历史（一）数据采集与监视控制系统DASCS（DataAcquisitionandSupervisoryControlSystem）计算机控制系统在20世纪50年代开始出现，由于当时计算机硬件条件的限制，控制系统是基于模拟控制器实现的，计算机只是作为控制系统的监控设备，负责对控制系统的参数进行采集、加工和分析处理，此时的计算机控制系统称为数据采集系统或监视控制系统。由于这种系统中计算机并不直接参与系统控制，因此系统结构简单，安全可靠。9

（二）直接数字控制系统DDC（DirectDigitalControl）随着计算机硬件技术的日益提高，出现了直接数字控制系统，传统的模拟控制器被计算机构成的数字控制器所取代。在DDC控制系统里，传感器和执行机构与计算机是点对点的连接方式，传感器和执行机构通过模拟输入/输出通道与计算机构成的数字控制器之间进行模拟/数字信号转换，计算机直接参与系统的控制及信息处理。DDC是计算机控制技术中最常用的方法之一，其优点是灵活性大、可靠性高，可以实现较复杂的控制规律，如最优控制、鲁棒控制、模糊控制等。数控计算机模拟输入通道生产过程键盘、显示器打印机等外部设备模拟输出通道直接数字（DDC）控制系统示意图10

（三）计算机监督系统SCC（SupervisoryComputerControl）具有两级计算机控制系统的计算机监督系统SCC，其底层计算机控制系统为执行实时控制任务的DDC系统，高层计算机控制系统为具有强大数据处理能力的计算机监督系统。计算机监督系统直接数字控制系统11

（四）分布式控制系统DCS(DistributedControlSystems)随着控制系统规模的日益扩大，在20世纪70年代又出现了分布式控制系统DCS，又称集散控制系统。其特点是采用层次化的多级计算机系统进行分散控制、管理集中。分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是应用于大规模复杂系统或生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。12

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