简述数字控制器的离散化设计的步骤

1-1 什么是计算机控制系统？画出一个实际计算机控制系统原理结构图，并说明一个计算机控制系统由哪些部分组成及各部分的作用。

利用计算机参与控制的系统称为计算机控制系统。

1-2 简述计算机控制系统的控制过程。

实时数据采样实时计算控制量实时控制实时管理1-3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：生产过程和计算机系统直接连接，并接受计算机直接控制的方式称为在线或联机方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制的方式叫做“脱机”方式或“离线”方式。

1-4 计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。

(4)生产过程装置a.测量变送单元：为了测量各种参数而采用的相应检测元件及变送器。

b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构。

1.5 计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。

系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。

系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。

第五章数字控制器的离散化设计⽅法第五章数字控制器的离散化设计⽅法数字控制器的连续化设计是按照连续控制系统的理论在S 域内设计模拟调节器，然后再⽤计算机进⾏数字模拟，通过软件编程实现的。

这种⽅法要求采样周期⾜够⼩才能得到满意的设计结果，因此只能实现⽐较简单的控制算法。

当控制回路⽐较多或者控制规律⽐较复杂时，系统的采样周期不可能太⼩，数字控制器的连续化设计⽅法往往得不到满意的控制效果。

这时要考虑信号采样的影响，从被控对象的实际特性出发，直接根据采样控制理论进⾏分析和综合，在Z 平⾯设计数字控制器，最后通过软件编程实现，这种⽅法称为数字控制器的离散化设计⽅法，也称为数字控制器的直接设计法。

数字控制器的离散化设计完全根据采样系统的特点进⾏分析和设计，不论采样周期的⼤⼩，这种⽅法都适合，因此它更具有⼀般的意义，⽽且它可以实现⽐较复杂的控制规律。

5.1 数字控制器的离散化设计步骤数字控制器的连续化设计是把计算机控制系统近似看作连续系统，所⽤的数学⼯具是微分⽅程和拉⽒变换；⽽离散化设计是把计算机控制系统近似看作离散系统，所⽤的数学⼯具是差分⽅程和Z 变换，完全采⽤离散控制系统理论进⾏分析，直接设计数字控制器。

计算机采样控制系统基本结构如图5.1所⽰。

图中G 0(s)是被控对象的传递函数，H(s)是零阶保持器的传递函数，G(z)是⼴义被控对象的脉冲传递函数，D(z)是数字控制器的脉冲传递函数， R(z)是系统的给定输⼊，C(z)是闭环系统的输出，φ(z)是闭环系统的脉冲传递函数。

零阶保持器的传递函数为：se s H Ts--=1)( （5-1）⼴义被控对象的脉冲传递函数为：[])()()(0s G s H Z z G = （5-2）由图可以求出开环系统的脉冲传递函数为：图5.1 计算机采样控制系统基本结构图)()()()()(z G z D z E z C z W == （5-3）闭环系统的脉冲传递函数为：()()()()()1()()C zD z G z z R z D z G z Φ==+ （5-4）误差的脉冲传递函数为：()1()()1()()e E z z R z D z G z Φ==+ （5-5）显然 )(1)(z z e Φ-=Φ（5-6）由式（5-4）可以求出数字控制器的脉冲传递函数为：)](1)[()()(z z G z z D Φ-Φ= （5-7）如果已知被控对象的传递函数G 0(s)，并且可以根据控制系统的性能指标确定闭环系统的脉冲传递函数φ(z)，由上式可以得到离散化⽅法设计数字控制器的步骤：（1）根据式（5-2）求出⼴义被控对象的脉冲传递函数G(z)。

简述数字控制器的离散化设计的步骤数字控制器（Digital Controller）是一种用数字信号来控制机械或电气系统的设备。

数字控制器的核心是控制算法，因此离散化设计是数字控制器设计的重要环节之一。

本文将介绍数字控制器的离散化设计步骤。

一、系统建模系统建模是数字控制器设计的第一步。

系统建模的目的是将被控制系统的动态行为以数学模型的形式描述出来。

常用的系统建模方法有传递函数法、状态空间法等。

二、控制算法设计控制算法设计是数字控制器的核心环节。

控制算法的目的是将系统的控制目标转化为数字控制器可执行的指令。

常用的控制算法有比例控制、积分控制、微分控制、PID控制等。

三、采样周期选择采样周期是数字控制器离散化设计中的重要参数。

采样周期的选择应根据被控制系统的动态特性、控制算法的要求以及数字控制器的性能指标等因素进行综合考虑。

一般来说，采样周期越小，数字控制器的响应速度越快，但是也会增加系统的计算负担。

四、离散化方法选择离散化方法是将连续时间系统转化为离散时间系统的过程。

常用的离散化方法有零阶保持法、一阶保持法、Tustin变换法等。

离散化方法的选择应根据被控制系统的动态特性、控制算法的要求以及数字控制器的性能指标等因素进行综合考虑。

五、数字控制器实现数字控制器实现是数字控制器离散化设计的最后一步。

数字控制器的实现可以采用FPGA、DSP、单片机等硬件平台，也可以采用C、C++等编程语言进行软件实现。

数字控制器实现的目的是将离散化后的控制算法实现为数字控制器可执行的指令。

数字控制器的离散化设计包括系统建模、控制算法设计、采样周期选择、离散化方法选择和数字控制器实现等步骤。

离散化设计的目的是将连续时间系统转化为数字控制器可执行的指令，从而实现对被控制系统的精确控制。

数字控制系统的离散化方法介绍本文将讨论数字控制系统的离散化方法。

数字控制系统是一种使用数字信号来控制机械设备的系统，离散化方法是将连续信号转化为离散信号的过程。

连续信号与离散信号在数字控制系统中，连续信号是指在时间和幅度上都是连续变化的信号。

而离散信号则是在时间和幅度上是间断的，仅在某些特定时间点有取值。

离散化方法将连续信号转化为离散信号，以便在数字控制系统中进行处理和控制。

离散化方法采样采样是离散化方法的第一步。

在采样过程中，连续信号按照一定的时间间隔进行取样，得到一系列离散的值。

通常，采样频率越高，离散信号的表示越精确，但同时也增加了系统处理的复杂性。

量化量化是离散化方法的第二步。

在量化过程中，采样所得到的离散值被映射到一定的离散值集合中。

这个离散值集合通常由有限数量的离散级别组成，每个级别代表了一定的数值范围。

量化的目的是减少离散信号的表示空间，以及减少系统处理的计算量。

编码编码是离散化方法的最后一步。

在编码过程中，通过对离散值进行编码，将其转化为适合数字控制系统处理的二进制信号。

常见的编码方法包括二进制码、格雷码等。

编码的目的是方便数字控制系统对离散信号进行处理、传输和存储。

结论离散化方法是数字控制系统中将连续信号转化为离散信号的重要过程。

它包括采样、量化和编码三个步骤。

通过离散化，可以使得数字控制系统更好地处理和控制机械设备，提高系统的性能和可靠性。

以上是数字控制系统的离散化方法的简要介绍和说明。

*注意：本文只是对离散化方法进行了简要介绍，并未涉及具体实施细节和技巧。

具体实施时，应按照相关规范和要求进行。

简述数字控制器的离散化设计的步骤
数字控制器是一种常用于控制机械和电子设备的计算机系统。

在数字控制器的离散化设计中，需要按照以下步骤进行：
1. 系统建模：首先需要对控制系统进行建模，确定其输入输出关系，选择适当的控制算法和控制器结构。

2. 离散化处理：通过对连续时间控制器进行离散化处理，将其转化
为离散时间控制器，以便于数字控制器进行实现。

3. 数字控制器设计：根据控制系统的需求和离散化处理后的控制器
模型，设计数字控制器的硬件平台和软件算法，并进行实现。

4. 系统测试与优化：对设计好的数字控制器进行系统测试，并进行
优化调整，以确保其满足控制系统的性能指标和稳定性要求。

需要注意的是，数字控制器的离散化设计是一项复杂的任务，需要深入理解控制系统的工作原理和数学模型，熟练掌握离散化技术和数字控制器的设计方法，以及具备良好的工程实践经验。

同时，还需要关注数字控制器的实时性和可靠性，以确保其在工业应用中的稳定运行。