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计算机控制技术习题(课堂PPT)

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《计算机控制技术》课件

《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。

计算机控制技术PPT 第3章

计算机控制技术PPT 第3章

3. 综合指标
在现代控制理论中，如最优控制系统的没计时，经常使用综
合性能指标来衡量一个控制系统。选择性能指标时．既要考虑
到能对系统的性能做出正确的评价，又要考虑到数学上容易处
理，以及工程上便于实现。因此，选择性能指标时，通常需要
做一定的试探和比较。综合性能指标通常有3种类型。
1）积分型指标：
（1）误差平方的积分：
3.5 线性离散时间系统的能控性与能观测性
线性定常离散时间系统的能控性定义及判据 线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据
3.6 应用MATLAB进行离散系统分析
3.1 计算机控制系统概述
计算机控制系统(Computer Control System)是应用计算机 参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得 一定控制目的而构成的系统。
为n，Qc为由系数矩阵A和B按一定规则组成的分块矩阵，
表达式是：
n为系统的维数。 判别线性定常系统能控性的判据还有 其他的形式。对于线性时变系统，判别能控性的条件要复 杂一些，而且系统是否能控，常常还依赖于初始时刻的选 取。对于完全能控的线性定常系统，通过特别选定的坐标 变换，可以将其状态方程化成标准的形式，称为能控规范 形。
3.3 控制系统的性能指标描述
对于一个控制系统来说，人们总是要求它能根据实际 的被控对象，在给定信号的作用下达到稳定、快速和准确 的性能指标。对于计算机控制系统，计算机相当于人的大 脑，因此有更多的功能可以实现，系统就能实现最佳的性 能指标。本章描述了控制系统的基本性能指标，以及这些 性能指标与系统的固有参数和设计参数的关系，从而为分 析和设计控制系统提供了依据。
计算机控制技术 --控制组件分布和集成
2008.6

《计算机控制技术》PPT课件

《计算机控制技术》PPT课件

生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
9
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1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )

1 s s( 1) a
13
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计算机控制技术课件
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工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
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计算机控制技术课件
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16
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计算机控制技术课件
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罝尵絿蜅揅鼻魮歮懷 瀳鎮殻梨姁佁垍缮鲟 铢闅罛槢醑鳟蜂戚运 庉裻怰鷲脆闞褠轛煿 闔蘹揙幵梁氌熽柕櫱 漞巈蚴禿孰挅要临曹 111111111 玌瘽錙聒抚巖诠唜璶 看看 閎飛憴氍沓壘蠰錏砙 慅叻乎糔袙顯隂鵑肱
17
18
痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋

计算机控制技术PPT 第4章

计算机控制技术PPT 第4章

4.4 传感器和传感系统
信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的 高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微 处理器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用。 随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元 ，传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化系统和 机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成， 其重要性变得越来越明显。
计算机控制技术 --控制组件分布和集成
2008.6
主要教学内容和学时分配
第1章 概论：计算机控制技术和企业自动化
4
第2章 工业通信基础和计算机接口总线
8
第3章 计算机控制系统
8
第4章 控制系统的接口：输入输出通道
6
第5章 控制器设计技术
12
第6章 计算机控制系统的抗干扰技术
6
第7章 主要的工业控制器
进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号 和噪声。为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成 具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作 是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。在某 些情况下，这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的 。成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器 。
控制总线
4.3 模拟量输出通道
将计算机输出的数字控制量转换成执行机构可用的模拟 量，就是模拟量输出通道应解决的问题。模拟量输出通道 一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换电路等组成。
模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持结构 的组成方式。输出保持器的作用主要是在新的控制信号来 到之前，使本次控制信号维持不变。保持器一般有数字保 持方案和模拟保持方案两种。这就决定了模拟量输出通道 的两种基本结构形式。 一个通路设置一个数／模转换器 多个通路共用一个数／模转换器

计算机控制技术-PPT课件

计算机控制技术-PPT课件
器设备及其传动组件
▪ 电气部分：系统的动力源，包括各种驱动和执
行设备。
自动控制系统的工作目标：机电系统
机电系统的物理结构图
U（t） U（nT）
线性驱动器 脉冲驱动器
线性执行器 脉冲执行器
t : 时间 T : 控制周期 n : 整数 U（t） 、 Y（t） : 连续信号 U（nT） 、 Y（nT） : 离散信号
4、状态空间理论： 将控制信号、系统输出及输入信号等时域信号以向量形式描述， 并分析他们之间的相互关系。
5、最优控制： 以最快速度、最高产量、最佳效益等为目标来设计控制系统 （大林算法、振铃现象及消除、最少拍控制）
6、系统辩识与自适应控制： 具有自动识别系统模型、自动适应环境变化的控制系统
（2）开环控制系统
控制器
z 测量值
u
控制作用
执行器
q
操纵变量
被控对象
y
被控量
测量变送器
图1-1(a) 闭环控制系统
闭环控制系统--闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，
把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将 此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应 的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟 踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭 合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。
1.3.1 控制计算机的工作任务
实时采集：收集系统的各种运行参数、状态 实时决策：对采集信息进行处理，得出控制值 实时控制：输出控制值，对系统进行控制 实时：在一定时间限度内完成
1.3.2 控制计算机的构成 1.3.2.1 硬件

计算机控制技术习题汇总知识点.ppt

计算机控制技术习题汇总知识点.ppt
1. 数字计算和数字通信
提高了信号的测量、控制和传输精度 适用远程传输。
2. 互操作性和互换性
统一技术标准，采用开放式互连结构， 有条件实现设备的互操作性和互换性。
3. 传输介质的多样化
因地制宜，就地取材 ，节约成本
4. 适应性和可靠性
对环境的适应性 对工作的可靠性
9. 画出I2C总线上主器件对地址为1010110的从器件 写入2字节5BH和87H的时序。(选做)
12:54:39
24
第4章 控制系统中的计算机及其接口技术
5. 接口与总线有哪些分类？(★)
按接口所连接的功能部件来分：
过程通道接口 人机交互接口 存储设备接口 通信接口
按接口和总线连接部件的技术特征可分为
芯片级总线
I2C、SPI和1-Wire
板级总线（也称系统总线）
PC/104、Compact PCI
4、 试比较伺服电机和步进电机的各自特点。 5、 简述在控制系统中变频器和电动执行器的
作用。 (选做)
12:54:39
29
第5章 计算机控制系统中的传感器、 执行器和过程通道
6、 简述控制系统中信号的类型和处理的要求.
13. 通过查阅资料，了解某种组态软件产品的 组成和应用。
12:54:39
28
第5章 计算机控制系统中的传感器、 执行器和过程通道
1、 传感器与变送器有区别？ (选做)
标准信号：4-20mA、1-5V
2、 变送器的连接方式有哪些？请给出连接示 意图。 (★)
4线制、 3线制、 2线制
3、 IEEE1451标准所指的变换器 （Transducer）、检测器（Sensor）和执行 器（Actuator）之间是什么关系？

计算机控制技术习题ppt课件

解：双线性变换公式为： s 2 z 1
T z 1
D(z)U E((zz))D(s)sT2zz 1 1
1 T1s 1 T2 s
s 2 z 1 T z 1
D (z) U (z)(T 2 T 1 )z T 2 T 1
E (z) (T 2 T 精2 选) 课z 件 T 2 T 2
10
D (z)U (z)(T2 T 1)zT2 T 1 E (z) (T2 T 2)zT2 T 2
i 1
e(z)1(z)
(1z1)2(1f1z11) 1 ( 1 0 .1z 1 1 )f2 ( z 1 1 1 f2 z 2 2 )
1 ( f 1 1 2 ) z 1 ( 1 2 f 1 ) z 1 2 f 1 z 1 3
1 f 2 z 1 1 ( f 2 2 0 .1f 2 1 ) z 1 2 1 0 .1f 2 1 z 2 3 1
D(s)U(s)10.17s E(s) 10.08s5
试写出相应数字控制器的位置型和增量型的控制算式，设采 样周期T＝0.2s。
解：双线性变换公式为： s 2 z 1
T z 1
D(z)U E((zz))D(s)sT2zz 1 1
1 0.17s 1 0.085s
s2 z1 T z1
D (z) U E ( (z z) ) 1 .2 8 .7 z z5 0 0 ..1 7 5 1 .2 8 .7 5 0 0 ..1 7 zz 1 5 1
带入初始值得
Y(z)z[21.5z10.5]z10.50.7 51.50.5
Y(z)z20 .51z.5 1z 11 .50.51 0.15.5 zz 1.05.z52z2
精选课件
8
Y(z)2z3z3z2z2

计算机控制技术教案课件PPT资料(正式版)


1、工作过程：
① 通过置数选择逻辑电路把SAR最高位Dn-1置1，其余为0， 经D/A转换后，与模拟输入量进行比较，U0≤Ui时，保留最高 位Dn-1=1；U0＞Ui时，最高位Dn-1=0。
② 确定最高位Dn-1的状态后，置次高位Dn-2=1，其它为0， 同样经过D/A转换，比较，判断，确定SAR中次高位的状态。
参考电平关系到A/D转换的精度，因此对电源的要求较高，一般要求稳压电源供电。 （一）计数器式的A/D转换器 转换时间越长，速度越慢。 ① 时钟范围：10~1280KHZ，常用的有500KHZ和640KHZ。 有的转换器中包含DGND和AGND，在连接时，应把模拟地、数字地分别连接，然后把这两种地在一点上进行连接。 输入电压可以是单端输入，也可以是双端差动输入。 1、输入模拟信号的连接 缺点：转换时间随输入信号变化，输入信号越大。 影响精度的除了分辨率之外，还有温度漂移，线性不良等原因。 一种是A/D芯片内部没有三态输出门或者虽然有三态输出门，但是它不受外部信号的控制，数据输出线不能直接挂到系统的数据总线上 ，应该通过输入缓冲器或并行I/O口的输入端口与CPU之间交换信息。 8位A/D转换器ADC0809和CPU的连接 分辨率通常用转换后的位数来表示，也可以用基准电压VREF的1/2N来定义。 一、A/D转换器的工作原理
（二）双积分式的A/D转换器
原理图如图2所示：
5、 参考电平的连接 A/D转换的时间与频率和转换位数有关，不论模拟输入量多大，确定了频率和转换位数后，转换时间就是相同的，都需要经过相同的转 换过程。 芯片内部结构如图5所示： 缺点：转换时间随输入信号变化，输入信号越大。 一种是A/D芯片内部没有三态输出门或者虽然有三态输出门，但是它不受外部信号的控制，数据输出线不能直接挂到系统的数据总线上 ，应该通过输入缓冲器或并行I/O口的输入端口与CPU之间交换信息。 缺点：转换时间随输入信号变化，输入信号越大。 U0＞Ui时，最高位Dn-1=0。 转换时间是指启动A/D转换到转换结束所需要的时间。 在使用A/D转换器ADC0809时，应注意： 三、常用的A/D转换器ADC0808/0809 当Uo≥Ui时，转换结束信号有效，计数器停止计数。 ① 通过置数选择逻辑电路把SAR最高位Dn-1置1，其余为0，经D/A转换后，与模拟输入量进行比较，U0≤Ui时，保留最高位Dn-1=1； 例3：指定8路模拟电压输入端口地址为78H~7FH，转换结束信号以中断方式与CPU联络，采用74LS138做输入通道地址译码器，要求 设计出ADC0809和8086CPU的连接原理电路图。 也可接成双极性输入，但是需要通过偏移，转换为单极性信号，才能进行A/D转换。 三、常用的A/D转换器ADC0808/0809 较好的A/D转换器工作温度为-40℃~80℃，较差的为0℃~70℃。 四、A/D转换器与系统的连接及举例 转换时间是指启动A/D转换到转换结束所需要的时间。
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• 80H=128 40H=64 10H=16
1280(5V 0V )2.5098V 2550
160(5V0V )0.3137V
2550
.
640(5V 0V )1.2549V 2550
6
8、某热处理炉的温度变化范围是0~1000℃,要求分辨率为1 ℃ ，温度变送器输出范围为0~5V, 则A/D转换器的字长N应 为多少？如果字长N不变，现通过变送器零点迁移，将信号 零点迁移到200℃，此时系统对炉温变化的分辨率是多少？
6AH=106
1350℃
A/D转换值为6AH时的温度： 106-51 （1350℃-0℃）364℃ 25551
1V(33H) 0FFH(5V)
1 V 所 对 应 的 A /D 转 换 值 ： 1 V 2 5 5 5 1 3 3 H 5 V
.
9
12、某管道的流量范围0～100m3/min，经压差变送器变换为 1~5V的信号送到ADC0809进行AD转换，在某一时刻计 算机采样（8位）并经数字滤波后的数字量为(A9)H，则 此时的流量值为 m3/min
ADDB A D D C IN 7
V REF(+) V CC V REF() G N D
CLOCK
221H D0
D7 数据总线
D0 IN 0 IN 7 +5V
3
START: MOV MOV OUT MOV
L： IN AND JNZ
M： IN AND JZ IN RET
AL，00H
DX，220H
DX，AL；选中IN0模拟通道，启动ADC0809开始启动
DX，221H ；读入EOC状态
AL，DX
AL，01H
L
；判断EOC为0否，
AL，DX
；EOC为0，则去判断EOC为1否？
AL，01H
M
；EOC仍为0，继续读入EOC
AL，220H；EOC为1，说明ADC0809已转换好，读入数据
.
4
5、设被测温度变化范围为0 ℃ ~1200℃,如果要求误 差不超过0.4 ℃,应选用分辨率为多少位的A/D转换器？
0A9H=169
Gx G0 (Gm G0) Nx-N0 Nm-N0
0 (100 0) 169-51 1000.76 255-51
76
1 V 所 对 应 的 A /D 转 换 值 ： 1 V 2 5 5 5 1 3 3 H
5 V .
10
13、现已知某炉温变化范围为0~1500℃，要求测试时，分辨 率为3℃，试确定A/D变换器的字长应选为多少？若A/D字长n 不变，通过变送器将测试起点迁移到600℃，试问此时系统对
炉温变化的分辩率为多少。
n lo 2 ( 1 g 1 35 ) 9 00
15 6 0 0 0 0 .8 0 C 8 1024
14、A/D前采用的某传感器的最大输出为10伏，其精度为
0.1%，试选择A/D板的字长位数及精度。
答：10位，10V/1024=0.00976V=9.76mV ±1/2LSB 12位，10V/4096=0.00244V=2.44mV ±1/2LSB
4V—1638 q=2.44mV, 量化误差4V-q*1/2~4+q*1/2
.
11
15、为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应
在传感器与A/D之间加入 信号调理电路
。
16、 ADC0809EOC信号的作用是什么？计算机读取 ADC0809的数据时，有几种方法？
A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。
延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于 ADC转换时间后，取数据。 •查询法: EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断 EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。 •中断响应法: EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申 请,在中断服务程序中取数据。
nlog211010010
10002000.78℃ 1024
.
7
9、
10、 设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V，则
该A/D转换器的量化单位是 __2.44mV____。
.
8
11、某热处理炉温度变化范围为0～1350℃，经温度变送器变 换为1～5V 电压送至ADC0809，ADC0809 的输入范围为0～ 5V。当t=KT时，ADC0809 的转换结果为6AH，问此时的炉内 温度为多少度?
PC 扩展槽
+
译 码
器+
+5V 分频器
S TA RT ALE EOC
D7
OE
D0
A D D A IN 0
ADDB A D D C IN 7
V REF(+) V CC V REF() G N D
CLOCK
询 问 ： PA 0 延时：悬空 中 断 ： IR Q 2 D7
数据总线 D0
IN 0
IN 7
+5V
.
2
4、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请写出查询方式下 的汇编语言程序，假设地址信号=220H时，图中译码器输出
有效，221H时，图中三态门信号有效
IO W
AEN A 0~A 9
IO R D0 D1 D2
PC 扩展槽
+
译
码
器
+Biblioteka +5V分频器
.
STA RT ALE EOC
D7
OE
D0
A D D A IN 0
• 不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转 换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在 允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。
.
1
3、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请 问START、ALE、OE、EOC都起什么作用
IO W
AEN A 0~A 9
IO R D0 D1 D2
选择依据：
nlog1120012 2 0.4
1200/0.4=3000
.
5
6、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃， 线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率。
• 分辨率=(50-30)/255=0.0784 ℃
7、八位D/A转换芯片，其输出设计为0～5V，试求 当CPU分别输出80H、40H、10H时，对应的输出 各为多少伏？
1、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响
（1）保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保 持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状 态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差； （2）反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差
2、在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都 需要加采样保持器？为什么？