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
标准主机、标准外设、专用接口、现场接口、 可靠性组件
控制用计算机的硬件组成
运动及控制过程：用水量增加 ===> 水位下降 ===> 测量值 C 减小 ===> 给定值 R 不变时则 X 增加 ===> X 经放大驱动阀门开度增加 ===> 给水增加 ===> 水位回升 ===> ……
计算机控制技术课程讲义
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自动控制系统中的相关概念 ▪ 控制系统的输出量：存在于机电系统中、被控制系统
计算机控制技术课程讲义
机
械
Y（t）
设
备
Y（nT）
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1.2 自动控制系统
▪ 基本概念 ▪ 基本部件 ▪ 组成结构 ▪ 分类
1.2.1 自动控制系统的构成
（通过 2 个例子来了解自动控制系统）
例1：电机调速系统
设定值
通讯接口
操作面板
变频调速器
电
工作频率
速度 V
动
机
速度表
控制目标：转速 V
变频调速器：
1.2.2 自动控制系统的分类
（依据控制系统输入、输出信号的特点进行分类）
▪ 恒值控制系统：系统的设定值恒定不变。 ▪ 定值控制系统：系统的设定值按给定规律变化。 ▪ 程序控制系统：系统的控制输出值按给定规律变化。 ▪ 随动控制系统：控制系统输入、输出信号的变化没有
固定规律，但要求系统输出按某种规则随系统输入的 变化而变化。
1.3 计算机控制系统
以计算机实现运算元件的控制系统。
▪ 以机电系统性能指标为目标 ▪ 适当的现场信息测量采集装置---传感器 ▪ 适当的现场设备驱动装置---执行器 ▪ 计算机接口---A/D、D/A、数字I/O ▪ 计算机主机或多台计算机网络系统 ▪ 一定的控制规则---控制算法 ▪ 适当的可靠性保障---自检、备份、容错
机电系统的计算机控制
▪ 参考书目： ▪ 《计算机控制技术》张桂香、王辉 ▪ 《计算机控制系统》何克忠、李伟 ▪ 《控制工程与信号处理》罗抟翼、程佳芬、付家才 ▪ 《信号与系统》奥本.海姆 ▪ 《信号与系统》胡光锐
▪ 授课人：戴强
1、 概论
1.1 机电系统
机械 + 电气 的 组合系统
▪ 机械部分：系统的功能部件，与工艺相关的机
转速表、例2：水位测量）
▪ 运算元件：对系统中各种信号、信息进行综合处理，
按一定控制算法给出控制信号。 （例1：操作面板、 例2：比较器）
▪ 放大元件：对控制信号进行功率放大。（ 例1 ：变频
器、例2：放大器）
▪ 执行元件：执行控制信号所代表的控制含义。（例1 ：
变频器、例2：阀门 ）
▪ 被控对象：控制系统的作用对象，其中包含被控物理
r
给定值
控制器
u
控制作用
执行器
q
ห้องสมุดไป่ตู้操纵变量
被控对象
集、控制算法、结果输出
数据组织 --- 各种操作数据、参数 可靠性软件 --- 自检、报警、恢复程序
1.3.3 计算机控制理论
1、采样控制系统： 模拟信号采样、香农（Shannon）采样定理
2、离散时间控制系统： 信号在时间上不连续、数字化
3、经典控制论： 在连续系统中采用拉氏变换、传递函数等分析工具，在离散系统 中采用 Z 变换。
所调节的物理量。（例1：转速、例2：水位）
▪ 控制系统的输入量：在控制系统之外产生、作用于控
制系统之上的物理量。 （例1：设定值、例2：用水量）
▪ 开环控制系统：控制系统的输出量不参与控制运算的
系统。（ 例1 ）
▪ 闭环控制系统：控制系统的输出量参与控制运算的系
统。（ 例2 ）
闭环控制系统的构成
▪ 检测元件：对系统的输出、输入量进行测量。（例1：
可根据设定输出不同频率的交流电，从而达到驱动交流电 动机实现不同的转速。
控制过程：
设定值增加 ===> 接口命令参数加大 ===> 变频器输出频率 增加 ===> 电机转速增加
计算机控制技术课程讲义
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例2：水位控制系统
给水
阀门
C
测量
R
比较 X 放大
H
水槽
用水
控制目标：水位 H
比较算法： X = R – C
量---即系统的输出量。（ 例1 ：电动机、例2：水槽）
闭环控制系统框图
前向通道
（系统输入） 设定值
控制输出
控制输出
调节信号
运算元件
放大元件
执行机构
检测信号
检测元件
被控物理量 （系统输出）
（系统输入） 干扰信号
被 控 对 象
反馈通道
计算机控制技术课程讲义
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（1）闭环控制系统
f 干扰
r+ e 给定值 _ 偏差
内部总线
标准主机
CPU 内存 …
外存：硬盘…
标准外设
CRT 键盘鼠标
打印机
模拟显示屏 记录仪… 操作台
A/D D/A 数字 I / O
可靠性组件
专用接口 现场接口
计算机控制技术课程讲义
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1.3.2.2 软件
系统操作管理软件 --- 实时操作系统 控制运算软件 --- 输入/输出接口驱动、数据采