计算机控制系统1-计算机控制系统概述

注：本文是在学习东北大学 关守平教授讲授的《计算机控制系统》的过程中的学习笔记与总结

本课程重要内容为：

1. 计算机控制系统概论
2. 信号转换与z变换
3. 计算机控制系统数学描述与性能分析
4. 数字控制器的模拟化设计方法
5. 数字控制器的直接设计方法
6. 基于状态空间模型的极点配置设计方法

计算机控制系统1

一、计算机控制系统基本概念
计算机控制系统就是用计算机来实现生产过程的自动控制

整个系统将计算机设置在闭合回路中，A/D转换器将连续信号y(t)转换成离散信号y*(t)传送给计算机，该信号经过计算机处理之后，D/A转换器又将离散信号u*(t)转换成连续信号u(t)控制执行机构,这样就在系统中加入了强大的计算机，这里的计算机完成控制装置中“比较、计算”的职能

计算机控制系统的主要特点：

• 结构混合：控制器离散，被控对象一般为连续。所以计算机有**模拟化和离散化（直接法）**两种设计方法
• 信号混合：数字信号，模拟信号，离散模拟信号（y*(t)采样之后形式上离散，时间上连续）。所以信号变换是计算机控制系统的基础理论，emm也就是为啥要学z变换。

计算机控制系统的基本控制过程（工作原理）

• 实时数据采集
• 实时控制决策
• 实时控制输出
  （这里实时可以理解为立刻马上，一般给定一个时间范围，就是以上的三个过程都要在这个时间范围里完成，计算机处理一般都在几毫秒，所以就相当于立刻马上啦~）

计算机控制系统的性能指标

• 稳定性：扰动消失后，系统恢复平衡状态的能力。由系统本身的结构参数决定。由闭合系统极点（特征根）位置决定（z平面单位圆内）
• 稳态指标 ：常用稳态误差表示
• 动态指标：常用超调量和调节时间表示
• 综合指标：这个…具体情况具体分析了，比如要求耗能小、时间快，常用
  $$J={\int }_0^t{e}^2(t)dt表示.$$
  计算机控制系统的分类

发展历程

• 数字微分分析器DDA digital differential analyser（1950）
• 操作指导型计算机控制系统OGCS operation guide control system(1955-1959)
• 直接数字控制DDC direct digital control （1960-1965）
• 集中计算机控制系统ICS integrated control system（1967-1975）
• 集散计算机控制系统DCS distributed control system （1980s）
• 现场总线控制系统FCS fieldbus control system (1985s)
• 网络控制系统NCS networked control system（21世纪初）

基本类型
1.功能划分：
OGCS：主要操作人员参与

DDC

SCC（计算机监督控制系统）

2.结构划分

ICS 主要一台计算机控制

DCS 一个计算机控制一个设备

FCS 把计算机和设备合为一体，减少了DCS中设备与计算机之间的数据传输

NCS 对互联网要求高