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1.1 计算机控制系统的基本概念
2012-12-01 09:07:37     我来说两句
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本文所属图书 > 计算机控制:理论与设计

本书着重介绍了计算机控制系统中控制器设计的理论与方法,涵盖了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的核心内容,侧重从方法论的角度介绍基于精确模型和基于非精确模型两类系统的控制器设计方法。全书共分...  立即去当当网订购

计算机控制系统因强调计算机作为控制系统的一个重要组成部分而得名,即由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统称为计算机控制系统。计算机控制系统也称为数字控制系统,这是强调控制系统中包含数字信号。

计算机控制理论就是控制理论基于计算机实现时所需要的理论,如采样周期的选择、量化效应的分析、信号采样与恢复、模型及其性能指标的离散化、数字控制器的实现等方面的理论,也称为计算机控制系统理论。

计算机在控制系统中的应用主要分为以下两个方面:

1)计算机在控制系统方面的离线应用。如利用计算机帮助工程设计人员对控制系统进行分析、设计、仿真以及建模等,这方面的计算机软(硬)件系统称为计算机辅助设计控制系统或控制系统CAD。控制系统CAD可以大大减轻设计人员的繁杂劳动,缩短设计周期,提高设计质量。

2)计算机在控制系统方面的在线应用。指利用计算机代替常规的模拟控制器,而使它成为控制系统的一个组成部分。基于计算机实现的控制器称为数字控制器,可以极大地提升控制器的性能,具有模拟控制器无法比拟的优势。

控制系统中的信号一般包括连续信号、离散信号和数字信号。连续信号指时间上连续、幅值上也连续的信号,也可以称为模拟信号;离散信号指时间上离散、幅值上连续的信号,也称为离散模拟信号;数字信号指时间上离散、幅值上量化的信号。控制系统按照它所包含的信号形式通常可以划分为连续控制系统、离散控制系统、采样控制系统和数字控制系统,计算机控制系统即为典型的数字控制系统,如图1-1所示。


 

在计算机控制系统中,除了包含有数字信号e?(k)、u?(k)外,由于被控对象是连续的,因此其中也包含有连续的信号r(t)、e(t)、u(t)、y(t)。如果忽略幅值上的量化效应,数字信号e?(k)、u?(k)即为离散信号e(k)、u(k);如果再将连续的被控对象离散化,那么计算机控制系统即简化为离散控制系统。

计算机控制的对象狭义上来说指回路级的控制,即给定一个对象G(s)和控制指标,应用控制理论知识设计控制器D(z)。该控制理论包括经典控制理论(如PID控制)、现代控制理论(如最优控制)、智能控制理论(如神经网络控制)等。

广义上来说,计算机控制的对象不仅包括回路级的控制,也包括过程的控制、生产线的控制,甚至一个企业的管理控制。从流程工业综合自动化的理论看,包括基础自动化控制、过程自动化控制、调度自动化控制和管理决策自动化控制四个层次。

基础自动化强调的是单一对象的控制,即回路的控制,满足的是常规控制指标,如过渡过程时间和超调量等;过程自动化强调的是对基础自动化各个控制回路的设定值优化以及各个回路之间的协调,满足的是过程指标,如产品的质量、消耗的能量等;调度自动化强调的是生产线上各个过程的优化调度,满足的是调度指标,如生产节奏与时间等;管理决策自动化强调的是企业产供销各个部门的协调与优化管理,满足的是企业的管理目标,如生产效率、利润指标等。

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