计算机控制系统中的数字控制器离散化设计

"该资源主要讲解了数字控制器的离散化设计步骤，并涉及到计算机控制技术的基础概念、分类和发展趋势。同时，提到了计算机控制系统中的关键组件，如控制规律、计算程序、执行机构、被控对象、检测装置、D/A和A/D转换器，以及反馈量和设定量。此外，还介绍了不同类型的计算机控制系统，如直接数字控制（DDC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）和可编程控制器系统（PCS或PLC）。文件还深入讨论了模拟量输入通道的组成，包括采样保持器的作用、数据采样定理以及采样保持器的关键性能指标。" 在计算机控制技术中，数字控制器的离散化设计是实现控制器从连续域到离散域转换的关键步骤。以下是详细的步骤： 1. 求出广义脉冲传递函数G(z): 这一步涉及将连续域的系统模型转换为Z变换，得到广义脉冲传递函数G(z)，它描述了系统在离散时间下的动态特性。 2. 确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)和Φe(z): 闭环脉冲传递函数反映了系统闭环响应的性质，而Φe(z)通常用于设计期望的误差传递函数，以满足特定的性能指标，如稳定性、快速性和准确性。 3. 求取数字控制器的脉冲传递函数D(z): 设计D(z)是为了达到期望的系统性能，这通常通过逆向设计方法实现，如PID控制器的离散化，或者采用现代控制理论中的优化算法。 4. 根据D(z)求取控制算法的递推计算公式并编程: 这一步涉及将D(z)转换为实际的控制算法，如比例-积分-微分（PID）算法的离散形式，然后编写计算机程序来实现这些算法，以生成实时控制信号。 计算机控制系统有多种类型，其中直接数字控制（DDC）是最基础的形式，通过微处理器直接控制执行机构。集散控制系统（DCS）将控制功能分散到多个子系统，提高了系统的灵活性和可靠性。现场总线控制系统（FCS）利用通信网络连接现场设备，减少了硬件成本。可编程控制器系统（PCS或PLC）广泛应用于工业自动化，具有灵活编程和抗干扰能力强的特点。 在模拟量输入通道中，采样保持器是确保A/D转换精度的关键组件。它能够在采样时刻保持输入信号的值，以便A/D转换器可以在不随时间变化的信号上完成转换，遵循数据采样定理，保证信号的无损恢复。采样保持器的性能指标包括采集时间和孔径时间，前者定义了输出跟随输入变化的速度，后者则涉及到开关动作的延迟时间，对转换精度有直接影响。