控制与接口技术-引言

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1、控制与接口技术主讲教师：叶春生csye@mail.hust.edu.cnTel:027-87558370华中科技大学材料学院控制与接口技术第一章绪论第二章线性离散系统的分析与校正第三章控制系统的状态空间分析与综合第四章STM32处理器及其应用第五章数控（CNC）系统及其插补原理第六章数控机床的伺服驱动系统第七章SIMULINK交互式仿真集成环境第一章绪论1）计算机以其运算速度快，可靠性高，价格便宜，被广泛地应用于工业、农业、国防以及日常生活的各个领域。例如，卫星跟踪天线的控制、电气传动装置的控制、数控机床、伺服压力机、工业机器人的运动、力控系统、

2、飞机、大型油轮的自动驾驶仪等等；2）许多常规的控制仪表和调节器已经被计算机所取代，计算机正在控制整个生产过程，对生产中的各种参数，如温度、压力、流量、液位、转速和成分等进行采样；3）复杂的数据处理：生产工艺过程的统计数字和数据处理，复杂生产工艺过程的数值仿真。内容提要控制基础回顾1.1计算机控制系统的组成1.2典型计算机控制系统1.3现场总线控制系统（FCS）1.4计算机集成制造系统（CIMS）1.5智能控制系统1.6机电一体化控制系统1.7工业控制计算机1.8计算机总线自动控制系统的组成可以是电气的，机械的，液压的，气动的等等，然而描述这些系统

3、的数学模型却可以是相同的。通过数学模型来研究自动控制系统，就摆脱了各种类型系统的外部关系而抓住这些系统的共同运动规律；控制系统的数学模型是通过物理学，化学，生物学等定律来描述的，如机械系统的牛顿定律，电气系统的克希霍夫定律等都是用来描述系统模型的基本定律。自动控制系统几个重要概念的回顾数学模型是描述系统动态特性的数学表达式；数学模型可以有多种形式。在经典理论中，常用的数学模型是微（差）分方程，结构图，信号流图等；在现代控制理论中，采用的是状态空间表达式。结构图，信号流图，状态图是数学模型的图形表达形式。数学模型数学模型数学模型的建立建立合理的数学

4、模型，对于系统的分析研究是十分重要的。合理包括两条：（1）反映元件及系统的特性要正确；（2）写出的数学式子要简明；控制系统数学模型的要求可采用解析法和实验法。解析法是根据系统和元件所遵循的有关定律来建立数学模型的。用解析法建立数学模型时，对其内部所体现的运动机理和科学规律要十分清楚，要抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，力求所建立的数学模型要合理。实验法是根据实验数据来建立数学模型的，即人为地在系统上加上某种测试信号，用实验所得的输入和输出数据来辨识系统的结构，阶次和参数，这种方法也成为系统辨识。线性系统最重要的特性是可用叠加原理。对非线性系统当非线性不

5、严重或变量变化范围不大时，可利用小偏差线性化的方法使数学模型线性化。解析法建立运动方程用解析法建立运动方程的步骤1）分析系统的工作原理和系统中各变量间的关系，确定出待研究元件或系统的输入量和输出量；2）从输入端入手（闭环系统一般从比较环节入手），依据各元件所遵循的物理，化学，生物等规律，列写各自方程式，但要注意负载效应。所谓负载效应，就是考虑后一级对前一级的影响。3）将所有方程联解，消去中间变量，得出系统输入输出的标准方程。所谓标准方程包含三方面的内容：①将与输入量有关的各项放在方程的右边，与输出量有关的各项放在方程的左边；②各导数项按降幂排列；

6、③将方程的系数通过元件或系统的参数化成具有一定物理意义的系数。计算机仿真和辅助设计计算机辅助设计的概念计算机辅助设计（CAD）技术是利用计算机高速而精确的计算能力、大容量存储和处理数据的能力，结合设计者的综合分析、逻辑判断及创造性思维，用以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量的技术。说明：计算机辅助设计从广义上来讲它包含了计算机仿真的内容，从狭义上说它的主要工作是利用计算机的运算能力来处理设计者手工处理所遇到的不便与繁琐。仿真的定义仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理

7、。计算机仿真的定义：是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。计算机仿真相似原理uc(t)VRLi1.1计算机控制系统的组成图1-1计算机控制系统基本框图控制器D/A执行机构被控对象测量变送A/D工业控制计算机生产过程给定量输出量＋－在计算机控制系统中，对于给定值和反馈量要先经过A/D转换器将其转换为数字量，根据给定量和反馈量后，按某种控制规律进行运算（如PID运算），计算结果（数字信号）再经过D/A转换器，将数字信号转换成模拟控制信号输出到执行机构，便完成了对系统的控制作用。计算机控制系统组成2、计算机控制系统组成CPU

8、/MEM人－机接口系统支持内部总线模拟量输入通道(AI)模拟量输入通道(AO)数字量输出通道(DO)数字量输入通道(DI)测量变送执行机