计算机控制与仿真技术教学课件 第1章 概论.ppt

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1、计算机控制与仿真技术杨立齐建玲赵丑民制作欢迎使用《计算机控制与仿真技术》课程简介及要求1.课程性质及教学目的计算机控制与仿真是从事自动化、控制系统工程、计算机应用技术人员应该掌握的一门新型技术，是分析、研究、设计控制系统的强有力工具，是自动控制、计算机及其相关专业的一门重要专业应用技术课程。本课程的授课目的在于适应当前科技发展的需要，学习控制与仿真的基本知识、基本理论及其应用技术，掌握在计算机上进行系统仿真的原理、模型变换方法、程序设计及调试、运行等技能，为今后在相关领域的应用打下良好的基础。《计算机控制与仿真技术》课程简介及要求2

2、.课程教学安排教学参考学时：70～80学时其中实验学时：16～20学时考试形式：笔试+上机实践操作3.教材内容体系结构基本知识与基本概念自动控制系统的基本结构与工作原理微型计算机控制系统的组成及其应用计算机仿真的概念仿真算法的描述和实现《计算机控制与仿真技术》课程简介及要求控制系统的数学模型及系统性能的分析方法微分方程传递函数动态结构图状态空间描述时域法及其应用频域法及其应用《计算机控制与仿真技术》课程简介及要求微机控制技术的应用常见的程序设计方法和步骤PID调节器及其应用直接数字控制系统分析仿真方法描述、程序设计及其应用数值积分法

3、仿真原理、程序设计及其应用离散相似法仿真原理、程序设计及其应用《计算机控制与仿真技术》课程简介及要求仿真工具及其应用MATLAB程序设计语言的介绍及其应用SIMULINK交互式仿真环境和基本操作控制系统的计算机仿真应用实例分析本章主要教学内容l自动控制的基本任务及控制原理l开、闭环控制系统的构成和特点l常用控制系统的分类、系统总体性能要求l计算机仿真的概念及其特点l系统仿真的分类及仿真过程l仿真技术的应用第1章概论第1章概论本章教学目的及要求l熟悉自动控制的任务，开、闭环控制原理l掌握控制系统的分类及对系统性能的总体要求l熟悉计算机

4、仿真的概念及其分类方法l掌握计算机仿真技术的应用1.1自动控制的任务及基本方式第1章概论1.2控制系统的组成及分类1.3计算机仿真的基本概念1.4计算机仿真的特点及其应用1.1自动控制的任务及基本方式1.1.1系统的含义与特性1．系统的定义在控制工程中，系统的定义为：由相互联系、相互作用的物体所形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。例如：一个大型钢铁联合企业可以看作是一个系统，它由相互联系和相互作用的采矿、选矿、炼钢、轧钢、制品等工厂有机的组合在一起。又如：一个工厂管理系统，它可由生产管理部门、原材料仓库、生产加工车间、销售服务部

5、门等组成，各部门是相互联系和相互作用的。2．系统的三要素构成一个系统应具备以下三大要素：（1）实体：系统是由一些相互联系的实际物体组合而成的，这些物体称为实体。如图1-1所示的温度控制系统，它就是由比较器、调节器、加热炉、温度传感器等装置组合而成的。（2）属性：组成系统的每个实体都具备一定的特征，也即系统的属性。例如图1-1温度控制系统中的温度、偏差值、干扰量、燃料量等就是实体的属性。（3）活动：作为系统三大要素之一的是系统内部发生的变化过程，称之为活动。在温度控制系统中，以调节电压或燃料的输入量作为主要的活动。图1-1温度控制系统

6、3．系统的特性一个完整的系统应具有以下几个方面的特性：（1）整体性：即系统本身是一个整体，各组成部分不分割的。（2）结构性：各类系统均按照一定的内部组成或外部结构组合而成。（3）相关性：指系统内部各物体之间相互以一定的规律进行联系，它们的特定关系形成具有特定性能的系统。（4）历时性：系统在控制过程中与时间的对应关系非常密切，随着时间的推移，其控制状态和效果均发生着变化，这就是系统的历时性，它表明了系统在动态和稳态状况上所显示出的特定性能。（5）有序性：组合成系统的各部件在变化过程中是按照一定顺序动作的，其作用的先后按系统的规定而执行

7、。有序性是系统的一个明显特性，它显示出系统在控制过程中的动作顺序和执行过程。现实生活中，系统的界限确定并不是一成不变的，实际应用中，要根据研究系统的目的和设计指标来确定系统的界限，其范围的大小要符合研究的要求。1.1.2自动控制的任务通常，我们将对被控对象进行主动的干预、管理和操纵的过程称之为控制。自动控制的任务就是利用控制装置自动地操纵控制对象，使被控量等于系统所应保持的给定值。采用控制装置自动地、有目的地控制机器设备或过程，使之具有一定的状态和性能，这个过程称之为自动控制，组成的系统称为自动控制系统。其中：被控制的机器设备或物体

8、称为被控对象。所采用的控制装置称为控制器。所控制对象的状态参量称为被控量系统外部的参考输入称为给定值1.1.3自动控制的基本方式一般情况下，按照系统的输入信号特点和有无测量反馈信号，可以将系统的控制方式分为开环控制和闭环控制两大类。其