文档介绍：计算机控制基本知识
自动控制的发展
经典硬件逻辑控制→常规仪表控制→计算机集中控制→计算机分散(集散)控制→以现场总线为代表的网络控制
计算机控制系统
集散控制系统
现场总线控制系统
计算机控制系统
模拟信号的数字化
步骤:采样(抽样)、量化和编码
(1) 采样
1) 定义
将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号。
2) 要求
用时间离散的采样序列代替原来时间连续的模拟信号,要求离散的采样序列能不失真地恢复出原模拟信号。
3) 奈奎斯特采样定理
若采样频率fs不低于连续信号最高截止频率fm的2倍时(即fs ≥ 2fm),采样得到的信号能完全表达原信号的所有信息。
4) 对象
连续的模拟信号(时间上连续,幅度上连续)。
5) 方法
以一定的时间间隔读取模拟信号的值(称为样值),每个样值即为原模拟信号的瞬时值。
6) 结果
得到一个时间上不连续(离散)的信号,称为原信号的PAM(Pulse Amplitude Modulation)脉冲幅度调制信号。(幅度连续,波形离散)
t
f(t)
PAM信号
0
采样
(2) 量化
1) 定义
对连续变化的样值幅度进行离散化处理,即将信号可能取值分成若干级,每个信号按四舍五入就近取某级的值。
2) 对象:PAM信号样值。
3) 方法:
1
2
3
4
量化值
量化级

0
1
2
3
0
线性量化示意图
;
;
,不论其实际大小如何,均取值为该量化级的量化值。
4) 结果:量化的PAM信号
5) 量化PAM和原PAM的关系:
存在量化误差(数学)
存在量化噪声(信号)
6) 降低量化误差的方法:
增加量化级数;
根据信号的大小划分不同的量化级(非线性量化)。
(3) 编码
1) 定义:
给一特定事物一特定符号,即用一组二进制脉冲来代表已经量化的样值幅度。
2) 对象:量化的PAM样值幅度
3) 方法
确定编码位数
确定码型
4) 结果
PCM信号(Pulse Code Modulation)——脉冲编码调制信号
模拟信号数字化的三个过程
采样
量化
编码
定义
将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号
对连续变化的样值幅度进行离散化处理
用一组二进制脉冲来代表已经量化的样值幅度
方法
以一定的时间间隔读取模拟信号的值
规定幅度等级;对每一个量化级规定一个量化值;对处于同一量化级内的PAM样值,均取值为该量化级的量化值。
编码位数的确定;码型的确定。
对象
连续的模拟信号
PAM信号
量化的PAM样值
结果
PAM信号
量化的PAM样值
PCM信号
t
f(t)
T/8
5T/8
6T/8
7T/8
T
T/4
3T/8
T/2
0
5
6
7
8
2
3
4
1
量化级
量化值
编码
8
7
6
5
4
3
2
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
PCM
t
1
0
基本计算机控制系统
A/D
计算机
D/A
控制对象
r(t)
e(t)
e(k)
u(k)
u(t)
y(t)
直接数字控制系统
DDC——Direct Digital Control
计算机监督控制系统
SCC——puter Control
可编程逻辑控制器
PLC——Progammable Logic Controller
(1) 直接数字控制系统——DDC
A/D
CPU
D/A
采样
对象
执行器
A. 计算机在参与闭环的控制过程中,不需要中间环节(调节器),而用计算机的输出(断续的形式)去直接控制调节阀门等执行机构。
,实现多回路的PID调节,且不需改变硬件,只通过程序改变就能有效地实现较复杂的控制。