文档介绍：计算机控制系统
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《计算机控制系统》
依<全国高等学校自动化专业系列教材编审委员会>审定的教材大纲编写。
主编人：高金源 夏洁
出版发行：清华大学出版社
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计算机控制系统的设计原则
可靠性高
2. 操作性好
3. 实时性强
4. 通用性好、便于扩充
5. 经济效益高
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计算机控制系统设计内容和步骤：
系统总体控制方案设计；
系统硬件设计、选择与开发；
软硬件的可靠性设计；
确定满足一定经济指标的目标函数，建立被控对象的数学模型并针对目标函数进行控制算法规律设计；
软件设计与开发；
系统整体调试等。
微机控制系统设计，虽然随控制对象、设备种类、控制方式、规模大小等不同而有所差异，但系统设计的基本内容和主要步骤是大体相同的。主要包括：
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双摆实验系统的计算机控制设计与实现
转台计算机伺服控制系统设计
民用机场供油集散系统
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双摆实验控制系统介绍
1. 双摆实验控制系统组成
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2. 双摆实验控制系统性能指标
本实验系统控制的目的是：当滑车在导轨上以一定速度和加速度运动时，应保持双摆的摆动角度最小；或双摆有任一初始摆角时，系统将使双摆迅速返回平衡位置。
为实现上述控制目的，提出如下性能指标要求：
(1) 计算机D/A输出100mV时，电机应启动。
(2) 滑车最大运动速度为 ／s，D/A的最大输出对应滑车的最大运行速度。
(3) 当有较大的初始扰动（上摆角初始角度为50o）时，上下摆的摆角到达稳态时间＜5s~6s，摆动次数＜3~4次。
(4) 当滑车从偏离零位处回归零位时，上下摆的摆角到达稳态时间＜5s~6s，摆动次数＜3~4次。
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双摆控制系统的整体方案
整个系统结构示意图如图10-2所示，控制系统方块图如图10-3所示。
图10-2 双摆计算机控制系统结构图
图10-3 双摆计算机控制系统方块图
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双摆系统数学建模
利用拉格朗日方程建立双摆系统的动力学方程并进行适当的简化，以得到在小扰动情况下系统的线性化状态方程。
非保守系统的拉格朗日方程
L：拉格朗日函数=系统的总能量-系统的总势能
系统各个自由度的广义坐标
广义坐标对于时间的一阶导数
驱动每个自由度运动的广义力或力矩
系统自由度数
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1. 以控制力为输入建立双摆系统的数学模型
：拖动电机对于滑车的控制力
：滑车质量
：上摆关节的质量
：下摆关节的质量（包括摆锤）
：滑车距参考坐标系原点的横坐标
：上摆质心距滑车铰链的长度
：关节铰链距滑车铰链的长度（上摆杆的摆长）
：关节铰链距下摆质心的长度
：上摆摆动角度
：下摆摆动角度
：下摆关节摆动角度，且满足
：上摆摆杆的转动惯量
：下摆摆杆的转动惯量
图10-4 双摆系统受力分析图
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