2.2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 2.2.1计算机控制系统 2.2.2集散控制系统 2.2.3现场总线控制系统 ■國■
2.2 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 2.2.1 计算机控制系统 2.2.2 集散控制系统 2.2.3 现场总线控制系统
2.2.1计算机控制系统 2.2.1.1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f不低于连续信号最高截止频率fn的2■ 倍时(即f>2f),采样得到的信号能完全表达原信号 的所有信息
2.2.1 计算机控制系统 2.2.1.1 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 f(t)PAM信号 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 0 采样 拟信号的值(称为样值),每 个样值即为原模拟信号的瞬时 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) ■國■
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 )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: A.规定幅度等级; B对每一个量化级规定一个量4 量化值量化级 …………3.53 化值; 2.52 C.对处于同一量化级内的PAM样 ·······有目········ 值,不论其实际大小如何,均 0.50 0 取值为该量化级的量化值。 线性量化示意图 ■國■
(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 3.5 1.5 0.5 2.5 0 1 2 3 0 线性量化示意图 A.规定幅度等级； B.对每一个量化级规定一个量 化值； C.对处于同一量化级内的PAM样 值，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)。 ■國■
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 ■國■
(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对连续变化的样值幅度进用一组二进制 信号处理成时间行离散化处理 脉冲来代表已 上离散的信号 经量化的样值 幅度 方法以一定的时间间规定幅度等级;对每一个编码位数的确 隔读取模拟信号量化级规定一个量化值;定;码型的确 的值 对处于同一量化级内的定 PAM样值,均取值为该量 化级的量化值。 对象连续的模拟信号PM信号 量化的PM样日 值 结果PAM信号 量化的PAM样值 POM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
f(t) 量化级量化值编码 87。5111 54321 0|0 43.501|1 10.000 T/8T/4378T/25/860/8m/8个t 匚n血 ■國■
2.2.1.2基本计算机控制系统 r(t) e(t)A°() 计算机PaD/A厘红控制对象 直接数字控制系统 DDC-Direct Digital Control 计算机监督控制系统 SCC--Supervisory Computer Control 可编程逻辑控制器 PLC--Progammable logic Controller ■國■
2.2.1.2 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——Supervisory Computer 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 采样 对象 CPU D/A 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。 B.DC系统中的计算机能完全取代模拟调节器,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。 ■國■
(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。 B.DDC系统中的计算机能完全取代模拟调节器，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