1. 1. 1.1 控制用微机
    1. 1.1. 1.1.1 特点
    2. 1.2. 1.1.2 类型
  2. 2. 1.2 微型计算机控制系统
    1. 2.1. 1.2.1 组成
    2. 2.2. 1.2.2 工作过程
    3. 2.3. 1.2.3 工作方式
    4. 2.4. 1.2.4 功能
    5. 2.5. 1.2.5 特点
    6. 2.6. 1.2.6 结构
  3. 3. 1.3 微机控制技术的发展
  • 2. 数据结构
    1. 1. 2.1 常用数据结构
    2. 2. 2.2 采样和数据处理
      1. 2.1. 2.2.1 采样周期
      2. 2.2. 2.2.2 系统误差补偿
      3. 2.3. 2.2.3 非线性补偿
    3. 3. 2.3 数字滤波
      1. 3.1. 2.3.1 算术平均值
      2. 3.2. 2.3.2 滑动平均值
      3. 3.3. 2.3.3 加权平均值
      4. 3.4. 2.3.4 防脉冲干扰平均值
      5. 3.5. 2.3.5 程序判断
      6. 3.6. 2.3.6 惯性滤波
      7. 3.7. 2.3.7 选择
  • 3. 系统与信号的数字描述
    1. 1. 3.1 系统里的信号变换
  • 4. 运动控制技术
    1. 1. 4.1 顺序控制
    2. 2. 4.2 程序控制
    3. 3. 4.3 PLC
      1. 3.1. 4.3.1 功能
      2. 3.2. 4.3.2 硬件结构
      3. 3.3. 4.3.3 工作原理
      4. 3.4. 4.3.4 响应时间
      5. 3.5. 4.3.5 语言
      6. 3.6. 4.3.6 选择
    4. 4. 4.4 直流电机控制【调压】
      1. 4.1. 4.4.1 PWM控制原理
      2. 4.2. 4.4.2 无制动不可逆
      3. 4.3. 4.4.3 有制动不可逆
      4. 4.4. 4.4.4 H型可逆
    5. 5. 4.5 交流异步电动机控制【调频】
      1. 5.1. 4.5.1 原理
      2. 5.2. 4.5.2 交直交：整流器+逆变器
      3. 5.3. 4.5.3 VVVF
      4. 5.4. 4.5.4 SPWM
      5. 5.5. 4.5.4 VC & DTC
    6. 6. 4.6 步进电机控制
      1. 6.1. 4.6.1 工作方式
      2. 6.2. 4.6.2 驱动
      3. 6.3. 4.6.3 控制
    7. 7. 4.7 无刷直流电动机控制
  • 5. 常用控制技术
    1. 1. 5.1 数字PID
      1. 1.1. 5.1.1 P-Proportion
      2. 1.2. 5.1.2 PI-ProportionIntergral
      3. 1.3. 5.1.3 PD-ProportionDerivative
      4. 1.4. 5.1.4 PID
      5. 1.5. 5.1.5 数字PID
      6. 1.6. 5.1.6 积分改进【积分饱和】
      7. 1.7. 5.1.7 微分改进【敏感振荡】
    2. 2. 5.2 纯滞后补偿控制
    3. 3. 5.3 最少拍控制
    4. 4. 5.4 串级控制
    5. 5. 5.5 前馈控制
      1. 5.1. 5.5.1 前馈
      2. 5.2. 5.5.2 前馈-反馈
      3. 5.3. 5.5.3 前馈-串级
  • 6. 网络与总线
    1. 1. 6.1 数字通信与网络
      1. 1.1. 6.1.1 总线
      2. 1.2. 6.1.2 网络拓扑结构
      3. 1.3. 6.1.3 ISO的OSI Open System Interconnection
    2. 2. 6.2 DCS
    3. 3. 6.3 FCS Fieldbus Control System
    4. 4. 6.4 典型现场总线
  • 7. 微机控制系统设计
    1. 1. 7.1 设计与实现
    2. 2. 7.2 输入输出通道
    3. 3. 7.3 电磁干扰
    4. 4. 7.4 人机界面
    •

    Microcomputer Control Technology - APS

    APS, EE
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    微机控制

    概论

    微机：

    • 事务处理的通用型微机
    • 监测控制的控制用微机

    1.1 控制用微机

    1.1.1 特点

    • 高可靠性
    • 软件和操作系统real-time性
    • 丰富I/O口
    • 多种人机接口

    1.1.2 类型

    • 单片机DSP：小型控制系统
    • 可编程逻辑控制器PLC：中等控制系统
    • 工业控制计算机IPC：大型控制系统

    1.2 微型计算机控制系统

    定义：以微型计算机为控制器核心的自动控制系统

    1.2.1 组成

    • 微型计算机

      • 硬件
      • 软件

    • 接口电路

    • 外部通用设备

    • 被控对象

    1.2.2 工作过程

    • real-time数据采集
    • real-time控制决策
    • 输出real-time控制信息
    • 信息管理

    1.2.3 工作方式

    • 在线方式
    • 离线方式

    1.2.4 功能

    • 检测功能：采样、处理
    • 监督功能：real-time监测+人工输入
    • 控制功能

    1.2.5 特点

    • real-time性
    • 可靠性
    • 可维修性
    • 丰富I/O
    • 丰富人机交互
    • 通信
    • 信息处理和控制算法

    1.2.6 结构

    • 操作指导控制系统：开环、人工

    • 直接数字DDC

    • 监督控制SCC：计算已有数学模型的参数

    • 分布控制系统DCS：集散控制系统=DDC+SCC+MIC（生产管理class）

    • 现场总线控制系统FCS：控制计算机网络，互联DSC

    1.3 微机控制技术的发展

    趋势：

    • 标准化
    • 开放结构+模块化
    • 嵌入式、微型化

    2. 数据结构

    2.1 常用数据结构

    • 线性表

    • 数组

    • 堆栈：LIFO

    • 队列：FIFO

      • 循环队列：输入输出环形缓冲器、滑动平均值计算

    • 链表

    • 树：一般用二叉树

    • 信号量【队列】：多进程并发执行

      • 操作：
        • P(s)：请求单位资源，s=s-1
        • V(s)：释放单位资源，s=s+1
      • 信号量：s
        • s<0：无资源

    2.2 采样和数据处理

    传感器非电转电信号$\rightarrow$A/D按一定周期采样、量化模拟变数字信号$\rightarrow$计算机进一步处理

    2.2.1 采样周期

    $w_s\ge 2w_{max}$

    • 信号最大频率$w_{max}$$\rightarrow$控制对象全部特征根的$w_{max}$：$w_s\ge (4\sim 10)w_{max}$
    • 系统闭环频带$w_b$：$w_s\ge (4\sim 10)w_b$

    2.2.2 系统误差补偿

    $\dfrac{y-y_0}{y_1-y_0}=\dfrac{x}{x_1}$

    2.2.3 非线性补偿

    • 表格法
    • 插值法：多项式插值法

    2.3 数字滤波

    2.3.1 算术平均值

    $\bar{x}=\dfrac{1}{N}\sum\limits_{i=1}^{N}x_i$

    信噪比提高$\sqrt{N}$

    2.3.2 滑动平均值

    队列N个x，N大反应慢

    2.3.3 加权平均值

    $\sum C_i=1$

    2.3.4 防脉冲干扰平均值

    去Max and Min，N=4/6，

    2.3.5 程序判断

    1. 限幅：$y\ge y_H, y=y_H\y\ge y_L, y=y_L$

    2. 限速：$|y(n)-y(n-1)|\le \Delta y_0, y=y(n)\|y(n)-y(n-1)|\ge \Delta y_0, y(n)=y(n-1)$

    2.3.6 惯性滤波

    RC低通滤波：$y(n)=ax(n)+by(n-1)$

    a$\uparrow$，带宽窄，滤波频率低

    2.3.7 选择

    • 慢：程序，惯性
    • 快：算术，加权，防干扰
    • 延迟：加权
    • 周期干扰：平均
    • 偶然干扰：加权、限幅、防脉冲
    • 高频/低频干扰：惯性

    3. 系统与信号的数字描述

    3.1 系统里的信号变换

    • 采样：

    • 保持：

    • 离散时间信号：$f^*(n)=\sum\limits_0^\infty f(k)\cdot\delta(n-k)$

    4. 运动控制技术

    4.1 顺序控制

    real-time性：时驱&事驱

    • 时序控制程序
    • 逻辑条件判断程序

    4.2 程序控制

    按一定轨迹、速度运行【刀具运动轨迹】

    • 点位控制

    • 轮廓控制：逐点比较法

      • 直线插补

      • 圆弧插补

    4.3 PLC

    4.3.1 功能

    • 开关量逻辑控制、顺序控制
    • 计时器
    • 计数器
    • A/D,D/A
    • 电机控制，机械位置控制
    • 移位寄存器，工序步序控制
    • 数学运算
    • PLC互联

    4.3.2 硬件结构

    4.3.3 工作原理

    4.3.4 响应时间

    4.3.5 语言

    • 梯形图

    • 顺序功能图

    4.3.6 选择

    • I/O
    • 储存：EPROM+RAM / COMS+RAM
    • 系统结构：
      • 小：集中控制
      • 大：远程控制
      • 很大：分布式控制

    4.4 直流电机控制【调压】

    LM629

    4.4.1 PWM控制原理

    • 定宽调频法：t2
    • 调宽调频法：t1
    • 定频调宽法：T不变，t1，t2

    4.4.2 无制动不可逆

    4.4.3 有制动不可逆

    4.4.4 H型可逆

    4.5 交流异步电动机控制【调频】

    4.5.1 原理

    $n=\dfrac{60f}{p}(1-s)$

    4.5.2 交直交：整流器+逆变器

    4.5.3 VVVF

    $E=Kf\Phi\U=E+IR+jIX$

    • $f\downarrow, E\downarrow, I\uparrow, \Phi \uparrow, E\uparrow$，机械特性改变

    4.5.4 SPWM

    PWM高次谐波使电机发热，力矩下降，振动

    4.5.4 VC & DTC

    • Vector Control：动态
    • Direct Torque Control：转矩要求

    4.6 步进电机控制

    步距角$\theta=\dfrac{2\pi}{NZ}$

    • N：拍数
    • Z：齿数

    4.6.1 工作方式

    • 单三拍：A-B-C-A
    • 双三拍：AB-BC-CA-AB
    • 六拍：A-AB-B-BC-C-CA-A

    4.6.2 驱动

    • 单电压：R1损耗

    • 双电压：R损耗

    • 高低电压：普遍

    4.6.3 控制

    • 工作方式：各相
    • 转向
    • 位置：开环
    • 速度

    4.7 无刷直流电动机控制

    • 恒定T：固定磁场【转子】与电枢磁场【定子】始终垂直
    • 连接：Y / $\Delta$
    • 控制：两两导通，三三导通

    5. 常用控制技术

    5.1 数字PID

    5.1.1 P-Proportion

    $u(t)=K_pe(t)+u_0$

    • 有静差

    5.1.2 PI-ProportionIntergral

    $u(t)=K_p[e(t)+\dfrac{1}{T_I}\int_0^t e(t)dt]+u_0$

    • 消除静差
    • 超调
    • 振荡

    5.1.3 PD-ProportionDerivative

    $u(t)=K_p[e(t)+T_D\dfrac{de(t)}{dt}]+u_0$

    • 减小超调
    • 克服振荡

    5.1.4 PID

    $G(s)=\dfrac{U(s)}{E(s)}=K_p+\dfrac{K_p}{T_Is}+K_pT_Ds$

    5.1.5 数字PID

    • 位置型：$u(k)=K_p[e(k)+\dfrac{T}{T_I}\sum\limits_0^ke(i)+T_D\dfrac{e(k)-e(k-1)}{T}]$
      • T：Sampling Period
    • 增量型：$\Delta u(k)=K_p[e(k)-e(k-1)]+\dfrac{K_pT}{T_I}e(k)+\dfrac{K_PT_D}{T}[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]$
      • 误动作影响小

    5.1.6 积分改进【积分饱和】

    • 积分分离法：$|e(k)|>\beta,PD\|e(k)<\beta,PID$

    • 遇限制削弱积分法：

      • $u(k-1)>max$, take e when e < 0
      • $u(k-1)<min$, take e when e > 0

    5.1.7 微分改进【敏感振荡】

    • 不完全微分

    • 微分先行

    5.2 纯滞后补偿控制

    5.3 最少拍控制

    5.4 串级控制

    5.5 前馈控制

    5.5.1 前馈

    5.5.2 前馈-反馈

    5.5.3 前馈-串级

    6. 网络与总线

    6.1 数字通信与网络

    6.1.1 总线

    遵循统一规范的连接和操作方式，来传输信号/信息的公共路径

    • 寻址：
      • 物理寻址：常响应者的某个寄存器
      • 逻辑寻址：多
      • 广播寻址：多个响应
    • 仲裁
      • 集中仲裁
      • 分散仲裁

    • 定时

      • 同步：最慢
      • 异步：握手

    • 数字信号传输

    6.1.2 网络拓扑结构

    • 介质

      • 双绞线
      • 同轴电缆
      • 光缆

    • 介质访问控制方式

      • CSMA：real-time性，先听再讲
      • CSMA/CD：real-time性，工业，边听边讲
      • 令牌：
        • 环
        • 总线

    6.1.3 ISO的OSI Open System Interconnection

    • 物理层
    • 数据链层
    • 网络层
    • 传输层
    • 会话层
    • 表示层
    • 应用层

    6.2 DCS

    6.3 FCS Fieldbus Control System

    • 特点
      • 分散性
      • 数字通信
      • 开放性
    • 优点
      • 提高准确可靠性
      • 用户选择主动权，兼容性
      • 降低投资和复杂

    6.4 典型现场总线

    • FF Foundation Fieldbus
    • LonWorks
    • Profibus
    • CAN
      • 物理、数据链、应用层

    7. 微机控制系统设计

    7.1 设计与实现

    • 设计原则

      • 安全
      • 可靠
      • real-time
      • 可操作
      • 可维护
      • 通用
      • 经济

    • 设计实现过程

      • 准备：起草，定合同

      • 设计：结构、功能、算法

        • 输入输出

          • 开关量

            • 信号转换电路

            • 滤波电路：RC有源无源低通

            • 消抖电路

            • 吸收保护电路

            • 隔离电路：光电隔离

            • 功率驱动电路

          • 模拟量 I/V F/V

            • 电桥

            • 信号放大：双端差分输入放大器

            • 滤波限幅

            • 共模隔离：光电、变压器耦合【三端隔离】

      • 采购、研制外加工

      • 仿真调试

      • 现场安装

    7.2 输入输出通道

    7.3 电磁干扰

    7.4 人机界面

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