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8.3.2 程序结构的影响在线视频

8.3.2 程序结构的影响

阅读材料:

    计算机控制系统——分析、设计与实现技术

    ISBN: 978 703 055 8091


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    教材7.3节

下一节:8.3.3 对采样周期的影响

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8.3.2 程序结构的影响课程教案、知识点、字幕

选择不同的AD和DA有利于减少时间延迟

另一方面

选择不同的算法结构也可以减少时间延迟

我们看一下程序结构如何选择有利于计算时间的减少

我们先回顾一下D(z)的结构

D(z)包括的基本运算实际上只有三种

直流增益,乘法器

时间延迟,也就是z的-1次幂这个环节

另外就是加法环节,也就是求和的运算

D(z)主要是靠这三个基本运算来完成的

这三个基本运算可以通过不同的组合来完成相同的计算功能

这些组合就是我们所说的控制器的运算结构

它对应于控制器算法的程序结构

这个程序结构主要由乘法运算、延迟运算和求和运算三种基本的运算来完成

我们可以根据可控实现形式直接来计算u(k)

这样就得到了图示0型结构

在这个结构里面

我们是用前面三种基本结构经过有限次的运算组合组合来直接计算控制器u(k)的

它对应的程序流程图是这个样子的

在这里面,运算时间最长的就是两个累计求和项

我们可以把这个程序结构调整一下

把这两个累计求和项移到程序的后端

做了这样的转移之后

我们就可以把控制器输出项提前

这样就有利于缩短u(k)和采样脉冲之间的时间间隔

这种调整对运算结果不会产生影响

因为两个累计求和项只是与历史数据有关系

我们也可以通过w变换把0型结构做一下调整

把u(z)写成w(z)一种求和的形式

调整之后对应的程序框图是这个样子

它的程序时间与0型结构相比更为紧凑

而且是固定的

但是,无论是0型结构还是1型结构

它的运算对零极点的位置都是比较敏感的

同时

所有系数并不直接反映零极点的位置

在调试的时候比较麻烦

而且系统阶次较高的时候,运算量会变得很大

所以对于高阶系统,我们通常会做另外的变换

比如说把它分解成若干低阶系统的串联

在这个结构里面

每一个低阶系统,我们都可以用0型或者1型结构来实现

若干的一阶或二阶系统串联之后得到一个高阶系统

它的程序流程可以这样表示

这两个环节是固定的

每一个环节运算的时间取决于0型或者是1型算法所需要的时间

整个系统,整个串行结构,运算所需要的时间

取决于其中所包含的这些一阶或者二阶子系统的数量

串行结构的运算时间是不固定的

为了获得一个固定的运算时间

我们可以把它分解成若干一阶或者是二阶系统的并联

像这个图表示的样子

这个信号流图对应的程序框图可以这样来写

在这里面

不管程序包含了多少一阶或二阶的子系统

它的运算时间都等于一个低阶系统运算所需要的时间

因为所有子系统的计算是同时的并行完成的

这四种运算形式从数学上来讲是完全等价的

但是

它们的运算时间和量化误差是不一样的

运算速度也有不同

实际使用的时候可以根据需要做出选择

一般来讲

低阶系统可以使用直接型的算法

而高阶系统可以把它转换成低阶系统的串行或并行来完成

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课程说明

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第一章 课程简介

-学习任务

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-1.1 什么是计算机控制

--1.1 什么是计算机控制

-1.2 为什么学习计算机控制

--1.2 为什么学习计算机控制

-1.3 怎样学习计算机控制

--1.3 怎样学习计算机控制

-【思政讨论】钱学森:我对系统学认识的历程

-第1周作业

-用户需求调查问卷

第二章 计算机控制基础

-学习任务

--学习任务

-2.1 概述

--2.1 概述

-2.2 典型形式

--2.2.1 操作指导系统

--2.2.2 直接数字控制系统

--2.2.3 监督控制系统

--2.2.4 分布式控制系统

--2.2.5 现场总线控制系统

--2.2.6 网络控制系统

-第2周思维导图

-【思政阅读】马少梅,范建文:回望历史——记录我国自动化仪表的成长与发展

-第2周作业

第三章 信号的采样与重构

-学习任务

--学习任务

-3.1 信号采样

--3.1.1 信息与信号

--3.1.2 采样过程

--3.1.3 采样定理

-3.2 信号重构

--3.2.1 香农重构

--3.2.2 保持法重构

-第3周思维导图

-【思政讨论】连续和离散:从信息科学的观点理解经典

-第3周作业

第四章 系统的数学描述

-学习任务

--学习任务

-4.1 回顾:连续系统的数学描述

--4.1 回顾:连续系统的数学描述

-4.2 离散对象的数学描述

--4.2.1 离散对象的数学描述

--4.2.2 仿真实例:建立离散对象的模型

--4.2.3 仿真实例:获取离散对象的模型

-4.3 系统模型的运算

--4.3.1 系统模型的运算

--4.3.2 仿真实例:基于解析表示

--4.3.3 仿真实例:基于图形表示

-第4周思维导图

-【思政讨论】日记:我参与了第一台智能可编程序调节器的设计

-第4周作业

第五章 系统的性能分析

-学习任务

--学习任务

-5.1 回顾:连续系统的性能分析

--5.1 回顾:连续系统的性能分析

-5.2 离散系统的指令响应

--5.2.1 离散系统的指令响应

--5.2.2 仿真实例:基于LabVIEW的指令响应

-5.3 离散系统的性能描述

--5.3.1 离散系统的性能描述

--5.3.2 稳定性

--5.3.3 鲁棒性

--5.3.4 仿真实例:基于LabVIEW的性能指标计算

-第5周思维导图

-第5周作业

-LabVIEW辅助设计(1)

-【思政讨论】谢旭凯和谢绪恺判据

第六章 模拟化设计方法

-学习任务

--学习任务

-6.1 模拟化设计

--6.1 模拟化设计

-6.2 离散化方法

--6.2.1 离散化方法

--6.2.2 前向差分法

--6.2.3 后向差分法

--6.2.4 双线性变换法

--6.2.5 脉冲响应不变法

--6.2.6 阶跃响应不变法

--6.2.7 零极点匹配法

--6.2.8 仿真实例:离散化方法

-第6周思维导图

-第6周作业

-LabVIEW辅助设计(2)

-【思政讨论】是什么卡了我们的脖子?

第七章 数字化设计方法

-学习任务

--学习任务

-7.1 数字化设计

--7.1.1 什么是数字化设计

--7.1.2 怎样进行数字化设计

-7.2 解析法

--7.2.1 Ragazzini法

--7.2.2 基于LabVIEW的辅助设计

-7.3 试探法

--7.3.1 频域设计法

--7.3.2 仿真实例:基于LabVIEW的频域设计

--7.3.3 根轨迹设计法

--7.3.4 仿真实例:基于LabVIEW的根轨迹设计

-第7周思维导图

-第7周作业

-LabVIEW辅助设计(3)

-【思政讨论】数控系统概述

第八章 从函数到算法

-学习任务

--学习任务

-8.1 可控实现形式

--8.1 可控实现形式

-8.2 数值精度问题

--8.2 数值精度问题

-8.3 计算时延问题

--8.3.1 计算时延

--8.3.2 程序结构的影响

--8.3.3 对采样周期的影响

-第8周思维导图

-第8周作业

第九章 硬件约束

-学习任务

--学习任务

-9.1 硬件约束的抽象化

--9.1 硬件约束的抽象化

-9.2 选择运算平台

--9.2 选择运算平台

-9.3 选择I/O设备接口

--9.3 选择I/O设备接口

-9.4 处理I/O接口数据

--9.4.1 数字滤波

--9.4.2 标度变换

-第9周思维导图

-第9周作业

第十章 工程实现

-学习任务

--学习任务

-10.1 需求分析

--10.1 需求分析

-10.2 架构设计

--10.2 架构设计

-10.3 任务调度策略

--10.3 任务调度策略

-10.4 可靠设计模式

--10.4 可靠性设计模式

-第10周思维导图

-第10周作业

期末考试

-期末考试卷【互评】

8.3.2 程序结构的影响笔记与讨论

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