AU3310计算机控制技术

Lecture 1: Introduction to Computer Control Technology

课程介绍

Week 1, Class 1, 2025.2.18

Lecture 1: Introduction to Computer Control Technology

朱善迎 shyzhu@sjtu.edu.cn 微信号s14528707

• Wang Shuling(王淑玲), PhD student Wechat ID: wsl17862707921 E-mail: shulingwang2021_sjtu@sjtu.edu.cn
• Duan Mengmeng(段萌萌), PhD student Wechat ID: hhhoneybiubiu E-mail: duan_mm@sjtu.edu.cn

课本：

• C. L. Phillips, H. T. Nagle, A. Chakrabortty, Digital Control System Analysisand Design, 4th ed. Boston: Pearson, 2015
• Genke Yang, Jianying Xie, Micro-computer Control Technology, 4th ed. Changsha:National Defense Industry Press, 2016 (in Chinese)

分数组成：

• 20% homework assignments
• 10% group project（3人）
• 10% attendance & pop-up quizzes
• 60% final exam

无反馈控制系统

2025.2.25

系统： 控制器：

特点：控制器可能无法实现、对干扰的敏感程度高，对系统参数的敏感程度高

Lecture 2 Feedback Principles

2025.03.29

使用反馈控制系统的原因：

1. 实际中很难获得精确的系统数学模型
2. 系统会有扰动

使用反馈的两大目的：

1. 设定值跟踪（Servo Problem）
2. 抗扰动能力（Regulation Problem）

Lecture 3 Sampling and Reconstruction

2025.03.30

A/D&D/A转换器

FSR 代表 "Full-Scale Range"（满量程范围）。 其中 是用于表示信号的位数。这个公式帮助确定每个量化级别之间的间隔大小。

截断(Truncation)与四舍五入(Round-off)，计控中一般用后者，误差为前者的1/2.

“quantization levels”（量化级）是指在进行模拟到数字转换时，将连续的模拟信号划分为若干个离散的等级或层次。这些等级的数量由 表示。一般要求：

Weighted adder D/A

加权加法数模转换器

输入的数字：

简化后的模型：

其中的xR代表并联的电阻：

计算得到

从而得到输出电压：

其中

优缺点：设计简单，但在同一集成电路芯片上精确制造出宽范围的电阻值是不可能的。

Example1：

套公式得到：

R-2R resistive-ladder D/A

R-2R电阻梯形数模转换器

的计算：

可以观察到下面整体的等效电阻为，所以总电流有：

然后流入的电流为：

因此输出电压为：

其中

优缺点：仅使用两种电阻值，即𝑅和2𝑅，这使得制造和集成变得简单且精确。

Successive-approximation A/D

逐次逼近式模数转换器

Example2：

Let’s take a specific example of a 4-bit successive A/D conversion. Assume the D/A converter has and. Determine the digital output for the input voltage 5.1 V and the quantization error.

solution:

so the digital output is

quantization error:

Dual-slope A/D converter

双斜坡模数转换器

原理：S1打开固定的时间数n1充电，然后测量S2打开的时间数n2放电，得到关系：

就是数字量化的结果。

优点：非常准确，不依赖电阻和电容的值或者时钟周期，积分过程还能滤除噪音。 缺点：速度慢，需要个时钟周期

Flash A/D

Flash A/D Converter（闪存模数转换器）是一种非常快速的模数转换技术，它通过并行比较多个电压级别来确定输入模拟信号的数字值。

优点:非常高的速度，通常不需要采样、保持电路 缺点:对于宽位转换来说非常昂贵，准确度受电阻链准确度的限制