r十算机控制系统”实验教学中若干问题的探讨王劭伯.郑崇苏｛福州大学电气工程系•福建福州350002)摘要广计算机控制系统”是自动化专业的一门实践性很强的主干课程•实脸教学环节非常童要<若因条件限制、也可利用普通PC机编制一些工控应用程序，而被控对象可用(数字)仿真对象来替代。农文讨论该课程实验教学中数字仿真技术的应用，并以Smith补侯算法的程序实现与调试实验作为示例加以说明。关键词：计算机控制系统)仿鼻技术$实脸教学中图分类号:TP273文献标识码出文章编号：1006-7167(2001)04-0031-113ExperimentProblemsintheCourseofComputerControlSystemsWANGShao-bo,ZHENGChong-su(Dept,ofElectricalEng.,FuzhouUniversity«Fozhou350002.China)Abstract:^ComputerControlSystems"isamainspecializedcoursefortheautomationspeciality・inwhichexperimentsareveryimportant.WithordinaryPCtheexperimentsofcomputercontrolsystemscanalsobemadebyusingsimulationmethod.Thispaperdiscussedtheseproblemswithanexampleoftherealexperiment.Keywords:computercontrolsystemsssimulationmethod\experimentteaching-计算机控制系统”是自动化专业的一门主干课程，主要培养学生设计与维护计算机控制系统的能力.包括硬件与软件两个方面c这是一门实践性很强的专业课程•其教学质傲将直接彫响毕业生的工作能力，因此实验教学环节非常亜要。该课程至少应开设三个实验•即（1）计算机控制系统模拟傲输入通道的设计'（2）PID控制算法的程序实现与参数幣定J3）Smith补偿算法的程仔实现与调试。为了满足实验教学的需要•应配备带模拟域与数字输入输出插卡（或模块）的（工业或PLC,此外还应购監或制作作为被控对象的实验室装置•但是•目前国内不少学校并不具备上述实验设备条件.实验室只有一些曾通PC机•在这种情况下可利用PC机编制一些工控应用程序•而被控对象可用（数字）仿真对象来替代.迄今为止，仿真技术主要应用于系统分析、设计.系统理论研究及训练人员方面还可用于调试工控机的应用程序厲辽本文就数字仿真技术在“计算机控制系统"实验教学中的应用作一些探讨。1实验教学对实验条件的要求图1是应用于工业现场的计算机控制系统的典型结构示意图•其中的数字控制器由工控机内的应用程序来实现•显然•设备条件与环境越接近真实的工业现场状况，实脸教学的效果就越好.因此工控机及用以实现数字控制器的应用程字都应尽可能采用实际的硬件与软件，在实验室环境下需耍仿真的则是被控对象。受控对象的仿真通常有三种：物理仿真、模拟仿真和数字仿真。物理仿真比较直观、逼戊•效果也较好°中国自动化学会教育匸作委员会推荐的徳国Amira公司的自动控制教学实验设备，如：三容水箱系统、变负荷速度控制系统等，模拟仿真不如物理仿真直观•但成本较底•并且可以测最采样点之间的系统的性能状态。数字仿真虽然不如物理仿真与模拟仿真逼真•但不需增加额外的硬件•可节省、费用和滅少准备工作量，并且容易修改被控制对象的结构•能满足实阿•:控制问题多样性的要求。如果实验室只有普通PC机•那么受控对象的仿真只能采用数字仿真方法C实际对竄或仿真对直实陋的便件与救件•工控机给定値"少“"*£（竹M（A>二二吵输岀通可被控参数三崭执行為F二討被控对徐片代八yik)图】计算机控制系统的典型结构示意图2被控对象的数字仿真原理图2是计算机控制系统的简化框图，其中的数字控制器DZ）可用间接法（即连续化设计方法）或直接法（即离散化设计方法）求得•再由LHZ）可得控制駐“"〉的差分表达式•然后就可以编制工控机应用程序。图2计算机控制系统的简化框图在“计算机控制系统••的实验教学中•若被控对象GJS）用数字仿真模型来代替•应注意如下几个问题：（1）用于仿真受控对象的程序模块可按照由广义对象Z传递函数G（Z）所求得的输岀量i被控参数）$4）的差分表达式来编制•即G（Z）=Z[G\（5>•G.j（5）]=Z•G（S）其中:为零阶保持器:U为采样周期。<2）数字仿真所用的计算机步长7、（即仿真步距）一般可以与采样周期「相同•从而可以简化仿真模型•缩短仿真程序•提高仿真速度C必须说明的是•这里的...