6.3计算机控制系统直接设计方法
前述的间接设计方法是以采样周期足够小为前提。在这种前提下，所设计的数字控制系统与连续控制系统的性能很相近，可以得到比较满意的结果。但是当控制回路数较多，或控制规律复杂时，采样周期就不可能很小。在这种情况下，就得采用更一般的方法：直接数字设计法。无论采样周期大或小，直接数字设计方法均适用。而且直按数字设计方法可以实现利用模拟一离散设计法所不能实现的各种复杂的控制规律，或得到利用模拟-离散设计方法所得不到的性能，如最小拍设计等。
直接数字设计方法也称为离散化设计法，这种方法是把整个系统看成离散系统，完全使用釆样系统理论分析系统设计数字控制器。
间接设计方法是对连续系统在时间域内或s域内讨论问题，设计出模拟调节器。所使用数学工具是微分方程和拉氏变换，最后把模拟调节器离散化为数字控制器。直接数字设计方法是在时间域或z域内讨论问题，根据被控对象的数学模型和系统要求设计数字控制器，所用数学工具是差分方程和z变换。
可编程序控制器(PLC）
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为几类，有基于单片机的测控装置、可编程序控制器、基于PC总线的工业控制计算机、用于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)等。可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业装置，它已经成为当代工业自动化的主要支柱（PLC、机器人、CAD/CAM)之一。
6.4.1PLC的主要特点、功能和性能指标
1.PLC的主要特点
PLC经过三十多年的发展，日臻完善，与传统继电接触器控制相比较，具有如下特点：
（1）可靠性高、抗干扰能力强
PLC的输入、输出接口电路中采用光电隔离措施，以消除外部干扰；PLC的电源电路和输入、输出电路中设置了多种滤波环节，用以抑制高频干扰信号；PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减小外界干扰，保证供电质量；内部设置连锁、环境检测与诊断、看门狗电路，保证CPU可靠工作；利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采取信息保护和恢复措施；对用户程序及动态工作数据进行电池备份，防止停电后信息丢失；外壳采用密封、防尘和抗振结构以适应工作现场的恶劣环境。另外，PLC是以集成电路为基本元件的电子设备，内部处理过程不依赖于机械触点，也是保证高可靠性的重要原因；采用循环扫描的工作方式，也提高了抗干扰能力。目前，PLC的平均故障间隔时间(MTBF)一般已达到(4-5)×104小时。
（2）可实现功能一体化、适应性强、应用灵活
PLC将逻辑控制、过程控制和运动控制集于一体，加之产品的品种齐全，多采用模块式硬件结构，可以方便灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的要求
（3）编程简单、使用方便、控制程序可变、具有很好的柔性
PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更简单方便。PLC控制系统采用软件编程来实现控制功能，其外围只需将信号输入设备和接收输出信号执行控制任务的输出设备与PLC的输入、输出端子相连接，安装简单。当生产工艺流程改变或生产线设备更新时，不必改变PLC硬设备，只需改编程序即可，灵活方便，具有很强的“柔性”。
(4)体积小、重量轻、功耗低
由于PLC是专为工业控制设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.PLC的主要功能
(1)条件控制功能
条件控制(也称逻辑控制或顺序控制)功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器触点的串联、并联或其他各种逻辑连接，进行开关控制。
(2)定时/计数控制功能
定时/计数控制功能是指用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。
(3)步进控制功能
步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。
(4)数据处理功能
数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与算及编码和译码等操作。
(5)A/D与D/A转换功能
A/D与D/A转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换
（6）运动控制功能
运动控制功能是指通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制
(7)过程控制功能
过程控制功能是指通过PLC的PD控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理量参数的闭环控制。
(8)扩展功能
扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元(即I/O扩展单元)模块来增加输入输出点，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。
(9)远程I/0功能
远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。
(10)通信联网功能
信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位计算机的链接等，实现远程I/O控制和数据交换，以完成较大规模的系统控制。
(11)监控功能
监控功能是指PLC能监视系统各部分的运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动中止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器计数器等设定值或强制I/O状态。
3.PLC的主要性能指标
由于各厂家生产的PLC产品性能指标不尽相同，各有特色，这里只能简单介绍些基本性能指标
(1)输入/输出点数(I/0点数)
这是PLC最重要的二项性能指标，即PLC外部的输入、输出端子数，包括主机的I/O点数和最大扩展点数
(2)程序容量
一般以PLC所能存放用户程序的多少来衡量。在PLC中程序是按“步”存放的(一条指令少则一步、多则十几步)，一步占一个地址单元，一个地址单元占两个字节
(3)扫描速度
PLC工作时是按照扫描周期进行循环扫描的，扫描周期的长短决定了PLC运行度的快慢。一般用执行1000步指令所需时间作为衡量PLC速度快慢的一项指标，称为扫描速度，单位为ms/k步。扫描速度有时也用执行一步指令所需的时间计，单位us/步。
未完待续！
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