计算机控制系统概述.ppt

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1、沈阳建筑大学信息与控制工程学院 马斌,计算机控制技术,计算机控制技术,参考书：曹承志，微型计算机控制新技术，机械工业出版社，2001.3薛弘哗，计算机控制技术，电子工业出版社，2001.6于海生，微型计算机控制技术，机械工业出版社，1999.3王晓明，电动机的单片机控制，电子工业出版社，2002.5朱玉玺，计算机控制技术，清华大学出版社，2005.6,阅读期刊：工业控制机、控制工程、测控技术、电气自动化、自动化仪表、工业仪表与自动化装置，化工自动化及仪表 等等。,33-1,计算机控制技术,主要内容：,第一章是绪论，介绍了微机控制技术的一般概念，微机参与控制的典型方式，微机控制的特点及设计过程；

2、,第二章讨论了信号的采样与复现，模拟量输入通道，模拟量输入与输入通道接口技术，模拟量输出与输出通道接口技术，数字量输入与输出通道；,第三章讨论了数字控制器连续化设计技术，数字PID控制设计和改进方法，数字化PID的控制参数整定，串级控制器设计方法，数字PID控制器的讨论；,第四章主要讲解控制计算机的构成，控制计算机的种类，计算机控制系统的操作方法，微型计算机常用接口电路，电源设计；,33-2,计算机控制技术,主要内容：,第五章讨论了处理数据预处理，数字滤波，数据结构及应用技术，控制系统应用程序设计方法；,第六章讨论了计算机控制系统可靠性概述，硬件系统可靠性技术，软件可靠性技术；,第七章讨论了数

3、据通信与工业网络，集散控制系统，现场总线控制系统；,第八章讨论了控制系统设计的一般步骤及原则，微机控制系统设计分析和工程实现，并给出了设计实例；,33-3,第1章 计算机控制技术概述,1.1计算机控制技术的含义与地位,1.2计算机控制系统的输入与输出信号,1.3计算机控制系统的典型结构和特点,1.4计算机控制系统的任务和要求,1.5计算机控制系统的组成,1.6计算机控制系统的分类,1.7计算机控制技术的发展,33-4,1.1计算机控制技术的含义与地位,1.1.1 计算机控制技术的发展历程,首先是20世纪50年代以前的人工控制阶段（基地式仪表控制系统）,第二个阶段是20世纪60年代的模拟式仪表控

4、制阶段（电动单元组合式仪表控制系统）,第三个阶段是20世纪70年代的计算机集中控制阶段,第四个阶段是20世纪80年代的集散式控制阶段（分布式控制系统）,33-5,图1-1 某热电厂锅炉仪表集中控制室,33-6,33-7,图1-2 某热电厂锅炉计算机控制室,33-8,33-9,1.1.2 计算机控制技术的含义,所谓计算机控制：就是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），,再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，,从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对

5、象的变化过程。,33-10,1.1.2 计算机控制技术的含义,除此之外：计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。,如果还需要对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；,然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务。,33-11,1.1.3 控制系统微机化的重要意义,计算机技术的引入，为控制系统带来以下一些新特点和新功能：1）自动清零功能。2）量程自动切换功能 3）多点快速测控 4）数字滤波功能 5）自动修正误差。,6）数据处

6、理功能7）复杂控制规律8）多媒体功能9）通信或网络功能10）自我诊断功能,33-12,1.2 计算机控制系统的输入与输出信号,1.模拟量信号 模拟信号是指随时间连续变化的信号。,2.数字（开关）量信号 开关信号是指在有限的离散瞬时上取值间断的信号。,3.脉冲量信号当开关量按一定频率变化时，则该开关量就可以视为脉冲量，也就是说脉冲量具有周期性。,33-13,1.3 计算机控制系统的典型结构和特点,1.3.1 计算机控制系统的典型结构,33-14,1.3 计算机控制系统的典型结构和特点,1.3.2 计算机控制系统的特点,1）技术集成和系统复杂程度高,2）实时性强,3）可靠性高和可维修性好,4）环境

7、适应性强,5）控制的多功能性,6）应用的灵活性。,33-16,1.4 计算机控制系统的任务和要求,1.4.1 计算机控制系统的任务,1检测,33-17,2执行机构的驱动,3控制,4人一机交互,5通信,1.4.1 计算机控制系统的任务,从本质上讲，计算机控制系统的工作过程可归纳为以下三步：,1）实时数据采集：对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入；,2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按预定的控制规律运算，进行控制决策；,3）实时输出控制：根据控制决策，实时地向执行机构发出控制信号，完成系统控制任务或输出其它有关信号，如报警信号等。,33-18,1.4.2 计算机控制

8、系统的基本要求,1具有良好的实时性,2具有高可靠性和较强的环境适应性,3采用标准化部件，便于扩充、升级和维护,4具有良好的人机界面和丰富的监视画面,5具有良好的系统组态和可选的各种控制策略,6具有网络通讯功能，便于实现工厂自动化和信息化,33-19,1.5 计算机控制系统的组成,33-20,1.5.1 计算机控制系统的硬件组成,1计算机主机 2过程通道 3通用外部设备4.传感器及 自动化仪表,33-21,图1-6 计算机操作控制台,33-22,计算机控制系统软件,系统软件,应用软件,程序设计系统,操作系统,诊断程序,语言处理程序，服务程序,管理程序，磁盘操作系统,调机程序，诊断修复程序,过程监

9、控程序,过程控制程序,公共应用程序,巡回检测程序数据处理程序上下限检查程序,判断程序，上下限检查程序过程分析程序，开环控制程序闭环控制程序，事故处理程序,基本运算断程序函数运算程序信息运算程序制表打印程序服务子程序,1.5.2 计算机控制系统的软件组成,33-23,1.5.3 计算机控制系统的工作原理,1）,2）,3）,4）,33-24,1.5.3 计算机控制系统的工作原理,上述温度监控计算机系统对生产过程实现自动控制可以分解为四个过程：,1）生产过程的被控参量通过测量环节转化为相应的电量或电参数，再由变送器或放大器变换成标准的电压信号或电流信号；,2）电压信号或电流信号经过A/D转换后变成计

10、算机可以识别的数字信号，并将其转换为人们易于理解的工程量（测量值）；,3）计算机根据测量值与给定值的偏差，按一定的控制算法输出控制信号；,4）控制信号作用于执行机构，通过调节物料流量或能量的大小来实现对生产过程的调节。,33-25,1.6 计算机控制系统的分类,1操作指导控制系统，数据采集系统（DAS）,操作指导是指计算机的输出不直接用来控制生产过程，而只是对系统过程参数进行收集，按预定的算法计算各控制量，求出最佳设定值，通过显示或打印输出数据，操作人员根据这些数据进行必要的操作控制。,33-26,1.6 计算机控制系统的分类,2直接数字控制系统（DDC）,计算机首先通过模拟量输入通道、开关量

11、输入通道实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道、开关量输出通道直接控制生产过程。,优点：能够实现自动控制、多回路控制，能够灵活的把各种算法施加于生产过程。缺点：结构复杂，投资高。,33-27,1.6 计算机控制系统的分类,3监督控制系统（SCC）,计算机根据工艺信息和其它参数，自动地改变模拟调节器或直接数字控制方式的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况。它的作用是改变给定值，所以又称设定值控制SPC。,优点：DDC计算机可以直接控制，SCC计算机只是采集，优化；这实际上是一种不存在上下级通信的两级控制，只存在传递设定值的关系。缺点：造价

12、高、效益差，现在已经不用了。,33-28,1.6 计算机控制系统的分类,4分布式控制系统（DCS）,33-29,1.6 计算机控制系统的分类,5现场总线控制系统（FCS）,33-30,1.6 计算机控制系统的分类,6工业过程计算机集成制造系统（CIMS）,33-31,1.7 计算机控制技术的发展,1智能化 2综合化与集成化 3系统化与标准化 4微型化与大型化 5多媒体化与网络化,研究和发展智能控制系统有(1)分级递阶智能控制系统(2)模糊控制系统（基于模糊集合理论）(3)专家控制系统（基于知识的系统）(4)学习控制系统（学习是控制经验的积累）(5)神经控制系统（基于人工神经网络的控制）,发展特

13、点,33-32,作业,P10页 1-1，1-4，1-5,33-33,习题与思考题1针对不同行业、不同被控对象，可以选择哪些计算机控制装置（主机）？2以定位减速和工件加工为例，叙述定位减速控制系统和自动磨削控制系统的工作原理。3闭环控制与开环控制有什么不同？自动控制系统中一般采用什么控制方式？4什么是实时计算机系统？在计算机控制系统中实时性体现在哪几个方面？5什么是计算机控制系统中的实时作业？实时任务？有哪些实时任务？实时任务的驱动方式及控制结构有哪几种类型？6按应用领域，计算机控制系统可分为哪几种？按设备形式，计算机控制系统可分为哪几种？各有什么特点？7什么是智能控制？有哪几种形式的智能控制系统？8计算机控制系统各环节软硬件的发展趋势是什么？9通过查阅文献，了解计算机控制技术的最新进展。列举新出现的计算机控制技术。,33-2,