计算机控制第一章

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1、第一章 绪论第一章第一章绪论绪论1.1计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成1.2计算机控制系统分类计算机控制系统分类1.3计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势第一章 绪论计计算算机机控控制制系系统统任任务务是是实实现现对对被被控控对对象象的的数数据据采采集集和和偏偏差差计计算算，并并根根据据对对控控制制指指标标的的要要求求做做出出控控制制决决策策，产产生生相相应应的的控控制制信信号号，对对被被控控对对象象进进行行实实时时控控制制。图图1-1给出了按偏差进行控制的闭环控制系统框图。给出了按偏差进行控制的闭环控制系统框图。图图1-1闭环控制系统框图闭环控制系统框图1.1计算机控制系

2、统的组成计算机控制系统的组成返回本章首页第一章 绪论图图1-2中中给给出出了了开开环环控控制制系系统统框框图图。它它与与闭闭环环控控制制系系统统不不同同，它它的的控控制制器器直直接接根根据据给给定定信信号号去去控控制制被被控控对对象象工工作作。被被控控制制量量在在整整个个控控制制过过程程中中对对控控制制量量不不产产生生影影响响。与与闭闭环环控控制制系系统统相相比比，它它的的控控制性能较差。制性能较差。图图1-2开环控制系统框图开环控制系统框图第一章 绪论如果把图如果把图1-1中的控制器用计算机来代替，就可以构中的控制器用计算机来代替，就可以构成成计算机控制系统，其基本框图计算机控制系统，其基本

3、框图如图如图1-3所示。在计所示。在计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。就能实现对被控参数的控制。图图1-3计算机控制系统基本框图计算机控制系统基本框图第一章 绪论计计算算机机控控制制系系统统的的硬硬件件一一般般是是由由计计算算机机、外外部部设设备备、输输入入输输出出通通道道和和操操作作台台等等组组成成，如如下下图图1-4所所示。示。1计算机控制系统的硬件计算机控制系统的硬件第一章 绪论图图1-4计算机控制系统原理图计算机控

4、制系统原理图第一章 绪论硬件组成硬件组成（1）计算机）计算机（2）外部设备）外部设备（3）输入输出通道）输入输出通道（4）操作台）操作台第一章 绪论2计算机控制系统的软件计算机控制系统的软件软软件件是是指指能能完完成成各各种种功功能能的的计计算算机机程程序序的的总总和和。它它是是计计算算机机控控制制系系统统的的神神经经中中枢枢，整整个个系系统统的的工工作作都都是是在在程程序序的的指指挥挥下下进进行行协协调调工工作作的的。软软件件通通常常分分为为两两大大类类：一一类类是是系系统统软软件件，另另一一类类是是应应用用软件。软件。返回本节第一章 绪论3计算机控制系统的特点计算机控制系统的特点1)模拟控

5、制系统及缺陷：模拟控制系统及缺陷：(1)(1)价格随回路增加线性增长。价格随回路增加线性增长。(2)(2)难于实现复杂或有特殊要求的控制功能。难于实现复杂或有特殊要求的控制功能。(3)(3)难于满足系统优化、最优工况等要求。难于满足系统优化、最优工况等要求。返回本节第一章 绪论2)计算机控制系统的优点计算机控制系统的优点：(1)(1)实现复杂的控制规律实现复杂的控制规律,而且修改方便而且修改方便计算机控制系统的控制规律由软件编程实现的，它不计算机控制系统的控制规律由软件编程实现的，它不仅可以实现常规仅可以实现常规PIDPID控制规律，而且可以实现模拟控控制规律，而且可以实现模拟控制系统无法实现

6、的复杂控制规律，如最优控制、自适制系统无法实现的复杂控制规律，如最优控制、自适应控制、预测控制以及各种智能控制等。由于改变系应控制、预测控制以及各种智能控制等。由于改变系统的控制方案并不需要更换系统的硬件组成，因此具统的控制方案并不需要更换系统的硬件组成，因此具有控制功能选择、组合和修改的特点。有控制功能选择、组合和修改的特点。返回本节第一章 绪论2)计算机控制系统的优点：计算机控制系统的优点：(2)(2)具有系统组态的灵活性具有系统组态的灵活性计算机具有数据通信功能，数据传输成本低、距离远、计算机具有数据通信功能，数据传输成本低、距离远、抗干扰，而且可以进行多机联网。它可以组成单机直抗干扰，

7、而且可以进行多机联网。它可以组成单机直接数字控制系统，也可以组成多机复杂控制系统，具接数字控制系统，也可以组成多机复杂控制系统，具有系统组态的灵活性。有系统组态的灵活性。返回本节第一章 绪论2)计算机控制系统的优点：计算机控制系统的优点：(3)(3)适应性强、可靠性高适应性强、可靠性高计算机对环境的适应性强，对温度、湿度以及元件的计算机对环境的适应性强，对温度、湿度以及元件的使用时间使用时间 不敏感。不会产生常规模拟控制仪表参数不敏感。不会产生常规模拟控制仪表参数漂移现象，适应性强、可靠性高。漂移现象，适应性强、可靠性高。返回本节第一章 绪论2)计算机控制系统的优点：计算机控制系统的优点：(4

8、)(4)具有良好的性能价格比具有良好的性能价格比计算机控制系统易于实现多参数联合控制，当增计算机控制系统易于实现多参数联合控制，当增加控制回路时不会显著增加设备成本。此外计算加控制回路时不会显著增加设备成本。此外计算机控制系统可以方便实现模拟仪表难于实现的诸机控制系统可以方便实现模拟仪表难于实现的诸如屏幕显式、绘图、打印、数据存盘、参数报警如屏幕显式、绘图、打印、数据存盘、参数报警等功能，可以用较低的成本完成复杂的工作。等功能，可以用较低的成本完成复杂的工作。返回本节第一章 绪论3)计算机控制系统的缺点（和模拟比）：计算机控制系统的缺点（和模拟比）：(1)(1)量化及数字运算误差会限制系统的精

9、度，并引入量化及数字运算误差会限制系统的精度，并引入噪声。噪声。(2)(2)计算机数字输入信号使执行器的输出变化计算机数字输入信号使执行器的输出变化“陡峭陡峭”，影响控制质量。，影响控制质量。(3)(3)受采样周期的影响，会增加控制系统迟后时间、受采样周期的影响，会增加控制系统迟后时间、减少带宽，控制质量于同样的模拟系统相比较低减少带宽，控制质量于同样的模拟系统相比较低返回本节第一章 绪论1.2微型计算机控制系统分类微型计算机控制系统分类1操作指导控制系统操作指导控制系统2直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC）3计算机监督系统（计算机监督系统（SCC）4分级计算机控制系统分级计算机控制系

10、统返回本章首页第一章 绪论1操作指导控制系统操作指导控制系统图图1-5操作指导控制系统组成框图操作指导控制系统组成框图返回本节第一章 绪论2直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC）图图1-6DDC控制系统原理图控制系统原理图返回本节第一章 绪论3计算机监督系统（计算机监督系统（SCC）计算机监督系统（计算机监督系统（SupervisoryComputerControl）简称简称SCC系统。系统。SCC系统有两种不同的结构形式。系统有两种不同的结构形式。一种是一种是SCC+模拟调节器，另一种是模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制控制系统。系统。（1）SCC+模拟调节器控制系统模拟调节器控制

11、系统该系统原理图，如图该系统原理图，如图1-7所示。所示。（2）SCC+DDC控制系统控制系统SCC+DDC控制系统原理图，如下图控制系统原理图，如下图1-8所示。所示。第一章 绪论图图1-7SCC+模拟调节器控制系统原理图模拟调节器控制系统原理图图图1-8SCC+DCC控制系统原理图控制系统原理图第一章 绪论4分级计算机控制系统分级计算机控制系统分分级级计计算算机机控控制制系系统统是是一一个个四四级级系系统统，各级计算机的功能如图各级计算机的功能如图1-9所示。所示。装置控制级（装置控制级（DDC级）级）车间监督级（车间监督级（SCC级）级）工厂集中控制级（工厂集中控制级（MIS）企业管理级

12、（企业管理级（MIS）第一章 绪论图图1-9分级计算机控制系统分级计算机控制系统返回本节第一章 绪论1仪表微型化仪表微型化2工业控制计算机（工业控制计算机（IPC）3.可编程控制器（可编程控制器（PLC）4采用新型的控制系统（集散控制系统）采用新型的控制系统（集散控制系统）5人工智能人工智能6神经网络控制系统神经网络控制系统1.3微型计算机控制系统的发展趋势微型计算机控制系统的发展趋势返回本章首页第一章 绪论1仪表微型化仪表微型化将将单单片片机机嵌嵌入入常常规规模模拟拟仪仪表表，组组成成微微机机化化仪仪表表承承担担测测控控任任务务是是计计算算机机控控制制系系统统的的发发展展趋趋势势之之一一（如

13、水位测量仪）。具有以下优点：（如水位测量仪）。具有以下优点：1）体积小、可靠性高、功能齐全。）体积小、可靠性高、功能齐全。2）具有零点校正、量程切换、环境误差补偿、线）具有零点校正、量程切换、环境误差补偿、线性化处理、调电保护和自诊断功能。性化处理、调电保护和自诊断功能。3）具有数据通行功能，可以和计算机联网组成复）具有数据通行功能，可以和计算机联网组成复杂控制系统杂控制系统返回本节第一章 绪论2工业控制计算机（工业控制计算机（IPC）工工业业控控制制计计算算机机是是用用于于工工业业控控制制的的专专用用计计算算机机。总总线线式式IPC采采用用模模块块式式结结构构，机机箱箱内内主主要要有有主主机

14、机板板、功功能能模块、模块、I/0接口板等。具有如下一些特点：接口板等。具有如下一些特点：（1）安全丰富的）安全丰富的I/0接口板功能接口板功能（2）丰富强大的总线）丰富强大的总线（3）组态灵活、易于扩展）组态灵活、易于扩展、联网升级方便、平均无、联网升级方便、平均无故障时间长（故障时间长（10年以上）、便于维护。年以上）、便于维护。（4）可以实现连续量控制，还具有可编程控制器功）可以实现连续量控制，还具有可编程控制器功能。能。返回本节第一章 绪论3可编程控制器（可编程控制器（PLC）PLC与与传传统统的的继继电电器器控控制制相相比比，具具有有如如下一些特点：下一些特点：（1）抗干扰能力强）抗

15、干扰能力强（2）适应性好）适应性好（3）编程直观、简单）编程直观、简单（4）功能完善，接口功能强）功能完善，接口功能强返回本节第一章 绪论4采用新型的控制系统（集散控制系统）采用新型的控制系统（集散控制系统）集集 散散 控控 制制 系系 统统 是是 分分 散散 型型 综综 合合 控控 制制 系系 统统（TotalDistributedControlSystems）或或分分散散型型微微处处理理器器控控制制系系统统（DistributedMicroprocessorControlSystems）的简称。的简称。图图1-10是是集集散散控控制制系系统统的的组组成成框框图图。它它以以微微型型计计算算机

16、机为为核核心心，把把微微型型机机、工工业业控控制制计计算算机机、数数据据通通信信系系统统、显显示示操操作作装装置置、输输入入/输输出出通通道道、模模拟拟仪仪表表等等有有机机地地结结合合起起来来，采采用用组组合合组组装装式式结结构构组组成成系系统统，为为实实现现工工程程大系统的综合自动化创造了条件。大系统的综合自动化创造了条件。第一章 绪论图图1-10集散系统组成框图集散系统组成框图返回本节第一章 绪论5人工智能人工智能人人工工智智能能是是用用计计算算机机模模拟拟人人类类大大脑脑的的逻逻辑辑判判断断功功能能，其其中中具具有代表性的两个尖端领域是专家系统和机器人。有代表性的两个尖端领域是专家系统和

17、机器人。所所谓谓专专家家系系统统即即计计算算机机专专家家咨咨询询系系统统，是是一一个个存存储储了了大大量量专专门门知知识识的的计计算算机机程程序序系系统统。不不同同的的专专家家系系统统将将不不同同领领域域专专家家的的知知识识，以以适适当当的的形形式式存存放放于于计计算算机机中中。根根据据这这些些专专家家知知识识，专专家家系系统统可可以以对对用用户户提提出出的的问问题题做做出出判判断断和和决决策策，以以回回答答用用户的咨询。户的咨询。机器人是一种能模拟人类智能和肢体动作的装置，从本世纪机器人是一种能模拟人类智能和肢体动作的装置，从本世纪70年代微处理机问世以来，机器人便逐渐涉足于各工业生产年代微

18、处理机问世以来，机器人便逐渐涉足于各工业生产领域和科学研究领域。目前已出现的机器人可以分为两类，领域和科学研究领域。目前已出现的机器人可以分为两类，工业机器人和智能机器人。工业机器人和智能机器人。返回本节第一章 绪论6神经网络控制系统神经网络控制系统国国外外在在20世世纪纪80年年代代掀掀起起了了神神经经网网络络（NeuralNetwork）计计算算机机的的研研究究和和应应用用热热潮潮，我我国国在在90年年代代也也开开始始了了这这方方面面的的研研究究。由由于于神神经经网网络络的的特特点点（大大规规模模的的并并行行处处理理和和分分布布式式的的信信息息存存储储，良良好好的的自自适适应应性性、自自组

19、组织织性性和和很很强强的的学学习习功功能能、联联想想功功能能及及容容错错功功能能），使使它它的的应应用用越越来来越越广广泛泛，其其中中一一个个重重要要的的方方面面是是智智能能控控制制，包包含含机机器器人人控控制。制。返回本节第一章 绪论返回本章首页结束放映1）微型计算机控制技术微型计算机控制技术上海交通大学上海交通大学谢剑英谢剑英2）计算机控制技术计算机控制技术温刚、黄道平温刚、黄道平华南理工大学出版社华南理工大学出版社3）微型计算机控制新技术微型计算机控制新技术机械工业出版社机械工业出版社曹承志曹承志4）现代数字控制系统现代数字控制系统科学出版社科学出版社R.G杰奎沃特杰奎沃特5）计算机控制基础计算机控制基础中国科学技术大学出版社中国科学技术大学出版社李嗣福李嗣福6）计算机控制理论与应用计算机控制理论与应用哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学出版社李铁桥李铁桥参考书目参考书目第一章 绪论返回本章首页结束放映本章到此结束，本章到此结束，谢谢您的光临！谢谢您的光临！