控制系统计算机仿真_1讲解

1、控制系统计算机仿真 第 1 讲 概述 单击此处编辑母版标题样式 课程情况 课程性质：考查 课时安排：24+24学时 成绩评定：期末实验平时 教材： 朱苏朋 计算机控制及仿真(第1版) 国防工业出版社 参考书： 蒋旻 控制系统计算机仿真电子工业出版社 薛定宇 控制系统仿真与计算机辅助设计机械工业出 版社 张志涌 精通MATLAB6.5版北京航空航天大学出版社 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 先修课程 模拟电子技术 数字电子技术 自动控制原理 MATLAB编程 计算机文化 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分

2、类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 后续应用 毕业设计 工程设计 实际应用 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 课程内容 概述 控制系统的信号 数字程序控制技术 经典设计及仿真 离散化设计及仿真 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 应用领域 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 填 料 吸 收 塔 装 置 案例1 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&

3、基本要求 单击此处编辑母版标题样式 水 处 理 生 产 线 装 置 案例2 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 机 房 案例3 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 案例4 全 自 动 喷 涂 汽 车 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 案例5 导 弹 发 射 课程情况 应用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 案例6 机 器 人 课程情况 应

4、用领域 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 单击此处编辑母版标题样式 本讲主要内容 计算机控制系统的 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 概念 计算机控制系统是建立在计算机控制理论基础上的 一种以计算机为手段的控制系统。 含有计算机并且由计算机完成部分或全部控制功能 的控制系统。 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 典型的计算机控制系统 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成

5、单击此处编辑母版标题样式 结构特征 执行控制功能的核心部件是计算机，是模数混合系统 控制规律利用软件实现，便于实现复杂的控制规律 一个数字控制器可同时控制多个回路 存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制 系统 为实现企业综合自动化打下了良好的基础 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 信号特征 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 控制过程/工作原理 实时数据采集 对来自测量元件的被控量的瞬时值进行检测并输入计算机 实时控制决策 对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的

6、控制规律 ，决定将要采取的控制行为 实时控制输出 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控 制任务 信息管理 随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也是计 算机控制系统必须完成的功能 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 系统组成 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 硬件组成 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 硬件组成 通用外部设备 I/O设备、存储设备（键盘、鼠标；显示器、打印机） I/O接口 供计

7、算机与I/O通道连接（并口、串口、管理接口） 主机 进行信息处理 I/O通道 计算机与被控对象之间传递信息（A、D） 检测与变换 非电物理量转换成电信号 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 软件组成 系统软件 一般是由计算机厂家提供的，用来管理计算机本身的资 源、方便用户使用计算机的软件。它主要包括操作系统 、各种编译软件、监控管理软件，这些软件一般不需要 用户自己设计，它们只是作为开发应用软件的工具。 应用软件 是面向生产过程的程序，如A/D、D/A转换程序，数据采 样，数字滤波程序、标度变换程序、控制量计算程序等 等。应用软件大都

8、由用户自己根据实际需要进行开发。 应用软件的优劣，将给控制系统的功能、精度和效率带 来很大的影响，它的设计是非常重要的。 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 控制计算机特点 可靠性高、易于维护 适应各种环境 实时性高 I/O通道完善 开放、可扩展 配备完善软件 精度和运算速度满足系统要求 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 概念 组成 单击此处编辑母版标题样式 工作方式 在线方式和离线方式 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称 为在线方式或联机方式 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠 人

9、进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方 式。 实时 信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 工作方式 在线系统一定是实时系统？ 不一定。在线采集的数据不一定在当时就进行处理，只 要把数据采集来就可以！ 实时系统一定是在线系统？ 是。不在线肯定不能满足实时性 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按控制方式分类 开环 闭环 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样

10、式 按控制计算机分类 基于单片机的简单系统 基于工控机(IPC) 基于可编程逻辑控制器(PLC) 基于各种类型DCS 基于现场总线仪表的FCS 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按功能分类 w操作者控制系统 直接数字控制系统（DDC） 监督控制系统(SCC) 分布式控制系统（DCCS） 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按功能分类操作者控制 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 数 字 计 算 机 CRT打印机报 警 过程输入通

11、道 测量变送 测量变送 被 控 对 像 执行机构 操作者 图1.5 操作者控制系统结构图 优点:结构简单，控 制灵活和安全 缺点:要由人工操作 ，速度受限，不能控 制多个 单击此处编辑母版标题样式 按功能分类DDC 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 计算机闭环控制系统 。可完全取代模拟调 节器，实现多回路的 PID控制，而且只要 改变程序就可以实现 复杂的控制规律 直接数字控制(DDC)计算机 CRT打印机报 警操作台 过程输入通道 测量变送 测量变送 被 控 对 象 过程输出通道 执行机构 执行机构 图1.6 直接数字控制系统结构图 单击此处编辑母版标

12、题样式 按功能分类SCC 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 其作用是改变给定 值，又称设定值控 制 。它的任务着 重在控制规律的修 正与实现，如最优 控制、自适应控制 等。 图1.7 监督控制系统结构图 监督控制计算机(SCC) CRT打印机报警 DDC计算机或调节器 输入通道 输出通道 被 控 对 象 操作台 输入通道 单击此处编辑母版标题样式 按功能分类DCCS 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计原则 与网络化的控制结构，形成分级分布式控制 单击此处编辑母版标题样

13、式 按控制规律分类 程序和顺序控制 比例积分微分控制（PID控制） 最小拍控制 复杂规律的控制 智能控制 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按控制规律分类程序和顺序控制 程序控制 被控制量按照一定的、预先规定的时间函数变化，被控 制量是时间函数的变化 顺序控制 程序控制的扩展，在各个时期所给出设定值可以是不同 的物理量，而且每次设定值的给出，不仅取决于时间， 还取决于对以前的控制结果的逻辑判断 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按控制规律分类PID 调节器的输出是

14、调节器输入的比例、积分和微分的 函数 结构简单、参数容易调整 无论模拟调节器或者数字调节器，多数使用PID调节 规律 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按控制规律分类最小拍 要求设计的系统在尽可能短的时间内完成调节过程 通常用在数字随动系统的设计中 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按控制规律分类复杂控制 在PID控制的基础上，引进了各种复杂规律的控制， 比如串级控制、前馈控制、纯滞后补偿、解偶控制 、最优控制、自适应控制等，组成复杂控制系统 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 按控制规律分类智能控制 把先进的方法学理论与解决当前技术问题所需要的 系统理论结合起来的学科 三个主要理论领域的交叉 人工智能 运筹学 控制理论 课程情况 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求 工作方式 分类 单击此处编辑母版标题样式 研究内容 系统建模 描述系统变量之间关系