计算机控制技术第1章 绪论01

1、主要内容第第1 1章章 绪绪 论论 1.1 1.1 计算机控制系统概述（概念计算机控制系统概述（概念/ /组成）组成）1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式1.3 1.3 计算机控制系统的控制规律计算机控制系统的控制规律1.4 1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势计算机控制系统的发展概况和趋势 自动控制：自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使在没有人直接参与的情况下，通过控制器使 生产过程自动地按照预定的规律运行。生产过程自动地按照预定的规律运行。 计算机控制系统计算机控制系统 ： 利用计算机来实现生产过程利用计算机来实现生产过程 自动控制的系统自动控制的

2、系统y控制器-被控对象e给定量执行机构+rD/A被控量测量变送uA/D生产过程工控机实时数据采集：实时数据采集：实时控制决策：实时控制决策：实时控制输出：实时控制输出：工作原理：工作原理：对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行检测和输入。进行检测和输入。对采集到的被控变量进行分析和处理，并对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。行为。根据控制决策，适时地对执行机构发出控根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。制信号，完成控制任务。硬件部分：主机、接口电路、过程输入硬

3、件部分：主机、接口电路、过程输入/输出通道、外输出通道、外 部设备、部设备、 操作台操作台 主机主机中央处理器（中央处理器（CPU）内存储器内存储器(RAM和和ROM)接口电路接口电路: : 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁过程输入过程输入/输出通道输出通道模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输出通道模拟量输出通道开关量输入通道开关量输入通道开关量输出通道开关量输出通道外部设备外部设备 操作台操作台输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器（CRT）显示器或）显示器或(LED)数码显示器数码显示器 键盘（功能键和数字键）键盘（功能

4、键和数字键）是不是和电脑很像？是不是和电脑很像？其实就是复杂高性其实就是复杂高性能电脑能电脑软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件 操作系统操作系统语言加工系统语言加工系统诊断系统诊断系统 控制程序控制程序数据采集及处理程序数据采集及处理程序巡回检测程序巡回检测程序数据管理程序数据管理程序编辑程序编辑程序编译程序编译程序连接、装配程序连接、装配程序调试程序调试程序子程序库子程序库 软件部分：软件部分：数据可靠性检查程序数据可靠性检查程序AD转换及采样程序转换及采样程序 数字滤波程序数字滤波程序 线性化处理程序线性化处理程序 数据采集程序数据采集程序 越限报警程序越限报警程序 事故预告程序事故

5、预告程序 画面显示程序画面显示程序 工业控制机的特点工业控制机的特点 可靠性高和可维修性好可靠性高和可维修性好 环境适应性强环境适应性强 控制实时性好控制实时性好 完善的输入输出通道完善的输入输出通道 丰富的软件丰富的软件 适当的计算精度和运算速度适当的计算精度和运算速度1 12 2 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式 1操作指导控制系统操作指导控制系统(开环系统，已经很少使用）开环系统，已经很少使用）优点：结构简单，控制灵活和安全。优点：结构简单，控制灵活和安全。缺点：要由人工操作，速度缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。受到限制，不能控制多个对象。 2 2直接

6、数字控制系统直接数字控制系统 （Direct Digital ControlDDC） 要求：实时性好、可靠性高和适应要求：实时性好、可靠性高和适应性强性强 一台计算机通常要控制几个或几十个回路一台计算机通常要控制几个或几十个回路没有人直接操作生产过程没有人直接操作生产过程输入通道输入通道(AI.DI(AI.DI）输出通道输出通道(AO.DO)(AO.DO)打印机打印机报报 警警操作台操作台CRTCRT计计 算算 机机生生 产产 过过 程程管理命令DDC微型机报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件D/A反多路开关生产过程一个SCC可监督多个下级系统，当下级出错立刻代替4 4集散型控制系统

7、集散型控制系统 （Distributed Control SystemDCS）分布式控制系统，层状控制，层与层间通过网络进行交互企业级经营管理计算机工厂级集中控制计算机车间级监控计算机（SCC）车间级监控计算机（SCC）装置控制级（DDC）装置控制级（DDC）装置控制级（DDC）工厂对象A工厂对象B工厂对象C工厂对象D至其它工厂至其它工厂装置控制级（DDC）汽车就是现场总线控制Can总线专门用于汽车控制，各个部件间由总线直接交互。设备可以直接加入总线就可使用，系统可容易扩展90年代发展起来的。现场总线控制系统现场总线控制系统（Fieldbus Control SystemFCS）操作站模拟量输

8、出功能块控制功能块H1现场总线差压变送 器模拟量输入功能块PIDI10 .AOI10AI110H1H1网桥H2现场总线 . 现场节点服务器LAN（局域网） 计算机集成过程系统（计算机集成过程系统（CIPS-Computer Integrated CIPS-Computer Integrated Process SystemProcess System） 1.3 计算机控制系统的控制规律计算机控制系统的控制规律智能控制智能控制 模糊控制模糊控制 专家系统专家系统 学习控制学习控制 神经网络控制神经网络控制1.4 1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势计算机控制系统的发展概况及趋势 1946年世界

9、上第一台电子计算机年世界上第一台电子计算机ENICA问问1 1计算机控制技术的发展过程计算机控制技术的发展过程 开创时期（开创时期（19551962年）年） 直接数字控制时期（直接数字控制时期（19621967年）年） 小型计算机时期（小型计算机时期（19671972年）年） 微型计算机时期（微型计算机时期（1972年至今）年至今） 软件的发展：软件的发展： 50年代至年代至70年代软件发展缓慢年代软件发展缓慢 70年代末至今已采用各种高级语言进行年代末至今已采用各种高级语言进行实时实时控制控制 自动控制理论自动控制理论+ +数字信号处理数字信号处理 理论的发展理论的发展3 计算机控制系统的发

10、展趋势计算机控制系统的发展趋势 1推广应用成熟的先进技术推广应用成熟的先进技术 普及应用可编程序控制器（普及应用可编程序控制器（PLC） 广泛使用智能调节器广泛使用智能调节器 采用新型的采用新型的 DCS和和 FCS Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程 属于万能输入，可与类传感器、变送器配合使用，大大减少备表数量。实现对温度、压力、流量

11、、液位等物理量的测量、显示、报警控制和变送输出。一台仪表可配合多种执行器，实现对电加热设备和电磁、电动、气动阀门等进行PID控制 分级递阶分级递阶智能控制智能控制模糊控制模糊控制神经网络控制神经网络控制仿人智能控制仿人智能控制学习控制学习控制专家控制专家控制各种方法的综合集成各种方法的综合集成组织级协调级执行级精 度智 能专家控制可定义为：具有模糊专家智能的功能，采用专家系统技术与控专家控制可定义为：具有模糊专家智能的功能，采用专家系统技术与控制理论相结合的方法设计控制系统。制理论相结合的方法设计控制系统。人工神经网络采用仿生学的观点与方法来研究人脑和智能系统中的高人工神经网络采用仿生学的观点与方法来研究人脑和智能系统中的高级信息处理。级信息处理。人类最初对事物的认识来看，都是定性的、模糊的和非精确的，因而将人类最初对事物的认识来看，都是定性的、模糊的和非精确的，因而将模糊信息引入智能控制具有现实的意义。模糊逻辑在控制领域的应用称模糊信息引入智能控制具有现实的意义。模糊逻辑在控制领域