微型计算机控制技术

1、计算机技术计算机技术自动控制技术自动控制技术检测与传感技检测与传感技术术CRT显示技术显示技术通信与网络技术通信与网络技术微电子技术微电子技术 计算机控制系统及其组成计算机控制系统及其组成 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 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微微 型型 计计 算算 机机 控控 制制 技技 术术第一章第一章: : 绪论绪论1 11 1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 自动控制：自动控制：在没有人直接参在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。产过程自动地按照预定的规律运行。1.1.11

2、.1.1计算机控制系统及其组成计算机控制系统及其组成 1计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统 利用计算机来实利用计算机来实现生产过程自动控制现生产过程自动控制的系统。的系统。输出通道输出通道 D/A输入通道输入通道 A/D对象对象被控变量被控变量y输输 入入通通 道道计算机计算机给定给定1 1）计算机控制系统的工作原理）计算机控制系统的工作原理实时数据采集：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

3、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。2 2）在线方式和离线方式）在线方式和离线方式 在线在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。计算机控制的方式。 离线方式或脱机方式：离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作计算机控制，而是靠人进行联系并作相应

4、操作的方式。相应操作的方式。3 3）实时的含义）实时的含义 实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成。围内完成。 实时控制系统必定是在线系统。实时控制系统必定是在线系统。2. 2. 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成硬件部分：主机、接口电路、过程输入硬件部分：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

5、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（功能键和数字键）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

6、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 事故预告程序事故预告程序 画面显示程序画面显示程序 3. 3. 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 11 12 2 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 1操作指

7、导控制系统操作指导控制系统优点：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

8、程程 3 3监督控制系统监督控制系统（Supervisory Computer Control SCC ） DDC DDC计算机计算机生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算 机机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(b)(b)工艺数据工艺数据模模 拟拟调节器调节器生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算 机机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(a)(a)工艺数据工艺数据4 4集散型控制系统集散型控制系统 （Distributed Control SystemDCS）5 5现场总线控制系统现场总线控制系统（Fieldbus Control Sy

9、stemFCS）操作站模拟量输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） 1.2 1.2 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年世界上第一台电子计算机年世界上第一台电子计算机ENICA问世问世 1 12 21 1计算机控制系统的发展概况计算机控制系统的发展概况 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

10、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实时控制年代末至今已采用各种高级语言进行实时控制2 2计算机控制理论的发展过程计算机控制理论的发展过程 采样定理采样定理 差分方程差分方程 Z变换法变换法 )()(0kTfzkTfZkK 状态空间理论状态空间理论 最优控制与随机控制最优控制与随机控制 代数系统理论代数系统理论 系统辨识与自适应控制系统辨识与自适应控制 1.2.2 计算机控制系统的发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（