计算机控制绪论

1、计算机控制技术第一章 绪论第二章 输入输出接口与过程通道第三章 数字控制技术第四章 常规及复杂控制技术第五章 现代控制技术第六章 应用程序设计与实现技术第七章 人机接口技术与监控组态软件第八章 分布式测控网络技术第九章 计算机控制系统设计与实现廖迎新，中南林业科技大学计算机与信息工程学院，长沙啤酒发酵计算机控制系统数字控制器的连续、离散化设计最少拍控制器设计纯滞后控制技术模糊控制技术测量数据预处理：数字滤波等课程论文从以下课题中任选一个或自拟与课程相关的题目完成， 最后交一份报告，同时提交仿真或实物作品，并现场演示。1、以单片机或微处理器芯片为CPU，设计一象限直线加工数控系统。提示：以L29

2、8N为驱动芯片，两相步进电机为执行机构。采用数字积分直线插补算法。2、以单片机或微处理器芯片为CPU，设计一恒温闭环控制系统（在Proteus中可用Transducers库OVEN模型作被控对象）。 要求：控制器参数、目标温度可调，能显示测量温度值。控制算法自己定。要求：报告控制在4页A4纸左右，不打印源代码。调试成功者将源代码发至邮箱9469659903、以单片机或微处理器芯片为CPU，设计一直流电机恒转速闭环调节控制系统。（在Proteus中，被可用Electro-mechanical库MOTOR-ENCODER模型作控对象）。要求：控制器参数、目标转速可调，能显示测量转速。控制算法自己定

3、。4、针对被控对象分别用连续化（PID）、离散化和模糊控制方法，设计其数字控制器，并用Matlab对系统进行仿真调试，对调试结果进行分析。5、设计一分布式控制系统：系统包括一台主机，两台从机。0#从机根据主机发送的控制数据（如正或反向角位移），控制一步进电机的角位移，通过数码块显示当前角位移，并能应答主机的读指令，上传电机当前角位移；1#从机根据主机发送的控制数据（如PWN信号占空比），控制一直流电机，并显示电机转速，并能应答主机的读指令，上传电机的当前转速。主机在每个采样周期，通过键盘扫描，修改两个从机的控制数据，然后依次下发给两个从机，并从从机读两台电机的角位移、转速，并显示所有控制和被控

4、参数。提示：做实物，上位机最好用PC机，用VC+编其应用程序。该题可三位同学一组完成。6、小车行车轨迹控制系统。7、水位控制系统。第一章 绪论计算机控制系统及其组成1.1计算机控制系统的典型形式1.2工业控制机的组成及特点1.3计算机控制系统的发展概况1.4 计算机控制系统原理图计算机控制系统是利用计算机对被控对象(生产过程等) 进行自动控制的系统。1.1.1 计算机控制系统及其组成1.1 计算机控制系统概述控制器 D/A A/D 执行机构 测量变送 被控对象 给定量 e r - u y 被控量工控机 生产过程 1.1.2 计算机控制系统的组成 计算机控制系统的组成框图 测量变送主机板人机接口

5、通信接口磁盘系统执行机构电气开关工业控制机模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道生产过程电气开关内 部 总 线被 控 对 象外部总线1.1.3 常用的计算机控制系统主机 可编程序控制器 (Programmable controller，PC) 工控机(Industrial personal computer，IPC) 嵌入式系统 微处理器(ARM)，微控制器(MCS-51)，DSP处理器(TMS320C2000)，片上系统(处理器芯片嵌入操作系统) 智能调节器1.2 计算机控制系统的典型形式操作指导控制系统直接数字控制系统 (DDC) 监督控制系统 (SCC)集散控制系统（D

6、CS）现场总线控制系统（FCS）综合自动化系统具有数据采集和处理的功能，能够为操作人员提供反映生产过程工况的各种数据，并相应的给出操作指导信息，供操作人员参考。属于开环控制结构。 操作指导控制系统 操作指导控制系统框图模拟量输入(AI)通道 数字量输入(DI)通道 CRT 打印机操作人员调节器生产过程计算机 直接数字控制系统(DDC) 属于闭环控制结构。CRT操作台报警打印机输出通道(AO,DO) 输入通道(AI,DI)计算机生产过程 监督控制系统(SCC)能自动改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，使生产过程始终处于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等）。模拟

7、调节器生 产 过 程SSC计算机记录.显示. 打印工艺数据调节设定生 产 过 程SSC计算机DDC计算机记录.显示. 打印工艺数据测量调节设定 分散型控制系统（DCS）采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的原则。PLC网间连接器 管理计算机 网间连接器其他测控装置分散过程控制级集中操作监控级综合信息管理级至其它局域网 局部网络（LAN） 控制网 现场控制站智能调节器工程师操作站操作员操作站监控 计算机FCS用“工作站-现场总线智能仪表”二层结构完成了DCS中的“操作站-控制站-现场仪表”三层结构功能，降低了成本、提高了可靠性。 现场总线控制系统（FCS）控制网H2H1H1接线盒

8、H1 H1 树型菊花链型带接点总线型点到点型 H1 现场总线I/O 计算机 网桥 FCS 结构示意图 H1 综合自动化系统ERP：Enterprise resources planning，企业资源信息管理系统以产品质量和成本为中心的生产管理营销管理和财务管理等MES：Manufacturing execution system，生产执行系统根据市场和生产设备状态进行生产计划和调度优化PCS：Process control system，生产过程控制系统DCS、PLC、FCS等ERPPCSMESCIMS：Computer integrated manufacture system，计算机集成制

9、造系统CIPS： Computer integrated process system，计算机集成过程系统流程工业（石化、炼钢等）综合自动化系统综合自动化系统总公司分厂车间1.3 工业控制机的组成结构及特点1.3.1 工业控制机的组成主机板人机接口系统支持磁盘系统通信接口模拟量输入通道(AI)模拟量输出通道(AO)数字量输入通道(DI)数字量输出通道(DO)内部总线外部总线PC机PCI总线输入输出板等RS485PCI 硬件组成 软件组成：系统软件(操作系统) 支持软件(开发工具) 应用软件看门狗，掉电检测和保护数据，日历时钟1.3.2 工业控制机的总线结构PC/XT总线：8位总线。62引脚。I

10、SA总线：8/16位的“工业标准结构” (Industry Standard Architecture) 总线。在XT总线的基础上，增加了一个36脚的扩展槽，将数据总线扩展为16位，地址总线扩展到24位，中断数目从8个扩展到15个，DMA通道由4个扩展到8个。PCI 总线： 1991年，Intel 公司提出PCI（Peripheral Component Interconnection，外部设备互连）总线概念。PCI总线支持32位和64位，3.3V和5V。33MHz下PCI数据传输率可达132MB/s，64位PCI最大数据传输率可达267MB/s。 内部总线：计算机内部功能模板之间进行通信的总

11、线。Compact PCI总线： 1995年提出，具有更好的机械特性，能够满足电信、工业等更高要求。 PXI总线：即PCI eXtensions for Instrumentation，1997年推出1.0版。已应用于汽车测试、半导体测试、功能性测试、航空设备测试以及军事等。PCI Express：全双工串行传输数据； 时钟被直接写入数据流中，传输效率高；依靠高频率来获得高性能，工作频率可达2.5GHz。HyperTransport：串行传输，依靠高频率获得高性能。RS-232C串行总线：不平衡传输，共模抑制能力差，通信距离15米，信号传送速率20kbps，只能连接1个收发器。RS-485串行

12、总线 ：差分传输（即平衡传输），共模抑制能力强，传输距离1219米，传输速率10Mbps，连接收发器数 128个。USB总线：1996年出现USB 1.0。目前，USB2.0：半双工差分传输，提供5V/500mA电源，通过hub可扩展设备数 127个，传输速率 480Mb/S，传输距离 5m，支持High-speed、Full-speed 、Low-speed（用于键盘、鼠标等）。 最新的USB 3.0：全双工，传输速率 5Gbps ，传输距离可拓展到100米。 外部总线：计算机与计算机之间或计算机与其它智能 设备之间进行通信的连线。1.3.3 工业控制机的特点 可靠性高 可维修性好 环境适应

13、性强 控制的实时性 完善的输入输出通道 丰富的软件 工业控制软件正向结构化、组态化方向发展。如横河CS1000/CS3000、力控、组态王等组态软件。 计算精度和运算速度适当CS1000集散控制系统（工作站+现场总线智能仪表）1.4 计算机控制系统的发展概况及趋势1.4.1 计算机控制系统的发展概况软件发展：汇编高级语言（VC+、VB、C#、Delphi） 组态软件（CS1000/3000、力控）。 计算机技术的发展现代控制理论（含状态控制理论、最优控制、随机控制等）硬件发展：电子管机，DDC，小型机，微型机 计算机控制理论的发展经典控制理论（含采样定理、差分方程、Z变换等）先进控制技术（含模糊、人工神经网络