自动控制系统的基本概念

自动控制系统的基本概念第一页，共六十九页，编辑于2023年，星期一连续控制系统的基本理论知识以及计算机控制实现的基本程序；以经典控制算法PID为基础，介绍由连续控制器到离散控制器的设计方法，较深入地分析了PID算法性能和参数整定；讲述控制器的直接设计方法，给出最少拍无波纹控制器的设计方法；计算机控制系统的设计与实现

主要内容第二页，共六十九页，编辑于2023年，星期一第1章自动控制系统的基本概念

第2章自动控制系统分析基础

第3章连续控制系统的分析与设计

第4章数据采集系统设计第5章顺序与数字程序控制第6章数字控制器的模拟化设计第7章离散控制系统设计第8章计算机控制系统设计与实现主要内容第三页，共六十九页，编辑于2023年，星期一第1章自动控制系统的基本概念

1.1自动控制系统的基本原理1.2计算机控制系统的一般构成1.3计算机控制系统的发展

第四页，共六十九页，编辑于2023年，星期一背景介绍

自动控制对于工农业生产和科学技术的发展具有越来越重要的作用。

应用领域：宇宙航行、导弹制导、核技术以及火箭控制等新兴学科领域以及金属冶炼、仪器制造及一般工业生产过程中

目的：实现工业生产过程的自动控制、高产、稳产、安全生产，改善劳动条件，提高经济效益第五页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

古典控制理论是20世纪40年代发展起来的，直到现在仍然是分析、设计自动控制系统的主要理论基础，它在工程上应用较普遍的是频率法和根轨迹法。这些方法用来处理单输入单输出的线性自动控制系统是卓有成效的。

随着科学的发展和技术的进步，控制对象越来越复杂、多样，因此自动控制系统日益复杂，出现了多输入多输出的多变量系统、非线性系统、系统参数随时间变化的时变系统、分布参数控制系统以及最优控制系统等。第六页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

因此，古典控制理论已经难以分析和设计上述复杂的系统了。到60年代逐渐形成了以状态空间法为基础的现代控制理论，它的形成和发展为数字计算机应用于自动控制领域创造了条件。状态空间法：不仅可以描述系统输入输出之间的关系，而且还可以描述系统的内部特性，是一种内部描述，特别适用于多输入输出系统，它采用状态空间表达式作为描述系统的模型。是对系统的一种完全描述。第七页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

常规的控制方法难以满足更高的精度、更快的速度和更大的效益的要求。

计算机的特点：精度高、速度快、存储量大，能够进行逻辑判断、具有强大的信息处理能力因此可以实现高级复杂的控制算法，获得快速精密的控制效果、能够把过程控制和生产管理有机地结合起来，从而对工厂、企业或企业体系的管理实现自动化。第八页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

微电子技术和计算机技术的发展，为计算机控制的发展和应用奠定了坚实的基础。电子计算机在经历了电子管、晶体管、集成电路等阶段之后，现已到了第五代计算机研制阶段。计算机的发展是异常神速的。无论在速度、性能、可靠性、能耗、性能价格比等方面，现在的计算机都有了突飞猛进的变化，其运算速度已经达到了1000万次每秒到1亿次每秒。第九页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

计算机信息处理技术的发展，也从数字发展到文字，从黑白发展到彩色，从无声发展到有声，从本地发展到远程。正如有关专家预测的，计算机将向微型化、巨型化、网络化、多媒体以及智能化方向发展。计算机控制是以自动控制理论与计算机技术为基础的。计算机控制既是一门新兴的学科，又与自动控制有着密切的关系。第十页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

本书阐述自动控制和计算机控制的基础理论，概述计算机控制系统的分析方法，总结计算机控制系统的设计方法和控制规律，同时，联系实际讨论计算机控制系统的实现方法(包括硬件和软件实现)，并介绍了一些计算机控制系统的应用实例。第十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

1.1.1自控系统的工作原理

1.速度控制系统

1.1自动控制系统的基本原理

控制目标：控制车床主轴速度①—电位器②—放大器③—直流电动机第十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

当电动机的负载转矩（也称扭矩）变化很小，系统元件特性比较稳定时，所示的控制系统可以满足预期的要求。否则，电动机的实际转速与期望值相比将有较大的误差。为了克服或减小负载转矩变化对转速的影响，可以采用干扰补偿的办法，但是，采用干扰补偿的系统一般不能解决由于元件特性不稳定所产生的输出误差。而下图所示的带偏差控制作用的速度控制系统则可以减小或消除由各种因素所引起的转速变化。图1―2直流电动机转速控制系统原理图

第十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期一电动机的转速由ug和ub共同控制Ub与实际转速相对应当转速低于理论转速时△u=ug-ub会增大，从而电动机转速升高，而回复到要求值。第十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期一图1―4带偏差控制作用的速度控制系统原理图

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2.随动系统随动控制系统的任务是保证输出轴始终紧紧跟踪输入轴变化，由于输入轴的位置无法预先确定(如雷达导引系统)，因此该系统是一个位置随动系统。第十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期一系统工作原理如下：电位计①和②，分别把输入轴和输出轴的转角θr和θc变成相应的电压，然后把这两个电压反向串联(相减)，即可以得到与角度偏差θe＝θr-θc成比例的电压ue该电压经过放大器放大后加到电动机上，电动机的轴经减速器和输出轴相连，并且同时带动电位器②的电刷移动，如果θc≠θr，则ue≠0，放大后的电压ua驱动电机转动，转动方向最终应使θc向θr接近，使θe减小。最后，两者取得一致，θc＝θr，则ue＝0，电机停止转动，系统进入平衡状态。这样就保证了输出轴紧紧地跟随着输入轴变化。在随动系统中，当指令信号变化时，输出轴便精确地复现着输入轴的变化规律。这个系统的原理如图1―6所示。2.随动系统随动控制系统的任务是保证输出轴始终紧紧跟踪输入轴变化，由于输入轴的位置无法预先确定(如雷达导引系统)，因此该系统是一个位置随动系统。第十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期一图1―6随动系统的原理图第十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

由上面两种系统的讨论可知：

(1)自动控制系统是由控制装置和被控对象(或被控过程)两大部分组成的。对被控对象(或被控过程)产生控制调节作用的设备或装置称为控制装置。图1-7第十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

一般的控制装置包括如下环节：①检测装置。检测装置的任务是对系统被控量进行检测，并把它转换成与参考输入相同的物理量后，送入比较环节。前述系统中的测速发电机和测量电位计等就是检测反馈元件。②比较器。比较器的作用是将检测反馈装置送来的信号与参考输入进行比较，得出两者偏差(误差)信号。比较器往往是由综合电路或检测装置兼而完成的，一般用符号表示；“-”表示输入信号与反馈信号相减，即负反馈；“+”表示正反馈。第二十页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

③放大元件。将比较环节输出的微弱信号进行放大。如电压放大器和功率放大器。④执行机构。将放大元件的输出信号转变成机械运动，从而对受控对象施加控制调节作用。如电机构。⑤校正装置。校正装置(或称控制器、调节器)是对偏差信号进行比例、积分、微分等运算的元件，参数或结构便于调整，用于改善系统性能。⑥被控对象。接受控制的设备(或过程)，如工作机械。

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(2)自动控制系统含义：是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对受控对象进行控制操纵，使被控量按照参考输入保持常值或者跟随参考输入的变化规律而变化的。

被控量：指系统的输出，它是受控对象中被控制的一个物理量，如速度控制系统中工作机械的速度、随动系统中的转角等。

参考输入：又称给定值，如速度控制系统中的给定电压ug、随动系统中的角度θr等。第二十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

(3)由图可见，对系统参与控制或施加影响的信号可能来自三个方面，除了参考输入量还有干扰和偏差。

干扰：指除参考输入和反馈信号以外的对系统被控量产生影响的其他因素。干扰可能来自系统的内部或外部。来自系统外部的干扰，是环境对系统的一种作用，所以它也是系统的一种输入。

偏差：又称为误差信号，就是比较环节的输出，即被控量经过检测反馈环节之后与给定参考输入量进行比较所得的差值。第二十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

(4)前面讨论的几种系统，可分别归属于如下类型：

①恒值系统。图1―1和图1―3所示的速度控制系统，它们的给定值都是恒定值，故这类系统称为恒值系统。②随动系统。给定值(控制指令)是事先未知的时间函数的系统称为随动系统。在随动系统中，当指令信号变化时，工作机械便精确地复现着指令信号的变化规律。图1―5所示的系统为随动系统。③程序控制系统。控制指令已预先知道的系统，称为程序控制系统。④自动调节系统或镇定系统。图1―3所示的带偏差控制作用的速度控制系统是根据偏差产生控制作用，对系统进行自动调节，使被控量保持恒定的。故这类系统又常称为自动调节系统或镇定系统。第二十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

1.1.2自动控制的基本方式

1.开环控制

定义：被控量(输出)不影响系统控制的控制方式称为开环控制。特点：不对被控量进行任何检测在输出端和输入端之间不存在反馈联系。信号传递是单向进行的。第二十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

开环控制方式

缺点：当被控对象或控制装置受到干扰，或者在工作过程中元件特性发生变化而影响被控量时，系统不能进行自动补偿，被控制精度难以保证。

优点：结构比较简单

适用场合：控制精度要求不高或者元件工作特性比较稳定而干扰又很小。第二十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

2.闭环控制

定义：被控量参与系统控制的控制方式称为闭环控制。结构特点：在给定值和被控量之间，除了有一条从给定值到被控量方向传递信号的前向通道外，还有一条从被控量到比较元件传递信号的反馈通道。控制信号沿着前向通道和反馈通道循环传递，故闭环控制又称反馈控制。另外，只要闭环控制系统出现偏差，系统都能自行调节以减小偏差。故闭环控制系统又称按照偏差调节的控制系统。偏差第二十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期一闭环控制

优点：从原理上提供了实现高精度控制的可能性，对控制元件的要求比开环控制的低。

缺点：设计比较麻烦，结构也比较复杂，因而成本较高。

适用场合：控制精度要求较高，干扰影响较大时。图1―3所示的速度控制系统及图1―5所示的随动系统都是闭环控制系统。第二十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

1.1.3对控制系统的基本要求

控制系统工作的场合不同，对它的性能要求也就不同。控制系统的任务是使被控量按参考输入保持常值或跟随参考输入变化。但要在任何时间做到这一点并不容易。例如，当图1―5所示的随动系统的指令电位计①，在瞬间转动一个单位角度时，由于系统惯性的存在，以及能源功率的限制，工作机械不可能立即跟随转动相等的角度。

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当偏差产生的控制作用使工作机械转过与给定值相等的角度时，由于惯性关系，工作机械将仍以一定速度继续旋转，因而出现反向偏差，控制系统又产生反向控制作用，使工作机械反向转动。如此周而复始，出现了振荡的跟踪过程。控制系统的这一运动过程称为动态过程(或瞬态过程、暂态过程、过渡过程等)。当系统结构及其参数匹配合理时，经过一定时间后，被控量将趋于希望值，称为进入稳态。图1―10表示了在阶跃输入信号作用下，几种系统的被控量的变化过程。图中x(t)表示输入，y(t)表示输出。第三十页，共六十九页，编辑于2023年，星期一系统要能正常工作，必须满足如下基本要求：

(1)稳定性。被控量偏离给定值而振荡时，系统抑制振荡的能力。对于稳定的系统，随着时间的增长，被控量将趋近于希望值。可见，稳定性是保证系统正常工作的先决条件。图1―10(b)和(c)所示的系统是不稳定的，这种系统不能工作。

(2)快速性。指被控量趋近希望值的快慢程度。快速性好的系统，它的过渡过程时间短，能复现快速变化的控制信号，因而具有较高的动态精度。图1―10(d)所示的系统1，其快速性要比系统2好。稳定性和快速性是反映动态过程好坏的尺度。

(3)精确性。指过渡过程结束后，被控量与希望值接近的程度。也就是当系统过渡到新的平衡工作状态后，被控量对希望值的偏差的大小。系统的这一性能指标称为稳态精度。第三十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期一1.2计算机控制系统的一般构成

1.2.1一般概念

计算机控制系统的结构与前面介绍的反馈控制系统十分相似，只是将控制器由数字控制器来实现，如图所示。给定量和反馈量都是二进制数，为了信号的匹配，计算机的输入/输出两侧分别带有模/数(A/D)转换器和数/模(D/A)转换器：反馈量经过模/数转换器送入计算机，计算机接收了给定量和反馈量后，运用计算机中微处理器的各种指令，就能对该偏差值进行运算(如PID运算)，再经过数/模转换器输出到执行机构，便完成了对被控制量的控制作用。第三十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

从本质上看，计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四个方面：

(1)实时数据采集。对被控制量的瞬时值进行检测，并且将采样结果输入到计算机。

(2)实时决策。对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后，按照预先规定的控制规律进行运算，则称实时决策，或简称决策。

(3)实时控制。根据实时决策结果，适时地对执行装置发出控制信号。

(4)信息管理。随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也介入到控制系统之中。第三十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

上述几个过程不断重复，使整个系统能按一定的动态(过渡过程)指标进行工作，且可对被控制量和设备本身所出现的异常状态及时进行监督并迅速做出处理，这就是计算机控制系统最基本的功能。

控制过程中的实时概念，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间(采样间隔)内完成。如果计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出，则称为实时控制。实时控制的概念与工艺要求紧密相连，如快速变化的压力对象的实时控制时间要比缓慢变化的温度对象的实时控制时间短。第三十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

采用计算机控制具有下述优点：

(1)可以消除常规模拟调节器的许多难以克服的缺点，如不存在模拟调节器的漂移问题，参数整定范围宽，比例、积分和微分系数可以单独调节，而且可以在整个控制范围内实行多参数调节。

(2)使用灵活，便于实现特殊的控制规律，如修改部分程序就能改变调节规律，而无需改变硬件设备，甚至可以在线改变控制方案。因而可以在不增加硬件设备的情况下逐步提高控制水平。

(3)具有增加控制回路而不会显著地增加费用的特点，还可实现打印、制表、报警、显示等附加功能。

模拟控制系统是连续控制系统，数学模型用微分方程描述

计算机控制系统是以分时方式对控制对象进行控制的，它以定时采样和阶段控制来代替常规调节装置的连续检测和连续控制，所以它是离散系统，数学模型用差分方程描述。离散系统是在连续系统的基础上发展起来的。第三十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

1.2.2计算机控制系统的组成

计算机控制系统包括计算机硬件设备、控制软件和计算机通信网络三大部分。硬件是指微机本身及其外围设备，是微机控制系统的基础；软件是管理计算机的程序以及过程控制的应用程序，是微机控制系统的灵魂；计算机通信网络则负责各个独立的数据采集节点和控制单元之间进行数据信息交换。第三十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

在各种计算机控制系统中，几乎都是以微处理器为核心器件，因此计算机控制一般就是指微机控制系统。下面对微机控制系统各部分的功能进行说明。

1.硬件硬件由主机、接口电路及外围设备组成。不同的系统，所需硬件也不同，一般可根据控制系统的需要进行扩展。现已生产出具有各种功能的插件板或功能模块，可用标准总线连接起来，使用非常方便，PC总线构成的各种工业控制计算机、可编程逻辑控制器(PLC)等即属此类。研华：/第三十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

1)计算机主机

主机由CPU和存储器构成，是整个控制系统的指挥部。它自动地对系统的各种参数进行巡回检测，通过过程输入通道发送来的工业对象的生产工况参数，按照人们预先安排的程序，进行信息处理、分析和计算，并作出相应的控制决策或调节，并且以信息的形式通过输出通道及时发出有关的控制命令。第三十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

2)接口与输入/输出通道在计算机和生产过程之间设置信息的传递和交换的连接通道，这就是输入/输出通道，又称过程通道，它是主机与被控对象进行信息交换的纽带，是生产过程控制所特殊要求的。由于微机只能接收数字量，而一般的连续化生产过程大都是以模拟量为主，因此，为实现微机控制，还必须把模拟量变成数字量，或者把数字量变成

模拟量。过程通道一般可分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道和开关量输出通道等。

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过程通道是不能直接由主机控制的，必须由“接口”来传送相应的信息和命令。计算机控制系统的接口，根据应用的不同，有各种不同的接口电路。这里讲的接口是指通用接口电路，一般有并行接口、串行接口和管理接口(包括中断管理、直接存取DMA管理、计数/定时等)。工业接口卡按接口类型可分为PCI卡和ISA卡；按信号可分为：模拟量输入和输出卡、开关量输入和输出卡。第四十页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

3)通用外围设备

通用外围设备主要是为了扩大主机的功能而设置的，通用外围设备可分为输入设备、输出设备和存储设备，并根据控制系统的规模和要求来配置。

(1)常用的输入设备有键盘、鼠标等，主要用来输入程序、数据和命令等。

(2)常用的输出设备有显示器、打印机、记录仪等。输出设备将各种数据和信息提供给操作人员，使其能够了解过程控制的情况。

(3)存储设备用来存储数据库和备份重要的数据，主要有磁盘、光盘等。第四十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

4)检测元件及仪表

工业对象的过程参数一般是非电物理量，必须经过传感器(又称一次仪表)变换为等效的电信号。在微机控制系统中，广泛采用了各种检测元件和仪表。

主要功能：把被检测的参数由非电量转换为电量，如热电偶把温度变成mV信号，压力变送器把压力变成电信号等。这些信号转换成统一的微机标准电平后再送入微机。

为了控制生产过程，还需要有执行机构。常用的执行机构有电动、液动和气动等形式。另外还有动力电机和控制电机。

第四十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

5)操作台

操作台是人机对话的联系纽带。程序员使用它来输入、修改和检查程序。当主机硬件发生故障时，维修人员可以利用此设备判断故障。生产过程的操作人员必须了解控制台的使用细节，否则会引起严重后果。计算机控制系统的运行操作一般具有如下设备：屏幕或数字显示器、一组简单的开关、数字键和功能键等。第四十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

2.软件

软件是指能完成各种功能的微机程序的总和，如操作系统、监控程序、管理程序、控制程序、计算和自诊断程序等。因此，软件是微机系统的神经中枢，整个系统的动作都是在软件指挥下协调工作的。软件的质量关系到计算机运行和控制效果的好坏，以及硬件功能是否能够充分发挥和推广应用。分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件和数据库。第四十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

3.计算机控制系统网络计算机控制系统的网络结构可以分为两大类：一类称为对等式网络结构(Peertopeer)；另一类称为客户机/服务器结构(Client/Server)。这种分类主要是按照网络各节点之间的关系确定的。我们将网络上各个节点的功能分为若干层次，从硬件开始一层层向上，越往上越靠近具体的应用。层次划分后，就可以定义低层(靠近硬件的层次)的功能是其上一层的Server，而上层的功能是其下一层功能的Client。第四十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

如果在一个网络中有两个节点，这两个节点中都具有从底层到高层的所有功能，那么这两个节点是对等的，它们组成了一个Peertopeer结构的网络。如果这两个节点在功能层次上不同，就组成了一个Client/Server结构的网络。

必须指出的是，被誉为自动化领域的计算机局域网——现场总线技术，是当今自动化领域技术发展的热点之一。现场总线技术使自控系统与分散的生产设备具有了通信能力，并把它们连接成网络系统，加入到信息网络的行列。第四十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

1.2.3微机控制系统的分类

由于被控对象不同，工业生产过程及被测参数也千差万别，因此由微机组成的控制系统也不尽相同。计算机控制系统分类的方法很多，可以按照系统的功能分类，也可以按照系统控制规律分类，还可以按照控制方式分类。第四十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

1.按照功能对计算机控制系统分类

1)数据采集和监视系统

一个微机控制系统离不开数据的采集和处理。计算机在数据采集和处理时，主要是对大量的过程参数进行定时巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和处理、参数的越限报警及对大量数据进行积累和实时分析。下图是微机数据采集、处理系统的典型框图。第四十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

计算机在过程参数的测量和记录中可以代替大量的常规显示和记录仪表，对整个生产过程进行集中监视。对大量的输入数据进行必要的集中、加工和处理，可以预先存入各种工艺参数，在数据处理过程中进行参数的越限报警等工作，或者按要求定时制表、打印或将数据处理的结果记录在外存储器中，作为资料保存和供分析使用。第四十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

2)直接数字控制系统(DDC)

直接数字控制系统(DirectDigitalControl)是计算机在工业应用中最普遍和最基本的一种方式。DDC系统中的计算机参加闭环控制过程，无需中间环节(调节器)。它用一台微机对多个被控参数进行巡回检测，将检测结果与设定值进行比较，再根据规定的PID规律、模糊逻辑规律或直接数字方法等进行控制运算，最后输出到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。其系统原理如图所示。第五十页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

优点：计算机不仅完全取代模拟调节器，实现多回路的PID调节，而且不需要改变硬件，只需要通过改变软件就可以有效地实现较复杂的控制算法。

缺点：给定值是预先设定的，这个给定值不能根据过程条件和生产工艺信息的变化及时修改，因此无法使生产过程处于最优工况。

第五十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期一3)微机监督控制系统(SCC)

监督控制SCC(SupervisoryComputerControl)中，计算机根据工艺信息和其他参数，按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或者DDC系统的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况(目标如：最低消耗、最低成本、最高产量等)。从这个角度上说，它的作用是改变给定值，所以又称给定值控制SPC(SetPointComputerControl)。第五十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

SCC系统不仅可以进行给定值控制，同时还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等.监督控制系统有两种典型的结构形式，如图1―14所示。图1―14SCC系统框图第五十三页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

(1)SCC+模拟调节器微机的作用是对各物理量进行巡回检测并接收管理命令，然后，按照一定的数学模型计算后，输出给定值到模拟调节器。此给定值在模拟调节器中与检测值进行比较，其偏差值经模拟调节器计算后输出到执行机构，以达到调节生产过程的目的。这样，系统就可以根据生产情况的变化，不断地改变给定值，以达到实现最优控制的目的。第五十四页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

(2)SCC+DDC系统

该系统为两级微机控制系统，一级为监督级SCC，二级为DDC。SCC的作用与SCC+模拟调节器中的SCC一样，用来计算最佳给定值，它与DDC之间通过接口进行信息联系。直接数字控制器DDC用来把给定值与测量值(数字量)进行比较，其偏差由DDC进行数字计算，并实现对各个执行机构的调节控制作用。当DDC级计算机出现故障时，可由SCC计算机完成DDC的控制功能。第五十五页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

4)分级控制系统除了直接数字控制和监督控制以外，还包含了工厂级集中监督微机和企业级经营管理微机。在企业经营管理中，除了管理生产过程的控制，还具有生产管理、收集经济信息、计划调度、产品订货和运输等功能。图1―15是一个分级控制系统的典型结构图。第五十六页，共六十九页，编辑于2023年，星期一图1―15分级控制系统框图第五十七页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

5)集散控制系统

20世纪70年代中期出现的集散控制系统DCS(DistributedControlSystem,或称分布式控制系统)，采用分散控制和集中管理的控制理念与网络化的控制结构，灵活地将控制设备、服务器、基础自动化单元等联系在一起。从综合自动化角度出发，按功能分散、危险分散、管理集中和应用灵活等原则进行设计，具有高可靠性能，便于维修与更新。该系统的典型结构图如图1―16所示。第五十八页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

6)计算机控制网络

由一台中央计算机(CC)和若干台卫星计算机(SC)构成计算机网络，中央计算机配置了齐全的各类外围设备，各个卫星计算机可以共享资源，网络中的设备以及其他资源可以得到充分利用。。第五十九页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

2.按照控制规律对计算机控制系统分类

1)程序控制和顺序控制

程序控制是指被控量按照预先规定的时间函数变化，被控制量是时间的函数，如加热炉的温度控制。

顺序控制则可以看作是程序控制的扩展，在各个时期所给出的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。

2)比例―积分―微分控制(简称PID控制)

调节器的输出是调节器输入的比例、积分、微分的函数。PID控制一直是应用最广、最为广大工程技术人员所熟悉的技术。PID控制结构简单，参数容易调整，因此无论模拟调节器或者数字调节器多数都使用PID控制规律。第六十页，共六十九页，编辑于2023年，星期一3)有限拍控制

有限拍控制的性能指标是调节时间最短，要求设计的系统在尽可能短的时间里完成调节过程。有限拍控制通常在数字随动系统中应用。4)复杂规律的控制

生产实践中控制系统大量的随机扰动,对于存在随机扰动、纯滞后对象以及多变量耦合的系统，仅用PID控制是难以达到满意的性能指标的，因此，针对生产过程的实际情况可以引进各种复杂规律的控制，例如，串级控制，前馈控制，纯滞后补偿控制，多变量解耦控制以及最优、自适应、自学习控制等。第六十一页，共六十九页，编辑于2023年，星期一

5)智能控制

智能控制理论是一种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。智能控制理论可以看作是三个主要理论领域的交叉或汇合，这三个理论领域是人工智能、运筹学和控制理论。智能控制系统实质上是一个大系统，是综合的自动化系统。

当然，还可以按照控制方式对计算机控制系统进行分类，这种分类方法和连续系统一样，可分为开环控制和闭环控制。本书主要讨论的是闭环计算机控制系统的理论和方法以及闭环计算机控制系统的分析和设计。第六十二页，共六十九页，编辑于2023年，星期一1.3计算机控制系统的发展

1.计算机控制系统的概念

计算机控制实质上是自动控制技术与微机技术的结合。由于微机具有存储大量信息的能力、强大的逻辑判断功能以及快速运算的本领，使微机控制能够解决常规控制解决不了的难题，达到常规控制达不到的优异