《智能控制系统与工程》课件-2.计算机控制系统概述

智能控制系统与工程复习自动控制、人工智能、智能控制的关系自动控制、智能控制、智能控制系统的定义自动控制系统的组成智能控制系统的组成智能控制系统的特点智能控制技术和计算机的关系复习：智能控制的定义自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数按照预定的规律自动运行。智能控制：是采用智能化理论和技术驱动智能机自主地实现其目标的过程。智能控制就是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制。智能化理论和技术包括人工智能和智能计算的相关理论和技术。智能控制系统：用于驱动智能以实现目标的而无需操作人员干预的系统。智能控制系统的理论基础是人工智能、控制论、运筹学和信息论等学课的交叉。复习：智能控制系统的组成复习：智能控制技术与计算机智能控制技术在实际工程系统中的应用，离不开计算机技术。智能控制技术实现的核心是智能控制算法，通过对计算机编程得到。智能控制系统的典型结构也是一个计算机控制系统的典型结构，其中智能控制器部分就是按照智能控制算法编写的计算机软件。计算机控制系统概述什么是计算机控制系统计算机控制系统是以计算机作为核心部件来实现部分或全部功能的自动控制系统或过程控制系统。计算机控制系统弄够取代传统的模拟仪器仪表以及很大一部分人工操作。计算机控制系统具备很强的计算和信息处理能力，能实现复杂的控制功能，提高生产效率。什么是计算机控制系统闭环自动控制系统计算机为什么需要D/A和A/D模块？计算机控制系统的工作过程计算机控制过程：利用传感器将被控对象的被控物理量（如温度、压力、液位、流量、速度等）转换为电信号，再将这些电信号转换为计算机可识别的数字量反馈给计算机，计算机根据给定输入量、反馈量和控制算法得出控制量，并转换为模拟量驱动执行机构操纵被控对象，从而实现控制目标。计算机计算机控制系统的工作过程1）实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测、变换和采集。2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按预定的控制规律运算，进行控制决策。3）实时输出控制：根据控制决策，实时地向执行机构发出控制信号，完成系统控制任务或输出其他有关信号，如警报等。10例：水塔水位控制过程分析数据采集：液位传感器将水位转换为开关信号，通过程输入通道传递给计算机。控制决策：计算机根据液位高低，经过分析处理，决定采取什么样的控制动作。控制输出：计算机分析处理的结果经过程输出通道输出给电磁阀，用于控制进水管的开关，从而实现对水位的控制调节。计算机电磁阀进水管例：空调温度控制过程数据采集：温度传感器将环境温度转换为模拟电信号，通过程输入通道传递给计算机。控制决策：计算机根据环境温度和当前设定温度，经过分析处理，决定采取什么样的控制动作。控制输出：计算机分析处理的结果经过程输出通道输出给接触器，用于控制空调压缩机的启停，从而实现对温度的控制调节。计算机温度传感器按键环境温度设定温度接触器电动机思考：分析智能温室的控制过程计算机控制系统的任务检测由传感器检测过程参数，输出与被测物理量成比例的电信号（4~20mA标准电流or1~5V标准电压）；检测过程状态，由继电器触点的开闭或TTL电平的高低来表示；由串行或并行通信口直接接收数字量信息。控制计算机决策出控制量后可产生脉冲信号驱动执行机构，可由D/A转换为电压或电流信号去驱动执行机构，可产生电平跳变去启停执行机构。人机交互为操控员进行观察（显示、报表、警报）和操作（设定值、手动调节、紧急处理）提供通道通信计算机控制系统的组成计算机控制系统=工业控制计算机系统+被控对象输入通道及接口DI、AI输出通道及接口DO、AO被控对象外存人机接口计算机硬件计算机主机过程通道及接口人机接口、外存软件系统软件支持软件应用软件常用工业控制计算机工业控制计算机：基于微处理器的自动控制装置。可编程控制器（PLC）可编程调节器（单回路调节器SSC，智能调节器）单片微型计算机（SCM）总线式工控机（IPC）计算机控制系统的特点计算机控制系统是含有模拟信号和数字信号的混合系统，属于离散控制系统。控制规律通过计算机程序实现，控制灵活性、适用性强。计算机控制系统可以同时控制多个回路。计算机控制系统能现实复杂的控制规律，称为智能控制系统，达到更高的控制质量。计算机控制系统能够灵活组网，组成大型控制系统，实现控制管理一体化。计算机控制系统的典型结构数据采集系统系统对被控对象的大量参数巡回检测、处理、分析、记录及超限报警；计算机根据一定的控制算法和检测数据，计算出工操作人员选择的最优操作条件及操作方案；不直接调节执行机构计算机控制系统的典型结构直接数字控制系统DirectDigitalControl-DDC计算机通过测量元件对一个或多个物理量进行巡回检测，经过程输入通道输入计算机。计算机根据规定的控制规律和给定值进行运算，然后发出控制信号通过过程输出通道直接去控制执行机构，使被控量达到规定要求。计算机控制系统的典型结构监督控制系统SupervisoryComputerControl-SCC在SCC中，由计算机按照描述生产过程的数学模型或其他方法，计算出最佳给定值送给模拟调节器或DDC，最后由DDC或模拟调节器控制生产过程，从而使生产过程始终处于最优工况。计算机控制系统的典型结构集散控制系统DistributedControlSystem-DCS基本思想：分散控制、集中管理。系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级。分散控制，分散危险，提高可靠性；积木式结构，构成灵活，容易扩展；上位机采用显示器，操作、监视方便。控制级监控级管理级计算机控制系统的典型结构现场总线控制系统FieldbusControlSystem-FCS现场总线控制系统采用了两层结构“工作站-现场总线智能仪表”，完成了DSC的三层结构功能，在统一的国际标准下能够真正的开放式互联、互操作，实现了控制的彻底分散。信号传输全数字化，提高了可靠性。计算机控制系统的典型结构计算机集成控制系统CIMS、CIPS既能直接面向过程完成控制和优化任务，又能获得全部生产信息进行生产过程的综合管理和指挥调度。这类系统除了常见的过程直接控制、现今控制和过程优化外，还具有生产管理、计划调度和产品订货、销售、运输等非传统控制的诸多功能。不再是局部优化，而是多目标全局优化。计算机控制技术的发展1946年第一台计算机问世50年代末应用于过程控制1962年，英国实现