计算机闭环控制系统原理ppt课件.ppt

1、第1章补正机控制的概要、本章的要点1 .理解补正机控制系统的构成原理2 .理解补正机控制系统的硬件构成和软件构成。 3 .初步认识微机控制系统的分类和装置的种类，1、本章的主要内容，引言，1.1计算机控制系统的构成，1.2计算机控制系统的分类，1.3计算机控制装置的种类，本章的总结，思考问题，2，引言， 从计算机控制技术和应用工程的计算机应用程序的角度来看，自动控制工程是其重要应用领域自动化控制工程，修正机技术也是主要的实现手段。 本书立足于工业自动化领域，探讨与这种一般修正机不同的修正机控制系统的结构构成、相关技术及其工程应用。 下图显示了制药工厂的自动生产流程。链接动画、3、1.1计算机控

2、制系统的构成、主要知识点：1.1.1控制系统的概念、1.1.2硬件的构成、1.1.3软件的构成、4、1.1现有的修正装置构成的自动控制系统响应控制请求和开环控制(图1-1b所示)这两种构成形式的修正机控制系统的原理构成是，在图1-2所示的5、(1)闭环控制系统、闭环控制系统- -闭环控制系统中，代替图1-1的控制器而使用控制修正机进行测定将压力等物理量变换为电信号并反馈给控制器，控制器将该测定值与预定值进行比较来形成偏差输入，并按照一定的控制规则产生相应的控制信号来驱动致动器，该信号传递形成闭环回路，所以以偏差来对其进行控制(6)与开环控制系统、开环控制系统-闭环系统不同，不需要被控制对象的测

3、量反馈信号，控制器直接根据规定值驱动致动器来控制被控制对象，因此该信号的传递环路控制系统不能自动消除被控制量和预定值之间的偏差，其控制性能比闭环系统差。 7、(3)计算机闭环控制系统的原理构成、计算机闭环控制系统的原理构成-作为控制图1-1的控制器的计算机的微计算机及A/D (模拟/数字)转换接口和D/A (数字) 图1-2修正计算机控制系统原理图，8，(4)修正计算机控制系统的监视过程步骤，a .实时数据收集-收集来自测定发送器的被控制量的瞬时值并输入的b .实时数据处理-分析、比较和处理收集到的被控制量，按照一定的控制规则进行运算， 进行控制决定的c .实时输出控制-根据控制决定，及时向致

4、动器发出控制信号，完成监视任务，9、9， 1.1.2硬件结构、计算机控制系统硬件一般使包含主机-CPU RAMROM系统总线通常外部设备-输入输出设备、外部存储器等进程输入输出通道AI、AO、DI、DO操作台CRT在内的计算机正常运行软件是发挥各种功能的修正计算机程序的总和，是修正计算机控制系统的神经中枢，系统整体的动作在软件程序的指挥下协调动作。软件通常分为系统软件和应用软件两种，系统软件通常由修正机制造商提供，专门用于使用修正机自身的程序进行管理，应用软件由用户生产12、1.2控制系统分类、主要知识点、1.2.1数据采集系统(DAS )、1.2.2操作指导控制系统(OGC )、1.2.3直

5、接数控系统(DDC) 1.2.1数据采集系统(DAS )、数据采集系统(DAS ) 在生产中被控制对象的大量残奥仪表经过校正测变换器发送和A/D通道或DI通道循环采集传送到计算机，计算机对这些数据进行分析处理，根据操作要求进行画面显示、表校正计算印刷和限制警报。 链接动画、14、1.2.2操作指导控制系统(OGC )、操作指导控制系统，如图1-6所示，是基于数据收集系统的开环结构。 计算机根据收集到的数据和过程要求进行最佳修正运算，修正运算出的最佳操作条件不是直接输出控制对象，而是显示或印刷，操作员据此变更各控制器的规定值或操作致动器，发挥操作指导的作用。 这相当于模拟校正装置控制系统的手动和

6、半自动的动作状态。 OGC系统的优点是结构简单、控制灵活安全。 缺点是人工操作会限制速度，无法同时控制多个回路。15、链路动画、16、1.2.3直接数字控制系统(DDC )、DDC系统- -一台计算机不仅完成多个受控残奥仪表的数据采集，而且按照一定的控制规则实时决定，通过进程输出通道实现生产的DDC系统中的一台计算机，不仅可以完全取代多个模拟调节器，而且在各电路的控制方案中，只要不改变硬件而改变程序，就可以有效地实现各种复杂的控制，17，链接动画1.2.4作为监视校正算机控制系统(SCC )、监视校正算机控制系统的SCC，如图1-8所示，是OGC系统和普通的校正装置控制系统或DDC系统相集成的

7、2阶段系统。 当然，这是计算机在线最佳控制的一种形式。 上位机发生故障时，下位机可以独立完成控制。 下位机直接参与生产过程的控制，要求实际时间性好、可靠性高、抗干扰能力强的上位机承担高级控制和管理任务，必须配置数据处理能力强、存储容量大的高级计算机。 19、链接动画、20、1.2.5分散控制系统(DCS )、分散控制系统-以微处理器为基础，通过计算机网络对生产过程进行集中管理和分散控制的先进计算机控制系统。 由于早期开发的分散控制系统具有架构上的分散型系统的特征，因此在国外也有人将这样的系统命名为分散控制系统，在国内称为分散型控制系统或者分散控制系统。 分散控制系统简称为DCS。 DCS采用分

8、散控制、集中操作、等级管理、分与自律和综合协调的设置修正原则。 其结构如图12-1所示。链路动画、21、1.2.6现场总线控制系统(FCS )、作为现场总线控制系统的FCS-下一代分布式控制结构。 该系统的DCS成本高，各厂商的产品通信标准不统一，改善了无法相互连接等弱点，采用集成管理控制功能于一体的工作站和现场总线智能仪表双层结构模式，将原DCS控制站的功能分散到智能型现场仪表中其结构如图126所示。各现场校正器(例如，变送器、致动器)作为智能节点，具有CPU单元，分别独立完成测量、校准、调节、诊断等功能，从而能够在网络协议中将它们统一工作。22、1.3控制装置的种类、主要知识点、1.3.1

9、可编程控制器、1.3.2可编程控制器、1.3.3总线式机床、1.3.4单片机、1.3.3主要是CPU、存储器、输入组件、输出组件外观如图所示。链路动画、24、可编程控制器(PLC )的特点：采用为工业环境应用而设置的数字运算操作的电子系统可编程序列存储器，其内部存储用于执行逻辑运算、序列控制、时序、计数、算术运算的指令模拟式输入输出应用广泛：不仅在顺控程序控制领域，在运动控制、过程控制、网络通信领域也毫不逊色的PLC，系统结构灵活，扩展容易，编程简单，调试容易，抗干扰性强，25 可编程调节器-也称为单回路调节器、智能调节器、数字调节器。 主要由微处理器单元、进程IO (输入输出)单元、面板单元

10、、通信单元、硬件手指操作单元、编程单元等构成。 外观如图所示。 链接动画，26，可编程调节器的特点：修正装置化的微控制修正计算机易于操作，易于编程，在灵活设定修正的情况下，不需要考虑接口，通信的硬设定修正软件程序上也以面向问题的构成语言进行电源切断保护，自我诊断定功能管理各种高级控制和大型分散控制系统最下层的控制单元在连续中的模拟信号控制系统中，27，1.3.3总线式机床，总线式机床是基于总线技术和模块结构的工业控制专用通用性修正计算机，一般称为工业控制修正计算机，工业控制机或工作机通常，计算机制造商按照某一总线标准，设定制造符合总线标准的、具有各种功能的各种模板，而控制系统的设定修订者则根据

11、生产过程和技术要求，选择相应的功能模板组合到自己所需的计算机控制系统中。 总线式机床的外形如图所示，类似于通常的修正机。 28、不同之处在于，其机箱采用全钢标准的工业增强型机架机箱，加上机箱密封和正压送风散热，机箱内的本机大主板成为通用的底板总线插座系统，主板分解为几个PC插件，为工业级总线式机床具有小型化、模板化、组合化、标准化的设置修订特点，能够满足不同水平、不同控制对象的需求，能够在恶劣的工业环境中可靠地运行。 因此，在各种控制的情况下，特别是广泛应用于十几到几十电路的中规模的控制系统。链接动画、29、1.3.4单片机、随着微电子技术和超大规模集成技术的发展，计算机技术的另一个分支超小型

12、单片机(Single Chip Microcomputer ) 将CPU、存储器、串行残奥I/O端口、时序/计数器、以及A/D转换器、脉冲宽度调制器、图形控制器等功能部件全部集成到一个大规模集成电路芯片中，构成了具有完全相当控制功能的微控制器。30、单片机的应用程序可以采用面向机器的汇编语言，但这需要较深的校正机硬件和软件知识，汇编语言的通用性和可移植性差。随着高效结构化语言的发展，其软件开发环境正在逐步改善。 现在，市场上面向单片机构造的高级语言，例如初期的Archimedes C和Franklin C、现在的Keil C51、DynamicC等语言已经发售。 由于单片机具有小型、低功耗、可

13、靠性、廉价、功能扩展容易、易于使用、灵活、易于产品化等诸多优点，特别是强大的面向控制的能力，在工业控制、智能仪表、外围控制、家电设备、机器人、军事装置等方面得到了极其广泛的应用单片机的应用从4位机开始，分为8位、16位、32位4种。 但在小型测量系统和智能化仪器纠正器的应用领域，8个单片机因其品种多、功能强、价格便宜，仍是单片机系列的主流机型。 31、1.2.5其他控制装置、分散控制系统和现场总线控制系统-最初以一种控制方案的形式出现，但很快就受到工程市场的极大尊敬，成为国内外自动化厂家首先推出的两种典型装置。 第1.2.5节、第1.32、本章的总结，本章介绍了修正机控制系统的构成原理、硬件构成和软件构成的概要