计算机控制技术及应用-CH01

OGC——操作指导 DDC——数字直接控制 SCC——监督计算机控制 DCS——分布式控制/集散控制 FCS——现场总线控制 CIMS——计算机集成制造系统
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
20
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
8
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.2 自动控制中的基本问题
目标规则的表示
自然语言、流程图； 数值和数学表达式； 数学模型：

建立数学模型和采用专业术语来描述
服务器
管理层网络
工程师站 计算机
操作员站 计算机
设 计 操 作 层
路由器
操作员站 计算机
控制层网络
控制站 计算机
控制站
现 场 控 制 层
控制站 计算机
控制站
I/O接口卡件
I/O接口卡件
I/O接口卡件
I/O接口卡件
传感器
执行器
仪表
执行器
……
传感器
执行器
仪表
执行器
被控 对象
被控 对象
……
被控 对象
被控 对象
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2 计算机控制系统
1.2.1
计算机控制系统的结构 1.2.2 计算机控制系统的分类 1.2.3 计算机控制技术及其发展
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
14
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.2. 计算机控制系统的分类
FCS

（Field bus Control System） 现场总线控制系统
建立在网络基础上的高级分布式控制 系统。
其他网络 其他系统 交互设备
控制器
……
通信设备
……
现场总线
控制器
交互设备
智能 传感器
智能 执行器
横行人道
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
3
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.1 自动控制的引例
引例1：交通信号灯的复杂自动控制
路口控制点
管理中心
管理中心 通信网络
流量 信号
路口 控制点
信号灯
……
流量 信号
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
22
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.2. 计算机控制系统的分类
DCS
分布式控制 集散控制

决策管理层 计算机
决策管理层 计算机
决 策 管 理 层
决策管理层 计算机
如绿信比、饱和流量、流量系数等； 微分方程、传递函数、状态方程……

2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
9
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.2 自动控制中的基本问题
控制的效果

传统意义上的性能指标
1.1.2 自动控制中的基本问题
准确性
是指系统处于平衡后，其输出与
给定值之间的误差。 准确性反映了系统的稳态精度。 如果系统输出的最终误差为零， 则称之为无差系统，反之为有差 系统。 准确性反映了系统的静态特性。
2015年1月27日星期二 19:30:44 苏州大学应用技术学院 12
控制单元
执行单元
被控对象
实时控制
检测单元
仿真控制
检测单元
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
19
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.2. 计算机控制系统的分类
(3).

按计算机在控制系统中的地位和 工作方式分类

1.2.1. 计算机控制系统的结构
信息传输 信息加工 信息获取 反馈 单元 目标 规则 控制 单元 执行 单元 信息施效 被控 对象

典型计算机控制系 统的结构框图
设计人员 管理人员 操作人员
交互 设备
其他系统
通信 设备
输入 输出 接口
计算机
输入 输出 接口
锅炉 出水 温度 检测 给定值 温度 控制器 电加 热器 进水
r
+
Σ b
e
控制器
p
电加热器
q
锅炉
y
由计算机完成 温度检测
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
5
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.1 自动控制的引例

1.2.2. 计算机控制系统的分类
(1).

按系统结构的分类
控制单元 执行单元 a)
输入
开环系统与闭环系统
输入 被控对象
干扰
干扰
控制单元
检测单元
执行单元
被控对象
输入
检测单元
控制单元
执行单元
被控对象
a) 苏州大学应用技术学院
2015年1月27日星期二 19:30:44
6
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.2 自动控制中的基本问题
自动控制中的基本问题

系统结构
自动控制系统由哪些部分组成？ 它们之间有什么关系？

控制过程
控制的过程如何进行？

目标规则
控制的目标规则如何表示？

控制效果
控制器
交互设备
……
通信设备
……
现场总线
控制器
交互设备
智能 传感器
智能 执行器
智能 传感器
智能 执行器
智能 传感器
智能 执行器
……
被控 对象 被控 对象 被控 对象
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学1章

控制的效果如何评价？ 苏州大学应用技术学院
7 /60
2015年1月27日星期二 19:30:44
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.2 自动控制中的基本问题
系统的结构和控制的过程
信息传输 信息加工 信息获取 反馈 单元 目标 规则 控制 单元 执行 单元 信息施效 被控 对象
稳定性、快速性、准确性

广义的评价指标
可靠性
操作性
互换性 效率
性价比
2015年1月27日星期二 19:30:44 苏州大学应用技术学院 10 /60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.2 自动控制中的基本问题
稳定性
18
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.2. 计算机控制系统的分类
(2).

按控制器与被控对象的关系分类
某些对象由 仿真器代替 干扰 检测单元 检测单元 干扰
实时控制与仿真控制
所有对象都是 真实实体
输入
控制单元
执行单元
被控对象
输入
苏州大学应用技术学院
21
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.2. 计算机控制系统的分类
检测 机构
SCC

DDC 计算机 执行 机构
被控 对象
监督计算机控制
SCC 计算机 DDC 计算机
检测 机构 被控 对象 执行 机构
检测 机构 DDC 计算机 执行 机构 被控 对象
智能 传感器
智能 执行器
智能 传感器
智能 执行器
……
被控 对象 被控 对象 被控 对象
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
25
引例2：锅炉水温自动控制规律
锅炉温度y 设定温度T0 下限温度T0-ΔT 二位式控制曲线 上限温度T0+ΔT 锅炉温度y
设定温度T0 流量增加引起的波动 PID控制曲线 流量减少引起的波动
t 控制器输出p p=1
控制器输出p p=1
t
p=0
t
p=0
t
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
1.1.1 自动控制的引例
引例1：交通信号灯的简单自动控制
车流量检测装置 行人请求通行装置 东西向干道 南北向交通信号灯
指令 时间
交通信号灯 控制器 a)
东西向信号灯 南北向信号灯
指令 时间 车流量信号
南北向干道 东西向交通信号灯
东西向信号灯 交通信号灯 控制器 南北向信号灯 状态信号 b)
行人请求信号

1.1 自动控制的基本概念
1.1.1
自动控制的引例 1.1.2 自动控制中的基本问题
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
2
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

输入 通道
检测 机构 被控 对象
输出 通道
执行 机构
软件 系统
计算机系统
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
15
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.1. 计算机控制系统的结构
基于现场总线的结构框图
其他网络 其他系统
准
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.2 自动控制中的基本问题
快速性
是指系统动态过程延续时间。 快速性好的系统其动态过程延续时 间短，

系统的响应速度快、超调量小。

快速性反映了系统的动态特性。
快
2015年1月27日星期二 19:30:44 苏州大学应用技术学院 13 /60
路口 控制点
信号灯
流量 信号
路口 控制点
信号灯
流量 信号
路口 控制点
信号灯
……
流量 信号
路口 控制点
信号灯
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
4
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.1.1 自动控制的引例
引例2：锅炉水温自动控制装置
1.2.2. 计算机控制系统的分类
(3).

按计算机在控制系统中的地位和 工作方式分类
OGC
操作指导
操作 指导 计算机 OGC 检测 机构 被控 对象 指导 信息 执行 机构

DDC
直接数字控制
DDC 计算机 执行 机构 检测 机构 被控 对象
2015年1月27日星期二 19:30:44

稳
是指系统重新恢复平衡的能力。 一个处于平衡状态的系统，受到干 扰后，在有限时间内后仍然能够回 到原来的平衡状态，则该系统是稳 定的。 稳定性是决定系统能否工作的首要 问题。
2015年1月27日星期二 19:30:44 苏州大学应用技术学院 11 /60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.2. 计算机控制系统的分类
(1).
按系统结构的分类 (2). 按控制器与被控对象的关系分类 (3). 按计算机的地位和工作方式分类 (4). 按控制规律分类 (5). 按控制对象的特点分类
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
17
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章
《计算机控制技术及其应用》第1章

第1章 概述
1.1
自动控制的基本概念 1.2 计算机控制系统 1.3 本课程的研究内容和学习方法 本章小结 思考题与习题
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
1
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

进行统一控制、统一管理的综合性自动化制造系 统。

CIMS将控制的概念进一步扩展，计算机已 不仅仅用于现场的控制，而是在以产品设计、 加工制造为中心，全面优化计划、采购、生 产、销售等各个环节发挥作用。
苏州大学应用技术学院 24 /60
2015年1月27日星期二 19:30:44
《计算机控制技术及其应用》第1章
2015年1月27日星期二 19:30:44
苏州大学应用技术学院
23
/60
《计算机控制技术及其应用》第1章

1.2.2. 计算机控制系统的分类

计算机集成制造系统CIMS

将工厂的全部生产经营活动，从市场预测、 订货、计划、产品设计、加工制造、销售、 直到售后服务的全部设计、制造、管理环节