计算机控制系统PPT-1.
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2019/1/30 第一章 绪 论 1
—计算机控制系统—
1 开课目的和任务 (2/2)
• 本课程是自动化和测控专业的专业基础课和专 业主干课程之一。
哪几门？
• 自动控制理论，现代控制理论，微机原理及接 口技术，微机控制技术，运动控制系统，过程 控制系统。
2019/1/30
该加系统工程理论?+管理?
2019/1/30
第一章 绪 论
7
—计算机控制系统—
“一些自动化实验实验装置图片”
2019/1/30
8
—计算机控制系统—
实验 装置 -1
• 水处理 生产线 装置
2019/1/30
第一章 绪 论
9
—计算机控制系统—
实验装置 -2
• 填料塔换热 装置
2019/1/30
第一章 绪 论
10
—计算机控制系统—
2019/1/30
第一章 绪 论
3
—计算机控制系统—
第一章 绪论 Introduction
Automation Research Institute, BUCT
2019/1/30
4
—计算机控制系统—
本章主要内容
• • • • 计算机控制系统的一般概念 计算机控制系统的分类 计算机控制系统的设计与实现 计算机控制系统的发展概况与趋势
实验装置 -3
• 加热反应器
– 开环不稳 定的对象
2019/1/30
第一章 绪 论
11
—计算机控制系统—
实验 装置 -4
• 非线性 液位对 象
2019/1/30
第一章 绪 论
12
—计算机控制系统—
实验 装置 机房
2019/1/30
第一章 绪 论
13
—计算机控制系统—
1-1-1 概述（1）
• 常规控制系统的工作原理
设定值r e u 被调参数 y
模拟调节器
执行机构
被控对象
ym
测量变送器
图a 单回路常规控制系统示意图
按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。
2019/1/30 第一章 绪 论 14
—计算机控制系统—
1-1-1 概述（2）
• 计算机控制系统的工作原理
e(kT) 设定值r 计算机 D/A 保持器 u(kT) u 广义对象 被调参数 y
2019/1/30
第一章 绪 论
17
—计算机控制系统—
（2line/off-line 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式； 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制， 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。 ②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的 速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时 机，控制也就失去了意义。 ！而且这个时间范围的大小跟被空对象联系非 常的紧密！不同的被控对象，对时间范围的要求不同： 发酵过程和导弹防御系统的对比！
显示 终端
I/O 接 口
通用外部 I / O 接 设备 口电路
主机及操 作台
I/O 接 口电路
I / O 通道
信号检测 及变送
被控对象
计算机控制系统的组成框图
2019/1/30 第一章 绪 论 16
—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量 的瞬时值进行检测和输入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和 处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行 为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行 机构发出控制信号，完成控制任务。
—计算机控制系统—
1 开课目的和任务 (1/2)
• 工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制 正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业
技术。
• 它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于 工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。 • 目的在于使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控 制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
采样器
A/D
计算机
D/A
保持器
• 连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 y(t)、u(t) • 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) • 连续数字信号:时间是连续的，幅值上已是数字量，计算机内
部存储和处理信号
• 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)
2019/1/30
第一章 绪 论
5
—计算机控制系统—
第一节 Unit 1
计算机控制系统的一般概念 Introduction of Computer Control System
2019/1/30
6
—计算机控制系统—
本节主要内容
• • • • 计算机控制系统的概述 计算机控制系统的信号特点 计算机控制系统的组成 计算机控制系统的经济效益
第一章 绪 论 2
—计算机控制系统—
2 主要的参考文献
作者 张德江等 刘士荣等 王慧等 于海生等 孙增圻等
书名 计算机控制系统 计算机控制系统 计算机控制系统 微型计算机控制技术 计算机控制理论及应用
出版社 机械工业出版社 机械工业出版社 化学工业出版社 机械工业出版社 清华大学出版社
年 2008 2009 2005 2008
2019/1/30 第一章 绪 论 21
1-1-1 概述（3）
– 计算机控制系统的主要优点
组成方式灵活 能实现复杂的控制规律 获取更大的经济效益 为实现企业综合自动化打下了良好的基础
2019/1/30
第一章 绪 论
20
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（1）
• 计算机控制系统的信号形式
y(t) y*(t) y(kT) u(kT) u*(kT) u(t)
2019/1/30 第一章 绪 论 18
—计算机控制系统—
思考两个问题
一.在线系统是否一定是实时系统？ 二.实时系统是否一定是在线系统？
一.不一定。在线采集的数据不一定在当时就进行 处理，只要把数据采集来就可以！ 二.是。不在线肯定不能满足实时性。
2019/1/30
第一章 绪 论
19
—计算机控制系统—
ym
A/D
采样器
测量变送器
计算机系统
图b 单回路计算机控制系统示意图
2019/1/30 第一章 绪 论 15
—计算机控制系统—
操作台
打印机
I/O 接 口
I/O 接口
计 算 机 主 机
A/D
多路开关
传感器及 变送器 执行机构 工 业 对 象
I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口
D/ A
多路开关 数字量输入 数字量输出
—计算机控制系统—
1 开课目的和任务 (2/2)
• 本课程是自动化和测控专业的专业基础课和专 业主干课程之一。
哪几门？
• 自动控制理论，现代控制理论，微机原理及接 口技术，微机控制技术，运动控制系统，过程 控制系统。
2019/1/30
该加系统工程理论?+管理?
2019/1/30
第一章 绪 论
7
—计算机控制系统—
“一些自动化实验实验装置图片”
2019/1/30
8
—计算机控制系统—
实验 装置 -1
• 水处理 生产线 装置
2019/1/30
第一章 绪 论
9
—计算机控制系统—
实验装置 -2
• 填料塔换热 装置
2019/1/30
第一章 绪 论
10
—计算机控制系统—
2019/1/30
第一章 绪 论
3
—计算机控制系统—
第一章 绪论 Introduction
Automation Research Institute, BUCT
2019/1/30
4
—计算机控制系统—
本章主要内容
• • • • 计算机控制系统的一般概念 计算机控制系统的分类 计算机控制系统的设计与实现 计算机控制系统的发展概况与趋势
实验装置 -3
• 加热反应器
– 开环不稳 定的对象
2019/1/30
第一章 绪 论
11
—计算机控制系统—
实验 装置 -4
• 非线性 液位对 象
2019/1/30
第一章 绪 论
12
—计算机控制系统—
实验 装置 机房
2019/1/30
第一章 绪 论
13
—计算机控制系统—
1-1-1 概述（1）
• 常规控制系统的工作原理
设定值r e u 被调参数 y
模拟调节器
执行机构
被控对象
ym
测量变送器
图a 单回路常规控制系统示意图
按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。
2019/1/30 第一章 绪 论 14
—计算机控制系统—
1-1-1 概述（2）
• 计算机控制系统的工作原理
e(kT) 设定值r 计算机 D/A 保持器 u(kT) u 广义对象 被调参数 y
2019/1/30
第一章 绪 论
17
—计算机控制系统—
（2line/off-line 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式； 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制， 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。 ②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的 速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时 机，控制也就失去了意义。 ！而且这个时间范围的大小跟被空对象联系非 常的紧密！不同的被控对象，对时间范围的要求不同： 发酵过程和导弹防御系统的对比！
显示 终端
I/O 接 口
通用外部 I / O 接 设备 口电路
主机及操 作台
I/O 接 口电路
I / O 通道
信号检测 及变送
被控对象
计算机控制系统的组成框图
2019/1/30 第一章 绪 论 16
—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量 的瞬时值进行检测和输入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和 处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行 为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行 机构发出控制信号，完成控制任务。
—计算机控制系统—
1 开课目的和任务 (1/2)
• 工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制 正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业
技术。
• 它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于 工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。 • 目的在于使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控 制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
采样器
A/D
计算机
D/A
保持器
• 连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 y(t)、u(t) • 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) • 连续数字信号:时间是连续的，幅值上已是数字量，计算机内
部存储和处理信号
• 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)
2019/1/30
第一章 绪 论
5
—计算机控制系统—
第一节 Unit 1
计算机控制系统的一般概念 Introduction of Computer Control System
2019/1/30
6
—计算机控制系统—
本节主要内容
• • • • 计算机控制系统的概述 计算机控制系统的信号特点 计算机控制系统的组成 计算机控制系统的经济效益
第一章 绪 论 2
—计算机控制系统—
2 主要的参考文献
作者 张德江等 刘士荣等 王慧等 于海生等 孙增圻等
书名 计算机控制系统 计算机控制系统 计算机控制系统 微型计算机控制技术 计算机控制理论及应用
出版社 机械工业出版社 机械工业出版社 化学工业出版社 机械工业出版社 清华大学出版社
年 2008 2009 2005 2008
2019/1/30 第一章 绪 论 21
1-1-1 概述（3）
– 计算机控制系统的主要优点
组成方式灵活 能实现复杂的控制规律 获取更大的经济效益 为实现企业综合自动化打下了良好的基础
2019/1/30
第一章 绪 论
20
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（1）
• 计算机控制系统的信号形式
y(t) y*(t) y(kT) u(kT) u*(kT) u(t)
2019/1/30 第一章 绪 论 18
—计算机控制系统—
思考两个问题
一.在线系统是否一定是实时系统？ 二.实时系统是否一定是在线系统？
一.不一定。在线采集的数据不一定在当时就进行 处理，只要把数据采集来就可以！ 二.是。不在线肯定不能满足实时性。
2019/1/30
第一章 绪 论
19
—计算机控制系统—
ym
A/D
采样器
测量变送器
计算机系统
图b 单回路计算机控制系统示意图
2019/1/30 第一章 绪 论 15
—计算机控制系统—
操作台
打印机
I/O 接 口
I/O 接口
计 算 机 主 机
A/D
多路开关
传感器及 变送器 执行机构 工 业 对 象
I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口
D/ A
多路开关 数字量输入 数字量输出