计算机控制系统1PPT课件
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计算机控制系统PPT_1
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入
数字量输出
I/O 通道
传感器及 变送器
工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
2019/11/22
计算机控制系统的组成框图
第一章 绪 论
15
—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
2019/11/22
第一章 绪 论
33
—计算机控制系统—
1-2-3 计算机控制系统的分类
计算机监督控制（SCC）系统
CRT 打印机 报警 操作台 监督控制计算机(SCC)
DDC计算机或调节器 输入通道 输出通道
输入通道
其作用是改变给 定值，又称设定值控 制 。它的任务着重在 控制规律的修正与实 现，如最优控制、自 适应控制等。
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。
2019/11/22
第一章 绪 论
16
（2）几个概念
—计算机控制系统—
①在线方式和离线方式：on-line/off-line
第一章计算机控制系统组成和特点
27
1-1-1概述
2) 实时的含义 实时： 信号的输入、 实时 ： 信号的输入 、 计算和输出都要在规定的时 间段内完成。若计算机的处理速度不能足够快 处理速度不能足够快， 间段内完成。若计算机的处理速度不能足够快，超出 了这个时间段，就失去了控制的时机， 了这个时间段，就失去了控制的时机，控制也就失去 了意义。 了意义。 实时的概念不能脱离具体过程， 实时的概念不能脱离具体过程 ， 一个在线的系统 不一定就是一个实时系统， 不一定就是一个实时系统，但一个实时控制系统必定 是在线系统。 是在线系统。 3) 闭环与开环 开环： 计算机仅采集生产过程的参数， 开环： 计算机仅采集生产过程的参数，经处理后 送至打印机、 显示器。不直接改变生产过程的参数。 送至打印机、 显示器。不直接改变生产过程的参数。 闭环：计算机直接参加控制。 闭环：计算机直接参加控制。
本节主要内容
计算机控制系统的概述 工作原理 计算机控制系统的经济效益
22
1-1-1 概述
常规自动控制系统的工作原理
按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。 按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。
23
典型工业生产工程 1. 连续过程 连续过程也称为流程工业。 连续过程也称为流程工业。流程工业主要通过对原材料进 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法， 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法，使原材料增 值。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 通常以批量或连续的方式进行生产。 通常以批量或连续的方式进行生产。 2. 离散过程 离散过程也称为制造业。 离散过程也称为制造业。生产过程中基本上没有发生物质 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 最终产品由各种物料装配而成。 最终产品由各种物料装配而成。产品与所需物料有确定的 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、家 电制造业等。 电制造业等。
计算机控制技术ppt第1章
输入通道及接口AI、数字开关量输入通道及接口DI进行实
时数据采集，然后按已定的控制规律进行实时控制决策，最 后通过模拟量输出通道及接口AO、数字开关量输出通道及
接口DO输出控制信号，实现对生产过程的直接控制。DDC
系统属于计算机闭环控制系统，是工业生产控制过程中普遍 采用的系统。为提高利用率，一台计算机有时要控制几个或
ຫໍສະໝຸດ Baidu
控制信号，以实现对生产过程的控制。
输入/输出通道一般分为开关量输入通道、开关量输出 通道、模拟量输入通道、模拟量输出通道。它们的详细情况
将在后面的章节叙述。
18
输入/输出通道与工业对象通过各种自动化仪表发生联 系。自动化仪表包括测量元件、检测仪表、显示仪表、调节 仪表、执行机构等。
19
4.操作台——人机接口
23
1.2 工业控制计算机的特点
数字计算机所具有的运算和逻辑功能可以有效地实现当 代复杂生产过程的控制要求。专门用于生产过程控制的数字 计算机通常称为生产过程控制用计算机系统，也称为工业控 制计算机(简称工控机)。
24
工控机一般有以下特点： (1)工控机的可靠性和可维修性是两项非常重要的因素 ，它们决定着系统在控制上的可用程度。可靠性的简单含义 是指设备在规定的时间内运行不会发生故障。为此，需采用 可靠性技术来保障。为了实现高度的可靠性，具备高的可维 修性是非常重要的。另外，维修工控机必须有诊断程序，这 些程序能在闲余时间里通过检验和测试计算机的不同部位来 确定故障。
1 计算机控制系统概述课件
工直接参与的前提下，应用自动控制 装置自动地、有目的地控制设备和生 产过程，使他们具有一定的状态和性 能，完成相应的功能，实现预定的目 标。
School of Automation Engineering
第一节 绪论
控制理论的发展史
经典控制理论
40~50年代形成 SISO系统
60~70年代形成 MIMO系统
School of Automation Engineering
第一节 绪论
操 作 台 级 处 理 设 备
计 算 机
过 程 控 制 通 道
生 产 过 程
图1-6直接数字控制系统
School of Automation Engineering
第一节 绪论
监督控制系统（SCC）
监督控制中，计算机根据原始工艺信息和其他的 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以直接数字控制方式工 作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处 于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、 低成本等等）。 从这个角度上说，它的作用是 改变设定值，又称为设定值控制 SPC(Set Point Control).
现代控制理论
现代控制理论的进一步发展
School of Automation Engineering
第一节 绪论
School of Automation Engineering
第一节 绪论
控制理论的发展史
经典控制理论
40~50年代形成 SISO系统
60~70年代形成 MIMO系统
School of Automation Engineering
第一节 绪论
操 作 台 级 处 理 设 备
计 算 机
过 程 控 制 通 道
生 产 过 程
图1-6直接数字控制系统
School of Automation Engineering
第一节 绪论
监督控制系统（SCC）
监督控制中，计算机根据原始工艺信息和其他的 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以直接数字控制方式工 作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处 于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、 低成本等等）。 从这个角度上说，它的作用是 改变设定值，又称为设定值控制 SPC(Set Point Control).
现代控制理论
现代控制理论的进一步发展
School of Automation Engineering
第一节 绪论
计算机控制系统 ppt课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ppt课件
31
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用 3. 海上平台
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32
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用
4.工厂中的DCS
ppt课件
33
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用
Wii
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34
ppt课件
27
二、计算机控制系统的分类
3 分布式控制系统
DCS: Distributed Control System
分散控制 集中操作 分级管理
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28
ppt课件
29
§1.2 计算机控制系统的发展与应用
三、计算机控制系统应用 1. 太空探索
火星漫游车 凤凰号
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30
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用 2.
特点:
–系统结构
模拟和数字混合
–工作方式：
计算机可控制多个回路 控制方式采用软件实现
ppt课件
18
§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
优点
–易于实现复杂的控制规律 现代适的应控性制强系,灵统活大度多高数采用计算机控制 –性价比高 –控制与管理结合
有利于实现更高层次的自动化
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31
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用 3. 海上平台
ppt课件
32
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用
4.工厂中的DCS
ppt课件
33
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用
Wii
ppt课件
34
ppt课件
27
二、计算机控制系统的分类
3 分布式控制系统
DCS: Distributed Control System
分散控制 集中操作 分级管理
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28
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29
§1.2 计算机控制系统的发展与应用
三、计算机控制系统应用 1. 太空探索
火星漫游车 凤凰号
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30
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用 2.
特点:
–系统结构
模拟和数字混合
–工作方式：
计算机可控制多个回路 控制方式采用软件实现
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18
§1.1 计算机控制系统的概念
三、计算机控制系统的特点和优点
优点
–易于实现复杂的控制规律 现代适的应控性制强系,灵统活大度多高数采用计算机控制 –性价比高 –控制与管理结合
有利于实现更高层次的自动化
计算机控制技术ppt课件
智能I / O 模块
现场工业控制
CPU 模块
PLC系统结构示意图
11
计算机控制技术
1.2 过程计算机控制的发展概况
第1章 绪论
1959年世界上第一台过程控制计算机在美国德克萨斯州的一个炼油厂 正式投入运行。该系统控制有26个流量、72个温度、3个压力和3个成份.主 要用于数据处理和操作指导。
1962年英国的帝国化学工业公司实现了一个DDC系统，其中数据采集 量为244个，它控制129个阀门。
模拟量输入（AI）通道
计 算
数字量输入（源自文库I）通道
生 产
机
CRT
操作
调节
过
人员
器
程
打印机
操作指导控制系统 框图
该控制系统属于开环控制结构。 系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限
制，不能控制多个对象。
6
计算机控制技术
2．直接数字控制系统 直接数字控制 (Direct Digital Control，简称DDC)
90年代，在流程工业中，计算机管控一体化系统，从生产过程的全局 出发，通过对生产活动所需的各种信息的集成，实现常规的过程控制、先 进控制、在线优化、生产调度、企业管理、经营决策等功能。
12
要采取的控制策略。 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。
第章计算机控制系统概述ppt课件-PPT文档资料
前 言
计算机控制系统 /技术是高等院校自动控制、工业电 气自动化、检测技术与仪器仪表、机电一体化、计算 机应用等专业的一门主要技术课程。 该课程是自控理论与微机原理及接口技术课程的后续 课程，是一门跨科学、应用性强的现代技术课程。
通过此课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的结 构、控制原理和设计方法，培养学生根据实际问题设 计和组成计算机控制系统的能力。
瓦特的蒸汽机转速控制系统
（二）自动控制的三大领域 工程控制论、生物控制论、经济控制论 （三）控制论所要解决的主要问题
系统建模 （实际问题抽象，数学描述） 系统分析 （稳定性， 动/静态性能） 系统综合 （方案选择，设计) 系统验证 （数字仿真，半实物 /实物仿真）
（四）控制论的研究方法
1、模型化的方法
执行机构
电动机、减速器
思考题： 调速系统（画出原理框图，确定各 部件的作用）
被控对象 — 电动机 被控量 — 转速
给定值 — 给定电位器 输出电压
干扰 — 影响转速的各种因素 测量元件 — 测速发电机
（二） 开环控制系统和闭环控制系统
按输出有无反馈分为：开环系统与闭环系统 1、 开环系统： 组成系统的控制装置与被控对象之间只有顺向作 用，没有反向联系的系统。 即：输出无反馈，系统的输出量对系统的控制没有 影响。 （1）按给定值操纵的开环控制系统 给定输入
系统——建模——分析——综合
计算机控制系统 /技术是高等院校自动控制、工业电 气自动化、检测技术与仪器仪表、机电一体化、计算 机应用等专业的一门主要技术课程。 该课程是自控理论与微机原理及接口技术课程的后续 课程，是一门跨科学、应用性强的现代技术课程。
通过此课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的结 构、控制原理和设计方法，培养学生根据实际问题设 计和组成计算机控制系统的能力。
瓦特的蒸汽机转速控制系统
（二）自动控制的三大领域 工程控制论、生物控制论、经济控制论 （三）控制论所要解决的主要问题
系统建模 （实际问题抽象，数学描述） 系统分析 （稳定性， 动/静态性能） 系统综合 （方案选择，设计) 系统验证 （数字仿真，半实物 /实物仿真）
（四）控制论的研究方法
1、模型化的方法
执行机构
电动机、减速器
思考题： 调速系统（画出原理框图，确定各 部件的作用）
被控对象 — 电动机 被控量 — 转速
给定值 — 给定电位器 输出电压
干扰 — 影响转速的各种因素 测量元件 — 测速发电机
（二） 开环控制系统和闭环控制系统
按输出有无反馈分为：开环系统与闭环系统 1、 开环系统： 组成系统的控制装置与被控对象之间只有顺向作 用，没有反向联系的系统。 即：输出无反馈，系统的输出量对系统的控制没有 影响。 （1）按给定值操纵的开环控制系统 给定输入
系统——建模——分析——综合
计算机控制系统 ppt课件
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二、计算机控制系统的分类
3 分布式控制系统
DCS: Distributed Control System
分散控制 集中操作 分级管理
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§1.2 计算机控制系统的发展与应用
三、计算机控制系统应用 1. 太空探索
火星漫游车 凤凰号
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30
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用 2.
计算机控制系统
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1
前言
课程
学位必修课 教材：刘建昌等，计算机控制系统，科学
相关课程
先修课：自动控制原理 相关课：计算机原理、单片机原理 后续课：课程设计、毕业设计
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2
前言
特点
信息量大，涉及面广 实践性强
学习方法
提高课堂效率 认真完成作业
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3
第一章 绪论
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31
§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用 3. 海上平台
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§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用
4.工厂中的DCS
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§1.2 计算机控制系统的发展与应用 三、计算机控制系统应用
Wii
《计算机控制技术》PPT课件
控制器
工控机
D/A
执行机构
被控对象
A/D
测量变送
生产过程
ppt课件
被控量 y
2
• 所谓自动控制，就是在没有人直接参
与的情况下，通过控制器使生产过程自动 地按照预定的规律运行。
ppt课件
3
• 2 计算机控制系统的工作原理
• （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
第一章 绪论
一.计算机控制系统概论 二.工业控制机的组成结构及特点 三.计算机控制系统的发展概述 •
ppt课件
1
一 计算机控制系统概论
1.计算机控制系统及其组成 图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控 制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。 偏差 控制量
给定量 + r-
e
u
• （Fieldbus Control System-FCS)
• FCS是新一代分布式控制结构。20世纪
80年代发展起来的DCS，其结构模式为“操 作站－控制站－现场仪表”三层结构，系统 成本较高，而且各厂商的DCS又各自的标准， 不能互连。FCS于DCS不同，它的结构模式 为“工作站－现场总线仪表”二层结构，完 成了DCS三层结构的功能，降低了成本，提 高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正 的开放式互连系统结构。
计算机控制系统-讲PPT课件
dt
T
tkT
ckTcT k1T rkT ckTc k1T T rkT ckck1T rk
ckck1Trk Z Czz1CzTRz
Z变换，得：
1z1CzTRz D zC Rzz1 T z1zz T1
中国矿业大学
信息与电气工程学院
. 李会军
14
连续域—离散化设计
后向差分法
置换公式
DD zszz1sT1szzT1DzDsszzT1
阶跃响应不变法
前向差分法
后向差分法
突斯汀变换法
零极点匹配法
中国矿业大学
信息与电气工程学院
. 李会军
8
连续域—离散化设计
阶跃响应不变法
目的：要求离散环节和连续环节的阶跃响应采样值相等
方法：将连续传递函数进行带零阶保持器的Z变换
DzZ 1essTgDs
中国矿业大学
信息与电气工程学院
. 李会军
9
连续域—离散化设计
1
,
1sT
2
sT
e2
1 sT2
1sT2
1sT 1sT2
28
2 2!
中国矿业大学
信息与电气工程学院
. 李会军
5
连续域—离散化设计
设计原理和步骤
原理分析
当采样周期很小时，可以直接将模拟控制器离散化，得到数字控制器；如 果采样周期较大，则必须考虑数字控制器的滞后效应；
计算机控制系统课件第一章(10下)
Leabharlann Baidu
软件组成 软件是指能完成各种功能的计算机程序 的总和。 的总和。它是微型计算机控制系统的神 经中枢， 经中枢，整个系统的工作都是在程序的 指挥下进行协调工作的。 指挥下进行协调工作的。软件通常分为 两大类：一类是系统软件， 两大类：一类是系统软件，另一类是应 用软件。 用软件。
1.1.2 计算机控制系统的特点
课程概述
3、教材 计算机控制系统》 李华等编著， 《计算机控制系统》，李华等编著， 机械工业出版社。 机械工业出版社。 4、指定参考书
—计算机控制技术—
.《微型计算控制技术》，赖寿宏编著，机械工业出版社。 微型计算控制技术》 赖寿宏编著，机械工业出版社。 计算机控制系统－理论、设计与实现》 高金源编著， .《计算机控制系统－理论、设计与实现》，高金源编著，北 京航空航天大学出版 。 计算机控制系统》 张国范、顾树生、王明顺著， .《计算机控制系统》，张国范、顾树生、王明顺著，冶金出 版社。 版社。 计算机控制系统》 何克忠、李伟著， .《计算机控制系统》，何克忠、李伟著，清华大学出版社
—计算机控制技术—
如果把图（ 中的控制器用微型计算机来代替， 如果把图（1）中的控制器用微型计算机来代替， 就可以构成微型计算机控制系统， 就可以构成微型计算机控制系统，其基本框图如 所示。在微型计算机控制系统中， 图（3）所示。在微型计算机控制系统中，只要运 用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。 用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。 微处理器执行这样的程序， 微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数 的控制。 的控制。
软件组成 软件是指能完成各种功能的计算机程序 的总和。 的总和。它是微型计算机控制系统的神 经中枢， 经中枢，整个系统的工作都是在程序的 指挥下进行协调工作的。 指挥下进行协调工作的。软件通常分为 两大类：一类是系统软件， 两大类：一类是系统软件，另一类是应 用软件。 用软件。
1.1.2 计算机控制系统的特点
课程概述
3、教材 计算机控制系统》 李华等编著， 《计算机控制系统》，李华等编著， 机械工业出版社。 机械工业出版社。 4、指定参考书
—计算机控制技术—
.《微型计算控制技术》，赖寿宏编著，机械工业出版社。 微型计算控制技术》 赖寿宏编著，机械工业出版社。 计算机控制系统－理论、设计与实现》 高金源编著， .《计算机控制系统－理论、设计与实现》，高金源编著，北 京航空航天大学出版 。 计算机控制系统》 张国范、顾树生、王明顺著， .《计算机控制系统》，张国范、顾树生、王明顺著，冶金出 版社。 版社。 计算机控制系统》 何克忠、李伟著， .《计算机控制系统》，何克忠、李伟著，清华大学出版社
—计算机控制技术—
如果把图（ 中的控制器用微型计算机来代替， 如果把图（1）中的控制器用微型计算机来代替， 就可以构成微型计算机控制系统， 就可以构成微型计算机控制系统，其基本框图如 所示。在微型计算机控制系统中， 图（3）所示。在微型计算机控制系统中，只要运 用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。 用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。 微处理器执行这样的程序， 微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数 的控制。 的控制。
计算机控制系统(1)
整理课件
10
7.2 计算机控制系统的组成及分类
▪ 7.2.1 计算机控制系统 ▪ 7.2.2 计算机控制系统的硬件组成 ▪ 7.2.3 计算机控制系统的软件组成 ▪ 7.2.4 计算机控制系统的分类
整理课件
11
7.2.1 计算机控制系统
▪ 在开、闭环控制系统中都少不了控制器环节 ▪ 若用计算机替代系统中的控制器就形成了计算机控制系统 ▪ 由于计算机处理的是数字信号，而现场的信号都是模拟信
整理课件
5
世界上第一台电子计算机ENIAC
整理课件
6
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 20世纪50年代初，美国首先用计算机来完成对生产过程 进行巡检数据采集和数据处理。
▪ 1959年美国TRW航空公司和Texaco公司合作成功地在得 克萨斯州的一家炼油厂将一台计算机投入在线控制。该控 制系统以综合指标出发确定了热水循环系统的最佳参数， 同时也揭开了计算机控制的辉煌一页。
▪ 随着3C技术和网络技术的发展，现场总线控制系统和网 络控制系统应运而生。可编程控制器（PLC）的综合应用 已打破了原工业控制的格局，并共同融入到计算机控制系 统的大门类之中。
整理课件
9
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 50年代的起步期 ▪ 60 年代的试验期 ▪ 70年代以来的推广期 ▪ 80年代的成熟期 ▪ 90年代后进一步发展期
计算机控制技术第三版第1章ppt课件
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
1.1.4 计算机控制系统软件
按功能分类，软件分为系统软件和应用软件两大部分。 系统软件一般是由计算机厂家提供的，用来管理计算机 本身的资源、方便用户使用计算机的软件。它主要包括操 作系统、各种编译软件、监控管理软件，这些软件一般不 需要用户自己设计，它们只是作为开发应用软件的工具。 应用软件是面向生产过程的程序，如A/D、D/A转换程 序，数据采样，数字滤波程序、标度变换程序、控制量计 算程序等等。应用软件大都由用户自己根据实际需要进行 开发。应用软件的优劣，将给控制系统的功能、精度和效 率带来很大的影响，它的设计是非常重要的。
⒈工控机
⑴主机板 工业控制机的核心，由中央处理器（CPU）、存储器
（RAM、ROM）、监控定时器、电源掉电监测、保存重 要数据的后备存储器、实时日历时钟等部件组成。
主机板的作用是将采集到的实时信息按照预定程序进 行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理，及时选择控制 策略并将结果输出到工业过程。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
⒊控制方法特征
计算机控制系统除了包含连续信号外，还包含数字信 号，因而计算机控制系统与模拟控制系统在本质上有许多 不同，需采用专门的理论来分析和设计。
相关主题
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计算机
u(kT)
D/A
保持器
u
被调参数 y
广义对象
ym A/D
计算机系统
采样器
测量变送器
图b 单回路计算机控制系统示意图
27.09.2020
第一章 绪 论
15
—计算机控制系统—
操作台
I/O
打印机
接
口
计
算
机
主
I/O
机
显示
接
终端
口
I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口
通用外部 I/O接 主机及操 I/O 接
1 开课目的和任务 (1/2)
—计算机控制系统—
• 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。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入
数字量输出
I/O 通道
传感器及 变送器
工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
27.09.2020
计算机控制系统的组成框图
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
27.09.2020
第一章 绪 论
3
—计算机控制系统—
第一章 绪论 Introduction
Automation Research Institute, BUCT
27.09.2020
4
本章主要内容
—计算机控制系统—
• 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
—计算机控制系统—
27.09.2020
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”
27.09.2020
8
实验 装置 -1
• 水处理wk.baidu.com生产线 装置
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
9
实验装置 -2
• 填料塔换热 装置
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
27.09.2020
第一章 绪 论
1
1 开课目的和任务 (2/2)
—计算机控制系统—
• 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。 该加系统工程理论?+管理?
27.09.2020
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)
27.09.2020
第一章 绪 论
21
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（2）
• 计算机控制系统中的量化
第一章 绪 论
2
2 主要的参考文献
—计算机控制系统—
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
！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！
27.09.2020
第一章 绪 论
18
思考两个问题
—计算机控制系统—
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！
—计算机控制系统—
• 常规控制系统的工作原理
设定值r e
u 模拟调节器
执行机构
被调参数 y 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。
27.09.2020
第一章 绪 论
14
1-1-1 概述（2）
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的工作原理
e(kT) 设定值r
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的信号形式
y(t)
y*(t)
y(kT)
u(kT) u*(kT)
u(t)
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
10
实验装置 -3
• 加热反应器
– 开环不稳 定的对象
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
11
实验 装置 -4
• 非线性 液位对 象
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
12
实验 装置 机房
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
13
1-1-1 概述（1）
27.09.2020
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
27.09.2020
6
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
二.是。不在线肯定不能满足实时性。
27.09.2020
第一章 绪 论
19
—计算机控制系统—
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
27.09.2020
第一章 绪 论
20
1-1-2 信号特点（1）
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。
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。
27.09.2020
第一章 绪 论
17
（2）几个概念
—计算机控制系统—
①在线方式和离线方式：on-line/off-line
u(kT)
D/A
保持器
u
被调参数 y
广义对象
ym A/D
计算机系统
采样器
测量变送器
图b 单回路计算机控制系统示意图
27.09.2020
第一章 绪 论
15
—计算机控制系统—
操作台
I/O
打印机
接
口
计
算
机
主
I/O
机
显示
接
终端
口
I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口 I/O 接口
通用外部 I/O接 主机及操 I/O 接
1 开课目的和任务 (1/2)
—计算机控制系统—
• 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。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入
数字量输出
I/O 通道
传感器及 变送器
工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
27.09.2020
计算机控制系统的组成框图
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
27.09.2020
第一章 绪 论
3
—计算机控制系统—
第一章 绪论 Introduction
Automation Research Institute, BUCT
27.09.2020
4
本章主要内容
—计算机控制系统—
• 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
—计算机控制系统—
27.09.2020
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”
27.09.2020
8
实验 装置 -1
• 水处理wk.baidu.com生产线 装置
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
9
实验装置 -2
• 填料塔换热 装置
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
27.09.2020
第一章 绪 论
1
1 开课目的和任务 (2/2)
—计算机控制系统—
• 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。 该加系统工程理论?+管理?
27.09.2020
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)
27.09.2020
第一章 绪 论
21
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（2）
• 计算机控制系统中的量化
第一章 绪 论
2
2 主要的参考文献
—计算机控制系统—
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
！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！
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思考两个问题
—计算机控制系统—
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！
—计算机控制系统—
• 常规控制系统的工作原理
设定值r e
u 模拟调节器
执行机构
被调参数 y 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。
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第一章 绪 论
14
1-1-1 概述（2）
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的工作原理
e(kT) 设定值r
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的信号形式
y(t)
y*(t)
y(kT)
u(kT) u*(kT)
u(t)
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
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实验装置 -3
• 加热反应器
– 开环不稳 定的对象
—计算机控制系统—
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11
实验 装置 -4
• 非线性 液位对 象
—计算机控制系统—
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12
实验 装置 机房
—计算机控制系统—
27.09.2020
第一章 绪 论
13
1-1-1 概述（1）
27.09.2020
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
27.09.2020
6
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
二.是。不在线肯定不能满足实时性。
27.09.2020
第一章 绪 论
19
—计算机控制系统—
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
27.09.2020
第一章 绪 论
20
1-1-2 信号特点（1）
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。
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。
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第一章 绪 论
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（2）几个概念
—计算机控制系统—
①在线方式和离线方式：on-line/off-line