计算机控制技术第1章概述示例2_
合集下载
计算机控制技术第1章PPT课件
第一章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的组成
计算机控制系统是以计算机为核心的自动控制系统。是由计 算机和工业对象两大部分组成的。
计算机控制技术是关于计算机控制系统方面的计算机、控制 技术、网络通信等多学科内容的集成。
第一章 计算机控制系统概述
图1-1 (a) 闭环控制系统框图； (b) 开环控制系统框图
第一章 计算机控制系统概述
本课程拟采用的教学方法
• 课堂教学与同学研究性学习相结合,部分章节内容考 虑由同学查阅资料、结合小课题综述、分析、设计、 仿真、讨论、汇报交流
• 倡导讨论, 鼓励质疑 • 有教材，但不拘泥于教材 • 提倡主动地学习，扩大知识面,由教师提供一些引导，
广泛阅读参考书籍与参考文献，包括上网查阅资料， 灵活多样地学习方式 • 成绩：平时（作业10%+小课题20%）＋笔试（70%）
• ②用计算机的软件程序实现对控制系统的校正 以保证控制系统具有所要求的动态特性；
• ③由于计算机具有快速完成复杂的工程计算的 能力，因而可以实现对系统的最优控制、自适 应控制等高级控制功能及多功能计算调节。
第一章 计算机控制系统概述
计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下两个步骤： (1) 数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测， 并将数 据传送给计算机。 (2) 控制：对采集到的被控参数的状态量进行分析， 并 按已定的控制规律， 决定控制过程， 适时地对控制机构发出 控制信号。
第一章 计算机控制系统概述
图1-1(b)示出了开环控制系统的原理框图， 它与闭环控制 系统不同的是， 它的控制器直接根据给定值去控制被控对象工 作， 被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。它与闭 环控制系统相比，因没有反馈环节，结构相对简单，但控制性 能要差一些。 开环控制系统和闭环控制系统根据控制对象和控 制要求的不同， 分别用于不同的应用场合。
计算机控制技术基础总结(DOC)
数字信号：时间离散，幅值为数字量，如：y(nT)、u(nT)
量化模拟信号：时间连续，幅值为连续量化的信号，如：u*(t)
第4节计算机控制系统分类
数据采集系统（DAS：Data Acquisition System）
操作指导系统（DPS：Data Process System）
直接数字控制（DDC：Direct Digital Control）
要点总结
计算机控制系统的概念；
计算机控制系统的组成；
了解计算机控制系统的信号流程；
计算机控制系统的主要类型和各自特点；
第二章过程通道技术
通道接口技术
数字量输入/输出通道
模拟量输入/输出通道
第1节概述
过程通道是计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
过程通道包括：
检测通道即输入通道
数字量输入通道
GAL16v8器件具有20个引脚，最多可具有16个输入端(这时仅有2个输出端)或最多具有8个输出端(这时仅有10个输入端)。该特性与其名字的命名相对应。
总线接口常用芯片
在应用系统中，几乎所有系统扩展的外围芯片都是通过总线与CPU连接的，但是：
总线的数目是有限的；
外围芯片工作时有一个输入电流，不工作时也有漏电流存在，因此总线只能带动一定数量的电路；
模拟控制缺点：
难以实现复杂规律的调节控制
不易实现集中监视和操作
控制方案的更改比较困难
计算机控制系统的作用：
实时数据处理
实时监督决策
实时控制输出
第2节计算机控制系统的组成
计算机控制系统由控制计算机和被控对象组成，控制计算机包括硬件和软件两部分；
硬件：
1、主机
中央处理器（CPU）、存储器和接口组成的主机是计算机控制系统的核心。
量化模拟信号：时间连续，幅值为连续量化的信号，如：u*(t)
第4节计算机控制系统分类
数据采集系统（DAS：Data Acquisition System）
操作指导系统（DPS：Data Process System）
直接数字控制（DDC：Direct Digital Control）
要点总结
计算机控制系统的概念；
计算机控制系统的组成；
了解计算机控制系统的信号流程；
计算机控制系统的主要类型和各自特点；
第二章过程通道技术
通道接口技术
数字量输入/输出通道
模拟量输入/输出通道
第1节概述
过程通道是计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
过程通道包括：
检测通道即输入通道
数字量输入通道
GAL16v8器件具有20个引脚，最多可具有16个输入端(这时仅有2个输出端)或最多具有8个输出端(这时仅有10个输入端)。该特性与其名字的命名相对应。
总线接口常用芯片
在应用系统中，几乎所有系统扩展的外围芯片都是通过总线与CPU连接的，但是：
总线的数目是有限的；
外围芯片工作时有一个输入电流，不工作时也有漏电流存在，因此总线只能带动一定数量的电路；
模拟控制缺点：
难以实现复杂规律的调节控制
不易实现集中监视和操作
控制方案的更改比较困难
计算机控制系统的作用：
实时数据处理
实时监督决策
实时控制输出
第2节计算机控制系统的组成
计算机控制系统由控制计算机和被控对象组成，控制计算机包括硬件和软件两部分；
硬件：
1、主机
中央处理器（CPU）、存储器和接口组成的主机是计算机控制系统的核心。
《计算机控制技术》PPT课件
生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
9
上一页
计算机控制技术课件
下一页
1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )
1 s s( 1) a
13
上一页
计算机控制技术课件
下一页
工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
上一页
计算机控制技术课件
下一页
16
上一页
计算机控制技术课件
下一页
罝尵絿蜅揅鼻魮歮懷 瀳鎮殻梨姁佁垍缮鲟 铢闅罛槢醑鳟蜂戚运 庉裻怰鷲脆闞褠轛煿 闔蘹揙幵梁氌熽柕櫱 漞巈蚴禿孰挅要临曹 111111111 玌瘽錙聒抚巖诠唜璶 看看 閎飛憴氍沓壘蠰錏砙 慅叻乎糔袙顯隂鵑肱
17
18
痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋
计算机控制技术第一章、概论
1.1计算机控制系统的概述
7）缺点 • 初期投资大；
计算机控制系统的主要特点
• 由于系统中插入数字部件，信号复杂，给设计实 现带来一定困难； 随着微电子技术的发展，大规模集成电路的出现，
计算机体积减小，重量轻、成本下降；
随着对自动控制系统功能要求的不断提高，计算
机控制系统的优越性表现得越来越突出。
内容介绍：
第一部分：计算机控制系统的概论 第二部分：I/O接口与过程通道 第三部分：控制策略的实现 组态软件
第四部分：计算机控制系统的构成
*集散系统 *现场总线系统
第五部分：计算机控制系统的设计与实现
1. 绪论
何谓计算机控制？
控
控 制 部 分
制
器 执行 装置
检测
装置
被 控 对 象
1.1计算机控制系统的概述 1.计算机控制系统
1.1计算机控制系统的概述
2. 直接数字控制系统
计算机控制系统的典型形式
计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关量 输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通 道（AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。
在该系统中计算机参与了对数据的采集、控 制决策、控制输出三个基本功能，同时还负责报 警、打印、显示和接收操作指令。
1.1计算机控制系统的概述
计算机控制系统的典型形式
这实际上是一个二级控制系统，SCC可采用高档计 算机，它与DDC之间通过通信接口进行通信联系。SCC计 算机可完成工段、车间高一级的最优化分析和计算，并给 出最优给定值，送给DDC级执行过程控制。
当DDC级计算机出现故障时，可由SCC计算 机完成DDC的控制功能，使系统可靠性得到提高。 作为SCC的计算机一般均采用高档计算机或 工作站，要求数据处理功能强、存储容量大，对 工业现场的抗干扰能力倒不一定很强。
《计算机控制技术》PPT课件
•
ppt课件
11
PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
ppt课件
7
• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• DCS采用分散控制，集中操作，分级
管理，分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、 集中操作监控级、综合信息管理级，形 成分级分布式控制。
ppt课件
8
• （5）现场总线控制系统
•
ppt课件
12
3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
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
•
ppt课件
9
二.工业控制机的组成结构及特点
《计算机控制技术》第1章
微型处理器件参与控制，使计算机控制系统得到更
普及的应用。
第二十页，编辑于星期五：点 十八分。
（5）. 集散型控制
微型计算机性能提高，价格下降以及计算机通信和网络的发 展，促使发展一种许多相关联的微计算机组合共同负担工作 负荷的系统，形成了目前广泛应用的集成分散型控制系统
（DCS）。 • 微型计算机的发展和普及，促进发展了许多新
本章小结
• 注意以下几点： • 计算机控制系统中的控制器是用数字计算机和
A/D及D/A转换器来实现的。 • 计算机控制系统重要的特点.注意计算机控制系统
是一个混合信号系统。 • 计算机控制系统具有许多优点．是一种柔性和智
能化的系统 。广泛用于国民经济各个领域中不可 替代的各种系统。 • 计算机控制系统的理论分析和设计具有许多不同 的特点 。（第二章介绍）
（1）. 开创时期（1955－1962年） 难于直接参与系统的闭环控制。 计算机的主要任务是寻求最佳运行条件。
（2）. 直接数字控制时期（1962－1967年）
计算机直接控制被控过程的变量，取代了原来的模拟控制，因
而被称为直接数字控制（DDC)。 （3）. 小型计算机时期（1967－1972年）
各种类型适合工业控制的小型计算机。 许多小型工程项目、设备采用计算机控制系统。 （4）. 微型计算机时期（1972年至今）
和生产过程两大部分组成。
第十五页，编辑于星期五：点 十八分。
图1-3 计算机控制系统原理图
第十六页，编辑于星期五：点 十八分。
1.硬件组成
（1）计算机
控制系统的核心。
（2）接口
计算机与被控对象进行信息交换的纽带。
（3）输入和输出通道
信息传输和转换的连接通道 （4）通用外部设备
普及的应用。
第二十页，编辑于星期五：点 十八分。
（5）. 集散型控制
微型计算机性能提高，价格下降以及计算机通信和网络的发 展，促使发展一种许多相关联的微计算机组合共同负担工作 负荷的系统，形成了目前广泛应用的集成分散型控制系统
（DCS）。 • 微型计算机的发展和普及，促进发展了许多新
本章小结
• 注意以下几点： • 计算机控制系统中的控制器是用数字计算机和
A/D及D/A转换器来实现的。 • 计算机控制系统重要的特点.注意计算机控制系统
是一个混合信号系统。 • 计算机控制系统具有许多优点．是一种柔性和智
能化的系统 。广泛用于国民经济各个领域中不可 替代的各种系统。 • 计算机控制系统的理论分析和设计具有许多不同 的特点 。（第二章介绍）
（1）. 开创时期（1955－1962年） 难于直接参与系统的闭环控制。 计算机的主要任务是寻求最佳运行条件。
（2）. 直接数字控制时期（1962－1967年）
计算机直接控制被控过程的变量，取代了原来的模拟控制，因
而被称为直接数字控制（DDC)。 （3）. 小型计算机时期（1967－1972年）
各种类型适合工业控制的小型计算机。 许多小型工程项目、设备采用计算机控制系统。 （4）. 微型计算机时期（1972年至今）
和生产过程两大部分组成。
第十五页，编辑于星期五：点 十八分。
图1-3 计算机控制系统原理图
第十六页，编辑于星期五：点 十八分。
1.硬件组成
（1）计算机
控制系统的核心。
（2）接口
计算机与被控对象进行信息交换的纽带。
（3）输入和输出通道
信息传输和转换的连接通道 （4）通用外部设备
计算机控制技术第1章 绪论.详解
5
上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的 动态品质指标工作，并且对被控参数和设备本身出现 的异常情况进行及时监督，同时迅速做出处理。 计算机控制系统的“实时性”，是指信号的输入、 计算和输出必需在一定时间范围内完成的，即计算机 对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时 间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去 控制时机，控制也就失去了意义。
（3）外部设备：（输入、输出设备，打印设备）
10
硬件组成 ：
（4）检测与执行机构 ①
测量变送单元
在自动控制系统中，往往需要对温度、湿度、压力、流量 与物位等参量进行检测和控制，使之处于最佳工作状态。因此必 须掌握描述它们特性的各种参数，需要测量这些参数的值。为了 收集和测量各种参数，需要根据不同的控制任务采用各种检测元 件及变送器，其功能是将被检测参数的非电量转换成电量。例如， 热电偶可以把温度转换成电压信号，压力传感器可以把压力转换 为电信号，再通过A/D转换器送入计算机。
图1-2 计算机控制系统基本框图
4
计算机控制系统的控制步骤：
计算机控制系统通常按照以下几个步骤完成控制任务： (1) 实时数据采集：测量元件对生产过程中被控参数值进行检 测，A/D转换器将所检测的连续模拟信号转换为数字量二进制 信号，输送给计算机。
(2) 实时决策：计算机对所采集到的表征被控参数的状态量进 行分析，按照内部存储的相关算法或控制规律决定下一步的 控制过程，计算出控制量。 (3) 实时控制：计算机输出的数字量控制信号通过D/A转换器 转换为连续模拟信号，并传送给执行机构，使之执行相应的 操作，对被控设备加以控制，完成控制任务。
27
（5）现场总线控制系统
计算机控制技术01 计算机控制系统概述
9）通信或网络功能。利用计算机的数据通 信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功 能和数据传输功能。采用网络功能的测控系统 则将拓展一系列新颖的功能。
10）自我诊断功能。采用计算机技术后， 可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即 进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原 因，对排除故障的方法进行提示。
计算机控制系统是以微机为核心，单纯 以程序“控制”为目的的系统。
计算机
输出信号 调理器
执行机构
控 制 非电量 对 象
计算机测控系统
以微机为核心，以“监测”和“控制”为
目的、测控一体化的系统。
这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的
测量结果决定的。一般称为“计算机控制系统”
测 控 非电量 对 象
传感器
执行机构
输入信号 调理器
输出信号 调理器
计算机 显示器
计算机集中监控室
测控系统微机化的重要意义
传统的测控系统主要由“测控电 路”组成，所具备的功能较少，也比 较弱。随着计算机技术的迅速发展， 使得传统的测控系统发生了根本性变 革，即采用微型计算机作为测控系统 的主体和核心，替代传统测控系统的 常规电子线路，从而成为新一代的微 机化测控系统。
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
现代检测系统
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 块
执行机构
显示仪表
现代手动控制系统
被
测
控
参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
控制电路 模块
电气自动控制系统
第1章计算机控制技术概述
要能迅速跟随敌机的行踪，而敌机运动的规律是不可能预先知道的。这 类系统既要迅速跟随给定量的变化，又要克服扰动量对系统的影响，所 以称为随动系统。
显然设计或分析随动系统，要比定值系统要求高得多，但所用的基 本理论几乎一样。
如果设定信号r(t)的变化规律为已知函数，即事先确定的程序，则称 这类控制系统为程序控制系统。以数字程序控制机床为例，如图1.4所示。
给定 量的 变化
输出量 的变化
所谓通道，是指输入信号对输出信号的作用途径。控制通道是指操纵 变量q(t)对被控变量c(t)的作用途径，而扰动通道则是指扰动f(t)对 被控变量c(t)的作用途径。物料出口温度c(t)受到控制作用（控制通 道）和扰动作用（扰动通道）的影响，因而被控对象的放大系数及其 他特性参数也将从控制通道和扰动通道两个方面分析介绍。 (1）控制通道放大系数KO。设被控对象处于原有稳定状态时，被控 变量为c(0)，操纵变量为q(0)。当操纵变量（本例中的蒸汽流量）做 幅度为△q的阶跃变化时，必将导致被控变量的变化[如图1.13 (b)所 示]，且有c(t)=c(0)+Δc(t) [其中Δc(t)为被控变量的变化量」，则被控对 象控制通道的放大系数K0:
一般来说，控制系统都有有用信号和扰动，它们都可作为 系统的输入信号。 系统的有用信号决定系统的输出量的变化规律； 扰动是系统不希望的外作用，它破坏有用信号对系统输出 量的控制。但在实际系统中，扰动是不可避免的，如电源电 压波动、工件数量变化，负载大小等都是实际存在的扰动。 系统的输入信号一般是指有用信号。
数字控制，是用数字量来控制机器部件运动的一种控制。执行机构的运
动可由数字控制器输出的二进制信息来控制。
如图1.4所示是开环控制系统，它是由程序输入设备、运算控制器和执行 机构所组成的。程序输入设备的作用是根据加工图纸的要求，选定加工过程， 编制程序指令送入运算控制器；运算控制器完成对指令脉冲的寄存、交换和 计算，并输出控制脉冲给执行机构；执行机构再将运算控制器送来的电脉冲 信号变成驱动机床的运动。执行机构可以选用步进电动机。
显然设计或分析随动系统，要比定值系统要求高得多，但所用的基 本理论几乎一样。
如果设定信号r(t)的变化规律为已知函数，即事先确定的程序，则称 这类控制系统为程序控制系统。以数字程序控制机床为例，如图1.4所示。
给定 量的 变化
输出量 的变化
所谓通道，是指输入信号对输出信号的作用途径。控制通道是指操纵 变量q(t)对被控变量c(t)的作用途径，而扰动通道则是指扰动f(t)对 被控变量c(t)的作用途径。物料出口温度c(t)受到控制作用（控制通 道）和扰动作用（扰动通道）的影响，因而被控对象的放大系数及其 他特性参数也将从控制通道和扰动通道两个方面分析介绍。 (1）控制通道放大系数KO。设被控对象处于原有稳定状态时，被控 变量为c(0)，操纵变量为q(0)。当操纵变量（本例中的蒸汽流量）做 幅度为△q的阶跃变化时，必将导致被控变量的变化[如图1.13 (b)所 示]，且有c(t)=c(0)+Δc(t) [其中Δc(t)为被控变量的变化量」，则被控对 象控制通道的放大系数K0:
一般来说，控制系统都有有用信号和扰动，它们都可作为 系统的输入信号。 系统的有用信号决定系统的输出量的变化规律； 扰动是系统不希望的外作用，它破坏有用信号对系统输出 量的控制。但在实际系统中，扰动是不可避免的，如电源电 压波动、工件数量变化，负载大小等都是实际存在的扰动。 系统的输入信号一般是指有用信号。
数字控制，是用数字量来控制机器部件运动的一种控制。执行机构的运
动可由数字控制器输出的二进制信息来控制。
如图1.4所示是开环控制系统，它是由程序输入设备、运算控制器和执行 机构所组成的。程序输入设备的作用是根据加工图纸的要求，选定加工过程， 编制程序指令送入运算控制器；运算控制器完成对指令脉冲的寄存、交换和 计算，并输出控制脉冲给执行机构；执行机构再将运算控制器送来的电脉冲 信号变成驱动机床的运动。执行机构可以选用步进电动机。
计算机控制技术资料精选全文
8088CPU
DAC 0832
D0~D7
D0~D7 ILE
+5V
A2~A9 译码器
≥1
CS
Rfb
A1 A0
≥1
WR1
WR2 Iout1
-
A
IOW
XFER Iout2
+
Vout
D/A转换器的应用：(1)信号发生器；(2)用于闭环控制系统
第3章 计算机控制技术
计算机控制系统的被控对象一般为模拟装置，具有连续 特性，控制器(计算机部分)是一种数字装置，具有离散特性。 因此计算机控制系统是一个既有连续部分，又有离散部分的 混合系统，系统中既存在连续量，又存在离散量。
课程总复习
第一章 计算机控制系统概论
1.1 自动控制系统概述 **1.2 计算机控制系统的组成和基本原理 **1.3 计算机控制系统的特点 1.4 计算机控制系统的性能及指标 1.5 典型计算机控制系统 **1.6 计算机控制系统分类 1.7 计算机控制系统的发展趋势
1.2 计算机控制系统的组成和基本原理 **
两者性能尽量等效。 第4步：将D(z)变为数字算法，在计算机上编程实现。 第5步：通过数字仿真验证闭环性能，若满足指标要求，设 计结束，否则应修改设计；
更改设计的途径有：①选择更合适的离散化方法；② 提高采样频率③修正连续域设计，如增加稳定域度指标等。
人 调节器
打印机
图1.7 操作制导控制系统组成框图
2. 直接数字控制系统(direct digital control, DDC)
给定值
计
显示 打印
算 机
记录
接口 输入通道 检测 工 业 对 象
接口 输出通道 执行器
《计算机控制技术》第1章
WebField JX-300X
WebField ECS-100X
64
17
云南昭通卷烟厂 动力锅炉计算机控制系统
64
18
自动化科技与社会进步
自动化是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是关于一切人造系统自动、智能、自主、高效 和安全运行的科学与技术。 计算机控制技术是实现自动化的主要方法和手段。
• 随着自动化技术、计算机技术、通信技术 、网 络技术、管理技术等的发展,计算机控制技术将 这些技术融合起来,呈现开放性、集散性 、智能 化 、网络化等特点,并以日新月异的速度发展.
• 以计算机控制技术为基础的控制系统在军事 、航 天技术 、工业 、农业、交通运输 、经济管理 、 能源开发与利用等各个领域都获得了广泛的应用. （小到CD player、disk driver, 大到航空航天领 域，无处不在）
以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的 控制指令。
• 计算机控制系统的控制过程可以归结为：
．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬 时值进行检测和输入；
．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制 行为的决策，生成控制指令；
． 实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对 象输出控制信号。
• 不同的应用场合
– 工业生产、农业生产、日常生活等
64
6
• 广泛地用于各种不同的工业生产； • ---各种用途的机器人系统；
各种用途的机器人系统
焊接机器人系统 （核心为计算机控制系统 ）
64
具有视觉器件的机器人示意图
8
数控机床
64
9
广泛用于海陆空和航天等国防现代化的各种武器装备中；
【正式版】计算机控制技术东南第一章PPT
G(s)
(s)
u(s)
1 s2
例1-2 天线方位控制伺服系统
卫星跟踪天线的仰角控制(见右图) 假设天线及其可动部分具有惯性转矩J， 由于直流驱动电机的反电势及由于轴承和 空气动力摩擦产生了阻尼，其阻尼系数为 B
JaBaTcTd
式中：Tc是驱动电机产生的纯转矩；Td是 刮风时的扰动转矩。
如果我们定义：B/J=a，u=Tc/B， w=Td/B
IMCMD
图1-7 卫星姿态控制系统框图
式中：I是卫星围绕其质量中心的惯性矩；MC是由助推器加上的控制 转矩；MD是扰动力矩；θ是卫星轴相对于基准线的角。
由运动方程求传递函数
令 uM C/I,w dM D /I
可得 u wd
上式的拉氏变换为 (s)s12[u(s)wd(s)]
如果不考虑扰动(wd(s)=0)，则其传递函数为：
图1-1 操作指导控制系统
图1-3 监督控制系统
1.2.4 分级控制系统
例 1-1 卫星姿态控制 5 分散控制系统（集散控制系统） 为图了1-7保卫持星所姿需态的控炉制温系，统将框测图得的炉温送入计算机计算，进而控制燃料和空气阀门的开度。 测图得1-5的分炉散膛控压制力系送统入计算机，进而控制烟道出口挡板的开度。 也工可业防 炉止控当制空的气典太型少情时况，。由于燃料燃烧不完全而产生许多一氧化碳或碳黑。 为直了接提 数高字炉控子制的系热统效(D率DC，系还统须) 对炉子排出的废气进行分析，一般是用氧化锆传感器测量烟气中的微量氧，通过计算而得出其热效率， 并为用此以 ，指计导算燃机烧往控往制对。三个轴分时地进行姿态控制。 图 控1制-1过操程作中指算导法控可制以系改统变，可实现除PID以外的多种复杂控制 图测1得-5的分炉散膛控压制力系送统入计算机，进而控制烟道出口挡板的开度。 图例11--31监卫督星控姿制态系控统制 测为得此的 ，炉计膛算压机力往送往入对计三算个机轴，分进时而地控进制行烟姿道态出控口制挡。板的开度。 模式拟中控 ：制I是系卫统星与围计绕算其机质控量制中系心统的的惯比性较矩； 如式果中我 ：们I是定卫义星：围B绕/J其=a质，量u=中Tc心/B的，惯w性=T矩d/；B 模为拟了控 提制高系炉统子与的计热算效机率控，制还系须统对的炉比子较排出的废气进行分析，一般是用氧化锆传感器测量烟气中的微量氧，通过计算而得出其热效率， 计 并算用机以控 指制 导技 燃术 烧东 控南 制第 。一章 工业炉控制的典型情况。 如果不考虑扰动(wd(s)=0)，则其传递函数为：
计算机控制技术(曹立学)1-4章 (1)
第1章 绪论
2. (1) 串级调节。 在简单调节回路中， 选取干扰影响特别 明显的一个中间变量， 附加一个调节器， 组成内调节回路 (或副调节回路) ， 用来初步克服干扰的影响， 同时用原回 路(称主回路) 中的调节器(主调节器) 的输出作为副调节器的 给定值， 使副调节器跟随此值达到进一步的精细调节。 这是 用一个内回路对主要干扰影响进行初调的控制系统。
第1章 绪论
3. 设备管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、 管 理信息、 设备(包括智能仪表)运行状态信息、 厂商提供的设 备制造信息。 例如， Fisher Rosemoune公司推出的AMS管理 系统， 它安装在主计算机内并完成管理功能， 可以构成一个 现场设备的综合管理系统信息库， 在此基础上实现设备的可 靠性分析以及预测性维护， 将被动的管理模式改变为可预测 的管理维护模式。 AMS软件是以现场服务器为平台的T型结构， 在现场服务器上支撑模块化， 功能丰富， 为用户提供一个图 形化界面。
第1章 绪论
DDC控制系统中常使用小型计算机或微型机的分时系统来 实现多个点的控制功能。 实际上属于用控制机离散采样， 实 现离散多点控制。 这种DDC计算机控制系统已成为当前计算机 控制系统中的主要控制形式之一, DDC系统原理图如图1.2所示。
第1章 绪论 图 1.2 DDC系统原理图
第1章 绪论
第1章 绪论
(4) 分程调节。在需用不同的手段分阶段地控制一个参数 时， 采用这种调节。 例如:一个反应器的温度调节， 在正常 温度范围内用水冷却即可， 但温度达高限后需用冷冻水冷却， 低于低限时需用蒸汽加热， 方能保持正常反应。 满足这种需 要的调节称分程调节。 在分程调节中， 由一个测量元件、 一 个调节器及三个调节阀组成系统， 由三个调节阀分别控制冷水、 冷冻水和蒸汽的流量。 冷水阀通常调整到当温度在低限时全关， 高限时全开； 冷冻水阀在温度高限时全关， 温度超过高限时 开启； 蒸汽阀在温度低限时全关， 再低时开启。 为了避免冷 水阀及冷冻水阀在超高限时同时开启， 还要增加一个冷水阀超 高限自动关闭装置， 这样就可以进行分程调节了。 分程调节 系统的调节质量类似简单调节， 若需提高， 宜采用串级调节、 前馈调节等改进措施。
计算机控制技术第1章
第1章 MATLAB简介 运行结果为: RANK Matrix rank. RANK(A) provides an estimate of the number of linearly independent rows or columns of a matrix A. RANK(A, tol) is the number of singular values of A that are larger than tol. RANK(A) uses the default tol=max(size(A))*eps(norm(A)). …
ltiprops - Detailed help on available LTI model properties.
…
第1章 MATLAB简介 （4） 若在help命令后面添加函数名，则可以获得该函数 的具体使用方法。 如运行“help rank”，即可以获得矩阵求 秩函数的具体用法。 在MATLAB命令窗口中输入: >> help rank
第1章 MATLAB简介 （1） 简单易学。 （2） 代码短小高效。 （3） 功能丰富， 可扩展性强。 （4） 强大的图形表达功能。 （5） 强有力的系统仿真功能。
第1章 MATLAB简介
图 1.1 MATLAB及其产品系列示意图
第1章 MATLAB简介
1.2 桌 面 启 动
MATLAB 7.1版含有大量的交互工作界面， 包括通用操作界 面、工具包专用界面、帮助界面及演示界面等。所有这些交互 工作 界面按一定的 次序和 关系被链接 在称为 “MATLAB 桌 面 （Desktop）”的一个高度集成的工作界面中。图1.2为缺省的 MATLAB7.1桌面。桌面的上层铺放着三个最常用的界面（或窗 口 ） ， 即 ： 命 令 窗 口 （ Command Window ） 、 命 令 历 史 （Command History）窗口及当前目录（Current Directory） 浏览器。 缺省情况下，还有一个只能看到窗口名称的工作空间 （Workspace）浏览器， 它被铺放在桌面下层。