计算机控制系统的分类与典型系统介绍

—计算机控制系统—
★接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁
★过程输入/输出通道

模拟量输入通道 模拟量输出通道
开关量输入通道
开关量输出通道
★外部设备
输入设备

输出设备
外存储器
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器

键盘（功能键和数字键）
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第一章 绪 论
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1-1-4 工业控制机的特点
• 高可靠性和可维护性 • 环境的适应性强 • 控制的实时性 • 较完善的输入输出通道 • 较丰富的软件
—计算机控制系统—
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第一章 绪 论
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浙江大学控制科学与工程学系
—计算机控制系统—
第二节 Unit 2
计算机控制系统的分类及典型系 统简介
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第一章 绪 论
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—计算机控制系统—
1-2-2 计算机控制系统的分类
直接数字控制（DDC）系统
特点:取代模 CRT 打印机 报 警 操作台 拟 器 , 使 用 复
杂的控制规律
直接数字控制(DDC)计算机 要 求 : 计 算 机
实时性好,可
过程输入通道
过程输出通道 靠 性 高 , 适 应 性强
• 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
—计算机控制系统—
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
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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
测量变送 测量变送 执行机构 执行机构
… ……
… ……
被控生产过程
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第一章 绪 论
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—计算机控制系统—
1-2-3 计算机监督系统（SCC）
•计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称SCC系统。 SCC系统有两种 不同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器， 另一种是SCC+DDC控制系统。 （1）SCC+模拟调节器控制系统 （2）SCC+DDC控制系统
2）实时的含义
★ 实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范 围内完成。 ★ 实时控制系统必定是在线系统。
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1-1-2 信号特点（1）
—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
—计算机控制系统—
第一节 Unit 1
计算机控制概述 Introduction of Computer Control System
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第一章 绪 论
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本节主要内容
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的一般概念 • 计算机控制系统的组成
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第一章 绪 论
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1-1-1 概述（1）
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第一章 绪 论
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—计算机控制系统—
1-1-3 计算机控制系统的组成及作用
计算机控制系统的组成示意图
计算机控制系 统
主机、外设、系统总线
控制计算 生产过程输入输出通道
硬件部分
机
人—机联系设备、通信设备
现场仪表（测量传感器、执行机
软件部 分
构等） 系统软 件
应用软
操作系统、汇编或高级语言 、过程控制语言 通信网络软件、诊断程序等
燕山大学自动化系
第一章 绪论 Introduction
—计算机控制系统—
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第一章 绪 论
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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 • 计算机控制系统的组成及特点 • 计算机控制系统的分类 • 计算机控制系统的发展概况与趋势
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第一章 绪 论
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燕山大学自动化系
y(t)
采样器
y*(t)
原始过程信号
y(t)
y*(t)
t
信号通过采样器
τ
t 2T 4T 采样后的信号
过程信号采样过程示意图
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1-1-2 信号特点（3）
—计算机控制系统—
• 信号的保持
– 目的：是将离散采样信号恢复为被控对象能 够感知的连续模拟信号
– 方法：采用保持器 – 常用的保持器：零阶、一阶及高阶
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
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—计算机控制系统—
1）在线方式和离线方式
★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受 计算机控制的方式。
★ 离线方式或脱机方式：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作相应操作的方式。
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本节主要内容
• 操作指导系统 • 直接数字控制系统 • 监督控制系统 • 分级计算机控制系统
• 典型的计算机控制系统
—计算机控制系统—
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—计算机控制系统—
1-2-1 计算机控制系统的分类
操作指导系统
优点:控制安全,具有一定 智能. 缺点:速度慢,误差大. 适用:新的算法的设计
过程输入/输出程序、过程控
件
制程序、人机接口程序、打印
显示程序、各种公共子程序、
历史数据库、实时数据库
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—计算机控制系统—
图1-4 微型计算机控制系统原理图
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★ 主机

中央处理器（CPU）

内存储器(RAM和ROM)
A/D
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)
• 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如
y(kT)、u(kT)
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1-1-2 信号特点（2）
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的采样过程
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1-1-2 信号特点（4）
—计算机控制系统—
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t＜T, k=0, ±1,
Hale Waihona Puke Baidu±2,…
由于它只是简单地 外推，故只有当T 足够小时，零阶保 持器才能较好地恢 复原信号。