第1讲1计算机控制系统概述精品文档

2．直接数字控制系统（DDC）
计算机首先通过模拟量输 入通道、开关量输入通道实 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、开关量输出通 道直接控制生产过程。
优点： 能够实现自动控制、 多回路控制，能够灵活的把 各种算法施加于生产过程。 缺点：结构复杂，投资高。
作业 P10页 1-1，1-4，1-5
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习题与思考题
1．针对不同行业、不同被控对象，可以选择哪些计算机控制装置（主机）？ 2．以定位减速和工件加工为例，叙述定位减速控制系统和自动磨削控制系统的工 作原理。 3．闭环控制与开环控制有什么不同？自动控制系统中一般采用什么控制方式？ 4．什么是实时计算机系统？在计算机控制系统中实时性体现在哪几个方面？ 5．什么是计算机控制系统中的实时作业？实时任务？有哪些实时任务？实时任务 的驱动方式及控制结构有哪几种类型？ 6．按应用领域，计算机控制系统可分为哪几种？按设备形式，计算机控制系统可 分为哪几种？各有什么特点？ 7．什么是智能控制？有哪几种形式的智能控制系统？ 8．计算机控制系统各环节软硬件的发展趋势是什么？ 9．通过查阅文献，了解计算机控制技术的最新进展。列举新出现的计算机控制技 术。
3）实时输出控制：根据控制决策，实时地向执行 机构发出控制信号，完成系统控制任务或输出其它有关 信号，如报警信号等。
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1.4.2 计算机控制系统的基本要求
1．具有良好的实时性 2．具有高可靠性和较强的环境适应性 3．采用标准化部件，便于扩充、升级和维护 4．具有良好的人机界面和丰富的监视画面 5．具有良好的系统组态和可选的各种控制策略 6．具有网络通讯功能，便于实现工厂自动化和信息化
阅读期刊： 工业控制机、控制工程、测控技术、电气自动化、自动化仪表、工 业仪表与自动化装置，化工自动化及仪表 等等。
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计算机控制技术
主要内容： 第一章是绪论，介绍了微机控制技术的一般概念， 微机参与控制的典型方式，微机控制的特点及设计过程； 第二章讨论了信号的采样与复现，模拟量输入通道， 模拟量输入与输入通道接口技术，模拟量输出与输出通道 接口技术，数字量输入与输出通道； 第三章讨论了数字控制器连续化设计技术，数字 PID控制设计和改进方法，数字化PID的控制参数整定， 串级控制器设计方法，数字PID控制器的讨论； 第四章主要讲解控制计算机的构成，控制计算机的 种类，计算机控制系统的操作方法，微型计算机常用接口 电路，电源设计；
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从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对 象的变化过程。
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1.1.2 计算机控制技术的含义
除此之外： 计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行
分析、统计和显示并制作各种报表。 如果还需要对被监控的对象进行控制，则由计算机
中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况 以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；
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1.7 计算机控制技术的发展
1．智能化 2．综合化与集成化 3．系统化与标准化 4．微型化与大型化 5．多媒体化与网络化
研究和发展智能控制系统有 (1) (2)模糊控制系统（基于模糊集合理论） (3)专家控制系统（基于知识的系统） (4)学习控制系统（学习是控制经验的积累） (5)神经控制系统（基于人工神经网络的控制）
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1.3 计算机控制系统的典型结构和特点
1.3.1 计算机控制系统的典型结构
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1.3 计算机控制系统的典型结构和特点
1.3.2 计算机控制系统的特点 1）技术集成和系统复杂程度高 2）实时性强 3）可靠性高和可维修性好 4）环境适应性强 5）控制的多功能性 6）应用的灵活性。
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然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执 行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制 任务。
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1.1.3 控制系统微机化的重要意义
计算机技术的引入，为控制系统带来以下一些新特
点和新功能：
6）数据处理功能
1）自动清零功能。 7）复杂控制规律
2）量程自动切换功能 8）多媒体功能
3）多点快速测控
1.1.1 计算机控制技术的发展历程
首先是20世纪50年代以前的人工控制阶段（基地 式仪表控制系统）
第二个阶段是20世纪60年代的模拟式仪表控制阶 段（电动单元组合式仪表控制系统）
第三个阶段是20世纪70年代的计算机集中控制阶段 第四个阶段是20世纪80年代的集散式控制阶段 （分布式控制系统）
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1.6 计算机控制系统的分类
3．监督控制系统（SCC）
计算机根据工艺信息和其它 参数，自动地改变模拟调节器 或直接数字控制方式的微型机 中的给定值，从而使生产过程 始终处于最优工况。它的作用 是改变给定值，所以又称设定 值控制SPC。
优点：DDC计算机可以直接控
制，SCC计算机只是采集，优
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1.5 计算机控制系统的组成
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1.5.1 计算机控制系统的硬件组成
1．计算机主机 2．过程通道 3．通用外部设备 4. 传感器及
自动化仪表
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图1-6 计算机操作控制台
1.5.2 计算机控制系统的软件组成
计
算系统软件 机
控
制
系
统
软
件
应用软件
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程序设计系统 操作系统 诊断程序 过程监控程序 过程控制程序
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第1章 计算机控制技术概述
§1.1计算机控制技术的含义与地位 §1.2计算机控制系统的输入与输出信号 §1.3计算机控制系统的典型结构和特点 §1.4计算机控制系统的任务和要求 §1.5计算机控制系统的组成 §1.6计算机控制系统的分类 §1.7计算机控制技术的发展
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§1.1计算机控制技术的含义与地位
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图1-1 某热电厂锅炉仪表集中控制室
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图1-2 某热电厂锅炉计算机控制室
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1.1.2 计算机控制技术的含义
所谓计算机控制： 就是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如
温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电 流），再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中 转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装 置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，
计算机控制技术
沈阳建筑大学 信息与控制工程学院
马斌
计算机控制技术
参考书： 曹承志，《微型计算机控制新技术》，机械工业出版社，2019.3 薛弘哗，《计算机控制技术》，电子工业出版社，2019.6 于海生，《微型计算机控制技术》，机械工业出版社，2019.3 王晓明，《电动机的单片机控制》，电子工业出版社，2019.5 朱玉玺，《计算机控制技术》，清华大学出版社，2019.6
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计算机控制技术
主要内容： 第五章讨论了处理数据预处理，数字滤波，数据结 构及应用技术，控制系统应用程序设计方法； 第六章讨论了计算机控制系统可靠性概述，硬件系 统可靠性技术，软件可靠性技术； 第七章讨论了数据通信与工业网络，集散控制系统， 现场总线控制系统； 第八章讨论了控制系统设计的一般步骤及原则，微 机控制系统设计分析和工程实现，并给出了设计实例；
1.4 计算机控制系统的任务和要求
1.4.1 计算机控制系统的任务
1．检测 2．执行机构的驱动
4．人一机交互
5．通信
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3．控制
1.4.1 计算机控制系统的任务
从本质上讲，计算机控制系统的工作过程可 归纳为以下三步：
1）实时数据采集：对来自测量变送器的被控量的 瞬时值进行采集和输入；
2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析、 比较和处理，按预定的控制规律运算，进行控制决策；
9）通信或网络功能
4）数字滤波功能
10）自我诊断功能
5）自动修正误差。
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1.2 计算机控制系统的输入与输出信号
1.模拟量信号
模拟信号是指随时间连续变化的信号。
2.数字（开关）量信号
开关信号是指在有限的离散瞬时上取值间断的信号。
3.脉冲量信号
当开关量按一定频率变化时，则该开关量就可以视 为脉冲量，也就是说脉冲量具有周期性。
2）
输入模块 计
算 3）
机
输出模块
温度变送
1）
热电偶
热物料
4） 调节阀
加热炉
燃料
冷物料
计算机温度监控系统
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1.5.3 计算机控制系统的工作原理
上述温度监控计算机系统对生产过程实现自动控制可以分解为 四个过程： 1）生产过程的被控参量通过测量环节转化为相应的电量或电参数， 再由变送器或放大器变换成标准的电压信号或电流信号； 2）电压信号或电流信号经过A/D转换后变成计算机可以识别的数 字信号，并将其转换为人们易于理解的工程量（测量值）； 3）计算机根据测量值与给定值的偏差，按一定的控制算法输出控 制信号； 4）控制信号作用于执行机构，通过调节物料流量或能量的大小 来实现对生产过程的调节。
公共应用程序
语言处理程序，服务程序
管理程序，磁盘操作系统
调机程序，诊断修复程序
巡回检测程序 数据处理程序 上下限检查程序
判断程序，上下限检查程序 过程分析程序，开环控制程序 闭环控制程序，事故处理程序 基本运算断程序 函数运算程序 信息运算程序 制表打印程序 服务子程序
1.5.3 计算机控制系统的工作原理
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1.6 计算机控制系统的分类
1．操作指导控制系统，数据采集系统（DAS）
操作指导是指计算机 的输出不直接用来控制 生产过程，而只是对系 统过程参数进行收集， 按预定的算法计算各控 制量，求出最佳设定值， 通过显示或打印输出数 据，操作人员根据这些 数据进行必要的操作控 制。