计算机控制系统的分类与典型系统介绍

—计算机控制系统—
3．监督控制系统（Supervisory Computer Control —SCC ）
SSC 计 算 机
生产过程
调节 测量
模 拟 设定值 调节器
(a)
调节 测量
DDC 计算机
设定值
生产过程
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(b)
SSC 计 算 机
工艺数据
记录 显示 打印
工艺数据
记录 显示 打印
– 方法：采用保持器 – 常用的保持器：零阶、一阶及高阶
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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yБайду номын сангаасt)
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,
• 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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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
u(t)
采样器
A/D
计算机
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）
1-2- 5．典型的计算机控制系统
• 1. 计算机过程控制系统
对温度,压力,质量,液面,速度等生产过程 参数进行测量与控制的,这种系统称为过 程控制系统,主控设备采用计算机则为计 算机过程系统.大多数的化工生产过程均 属于这类系统.
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—计算机控制系统—
• 2. 微机控制的电动机调速系统 • 3. 采用微机的顺序控制系统 顺序控制是使生产机械或生产过程按预先
Unimation公司推出的UNIMATE（如图所示）。
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—计算机控制系统—
第一台工业机器人UNIMATE
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—计算机控制系统—
• 1970年以后机器人的研究得到了迅速广 泛的普及，1970年在美国召开了第一届 国际工业机器人学术会议，1973年在意 大利召开了第一届RMS，辛辛那提.米拉 克隆公司于1973年制成了第一台由小型 计算机控制的工业机器人T3，它是液压 驱动的，能提升的有效负载达45Kg。
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★ 主机
中央处理器（CPU）
内存储器(RAM和ROM)
—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
工厂级 集中控制计算机
至其它工厂
车间级监控计算机（SCC）
车间级监控计算机（SCC）
装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC）
工厂对象A
工厂对象B
工厂对象C
工厂对象D
图 分级计算机控制系统
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25 返回本节
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—计算机控制系统—
， 80年代的开发期和90年代的适用化期。70年代世 界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本 发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在 这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业 机器人。80年代，我国完成了示教再现式工业机 器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧 焊和搬运机器人。
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—计算机控制系统—
操作指导控制系统、DDC、SCC比较
系统类别 结构特点
操作指导 控制系统
输入通道
DDC
输入/输 出通道
SCC
两级计算 机
计算机功 能
处理数据
直接参与 控制
直接参与 控制
给定值
预先设 定
在线修 改
系统状态
不在最优 工况
最优工况
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业机器人思想，并申请了专利，该专利的要点是
借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机
器人实行动作示教，机器人能实现动作的记录和
再现，这就是所谓的示教再现机器人。在此基础
上，1958年美国Consolidated公司制作了第一台工
业机器人，作为机器人产品出售的最早的实用机
型是1962年美国的AMF公司推出的Verstran和
±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。
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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
硬件部分
软件部 分
控制计算 机
主机、外设、系统总线 生产过程输入输出通道 人—机联系设备、通信设备
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
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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—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。
现场仪表（测量传感器、执行机
构等）
系统软 件
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
应用软 件
过程输入/输出程序、过程控 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
—计算机控制系统—
1-2- 4．分级计算机控制系统
• 分级计算机控制系统是一个四级 系统，各级计算机的功能如图所 示。
装置控制级（DDC级） 车间监督级（SCC级） 工厂集中控制级（MIS） 企业管理级（MIS）
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—计算机控制系统—
至其它工厂
企业级 经营管理计算机
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。
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)
—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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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—
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—计算机控制系统—
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工业机器人Puma
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—计算机控制系统—
同年日本山梨大学的牧野洋研制成具有平 面关节的SCARA型机器人，由于简单、 精确，在插装电子元器件等许多工作上 得到了广泛的应用。
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—计算机控制系统—
SCARA型机器人
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—计算机控制系统—
计算机技术和人工智能技术的迅速发展使机器 人
在功能和技术层次上有了很大提高。到目前为止 ，机器人已进入了第三代：智能化的高级机器人 ，具有感觉、思考、决策和动作能力的机器人系 统，这类机器人目前还处于研究开发阶段；第一 代工业机器人主要是指示教再现控制的操作机器 人，目前国内外工业应用中的机器人绝大多数都 是这一类；第二代工业机器人具有感受功能，是 具有光觉、视觉、力觉、触觉、声觉、语音识别 等功能的工业机器人，
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—计算机控制系统—
工业机器人T3
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—计算机控制系统—
1979年Unimation公司推出了Puma系列工业 机器人，它是全电驱动关节式结构，多 CPU两级微机控制，采用VAL专用语言 并可配置视觉、触觉、力觉传感器，是 技术较为先进的机器人 .
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的采样过程
y(t) 原始过程信号
采样器
y(t)
y*(t)
t
信号通过采样器
y*(t) 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
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
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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
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—计算机控制系统—
1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始 实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前 沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果， 成功地研制出了一批特种机器人。90年代初期我 国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研 制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、 包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一 批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基 地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。
（1）SCC+模拟调节器控制系统
（2）SCC+DDC控制系统
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—计算机控制系统—
计算机控制系统的分类
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
被控生产过程
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规定的时序或事序,而顺序进行控制的自动 控制系统.如:PLC控制系统 • 4. 计算机数字程序控制系统 常用的数控机床:点控和线控 • 5. 工业机器人
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燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
现代所说的机器人大多指的是工业机器人，是一
种能自动定位控制，可重复编程、多功能、多自
由度的操作机。1954年美国的Devol最早提出了工
★ 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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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
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燕浙山 江大大学学自控动制化科系学与工程学系
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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燕山大学自动化系
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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2
燕燕山 山大大学学自自动动化化系系
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燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
此时工业机器人可以根据感受信息调整控 制算法，这类工业机器人已经在实验室内 研制成功并开始得到试用，但由于成本较 高，其工业应用的普及还要有一个过程。
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—计算机控制系统—
我国工业机器人
我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年 的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期
—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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3
燕山大学自动化系
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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燕山大学自动化系
1-1-1 概述（1）