计算机控制系统概述
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计算机控制系统的软件分类如图 1-2 所示。
第 1 章 计算机控制系统概述
•3•
操作系统——管理程序、磁盘操作系统程序等 诊断系统——调试程序、诊断程序等
系统软件
开发程序
程序设计语言——汇编语言、算法语言，如 BASIC、 ALGOL、FORTRAN、PASCL、 COBOL 等
语言处理程序——汇编程序、解释程序、 译程序 服务程序——装配程序、编辑程序 模拟系统——系统模拟、仿真、移植软件
变传
软件
送感
器器
磁盘
驱动器
计
算
打印机
机
接口
A/D
多路开关
生
接口
D/A
反多路开关 执行 机构
产
对
接口
开关量输入
象
显示
终端
时
操
作
钟
台
接口
开关量输出
通用外 部设备
主机操作台
接口
外部通道
图 1-1 典型计算机控制系统原理框图
检测 控制 及变送 对象
1.1.2 计算机控制系统的软件
计算机控制系统的软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个控制系统的动 作都是在软件的统一指挥下协调工作的。软件就其功能而言可以分为系统软件和应用软件两 大类。
计算机控制系统由计算机和工业生产对象组成，其中包括硬件和软件。
1.1.1 计算机控制系统的硬件
硬件部分由主机 CPU、接口及 I/O 通道、外部设备、检测元件及执行机构、操作台和实 时时钟等组成。
● 主机 CPU：主机 CPU 向系统的各个部分发出命令，对被测参数进行巡回检测、数据 处理、控制计算、报警处理及逻辑判断等。所以，主机 CPU 的选用直接影响到系统 的功能及接口电路的设计。
参考数据
人工监督
百度文库
检测值
DDC 计算机 D/A
... ...
•4•
计算机控制技术
行加工、处理，然后报警、显示、打印，属于开环控制结构，如图 1-3 所示。
操作指导计算机
操作指导参考数据
检测值
人
A /D
控制量
设定值 控制器
多路开关 传感器
输入
生产过程
...
输出
图 1-3 操作指导控制系统
操作指导控制系统适用于尚未摸清控制规律的系统，是计算机系统的初级阶段，用于摸 索新系统的数学模型和控制规律。其突出特点是简单、可靠，缺点是需要人工操作，速度不 能太快，而且不能同时控制多个回路。
● 接口及 I/O 通道：常用接口如并行接口 8255、8155，串行接口 8251、8250，定时器/ 计数器接口 8253、8254，模拟量与数字量之间的转换接口 ADC0809，以及数字量转 换为模拟量的接口 DAC0832 等。I/O 通道中的模拟量输入通道 A/D 把模拟量转变成 数字量，模拟量输出通道 D/A 把数字量变成模拟量，以及数字量输入/输出通道等。
系统软件：由厂家提供，用于管理计算机本身的程序。它包括操作系统，如 DOS、Windows 等，故障诊断程序，监控程序，解释以及编译程序等。
应用软件：面向用户的程序，一般都是用户根据控制系统的需要自行设计的。如工业过 程控制系统中各种各样的 A/D 或 D/A 转换程序、数字滤波程序、控制算法程序、标度变换程 序。运动控制系统中的转速、电流 PI 调节器，CLARKE 变换、PARK 变换、IPARK 逆变换、 SVPWM 算法、磁链观测器、电流采样、转速计算等。
第1章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的组成
计算机控制技术是计算机技术与自动控制理论有机结合而产生的一门新兴学科，研究以 计算机为控制载体的自动控制系统—— 计算机控制系统的分析与设计问题，因此可以说，计 算机控制系统是指有计算机参与并完成控制的系统。
计算机控制系统可以充分发挥计算机运算速度快、精度高、存储量大的优点，通过软件 来实现用模拟元件难以实现的复杂控制规律，如自适应控制、最优控制、模糊控制、神经网 络控制等，并且控制规律容易修改，使用灵活。一台计算机可以代替多台模拟调节器，控制 多个回路。还可以使控制与管理相结合，大大提高自动化程度。
数据库管理系统
信息处理——文字翻译、资料检索、企业管理
巡回检测程序
软件
数据处理程序
过程监视 上下限检查及报警程序 操作面板服务程序
判断程序 过程分析程序
PID 算法 最优化控制
串级调节
控制算法程序 比值调节
应用软件
前馈调节 系统默认
过程控制计算
其他
事故处理程序
信息生成调度
信息管理程序 文件管理
输出、打印、显示等
基本运算程序
公共服务程序 函数运算程序 数码转换程序
格式编辑程序
图 1-2 计算机控制系统的软件分类
1.2 计算机控制系统的分类
根据被控对象的特点、环境、要求，可采用不同类型的控制系统。
1.2.1 操作指导控制系统
操作指导控制系统，是指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参 数进行收集、加工和处理，然后输出数据，由操作人员根据这些数据进行控制操作的计算机 控制系统。每隔一定时间，计算机就进行一次采样，经过 A/D 转换后送入操作指导计算机进
● 外部设备：外部设备用于扩大主机的功能，包括输入设备，如键盘、鼠标；输出设 备，如 CRT 显示、打印机、记录仪等；存储设备，如磁盘、磁带等。
● 检测元件及执行机构：检测元件把非电量变成电量(传感器)，如热电偶、节流装置、 压力变送器。变送器把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收的电压信号。执行机构 接收 CPU 输出的控制量并加以动作，以对生产参数进行控制，如阀、开关、电机等。
1.2.2 直接数字控制系统(DDC)
直接数字控制系统(DDC)，就是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，将检测结 果与设定值进行比较，再按 PID 控制规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执 行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。直接数字控制系统属于闭环控制 结构，其工作原理如图 1-4 所示。
•2•
计算机控制技术
● 操作台和实时时钟：操作台是人机对话的联系纽带。作用包括：①开关，如电源开 关，数据、地址选择开关，操作方式选择开关等；②功能键，用于向 CPU 申请中断， 以得到相应的服务，如复位键、启动键、打印键、显示键、连接工作或单步工作方 式键等；③显示用 LED 或 CRT 显示器件，显示数据，如图、表、流程图等；④数字 键，用于输入数据或修改控制系统参数。典型计算机控制系统原理框图如图 1-1 所示。
第 1 章 计算机控制系统概述
•3•
操作系统——管理程序、磁盘操作系统程序等 诊断系统——调试程序、诊断程序等
系统软件
开发程序
程序设计语言——汇编语言、算法语言，如 BASIC、 ALGOL、FORTRAN、PASCL、 COBOL 等
语言处理程序——汇编程序、解释程序、 译程序 服务程序——装配程序、编辑程序 模拟系统——系统模拟、仿真、移植软件
变传
软件
送感
器器
磁盘
驱动器
计
算
打印机
机
接口
A/D
多路开关
生
接口
D/A
反多路开关 执行 机构
产
对
接口
开关量输入
象
显示
终端
时
操
作
钟
台
接口
开关量输出
通用外 部设备
主机操作台
接口
外部通道
图 1-1 典型计算机控制系统原理框图
检测 控制 及变送 对象
1.1.2 计算机控制系统的软件
计算机控制系统的软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个控制系统的动 作都是在软件的统一指挥下协调工作的。软件就其功能而言可以分为系统软件和应用软件两 大类。
计算机控制系统由计算机和工业生产对象组成，其中包括硬件和软件。
1.1.1 计算机控制系统的硬件
硬件部分由主机 CPU、接口及 I/O 通道、外部设备、检测元件及执行机构、操作台和实 时时钟等组成。
● 主机 CPU：主机 CPU 向系统的各个部分发出命令，对被测参数进行巡回检测、数据 处理、控制计算、报警处理及逻辑判断等。所以，主机 CPU 的选用直接影响到系统 的功能及接口电路的设计。
参考数据
人工监督
百度文库
检测值
DDC 计算机 D/A
... ...
•4•
计算机控制技术
行加工、处理，然后报警、显示、打印，属于开环控制结构，如图 1-3 所示。
操作指导计算机
操作指导参考数据
检测值
人
A /D
控制量
设定值 控制器
多路开关 传感器
输入
生产过程
...
输出
图 1-3 操作指导控制系统
操作指导控制系统适用于尚未摸清控制规律的系统，是计算机系统的初级阶段，用于摸 索新系统的数学模型和控制规律。其突出特点是简单、可靠，缺点是需要人工操作，速度不 能太快，而且不能同时控制多个回路。
● 接口及 I/O 通道：常用接口如并行接口 8255、8155，串行接口 8251、8250，定时器/ 计数器接口 8253、8254，模拟量与数字量之间的转换接口 ADC0809，以及数字量转 换为模拟量的接口 DAC0832 等。I/O 通道中的模拟量输入通道 A/D 把模拟量转变成 数字量，模拟量输出通道 D/A 把数字量变成模拟量，以及数字量输入/输出通道等。
系统软件：由厂家提供，用于管理计算机本身的程序。它包括操作系统，如 DOS、Windows 等，故障诊断程序，监控程序，解释以及编译程序等。
应用软件：面向用户的程序，一般都是用户根据控制系统的需要自行设计的。如工业过 程控制系统中各种各样的 A/D 或 D/A 转换程序、数字滤波程序、控制算法程序、标度变换程 序。运动控制系统中的转速、电流 PI 调节器，CLARKE 变换、PARK 变换、IPARK 逆变换、 SVPWM 算法、磁链观测器、电流采样、转速计算等。
第1章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的组成
计算机控制技术是计算机技术与自动控制理论有机结合而产生的一门新兴学科，研究以 计算机为控制载体的自动控制系统—— 计算机控制系统的分析与设计问题，因此可以说，计 算机控制系统是指有计算机参与并完成控制的系统。
计算机控制系统可以充分发挥计算机运算速度快、精度高、存储量大的优点，通过软件 来实现用模拟元件难以实现的复杂控制规律，如自适应控制、最优控制、模糊控制、神经网 络控制等，并且控制规律容易修改，使用灵活。一台计算机可以代替多台模拟调节器，控制 多个回路。还可以使控制与管理相结合，大大提高自动化程度。
数据库管理系统
信息处理——文字翻译、资料检索、企业管理
巡回检测程序
软件
数据处理程序
过程监视 上下限检查及报警程序 操作面板服务程序
判断程序 过程分析程序
PID 算法 最优化控制
串级调节
控制算法程序 比值调节
应用软件
前馈调节 系统默认
过程控制计算
其他
事故处理程序
信息生成调度
信息管理程序 文件管理
输出、打印、显示等
基本运算程序
公共服务程序 函数运算程序 数码转换程序
格式编辑程序
图 1-2 计算机控制系统的软件分类
1.2 计算机控制系统的分类
根据被控对象的特点、环境、要求，可采用不同类型的控制系统。
1.2.1 操作指导控制系统
操作指导控制系统，是指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参 数进行收集、加工和处理，然后输出数据，由操作人员根据这些数据进行控制操作的计算机 控制系统。每隔一定时间，计算机就进行一次采样，经过 A/D 转换后送入操作指导计算机进
● 外部设备：外部设备用于扩大主机的功能，包括输入设备，如键盘、鼠标；输出设 备，如 CRT 显示、打印机、记录仪等；存储设备，如磁盘、磁带等。
● 检测元件及执行机构：检测元件把非电量变成电量(传感器)，如热电偶、节流装置、 压力变送器。变送器把传感器的输出信号变成 CPU 所能接收的电压信号。执行机构 接收 CPU 输出的控制量并加以动作，以对生产参数进行控制，如阀、开关、电机等。
1.2.2 直接数字控制系统(DDC)
直接数字控制系统(DDC)，就是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，将检测结 果与设定值进行比较，再按 PID 控制规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执 行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。直接数字控制系统属于闭环控制 结构，其工作原理如图 1-4 所示。
•2•
计算机控制技术
● 操作台和实时时钟：操作台是人机对话的联系纽带。作用包括：①开关，如电源开 关，数据、地址选择开关，操作方式选择开关等；②功能键，用于向 CPU 申请中断， 以得到相应的服务，如复位键、启动键、打印键、显示键、连接工作或单步工作方 式键等；③显示用 LED 或 CRT 显示器件，显示数据，如图、表、流程图等；④数字 键，用于输入数据或修改控制系统参数。典型计算机控制系统原理框图如图 1-1 所示。