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计算机控制技术PPT 第1章
（2）“在线”方式和“离线”方式： 在计算机控制系统中， 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为 在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受 计算机控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作 相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统 必定是在线系统。
工业控制系统对数据传输的实时性要求依赖于特定的应 用。比如：
• 化工热化控制须有秒级的响应时间；
• 过程控制和监控系统需要100ms的响应时间；
• 基于可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller ）的机械控制系统需要10ms的响应时间；
• 多轴协同动态高速运动控制系统实时性要求在1ms以内
信息时代的自动化企业，包括设计、制造、生产 过程管理以及供应、采购、销售与售后服务的 数字化，可以通过集成实现客户、企业和供应 商之间的无间隙集成。企业自动化是企业生存 需要，更重要的是持续发展的需要。从宏观上 讲，中国企业的自动化建设也是我国经济持续 稳定发展的关键基石之一。
企业的全球化（Enterprise Globalisation）
“监控”是对被控过程的监视与控制，从工业自动化控 制角度一般将监控软件称为工业组态软件或组态控制 软件。
从系统层次考虑，工业自动化软件系统正利用先进的软 件技术朝着集成化、网络化、平台化、综合管理等方 向发展。
嵌入式系统的发展
嵌入式系统以应用为中心，软件硬件可剪裁，适应应用 系统对功能、可 靠性、成本、体积、功耗严格要求的
IEC 61131-3中规定的5种语言。 3）分布式系统要求设备支持统一的通信标准。 4）自动化系统所有的功能集成于开放的平台，以减少安
装空间、节省电缆，将复杂的通信连接简单化。
一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统 必定是在线系统。
工业控制系统对数据传输的实时性要求依赖于特定的应 用。比如：
• 化工热化控制须有秒级的响应时间；
• 过程控制和监控系统需要100ms的响应时间；
• 基于可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller ）的机械控制系统需要10ms的响应时间；
• 多轴协同动态高速运动控制系统实时性要求在1ms以内
信息时代的自动化企业，包括设计、制造、生产 过程管理以及供应、采购、销售与售后服务的 数字化，可以通过集成实现客户、企业和供应 商之间的无间隙集成。企业自动化是企业生存 需要，更重要的是持续发展的需要。从宏观上 讲，中国企业的自动化建设也是我国经济持续 稳定发展的关键基石之一。
企业的全球化（Enterprise Globalisation）
“监控”是对被控过程的监视与控制，从工业自动化控 制角度一般将监控软件称为工业组态软件或组态控制 软件。
从系统层次考虑，工业自动化软件系统正利用先进的软 件技术朝着集成化、网络化、平台化、综合管理等方 向发展。
嵌入式系统的发展
嵌入式系统以应用为中心，软件硬件可剪裁，适应应用 系统对功能、可 靠性、成本、体积、功耗严格要求的
IEC 61131-3中规定的5种语言。 3）分布式系统要求设备支持统一的通信标准。 4）自动化系统所有的功能集成于开放的平台，以减少安
装空间、节省电缆，将复杂的通信连接简单化。
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》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
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控制算法
线性控制算法
线性控制算法是指对线性系统进行控制的算法，如PID控制算 法等。线性控制算法具有简单、稳定、易于实现等优点，但 只能对线性系统进行控制。
非线性控制算法
非线性控制算法是指对非线性系统进行控制的算法，如模糊 控制算法、神经网络控制算法等。非线性控制算法能够处理 非线性系统的复杂性和不确定性，但实现难度较大。
网络化与远程控制技术的发展
总结词
随着互联网和通信技术的进步，网络化与远程控制技术为计算机控制带来了新的发展机遇和挑战，使 得控制系统的范围和灵活性得到了极大的扩展。
详细描述
通过网络化技术，计算机控制系统可以实现远程监控和控制，使得管理人员可以在任何时间、任何地 点对设备进行管理和调度。同时，通过网络传输数据，可以实现大量数据的快速处理和实时反馈，提 高了控制系统的响应速度和准确性。
输入设备
将外部信号转换成计算 机可以识别的信息，如 传感器、键盘、鼠标等
。
输出设备
将计算机处理后的信息 转换成外部信号，如显 示器、打印机、音响等
。
存储器
用于存储程序和数据， 分为内存和外存。
软件组成
系统软件
操作系统、编译器、数据 库管理系统等，用于管理 和控制计算机硬件和软件 资源。
应用软件
针对特定领域或特定任务 开发的软件，如办公软件 、图像处理软件等。
05
计算机控制技术的发展趋势与挑 战
人工智能与机器学习在计算机控制中的应用
总结词
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，它们在计算机控制领域的应用越来越广泛，为控制系统带来了更高的 智能化水平和自适应性。
详细描述
人工智能和机器学习技术可以帮助计算机控制系统进行数据分析和模式识别，实现更加精准和智能的控制。通过 训练和学习，系统能够根据历史数据和实时反馈，自主调整控制参数和策略，以适应不同的环境和工况变化。
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7
一个现场控制站中的系统结构如图6-2所示,包含一个或 多个基本控制单元,基本控制单元是由一个完成控制或数据处 理任务的处理器模件以及与其相连的若干个输入／输出模件所 构成的(有点类似于IPC).
基本控制单元之间,通过控制网络Cnet连接在一起,Cnet 网络上的上传信息通过通信模件,送到监控网络Snet,同理Snet 的下传信息,也通过通信模件和Cnet传到各个基本控制单元.在 每一个基本控制单元中,处理器模件与I/O模件之间的信息交换 由内部总线完成.
内部总线可能是并行总线,也可能是串行总线.近年来, 多采用串行总线.
8
图6-2 现场控制站的系统结构
9
(2)现场控制站的软件功能 现场控制站的主要功能有6种,即数据采集功能、DDC控
制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数 据通信功能.
数据采集功能:对过程参数,主要是各类传感变送器的模 拟信号进行数据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线 显示、事故报警等.
6.2 DCS功能特点 6.2.1 DCS的软件 6.2.2 DCS的特点
6.3 DCS产品简介 6.3.1 TDC-3000 6.3.2 I/AS 6.3.3 SUPCON JX－300
6.4 FCS体系结构 6.5 FCS功能特点
6.5.1 FCS的特点 6.5.2 FCS的组态 6.6 FCS产品简介 6.6.1 CAN 6.6.2 LonWorks 6.6.3 PROFIBUS 6.6.4 WorldFIP 6.6.5 HART 6.6.6 FF
DDC控制功能:包括接受现场的测量信号,进而求出设定 值与测量值的偏差,并对偏差进行PID控制运算,最后求出新 的控制量,并将此控制量转换成相应的电流送至执行器驱动 被控对象.
一个现场控制站中的系统结构如图6-2所示,包含一个或 多个基本控制单元,基本控制单元是由一个完成控制或数据处 理任务的处理器模件以及与其相连的若干个输入／输出模件所 构成的(有点类似于IPC).
基本控制单元之间,通过控制网络Cnet连接在一起,Cnet 网络上的上传信息通过通信模件,送到监控网络Snet,同理Snet 的下传信息,也通过通信模件和Cnet传到各个基本控制单元.在 每一个基本控制单元中,处理器模件与I/O模件之间的信息交换 由内部总线完成.
内部总线可能是并行总线,也可能是串行总线.近年来, 多采用串行总线.
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图6-2 现场控制站的系统结构
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(2)现场控制站的软件功能 现场控制站的主要功能有6种,即数据采集功能、DDC控
制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表功能、数 据通信功能.
数据采集功能:对过程参数,主要是各类传感变送器的模 拟信号进行数据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线 显示、事故报警等.
6.2 DCS功能特点 6.2.1 DCS的软件 6.2.2 DCS的特点
6.3 DCS产品简介 6.3.1 TDC-3000 6.3.2 I/AS 6.3.3 SUPCON JX－300
6.4 FCS体系结构 6.5 FCS功能特点
6.5.1 FCS的特点 6.5.2 FCS的组态 6.6 FCS产品简介 6.6.1 CAN 6.6.2 LonWorks 6.6.3 PROFIBUS 6.6.4 WorldFIP 6.6.5 HART 6.6.6 FF
DDC控制功能:包括接受现场的测量信号,进而求出设定 值与测量值的偏差,并对偏差进行PID控制运算,最后求出新 的控制量,并将此控制量转换成相应的电流送至执行器驱动 被控对象.
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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
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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
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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。
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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
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ຫໍສະໝຸດ 用领域和发展趋势1 工业控制
2 智能家居
3 医疗健康
制造业、石油化工、能源、 交通运输等领域的控制系 统。
智能家居控制、安防、环 境监测与控制，提高生活 质量和便利性。
医疗设备控制、健康监测 与诊断，患者照护与康复 辅助。
计算机控制技术课件
计算机控制技术是掌握现代控制技术的重要组成部分，本课件将为您详细介 绍计算机控制技术的相关知识。
计算机控制技术概述
电子元件与电路
芯片、半导体器件、三极管， 不同电路的特性和应用。
机器人控制系统
机械臂、传感器、运动控制与 规划，机器人控制技术的发展 现状与前景。
智能家居控制
物联网、传感器、智能家居控 制系统与应用案例。
无人机飞行控制
飞行器航迹规划、控制与稳定 性分析，无人机应用与发展。
控制系统基础知识
系统模型建立
控制系统模型、状态方程、转移函数，常见控制系统建模方法。
采样与控制
采样、量化与编码，基于采样的数字控制系统及其设计。
控制系统分析
控制系统性能度量与分析，灵敏度和稳定性分析，校正方法与控制器设计。
常见的控制算法
PID控制器
比例、积分、微分控制算法，控 制精度与稳定性的关系。
Kalman滤波
状态估计算法，基于最小均方误 差（MMSE）的实时信号处理。
模糊控制
基于模糊数学的控制方法，可以 处理非线性、复杂系统。
计算机控制系统设计
设计思路
基于不同控制系统的特点，如何设计计算机控制系统。
接口设计
不同传感器与执行器的接口设计，数据采集与控制指令发送。
软硬件设计
控制器的硬件、程序设计，开发环境与调试工具的选择与使用。
2 智能家居
3 医疗健康
制造业、石油化工、能源、 交通运输等领域的控制系 统。
智能家居控制、安防、环 境监测与控制，提高生活 质量和便利性。
医疗设备控制、健康监测 与诊断，患者照护与康复 辅助。
计算机控制技术课件
计算机控制技术是掌握现代控制技术的重要组成部分，本课件将为您详细介 绍计算机控制技术的相关知识。
计算机控制技术概述
电子元件与电路
芯片、半导体器件、三极管， 不同电路的特性和应用。
机器人控制系统
机械臂、传感器、运动控制与 规划，机器人控制技术的发展 现状与前景。
智能家居控制
物联网、传感器、智能家居控 制系统与应用案例。
无人机飞行控制
飞行器航迹规划、控制与稳定 性分析，无人机应用与发展。
控制系统基础知识
系统模型建立
控制系统模型、状态方程、转移函数，常见控制系统建模方法。
采样与控制
采样、量化与编码，基于采样的数字控制系统及其设计。
控制系统分析
控制系统性能度量与分析，灵敏度和稳定性分析，校正方法与控制器设计。
常见的控制算法
PID控制器
比例、积分、微分控制算法，控 制精度与稳定性的关系。
Kalman滤波
状态估计算法，基于最小均方误 差（MMSE）的实时信号处理。
模糊控制
基于模糊数学的控制方法，可以 处理非线性、复杂系统。
计算机控制系统设计
设计思路
基于不同控制系统的特点，如何设计计算机控制系统。
接口设计
不同传感器与执行器的接口设计，数据采集与控制指令发送。
软硬件设计
控制器的硬件、程序设计，开发环境与调试工具的选择与使用。
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开环数字控制结构图
2. 闭环数字控制
执行机构多采用直流电机（小惯量伺服电机和宽调 速力矩电机）作为驱动元件，反馈测量元件采用光电 编码器（码盘）、光栅、感应同步器等，该控制方式 主要用于大型精密加工机床，但其结构复杂，难于调 整和维护，一些常规的数控系统很少采用。
3.1.5 数控系统的分类
1. 传统数控系统：零件程序的输入、运算、插 补及控制功能均由专用的封闭体系结构完成， 功能简单、柔性通用性差、设计研发周期长。
没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进 电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的 旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀 具是否到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检 查的，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电 机和传动装置来决定。
开环数字控制结构简单、可靠性高、成本低等特点，应 用广泛。由于采用了步进电机作为驱动元件，使得系统 的可控性变得更加灵活，更易于实现各种插补运算和运 动轨迹控制。本章主要是讨论开环数字程序控制技术。
所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条 近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的 折线近似于一条直线，并不是真正的直线。
所谓二次曲线插补是
指在给定的两个基点之间
y
用一条近似曲线来逼近，
也就是实际的中间点连线
(xe，ye) 是一条近似于曲线的折线
弧。常用的二次曲线有圆
弧、抛物线和双曲线等。
2. 开放式数控系统
（1）PC嵌入NC 结构式数控系统：基于传统 数控系统的半开放式数控系统。在传统的非 开放式NC上插入一块专门开发的个人计算 机模板。具有原数控系统工作可靠特点，提 高人机界面功能、使用更加方便。
（2）NC嵌入PC 结构式数控系统：以PC作 为系统核心，由PC和开放式运动控制卡构成。 开放式运动控制卡是一个可以单独使用的数
2. 闭环数字控制
执行机构多采用直流电机（小惯量伺服电机和宽调 速力矩电机）作为驱动元件，反馈测量元件采用光电 编码器（码盘）、光栅、感应同步器等，该控制方式 主要用于大型精密加工机床，但其结构复杂，难于调 整和维护，一些常规的数控系统很少采用。
3.1.5 数控系统的分类
1. 传统数控系统：零件程序的输入、运算、插 补及控制功能均由专用的封闭体系结构完成， 功能简单、柔性通用性差、设计研发周期长。
没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进 电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的 旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀 具是否到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检 查的，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电 机和传动装置来决定。
开环数字控制结构简单、可靠性高、成本低等特点，应 用广泛。由于采用了步进电机作为驱动元件，使得系统 的可控性变得更加灵活，更易于实现各种插补运算和运 动轨迹控制。本章主要是讨论开环数字程序控制技术。
所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条 近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的 折线近似于一条直线，并不是真正的直线。
所谓二次曲线插补是
指在给定的两个基点之间
y
用一条近似曲线来逼近，
也就是实际的中间点连线
(xe，ye) 是一条近似于曲线的折线
弧。常用的二次曲线有圆
弧、抛物线和双曲线等。
2. 开放式数控系统
（1）PC嵌入NC 结构式数控系统：基于传统 数控系统的半开放式数控系统。在传统的非 开放式NC上插入一块专门开发的个人计算 机模板。具有原数控系统工作可靠特点，提 高人机界面功能、使用更加方便。
（2）NC嵌入PC 结构式数控系统：以PC作 为系统核心，由PC和开放式运动控制卡构成。 开放式运动控制卡是一个可以单独使用的数
计算机控制技术课件第1讲绪论
3
可靠性
数字控制系统具有较高的可靠性和稳定性。
监督计算机控制系统
监督功能
对被控对象和控制器进行监督，确保系统正常运 行。
故障诊断
能够检测和诊断系统故障，提高系统可维护性。
优化控制
根据系统性能指标进行优化控制，提高系统性能。
分级计算机控制系统
分级结构
采用多级计算机控制，实现不同级别的控制功能。
分布式控制
软硬件协同设计方法的应用，提 高了控制系统的整体性能和效率。
面临的挑战与机遇
安全性挑战
实时性挑战
随着计算机控制技术的广泛应用，安全性 问题日益突出，如何保障控制系统的安全 性成为重要挑战。
对于许多应用场景，控制系统的实时性至 关重要，如何提高控制系统的实时性能是 另一重要挑战。
人才短缺挑战
创新发展机遇
控制算法的种类
计算机控制系统中常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控 制算法、神经网络控制算法等，每种算法都有其适用的场景 和优缺点。
控制算法的实现步骤
实现控制算法需要首先确定被控对象的数学模型，然后选择 合适的控制算法并确定算法参数，最后编写控制程序并加载 到控制器中执行。在实现过程中需要注意算法的实时性、稳 定性和精度等方面的要求。
02
随着数字计算机的出现，控制技术开始应用于工业领域，如过
程控制和运动控制等。
计算机控制技术的飞速发展
03
随着微处理器、传感器和执行器等技术的飞速发展，计算机控
制技术不断取得新的突破，应用领域也不断扩展。
计算机控制技术的定义与特点
定义
计算机控制技术是一种利用计算机对 生产过程或运动过程进行自动检测、 数据处理和自动控制的技术。
计算机控制技术顺序控制与数字控制教学PPT
(1) 输入接口：实现输入信号的电平转换。
(2) 控制器：接受控制输入信号，按一定的控制算法运算 后，输出控制信号到执行机构，控制器具有记忆功能，能实现 所需的控制运算功能。
(3) 输出接口：实现输出信号的功率转换。
(4) 检测机构：检测被控对象的状态信息。
(5) 显示报警装置：显示系统的输入、输出状态，报警等 信息，便于了解过程运行状态和对过程的操作、调试、事故处 理等。
第三章 顺序控制与数字控制 表3-1 输入输出信号安排
启动按钮 原位开关 行程开关 行程开关
A 输入信号
X0
X1
X2
P1.1
P1.2
P1.3
P1.0
ห้องสมุดไป่ตู้
输出信号
快进DT1 P3.0
工进DT2 P3.1
快退DT3 P3.2
第三章 顺序控制与数字控制
单片机AT89C51的P1口设置为输入，P3口设置为输出。表31中所标现场输入信号A、x0、x1、x2是经过输入电路处理后送来 的电位信号。当开关受压时， 送来“1”信号，不受压时，送来 “0”信号。计算机送出的控制信号使DT1、DT2或DT3吸合或释放， 完成相应执行机构的控制动作(实际上应经过驱动电路)。
第三章 顺序控制与数字控制
…… STAGE1:
CJNE
MOV A,P1 ANL A,＃03H A，＃03H STAGE1
STAGE2: MOV P3,＃01H STAGE20: MOV A,P1
ANL A,＃04H CJNE A，＃04H STAGE20 STAGE3: MOV P3,＃02H STAGE30: MOV A,P1
第三章 顺序控制与数字控制
3. 家电产品
在家电产品中，顺序控制系统也有较广泛的应用。 洗衣 机的顺序控制、冰箱的温度控制、空调系统等顺序逻辑控制系 统是较常见的应用例子。家用电器的一些模糊控制系统、 自 动烹调系统等也得到应用。总之，在家电领域，顺序控制系统 还刚开始进入应用， 有很大的发展前途。
(2) 控制器：接受控制输入信号，按一定的控制算法运算 后，输出控制信号到执行机构，控制器具有记忆功能，能实现 所需的控制运算功能。
(3) 输出接口：实现输出信号的功率转换。
(4) 检测机构：检测被控对象的状态信息。
(5) 显示报警装置：显示系统的输入、输出状态，报警等 信息，便于了解过程运行状态和对过程的操作、调试、事故处 理等。
第三章 顺序控制与数字控制 表3-1 输入输出信号安排
启动按钮 原位开关 行程开关 行程开关
A 输入信号
X0
X1
X2
P1.1
P1.2
P1.3
P1.0
ห้องสมุดไป่ตู้
输出信号
快进DT1 P3.0
工进DT2 P3.1
快退DT3 P3.2
第三章 顺序控制与数字控制
单片机AT89C51的P1口设置为输入，P3口设置为输出。表31中所标现场输入信号A、x0、x1、x2是经过输入电路处理后送来 的电位信号。当开关受压时， 送来“1”信号，不受压时，送来 “0”信号。计算机送出的控制信号使DT1、DT2或DT3吸合或释放， 完成相应执行机构的控制动作(实际上应经过驱动电路)。
第三章 顺序控制与数字控制
…… STAGE1:
CJNE
MOV A,P1 ANL A,＃03H A，＃03H STAGE1
STAGE2: MOV P3,＃01H STAGE20: MOV A,P1
ANL A,＃04H CJNE A，＃04H STAGE20 STAGE3: MOV P3,＃02H STAGE30: MOV A,P1
第三章 顺序控制与数字控制
3. 家电产品
在家电产品中，顺序控制系统也有较广泛的应用。 洗衣 机的顺序控制、冰箱的温度控制、空调系统等顺序逻辑控制系 统是较常见的应用例子。家用电器的一些模糊控制系统、 自 动烹调系统等也得到应用。总之，在家电领域，顺序控制系统 还刚开始进入应用， 有很大的发展前途。
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成。而且这个时间范围的大小跟被控对象联系非常的紧密！ ★ 实时控制系统必定是在线系统。
1.1.2. 计算机控制系统的组成
硬件部分：主机、接口电路、过程输入/输出通道、外 部设备、 操作台
★ 主机
中央处理器（CPU）
内存储器(RAM和ROM)
★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
1.1.3. 常用的计算机控制系统主机
1)可编程控制器 2)工控机 3)嵌入式系统
(1) 嵌入式微处理器 ARM (2) 嵌入式微控制器 单片机 (3) 嵌入式DSP处理器 (4) 嵌入式片上系统 SoC
4)智能调节器
1.1.4. 计算机控制系统的特点
计算机控制系统同连续控制系统相比，具有以下特点：
实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
（2）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。 （3）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
优点：结构简单，控制灵活和安全。 缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）
CRT
输入通道
计
(AI.DI）
生
打印机
算
产
机
过
报警
程
操作台
输出通道 (AO.DO)
★ 要求：实时性好、可靠性高和适应性强 ★ 一台计算机通常要控制几个或几十个回路
1）连续控制系统中，各处信号是模拟信号；计算机控制系统 是含有模拟信号和数字信号的混合系统。
2）连续控制系统中，控制规律由模拟电路实现。计算机控制 系统中，控制规律由计算机通过程序实现，具有很大的灵活 性和适应性。
3）计算机控制系统具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功 能，能实现复杂控制规律。
4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行 的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制 系统不是连续控制的，而是离散控制的。
课程安排
• 理论教学26学时 • 实验单独设课，6学时，共3个实验
考核办法
平时成绩：20% 期末考试成绩：80%
参考书目
1. 《计算机控制系统 》，李元春等编著，高等教育出版社 2. 《计算机控制技术 》，姜学军编著，清华大学出版社 3.《微型计算机控制技术 》，潘新民等编著，电子工业出版社 4.《计算机控制技术》，冯培悌编著，浙江大学出版社 5. 期刊－－工业控制机（技术性比较强）、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。
第1章 绪论
内容提要
• 计算机控制系统概述 • 计算机控制系统的典型形式 • 工业控制机的组成结构及特点 • 计算机控制系统的发展概况及趋势
本章要求、重难点
• 基本要求：了解计算机控制系统及其基本组成。 • 教学重点：计算机控制系统的典型形式。 • 教学难点：计算机控制系统的工作原理。
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 计算机控制系统及其组成
1. 计算机控制系统 （1）计算机控制系统的工作原理
给定量 + -
e 控制器 u
D/A
A/D
执行机构
被控对象
测量变送
被控量
y
工控机
被控对象
工作原理
实时数据采集： 对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行检测和输入。
实时控制决策： 对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决 定将要采取的控制行为。
5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。 计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。
6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散 控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管 理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。
1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
3．监督控制系统（Supervisory Computer Control —SCC ）
开课目的和任务
工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正 是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。
它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工 业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。
目的在于使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制 系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
编辑程序 编译程序 连接、装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
控制程序
数据可靠性检查程序
数据采集及处理程序
A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
数据采集程序
巡回检测程序
越限报警程序 事故预告程序
画面显示程序
数据管理程序
★过程输入/输出通道
★外部设备
输入设备
输出设备
外存储器
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
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器
键盘（功能键和数字键）
软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
课程总目录
• 绪论 • 输入输出接口与过程通道 • 数字控制技术 • 计算机控制系统数学基础 • 常规及复杂控制技术 • 现代控制技术 • 应用程序设计与实现技术
课程总目标
学完本课程后，你应具有以下能力： • 熟悉计算机控制系统的组成原则 • 了解计算机控制系统结构 • 掌握计算机控制系统设计的方法 • 把握计算机控制系统的发展方向 • 灵活应用计算机控制技术解决一些实际应用问题
• 自动控制 控制器
在没有人直接参与的情况下，利用外加的
设备或装置定的规律运
行。
被控量
被控对象
自动控制系统的结构
给定量 + -
控制器
执行机构
检测装置
被控对象
被控量
自动控制系统的基本功能是进行信号的传递、加工、比 较和控制。这些功能是由检测装置、控制器和执行机构来完 成的。其中控制器是控制系统的关键部分，它决定了控制系 统的控制性能和应用范围。
1.1.2. 计算机控制系统的组成
硬件部分：主机、接口电路、过程输入/输出通道、外 部设备、 操作台
★ 主机
中央处理器（CPU）
内存储器(RAM和ROM)
★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
1.1.3. 常用的计算机控制系统主机
1)可编程控制器 2)工控机 3)嵌入式系统
(1) 嵌入式微处理器 ARM (2) 嵌入式微控制器 单片机 (3) 嵌入式DSP处理器 (4) 嵌入式片上系统 SoC
4)智能调节器
1.1.4. 计算机控制系统的特点
计算机控制系统同连续控制系统相比，具有以下特点：
实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
（2）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。 （3）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
优点：结构简单，控制灵活和安全。 缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）
CRT
输入通道
计
(AI.DI）
生
打印机
算
产
机
过
报警
程
操作台
输出通道 (AO.DO)
★ 要求：实时性好、可靠性高和适应性强 ★ 一台计算机通常要控制几个或几十个回路
1）连续控制系统中，各处信号是模拟信号；计算机控制系统 是含有模拟信号和数字信号的混合系统。
2）连续控制系统中，控制规律由模拟电路实现。计算机控制 系统中，控制规律由计算机通过程序实现，具有很大的灵活 性和适应性。
3）计算机控制系统具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功 能，能实现复杂控制规律。
4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行 的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制 系统不是连续控制的，而是离散控制的。
课程安排
• 理论教学26学时 • 实验单独设课，6学时，共3个实验
考核办法
平时成绩：20% 期末考试成绩：80%
参考书目
1. 《计算机控制系统 》，李元春等编著，高等教育出版社 2. 《计算机控制技术 》，姜学军编著，清华大学出版社 3.《微型计算机控制技术 》，潘新民等编著，电子工业出版社 4.《计算机控制技术》，冯培悌编著，浙江大学出版社 5. 期刊－－工业控制机（技术性比较强）、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。
第1章 绪论
内容提要
• 计算机控制系统概述 • 计算机控制系统的典型形式 • 工业控制机的组成结构及特点 • 计算机控制系统的发展概况及趋势
本章要求、重难点
• 基本要求：了解计算机控制系统及其基本组成。 • 教学重点：计算机控制系统的典型形式。 • 教学难点：计算机控制系统的工作原理。
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 计算机控制系统及其组成
1. 计算机控制系统 （1）计算机控制系统的工作原理
给定量 + -
e 控制器 u
D/A
A/D
执行机构
被控对象
测量变送
被控量
y
工控机
被控对象
工作原理
实时数据采集： 对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行检测和输入。
实时控制决策： 对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决 定将要采取的控制行为。
5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。 计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。
6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散 控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管 理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。
1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
3．监督控制系统（Supervisory Computer Control —SCC ）
开课目的和任务
工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正 是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。
它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工 业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。
目的在于使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制 系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
编辑程序 编译程序 连接、装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
控制程序
数据可靠性检查程序
数据采集及处理程序
A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
数据采集程序
巡回检测程序
越限报警程序 事故预告程序
画面显示程序
数据管理程序
★过程输入/输出通道
★外部设备
输入设备
输出设备
外存储器
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
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器
键盘（功能键和数字键）
软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
课程总目录
• 绪论 • 输入输出接口与过程通道 • 数字控制技术 • 计算机控制系统数学基础 • 常规及复杂控制技术 • 现代控制技术 • 应用程序设计与实现技术
课程总目标
学完本课程后，你应具有以下能力： • 熟悉计算机控制系统的组成原则 • 了解计算机控制系统结构 • 掌握计算机控制系统设计的方法 • 把握计算机控制系统的发展方向 • 灵活应用计算机控制技术解决一些实际应用问题
• 自动控制 控制器
在没有人直接参与的情况下，利用外加的
设备或装置定的规律运
行。
被控量
被控对象
自动控制系统的结构
给定量 + -
控制器
执行机构
检测装置
被控对象
被控量
自动控制系统的基本功能是进行信号的传递、加工、比 较和控制。这些功能是由检测装置、控制器和执行机构来完 成的。其中控制器是控制系统的关键部分，它决定了控制系 统的控制性能和应用范围。