计算机控制系统PPT课件
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计算机控制系统的控制过程为数据采集及处理和实 时控制。
图1.1 连续控制系统的典型结构 图1.2 计算机控制系统基本框图
3
2.计算机控制系统的组成
图1.3 计算机控制系统的组成框图
4
3.计算机控制系统的特点
✓ 模拟、数字混合系统 ✓ 便于修改控制规律 ✓ 可实现复杂的控制规律 ✓ 离散控制 ✓ 可分时控制多个回路 ✓ 便于实现控制与管理一体化
22
嵌入式系统
嵌入式系统（Embedded System）以计算机 技术为基础，是计算机技术、通信技术、半导 体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术， 甚至传感器等先进技术和Internet网络技术与具 体应用对象相结合的产物。嵌入式系统嵌入的 Baidu Nhomakorabea质是将一个微型计算机嵌入到一个具体应用 对象体系中去。
图1.5 直接数字控制系统
8
监督计算机控制系统
监督计算机控制（SCC）系统结构如图1.6所示。在SCC 系统中，由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最 佳控制输出送给模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调 节器或者DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程始终处 于最佳工作状态。
图1.6 监督计算机控制系统
在连续控制系统框图1.1中，给定值与反馈值经过比 较器比较产生偏差，控制器对偏差进行控制运算，产生 控制信号驱动执行机构。系统内信号通常是模拟信号。
将连续控制系统中的比较器和控制器的功能用计算 机来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统（见图 1.2）。计算机控制系统通常是模拟信号和数字信号的混 合系统。因此，在系统内部，需要进行模拟信号和数字 信号之间的相互转换（A/D 和D/A 转换）。
13
1.4 计算机控制系统应用实例
卫星模型 直流伺服电机模型 工业机器人模型
14
卫星模型
卫星模型常应用于卫星姿态控制系统中。卫星常要求 进行姿态控制，以使它的天线和传感器相对于地球具有适 当的方位。为此，需要利用推进器对三个轴进行姿态控制， 分别控制卫星的偏离角、倾斜角和转动角。
图1.9 卫星结构图
离散系统理论 采样系统理论
11
离散系统理论
✓ 差分方程及z变换理论 ✓ 常规设计方法 ✓ 极点配置设计法 ✓ 最优设计方法 ✓ 系统辨识及自适应控制
12
采样系统理论
采样系统理论除了包括离散系统的理论外， 还包括以下一些内容：
✓ 采样理论 ✓ 连续模型及性能指标的离散化 ✓ 采样控制系统的仿真 ✓ 采样周期的选择 ✓ 数字信号整量化效应的研究，如量化误差、 非线性特性的影响等
9
分级计算机控制系统
装置控制级（DDC级） 车间监督级（SCC级）
工厂集中控制级 企业管理级
图1.7分级计算机控制系统
10
1.3 计算机控制理论
对计算机控制系统的分析和设计，不只是 简单地推广连续系统的理论，同时也需要一些 专门理论来对它进行研究。计算机控制系统理 论主要包括离散系统理论、采样系统理论及数 字系统理论。
图1.4 操作指导系统结构图 7
直接数字控制系统
直接数字控制（DDC）系统是计算机用于工业 过程控制最普遍的一种方式。计算机通过检测元件 对一个或多个系统参数进行巡回检测，并经过输入 通道送入计算机。计算机根据规定的控制规律进行 运算，然后发出控制信号直接去控制执行机构，使 系统的被控参数达到预定值。
第一章 绪 论
1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的类型 1.3 计算机控制理论 1.4 计算机控制系统应用实例 1.5 计算机控制系统的发展
1
1.1 计算机控制系统概述
1.计算机控制系统的一般概念 2.计算机控制系统的组成 3.计算机控制系统的特点
2
1.计算机控制系统的一般概念
图1.12 机械臂关节结构示意图
图1.13 机械臂关节模型
18
1.5 计算机控制系统的发展
计算机控制系统的发展过程 计算机控制系统的发展趋势
19
计算机控制系统的发展过程
✓ 1946年，世界上第一台电子计算机 ✓ 20世纪50年代末，计算机控制系统投入实际 应用 ✓ 20世纪60年代末，小型计算机 ✓ 1972年，微型计算机，以单片机为代表 ✓ 分级计算机控制、集散控制系统、集成制造 系统（CIMS） ✓ 基于网络的控制技术（简称网络控制）
图1.10 直流伺服电机结构图
16
工业机器人模型
工业机器人被广泛应用于工业过程控制，成为制造 业生产自动化中非常重要的机电一体化设备。
图1.11工业机器人结构示意图
17
工业机器人模型
工业机器人可以理解为：拟人手臂、手腕和手功能 的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿的 时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。
15
直流伺服电机模型
直流伺服电机最常用的控制方式是电枢控制，即励磁绕 组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定 时，电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减 小电枢控制电压，电动机的转速就降低；改变控制电压的极 性，电机就反转；控制电压为零，电机就停转，故可实现对 被控对象的机械运动的快速控制。
5
1.2 计算机控制系统的类型
根据计算机在控制系统中的控制功能和控 制目的，可将计算机控制系统分为以下几种类 型。
操作指导控制系统 直接数字控制系统 监督计算机控制系统 分级计算机控制系统
6
操作指导控制系统
所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制 被控对象，只是每隔一定时间，计算机进行一次数据 采集，将系统的一些参数经A/D转换后送入计算机进行 计算及处理，然后进行报警、打印和显示。操作人员 根据这些结果去改变调节器的给定值或直接操作执行 机构。
20
计算机控制系统的发展趋势
可编程控制器 嵌入式系统 集散控制系统 现场总线控制系统 计算机集成制造系统 网络控制系统
21
可编程控制器
在制造业的自动化生产线上，各道工序都 是按规定的时间和条件顺序执行的，对这种自 动化生产线进行控制的装置称为顺序控制器。 随着大规模集成电路和微处理器在顺序控制器 中的应用，顺序控制器开始采用类似微型计算 机的通用结构，把程序存储在存储器中，用软 件实现开关量的逻辑运算、延时等过去用继电 器完成的功能，形成了可编程逻辑控制器PLC。
图1.1 连续控制系统的典型结构 图1.2 计算机控制系统基本框图
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2.计算机控制系统的组成
图1.3 计算机控制系统的组成框图
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3.计算机控制系统的特点
✓ 模拟、数字混合系统 ✓ 便于修改控制规律 ✓ 可实现复杂的控制规律 ✓ 离散控制 ✓ 可分时控制多个回路 ✓ 便于实现控制与管理一体化
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嵌入式系统
嵌入式系统（Embedded System）以计算机 技术为基础，是计算机技术、通信技术、半导 体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术， 甚至传感器等先进技术和Internet网络技术与具 体应用对象相结合的产物。嵌入式系统嵌入的 Baidu Nhomakorabea质是将一个微型计算机嵌入到一个具体应用 对象体系中去。
图1.5 直接数字控制系统
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监督计算机控制系统
监督计算机控制（SCC）系统结构如图1.6所示。在SCC 系统中，由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最 佳控制输出送给模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调 节器或者DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程始终处 于最佳工作状态。
图1.6 监督计算机控制系统
在连续控制系统框图1.1中，给定值与反馈值经过比 较器比较产生偏差，控制器对偏差进行控制运算，产生 控制信号驱动执行机构。系统内信号通常是模拟信号。
将连续控制系统中的比较器和控制器的功能用计算 机来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统（见图 1.2）。计算机控制系统通常是模拟信号和数字信号的混 合系统。因此，在系统内部，需要进行模拟信号和数字 信号之间的相互转换（A/D 和D/A 转换）。
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1.4 计算机控制系统应用实例
卫星模型 直流伺服电机模型 工业机器人模型
14
卫星模型
卫星模型常应用于卫星姿态控制系统中。卫星常要求 进行姿态控制，以使它的天线和传感器相对于地球具有适 当的方位。为此，需要利用推进器对三个轴进行姿态控制， 分别控制卫星的偏离角、倾斜角和转动角。
图1.9 卫星结构图
离散系统理论 采样系统理论
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离散系统理论
✓ 差分方程及z变换理论 ✓ 常规设计方法 ✓ 极点配置设计法 ✓ 最优设计方法 ✓ 系统辨识及自适应控制
12
采样系统理论
采样系统理论除了包括离散系统的理论外， 还包括以下一些内容：
✓ 采样理论 ✓ 连续模型及性能指标的离散化 ✓ 采样控制系统的仿真 ✓ 采样周期的选择 ✓ 数字信号整量化效应的研究，如量化误差、 非线性特性的影响等
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分级计算机控制系统
装置控制级（DDC级） 车间监督级（SCC级）
工厂集中控制级 企业管理级
图1.7分级计算机控制系统
10
1.3 计算机控制理论
对计算机控制系统的分析和设计，不只是 简单地推广连续系统的理论，同时也需要一些 专门理论来对它进行研究。计算机控制系统理 论主要包括离散系统理论、采样系统理论及数 字系统理论。
图1.4 操作指导系统结构图 7
直接数字控制系统
直接数字控制（DDC）系统是计算机用于工业 过程控制最普遍的一种方式。计算机通过检测元件 对一个或多个系统参数进行巡回检测，并经过输入 通道送入计算机。计算机根据规定的控制规律进行 运算，然后发出控制信号直接去控制执行机构，使 系统的被控参数达到预定值。
第一章 绪 论
1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的类型 1.3 计算机控制理论 1.4 计算机控制系统应用实例 1.5 计算机控制系统的发展
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1.1 计算机控制系统概述
1.计算机控制系统的一般概念 2.计算机控制系统的组成 3.计算机控制系统的特点
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1.计算机控制系统的一般概念
图1.12 机械臂关节结构示意图
图1.13 机械臂关节模型
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1.5 计算机控制系统的发展
计算机控制系统的发展过程 计算机控制系统的发展趋势
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计算机控制系统的发展过程
✓ 1946年，世界上第一台电子计算机 ✓ 20世纪50年代末，计算机控制系统投入实际 应用 ✓ 20世纪60年代末，小型计算机 ✓ 1972年，微型计算机，以单片机为代表 ✓ 分级计算机控制、集散控制系统、集成制造 系统（CIMS） ✓ 基于网络的控制技术（简称网络控制）
图1.10 直流伺服电机结构图
16
工业机器人模型
工业机器人被广泛应用于工业过程控制，成为制造 业生产自动化中非常重要的机电一体化设备。
图1.11工业机器人结构示意图
17
工业机器人模型
工业机器人可以理解为：拟人手臂、手腕和手功能 的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿的 时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。
15
直流伺服电机模型
直流伺服电机最常用的控制方式是电枢控制，即励磁绕 组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定 时，电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减 小电枢控制电压，电动机的转速就降低；改变控制电压的极 性，电机就反转；控制电压为零，电机就停转，故可实现对 被控对象的机械运动的快速控制。
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1.2 计算机控制系统的类型
根据计算机在控制系统中的控制功能和控 制目的，可将计算机控制系统分为以下几种类 型。
操作指导控制系统 直接数字控制系统 监督计算机控制系统 分级计算机控制系统
6
操作指导控制系统
所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制 被控对象，只是每隔一定时间，计算机进行一次数据 采集，将系统的一些参数经A/D转换后送入计算机进行 计算及处理，然后进行报警、打印和显示。操作人员 根据这些结果去改变调节器的给定值或直接操作执行 机构。
20
计算机控制系统的发展趋势
可编程控制器 嵌入式系统 集散控制系统 现场总线控制系统 计算机集成制造系统 网络控制系统
21
可编程控制器
在制造业的自动化生产线上，各道工序都 是按规定的时间和条件顺序执行的，对这种自 动化生产线进行控制的装置称为顺序控制器。 随着大规模集成电路和微处理器在顺序控制器 中的应用，顺序控制器开始采用类似微型计算 机的通用结构，把程序存储在存储器中，用软 件实现开关量的逻辑运算、延时等过去用继电 器完成的功能，形成了可编程逻辑控制器PLC。