计算机控制技术

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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
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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。
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。
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（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
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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
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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。
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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%
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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。
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。
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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。
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
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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
★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）
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软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
编辑程序 编译程序 连接、装配程序
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。
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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
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★ 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
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3．监督控制系统（Supervisory Computer Control —SCC ）
SSC
生 调节 产 过 测量 程
模拟
设定值
调节器
计
算
机
(a)
工艺数据
记录 显示 打印
调节 生 产 测量 过 程
DDC 计算机
(b)
设定值
计 算 机
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1.1 计算机控制系统概述
• 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，使机器、设备或生产过程的某
个工作状态或参数自动地按照预定的规律运
行。
被控量
被控对象
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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。
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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
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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
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。
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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 (Aபைடு நூலகம்.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) 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
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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： 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
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。
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1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统