计算机控制系统ppt课件.ppt

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1、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1.计算机控制系统的一般概念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（如图1.2）。计算机控制系统通常是模

2、拟信号和数字信号的混杂系统。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）。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2.计算机控制系统的组成硬件计算机过程输入、输出通道外部设备操作台软件系统软件应用软件图1.3计算机控制系统的组成框图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

3、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。图1.4操作指导系统结构图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

4、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的要求。图1.5直接数字控制系统监督计算机控制系统监督计算机控制（SCC）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分级计算机控制系统装置控制级（DDC级）工厂集中控制级车间监督级（SCC级）企业管理级图1.7分级计算机控制系

5、统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。离散系统理论采样系统理论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辩识及自适应控制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1.4计算机控制系统应用实例卫星模

6、型直流伺服电机模型工业机器人模型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

7、运动的快速控制。图1.10直流伺服电机结构图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。图1.12机械臂关节结构示意图图1.13机械臂关节模型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50年代末，计算

8、机控制系统投入实际应用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）计算机控制系统的发展趋势可编程序控制器集散控制系统计算机集成制造系统嵌入式系统网络控制系统可编程控制器在制造业的自动化生