《计算机控制技术》第1章 绪论ppt课件.ppt

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1、第1章绪论1.1计算机控制系统的基本概念1.2计算机控制系统的分类与特点1.3计算机控制系统的仿真技术计算机控制系统应用领域国防、航空、航天工业生产、农业生产、交通、通信、楼宇、金融、医疗、教育，家电等。其中工业中炼油、石化、电力、冶金、医药、建材等。石油中钻井、采油、炼油、油气处理、油气集输、石油化工、地质勘探等。自动灌溉系统交通显示屏目标：实现交通全智能1.1计算机控制系统基本概念计算机控制系统：由计算机实现部分或全部控制功能的闭环或开环控制系统。也可以说成是建立在采样控制理论基础上的以数字计算机为主要手段的控制系统。主要

2、功能：数据的采集和处理、实时调节和控制、自动保护和报警、数据通信、数据库管理、优化调度、管理决策及智能人机接口等。随着科学的发展、技术的进步和对控制的要求的提高，控制对象越来越复杂多样，使控制系统的控制越来越复杂，出现了多输入—多输出的多变量系统、非线性系统控制、时变和分布参数控制系统。对于这些系统，使用常规的控制方法和手段实现是十分困难的，因此，电子计算机尤其是微型计算机的出现并应用于自动控制领域，使自动控制水平产生了巨大的飞跃。1.计算机控制系统产生的原因PID控制模拟、数字区别ei+=e;ed=e-e0;U=kp*e+k

3、i*ei+kd*ed;1959年美国德克萨斯州的PORTARTHUR炼油厂实现了聚合装置的数据处理系统。试验期。2.计算机控制技术的发展1962年英国ICI公司用计算机代替模拟系统实现变量检测和控制。实用阶段。1970年代出现集散控制系统和PLC。21世纪计算机控制系统已经普及。2.计算机控制技术的发展1.2计算机控制系统的分类1.2.1计算机控制系统1.2.2计算机控制系统的硬件组成1.2.3计算机控制系统的软件组成1.2.4计算机控制系统的分类1.2.1计算机控制系统自动控制是在非人工直接参与的前提下，应用自动控制装置自动

4、地、有目的地控制设备和生产过程，使他们具有一定的状态和性能，完成相应的功能，实现预定的目标，自动控制系统一般可以分为：开环控制系统和闭环控制系统两大类。如图1.1所示的系统为开环控制系统，所谓开环控制系统是指控制器按照先验的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制的对象或系统能够按照约定来运动或变化。控制器被控对象被控参数设定值图1.1开环控制系统框图1.开环控制系统闭环控制系统的结构如图1.2所示，很明显闭环控制系统较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。被控参数控制器被控对象设定值图1.2闭环控制系统框

5、图+-2闭环控制系统在上述的开、闭环控制系统中都少不了控制器这样一个环节。若用计算机替代了系统中的控制器这样就形成了计算机控制系统。由于计算机处理的是数字信号，而自然界中的信号又都是模拟信号，计算机要替代原模拟调节器必须完成模拟量到数字量的转换（A/D）和数字量到模拟量的转换（D/A），如图1.3所示。控制器对象D/AA/D计算机图1.3计算机控制系统基本框图（闭环）+-3计算机控制系统计算机控制系统的控制过程可简单地归纳为三个过程：（1）信息的获取计算机可以通过计算机的外部设备获取被控对象的实时信息和人的指令性信息。（2）信

6、息的处理计算机可根据预先编好的程序对从外设获取的信息进行处理。（3）信息的输出计算机将最终处理完的信息通过外部设备将这些信号送到控制对象，通过显示、记录或打印等操作输出其处理或获取信息的情况。计算机控制系统的控制过程在计算机控制系统中包括了硬件和软件两大部分，硬件是由计算机主机、接口电路、外部设备组成，是计算机控制系统的基础，软件是安装在计算机主机中的程序，它能够完成对其接口和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有维持计算机主机工作的系统软件和为完成控制而进行信息处理的应用软件的两大部分，软件是计算机控制系统的关键。计算机

7、控制系统的组成1.2.2计算机控制系统的硬件组成典型的计算机控制系统的硬件主要包括：计算机主机、过程控制通道、操作控制台和常用的外设，如图1.4所示。应该指出的是，随着计算机网络技术的快速发展，网络设备也成为计算机控制系统硬件不可少的一部分。主机过程控制通道A/DD/AD/ID/O操作台（通讯）控制对象（系统）CPUMEM图1.4典型的计算机控制系统的硬件组成框图1.主机主机是指我们用于控制的计算机，它主要由CPU、存储器和接口三大部分组成，是整个系统的核心。目前使用的主机有：单片机、ARM、DSP、PLC、工业PC（研祥）等

8、。2过程控制通道过程控制通道是被控对象与主机进行信息交换的通道，根据信号的方向和形式，过程控制通道又可分为：（1）模拟量输入通道完成过程和被控对象送往主机的模拟信号的转换，使之成为计算机能够接收的标准数字信号。（2）模拟量输出通道目前，大多数执行机构仍只能接收模拟信号，而计算