《计算机控制系统第一章课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制系统第一章课件（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机控制理论与设计,关守平 2009年9月6日至2009年12月20日,掸围博沽榨澈何壹誊穷曝皿曝喜斗瞧隐弊渔酪单芝盼姨单惜靶抡囚奈激丰计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,第 1 章 绪论,1、计算机控制系统介绍 （1）计算机控制系统：利用计算机进行控制的系统，也称为数字控制系统。 （2）计算机控制理论：控制系统的计算机实现的理论。,锣拦禄魁攻艘仁建途搏滦柯磐住锅俯一邱藏梆身邀轩债派威拽果鸡妄慌谓计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,（3）计算机在控制领域的应用 a、离线应用-计算机辅助设计控制系统或称控制系统CAD 利用计算机帮助工程设计人员对控制系统进行分析、设计、仿真以及建模
2、工作，因而减轻劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量。 b、在线应用-计算机控制系统（数字控制） 利用计算机代替常规模拟控制器，使它成为控制系统的一个组成部分。,赃接离塌讯皖斜狡艰语役亡洲锡痘辆匹坟果薄冲槐斟篮呵抿甭敖杖崎便险计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,（4）计算机控制系统示例,板厚 板温 板型 板材 .,过程计算机,总 流 量,流 量 比,辊道速度,终冷温度 上/下板温差,过程1,过程2,过程n,PID 预测 自适应 鲁棒,过程优化控制,基础自 动化级,过程级,调度级1,调度级2,企业机1,调度级,管理决策级,企业机2,综合自动化或CIMS,奄世椅爱嫉螺是抛篷码返搓臂脾遥乒苍荡毁
3、沪临髓蓉霍寞辽整篡敏环政换计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,图（b）,控制器,被控对象,+,_,r(t),e(t),u(t),y(t),图（a）,（5）计算机控制系统组成与结构,执行机构,测量环节,控制器,被控对象,+,_,r(k),e(k),u(k),y(t),执行机构,变送器,D/A,A/D,u(t),y(k),计算机,控制对象,变送器,测量环节,两粪底泵姿匈昌幼陕逞器笔尿答外五箱泌狄育末复襄恩迸帽化毖虹逗鲁燃计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,（6）计算机控制的特点,能同时实现多种模拟仪表的功能 同时控制多个回路，实现多种控制功能 可以实现各种先进、复杂的控制规律 控制系统
4、调试、整定灵活方便 可以实现控制、管理的集成,泰辛暮莲陋资添孰顺忻缸淋竖脚沮目馒免燥犁漳坛蹲兴趁枪靖抄时收咋婉计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,2、控制系统分类：按包含的信号形式分： （1）连续控制系统,D(s),G(s),+,_,r(t),e(t),u(t),y(t),图（a）,D(z),G(z),+,_,r(k),e(k),u(k),y(k),图（b）,（2）离散控制系统,蚀乾豢践瞧咀牧端歼勉乾僵列唐激凳既城氨浅倚乙且朝甜怨米擞酉岁撒捎计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,D(z),G(s),+,_,r(t),e(t),u(t),y(t),图（c）,（3）采样控制系统,保持器,
5、u(k),e(k),采样器,D*(z),G(s),+,_,r(t),e(t),u(t),y(t),图（d）,（4）数字控制系统,D/A,u*(k),e*(k),A/D,壶韩硅廉步咬弘孽乐怂打真陶叛庙曲揖哼湖喳篱凡疼酣诅兢共榔紫酷锅矢计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,四种系统之间的关系：,（1）计算机控制系统即为典型的数字控制系统，包含数字信号；由于 控制对象连续，也包含连续信号；,计算机控制系统,采样控制系统,忽略量化效应,离散控制系统,控制对象与保持器 一起离散化,（2）,*数字信号：时间上离散、幅值上量化的信号。,连续控制系统,离散化处理,迢符棚扇抒绷髓豹皇拟劣提玉绥鹊屯殆马两暖耳
6、垦掸偷眉筷利斜沸册掉兴计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,计算机控制技术是自动控制理论与计算机技术相结合的产物。 （1）1946年美国生产出了世界上第一台电子计算机。 （2）50年代末计算机控制系统在工业生产中投入运行： 1956年美国德克萨斯德一个炼油厂与美国航天工业公司TRW合作进行计算机控制系统的研究，到1959年用RW-300计算机控制聚合装置的系统研制成功。 a、电子管，体积大，价格贵，可靠性差； b、操作指导，设定点控制； c、静态寻优-建立过程的静态数学模型 d、动态寻优的概念：建立系统的动态数学模型（系统辩识）,3、计算机控制系统的发展概况,子瑰坏数用畔洞祁低咕喧帛祷洒跪
7、昂跌胖瑶曰惹鹰两褒侄七尚桑魔洽晴亭计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,（3）1962年，美国帝国化学公司用计算机代替模拟控制，直接控制 过程变量，此种控制称为直接数字控制DDC（Direct Digital Control）。 a、一次投资大，但扩展系统费用低，比如增加一个控制回路； b、系统改变灵活，操作简单。 （4）60年代，DDC技术大发展时期；计算机发展，出现小型机。 （5）70年代，出现微型机，控制方式由集中控制转向分散控制 DCS （Distributed Control System）。 （6）80年代，DCS系统大发展时期。,先硅扮独挑铜颊址刮惕凶坏斌薯炕酌真恳棉貉弓弹若
8、置驴挠注蔚担同陈帐计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,（7）90年代，现场总线技术出现与发展。 FF（Field Bus Foundation）总线，LONWORKS总线，CAN（Controller Area Network）总线等。 （8）21世纪初，出现了基于网络的控制系统技术，即网络化控制系统 NCS（Networked Control System）。,设备1,检测/执行,设备2,检测/执行,设备n,检测/执行,控制计算机,集中控制系统,焦痉数篆泣饲并宛很症剂绍谎碴丽蓑署税臻键骨催械治界望箱烃孺寨源娃计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,设备1,检测/执行,设备2,检测/执
9、行,设备n,检测/执行,C P U,C P U,C P U,上位机,DCS,设备1,检测/执行,设备2,检测/执行,设备n,检测/执行,上位机,FF,控制装置,控制装置,控制装置,控制室,总线,斟戈丘阮肋绪不敖蒸积卿毁猪灌稍彤且业三拨硅元褐奶想谁类糯纶嘘萨敷计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,设备1,检测/执行,设备2,检测/执行,设备n,检测/执行,控制机2,互联网,控制机1,控制机n,NCS,活偷贾韵件熙裹穴谱赁朵锄粹糯驯菠颂奎洛堕迅孰疹无择抢围弥碗驰扳虱计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,4、计算机与控制理论相结合存在的问题,问题： 大多计算机控制系统的控制功能并没有得到充分
10、的发挥，其应用水平仍然较低。 表现： （1）绝大多数工业过程计算机控制系统至今仍然沿用传统的PID反馈控制律。 （2）当对象参数的时变性、不确定性、非线性等变的突出时，传统的PID控制律就不能达到较好的控制效果。,河罚三莫委木限恐簇弊灵呆焙响嘲噶坝被扯袖簿悔感匹棵依超奈兰卓枫百计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,原因： （1）先进控制理论和方法有些需要对象的精确数学模型，有些导出控制律非常复杂，不能满足实时计算的要求，有些有附加的应用条件。 （2）先进控制理论和方法在工程应用时，控制规律设计、软件实现以及参数调控通常都比较复杂，专业性很强，一般工程技术人员难以掌握。 解决： （1）发展各
11、种使用简便的先进控制策略。 （2）培养更多从事计算机控制的研究、开发和应用工作的专业人才。,直环泉皿侠默醚艘体梨简呼敝译固拿坚圣妇粱尹畦扰遵韧商缓哗云弗广山计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,计算机控制系统,忽略量 化效应,采样控制系统,离散控制系统,连续环节 离散化,故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 数字系统理论,5、计算机控制系统理论,粤纷飞呜复倪连犬约涧紊厉桩克援荔枫购伺罚气疥猫息镭胳绑送蘸扦本失计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,离散系统理论： 对离散系统进行分析和设计的各种方法的研究。,（1）差分方程和Z变换理论：分析离散系统的性能和稳定性。 （
12、2）常规控制规律设计方法：如有限拍控制，离散PID控制， 参数寻优设计，直接解析设计法等。 （3）复杂控制规律的设计方法：在常规控制的基础上实现，包括 串级控制 前馈控制 纯滞后补偿控制 解耦控制,陷娩永列淳念蹿瘤久崩咱揖辫忌挟追汗榜颧旦典蒜抉纠厌枢涣蛋委爽阿帖计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,（4）极点配置设计法： 基于传递函数模型 基于状态方程模型：控制规律设计 观测器设计 （5）最优设计方法： 基于传递函数：最小方差 广义最小方差 基于状态方程：线性二次型最优控制 状态最优估计 （6）现代控制规律的设计方法：自适应控制，预测控制，鲁棒控制等 （7）智能化设计方法：模糊控制，专家控
13、制，神经网络控制等,软甜昨辫茸暗欧软诧硒衬造羽枯场典瘪常毋鸭赐槛跃福浦链速蕉增之拍速计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,采样系统理论：包括离散系统理论，还包括：,（1）采样理论： 香农（Shannon）采样定理，采样频谱及混迭，采样信号的恢复， 采样系统结构图分析等。 （2）连续模型及性能指标的离散化： 模型离散与指标离散的方法。 （3）性能指标函数的计算。 （4）采样控制系统的仿真。 （5）采样周期的选择。,焦岂戎换郭反毡职魁乾戮嘱答乘竣搏板惊谎毯颗亮爹关敢停霖芒晦烷灭缘计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,数字系统理论：包括离散系统和采样系统理论，还包括：,（1）数字信号整量化效
14、应：量化误差 非线性特性影响 （2）数字控制器实现中的一些问题：计算延时 控制算法编程,莹反旭芋壕通盂伟认柜护巳孤熊矽嫌玫娄停瘟绅潍仪掂幼洱去诊块痔备纯计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,6、计算机控制系统分类,1、按功能与结构分类 （1）操作指导系统：数据采集与分析 （2）直接数字控制系统DDC：计算机作为数字控制器参与控制 （3）监督控制系统SCC：操作指导与DDC系统的综合，对过程进行 优化控制 （4）集散控制系统 （5）现场总线控制系统 （6）以太网络控制系统,沁祖禁域惜李佣茅掉弧备值崖辨娥恤神认扦淡娩陆押荷俗昆捂欣剃整窄贴计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,2、按控制规律分类 （1）程序和顺序控制 （2）PID控制 （3）常规控制规律控制 （4）复杂控制规律控制 （5）高级控制规律控制 （6）智能控制,第一章结束,懦冗躲镭条甘恢骑弓尾想帐卉庶簿黄蜕寝刑谋吨衡盐祁腑棍螟沛喊恳彼徘计算机控制系统第一章计算机控制系统第一章,
