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1、微型计算机控制技术于海生青岛大学自动化工程学院,1.教材 1.1 国家级精品课程配套教材 于海生 等编著，微型计算机控制技术（第2版），清华大学 出版社，2009 1.2 国家级“十一五”规划教材 于海生 等编著，计算机控制技术，机械工业出版社，2007 1.3 高等教育面向二十一世纪教材 于海生 等编著，微型计算机控制技术，清华大学出版社， 1999 2. 参考书 2.1 谢剑英，微型计算机控制技术，国防工业出版社 2.2 何克忠，计算机控制系统，清华大学出版社 2.3 王锦标，计算机控制系统，清华大学出版社,课程要求与说明,计算机控制技术是国家级精品课程、自动化专业的主干专业课。,4.前续
2、基础课程,3.课程的性质,程序设计技术（汇编、C/C+/VC、VB） 自动控制理论（经典/现代） 检测技术与自动化仪表 微机原理（单片机）与接口技术,5.指定课后阅览的参考期刊杂志,电气自动化 自动化仪表 电气传动 控制工程 自动化博览 工业控制机 测控技术 工业仪表与自动化装置 化工自动化及仪表,6.主要教学内容,本课程以主流机型ISA/PCI总线工业控制机为控制工具，系统地阐述了计算机控制系统的设计和工程实现方法。 内容共分9章，内容包括：计算机控制系统及其组成，计算机控制系统的典型型式、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和趋势；计算机控制系统的输入输出接口与过程通道；数
3、字控制技术；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；HMI/SCADA技术与监控组态软件；分布式测控网络技术；计算机控制系统设计与实现。 本课程以理论课和实验课相结合的形式进行教学，配有实验指导书。,第1章 绪论,1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的典型型式 1.3 计算机控制系统的发展概况和趋势,1.1 计算机控制系统概述,自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。,典型的工业生产过程： 连续过程（Continuous Process） 离散过程（Discrete Process） 批量过程（Batch Proce
4、ss）,自动控制系统原理框图：,1.1.1 计算机控制系统 计算机控制系统：就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。,1. 计算机控制系统的工作原理,计算机控制系统的工作原理： 实时数据采集：对来自测量变送装置的被控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。 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。,2. 在线方式和离线方式,在线方式（on-line）: 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。 离线方式(off
5、-line): 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做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。,3. 实时的含义 实时(real-time)： 指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 ！而且这个时间范围的大小跟被控对象联系非常的紧密！不同的被控对象，对时间范围的要求不同。,1.1.2 计算机控制系统的组成 计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分组成。,1.工业控制机 （1）硬件组成： （2）软件组成: 系统软件；应用软件。2.生产过程,1.1
6、.3 常用的计算机控制系统主机 1. 可编程序控制器（PC） 2. 工控机（IPC） 3. 单片机 4. DSP 5. 智能调节器,1.2 计算机控制系统的典型形式,1.2.1 操作指导控制系统,优点是结构简单，控制灵活和安全。 缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能控制多个对象。,1.2.2 直接数字控制（DDC）系统,闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。,1.2.3 监督控制（SCC）系统 a） SCC+模拟调节器的控制系统 b） SCC+DDC的分级控制系统,1.2.4 集散控制系统（DCS） 亦称分布式控制系统,1.2.5 现场总线控制系统（FCS）,1.2.
7、6 综合自动化系统 综合自动化系统的整体解决方案： 企业资源信息管理系统ERP （Enterprise Resources Planning）； 生产执行系统MES （Manufacturing Execution System）； 生产过程控制系统PCS （Process Control System）。,综合自动化系统主要包括： 计算机集成制造系统(CIMS-Computer Integrated Manufacture System) 制造业； 计算机集成过程系统（CIPS-Computer Integrated Process System）流程工业。,1.3 工业控制机的组成结构及特
8、点,1.3.1 工业控制机的组成 工业控制机包括硬件和软件两部分。硬件包括主机(CPU、RAM、ROM)板、内部总线和外部总线、人机接口、系统支持板、磁盘系统、通信接口、输入输出通道。软件包括系统软件、支持软件和应用软件。,1. 工业控制机的硬件组成,2. 工业控制机的软件组成,(1)系统软件 (2)支持软件 (3)应用软件,1.3.2 工业控制机的总线结构,1.内部总线 (1) ISA总线及其信号线定义 16位的ISA总线规范要求与8位PC向下兼容。总线插槽由两部分组成：8位基本插槽和16位扩充插槽 ISA共有98根信号线，数据线宽度为16位，地址线宽度为24位，总线时钟为8MHz,中断源为
9、边沿触发。,(2) PCI/Compact PCI总线简介 PCI(Peripheral Component Interconnect)是美国SIG(Special Interest Group of Association for Computer Machinery)集团推出的64位总线。该总线的最高总线频率为33MHz，数据传输率为80Mb/s(峰值传输率为133Mb/s)。 1）PCI总线的主要性能 2）其它性能,3）PCI总线信号定义 主控设备49条，目标设备47条，可选引脚 51条（主要用于64位扩展、中断请求、高速缓存支持等），总引脚数 120条（包含电源、地、保留引脚等）。 4
10、）Compact PCI总线,2 外部总线,1）RS-232串行通信总线,RS-232C信号状态,RS-232C电平转换及接口电路,2）USB串行通信总线 （1）具有热插拔功能 （2）USB采用“级联”方式连接各个外部设备 （3）适用于低速外设连接,1.3.3 工业控制机的特点,(1)可靠性高和可维修性好。 (2)环境适应性强。 (3)控制的实时性。 (4)完善的输入输出通道。 (5)丰富的软件。 (6)适当的计算机精度和运算速度。,1.4.1 计算机控制系统的发展概况 1.计算机技术的发展过程 （1）开创时期（19551962年） （2）直接数字控制时期（19621967年） （3）小型计算
11、机时期（19671972年） （4）微型计算机时期（1972年至今）,1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势,2.计算机控制理论的发展过程 （1）采样定理 （2）差分方程 （3）Z变换法 （4）状态空间理论 （5）最优控制与随机控制 （6）代数系统理论 （7）系统辨识与自适应控制 （8）先进控制技术,1.4.2 计算机控制系统的发展趋势 1.推广应用成熟的先进技术 （1）普及应用可编程序控制器（PLC） （2）广泛使用智能调节器 （3）采用新型的DCS和FCS 2.大力研究和发展先进控制技术,模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术、自适应控制技术、预测控制技术、内模控制技术、分层递阶控制技术、鲁棒控制技术、学习控制技术已成为先进控制的重要研究内容。,3.计算机控制系统的发展趋势 （1）控制系统的网络化（有线、无线） （2）控制系统的扁平化 （3）控制系统的智能化 （4）控制系统的综合化,本章课程结束，谢谢！,
