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1、计算机控制技术主讲人：,1.教材 1.1 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 于海生 等编著，计算机控制技术，机械工业出版社，2007 1.3 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,计算机控制技术是自动化专业的主干专业课。,4.前续基础课程,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
2、 微机原理（单片机）与接口技术,5.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。 本课程主要内容包括：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； 计算机控制系统的输入输出接口与过程通道；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。 本课程以理论课和实验课相结合的形式进行教学。,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形式 1.3 工业控制机的组成结构及特点 1.4 计算机控制系统的发展
3、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 Process）,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。,模拟式火炮位置控制系统原理结构图,火炮位置计算机控制系统原理结构图,火炮模拟控制系统与计算机控制系统比较,三轴转台,任务管理系统静态交联测试,自动导航预备性
4、飞行试验,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-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-t
5、ime)： 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。发酵过程和导弹防御系统的对比！,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：主机、接口电路、过程输入/输出通道、外 部设备、 操作台。 （2）软件组成: 系统软件；应用软件。 2.生产过程,1.1.3 常用的计算机控制系统主机 1. 可编程序控制器（PLC）
6、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。,计算机根据一定的控制算法，依赖测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。,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.
7、5 现场总线控制系统（FCS）,1.2.6 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
8、工业。,1.3 工业控制机的组成结构及特点,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,软件,系统软件 应用软件,操作系统 语言加工系统 诊断系统,控制程序 数据采集及处理程序 巡回检测程序 数据管理程序,编辑程序 编译程序 连接、装配程序 调试程序 子程序库,数据可靠性检查程序 AD转换及采样程序 数字滤波程序
9、线性化处理程序,数据采集程序 越限报警程序 事故预告程序 画面显示程序,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 Mac
10、hinery)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： 支持10台外设、总线时钟33.3MHz/66MHz、总线宽度32位/64位等。 2）其它性能： 并行操作、地址/数据线复用、支持64位寻址等。,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）。,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 （
11、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 （
12、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,
