燕山大学自动化系

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1、计算机控制系统计算机控制系统第一章第一章 绪论绪论 IntroductionIntroduction燕山大学自动化系燕山大学自动化系*1第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系本章主要内容本章主要内容 计算机控制系统的一般概念计算机控制系统的一般概念 计算机控制系统的组成及特点计算机控制系统的组成及特点 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 计算机控制系统的发展概况与趋势计算机控制系统的发展概况与趋势Date2第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统第一节第一节 Unit 1Unit 1计算机控制概述计算机控制概述 Introduction of Com

2、puter Introduction of Computer Control SystemControl System燕山大学自动化系燕山大学自动化系*3第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系本节主要内容本节主要内容 计算机控制系统的一般概念计算机控制系统的一般概念 计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成Date4第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-1 1-1-1 概述（概述（1 1） 常规控制系统的工作原理常规控制系统的工作原理模拟调节器执行机构被控对象测量变送器设定值reu被调参数 y图a 单回路常规控制系

3、统示意图ym按偏差按偏差e e进行控制，目的是减少或消除偏差。进行控制，目的是减少或消除偏差。Date5第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-1 1-1-1 概述（概述（2 2） 计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理u计算机保持器广义对象测量变送器e(kT)u(kT)被调参数 y图b 单回路计算机控制系统示意图ym 采样器A/DD/A计算机系统设定值rDate6第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1）在线方式和离线方式 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。 离线方式或脱

4、机方式：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作相应操作的方式。2）实时的含义 实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成。 实时控制系统必定是在线系统。Date7第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-2 1-1-2 信号特点（信号特点（1 1） 计算机控制系统的信号形式计算机控制系统的信号形式 连续模拟信号连续模拟信号: :时间与幅值上均连续，如时间与幅值上均连续，如 y(t)y(t)、u(t)u(t) 离散模拟信号离散模拟信号: :时间是离散的，幅值上连续，如时间是离散的，幅值上连续，如y y* *(t)(t

5、) 、u u* *(t)(t) 离散数字信号离散数字信号: :时间离散的，幅值为数字量，如时间离散的，幅值为数字量，如 y(kTy(kT) )、u(kTu(kT) )采样器 A/D计算机 A/D保持器y(t)y*(t)y(kT)u(kT) u*(kT)u(t)Date8第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-2 1-1-2 信号特点（信号特点（2 2） 计算机控制系统的采样过程计算机控制系统的采样过程y(t)t采样器y(t)y*(t)y*(t)2T4Tt原始过程信号信号通过采样器采样后的信号过程信号采样过程示意图Date9第一章 绪 论计算机控制系统计

6、算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-2 1-1-2 信号特点（信号特点（3 3） 信号的保持信号的保持 目的：是将离散采样信号恢复为被控对象能目的：是将离散采样信号恢复为被控对象能 够感知的连续模拟信号够感知的连续模拟信号 方法：采用保持器方法：采用保持器 常用的保持器：零阶、一阶及高阶常用的保持器：零阶、一阶及高阶 Date10第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-2 1-1-2 信号特点（信号特点（4 4） 零阶保持器恢复信号的示意图零阶保持器恢复信号的示意图6T 4T 2Tty采样信号y(kT)原信号y(t)恢复信号yh(t)零

7、阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT) 0tT, k=0, 1, 2,由于它只是简单地 外推，故只有当T 足够小时，零阶保 持器才能较好地恢 复原信号。Date11第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-3 1-1-3 计算机控制系统的组成及作用计算机控制系统的组成及作用软件部 分计算机控制系 统硬件部分控制计算 机主机、外设、系统总线 生产过程输入输出通道 人机联系设备、通信设备现场仪表（测量传感器、执行机 构等）操作系统、汇编或高级语言 、过程控制语言通信网络软件、诊断程序等系统软 件 应用软 件过程输入/输出程序、过程控 制程序、人机接口程序

8、、打印 显示程序、各种公共子程序、 历史数据库、实时数据库计算机控制系统的组成示意图计算机控制系统的组成示意图Date12第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系图1-4 微型计算机控制系统原理图Date13第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系 主机中央处理器（CPU）内存储器(RAM和ROM)接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁过程输入/输出通道模拟量输入通道 模拟量输出通道 开关量输入通道 开关量输出通道外部设备 操作台输入设备输出设备外存储器（CRT）显示器或(LED)数码显示器键盘（功能键和数

9、字键）Date14第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系 高可靠性和可维护性 环境的适应性强 控制的实时性 较完善的输入输出通道 较丰富的软件1-1-4 1-1-4 工业控制机的特点工业控制机的特点Date15第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统第二节第二节 Unit 2Unit 2计算机控制系统的分类及典型系计算机控制系统的分类及典型系 统简介统简介浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系*16第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系本节主要内容本节主要内容 操作指导系统操作指导系统 直接数字控制系统直接

10、数字控制系统 监督控制系统监督控制系统 分级计算机控制系统分级计算机控制系统 典型的计算机控制系统典型的计算机控制系统Date17第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系w操作指导系统1-2-1 1-2-1 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类优点:控制安全,具有一定 智能. 缺点:速度慢,误差大. 适用:新的算法的设计Date18第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系w直接数字控制（DDC）系统1-2-2 1-2-2 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类直接数字控制(DDC)计算机CRT打印机报 警操作台过程输入通

11、道测量变送测量变送被 控 生 产 过 程过程输出通道执行机构 执行机构 特点:取代模 拟器,使用复 杂的控制规律 要求:计算机 实时性好,可 靠性高,适应 性强Date19第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-2-31-2-3 计算机监督系统（SCC） 计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称SCC系统。 SCC系统有两种不 同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器，另 一种是SCC+DDC控制系统。 （1）SCC+模拟调节器控制系统 （2）SCC+DDC控制系统Date20第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕

12、山大学自动化系燕山大学自动化系w监督控制（SCC）系统计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类监督控制计算机(SCC)CRT打印机报警DDC计算机或调节器输入通道 输出通道被 控 生 产 过 程操作台输入通道Date21第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系3监督控制系统（Supervisory Computer Control SCC ）DDC 计算机生 产 过 程SSC 计 算 机记录 显示 打印调节测量设定值(b)工艺数据模 拟 调节器生 产 过 程SSC 计 算 机记录 显示 打印调节测量设定值(a)工艺数据Date22第一章 绪 论计算机控制系统计

13、算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系操作指导控制系统、DDC、SCC比较系统类别 结构特点 计算机功 能 给定值 系统状态 操作指导 控制系统 输入通道 处理数据 DDC 输入/输 出通道 直接参与 控制预预先设设 定 不在最优优 工况 SCC 两级计级计 算机 直接参与 控制 在线线修 改最优优工况 Date23第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-2-1-2- 4分级计算机控制系统 分级计算机控制系统是一个四级 系统，各级计算机的功能如图所示 。 装置控制级（DDC级） 车间监督级（SCC级） 工厂集中控制级（MIS） 企业管理级（MIS）

14、Date24第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系图 分级计算机控制系统返回本节Date25第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-2-1-2- 5典型的计算机控制系统 1. 计算机过程控制系统对温度,压力,质量,液面,速度等生产过程 参数进行测量与控制的,这种系统称为过程 控制系统,主控设备采用计算机则为计算机 过程系统.大多数的化工生产过程均属于这 类系统.Date26第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系 2. 微机控制的电动机调速系统 3. 采用微机的顺序控制系统 顺序控制是使

15、生产机械或生产过程按预先 规定的时序或事序,而顺序进行控制的自动 控制系统.如:PLC控制系统 4. 计算机数字程序控制系统 常用的数控机床:点控和线控 5. 工业机器人Date27第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系现代所说的机器人大多指的是工业机器人，是一 种能自动定位控制，可重复编程、多功能、多自 由度的操作机。1954年美国的Devol最早提出了工 业机器人思想，并申请了专利，该专利的要点是 借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机 器人实行动作示教，机器人能实现动作的记录和 再现，这就是所谓的示教再现机器人。在此基础 上，1958年美国Consolidated公司制作了第一台工 业机器人，作为机器人产品出售的最早的实用机 型是1962年美国的AMF公司推出的Verstran和 Unimation公司推出的UNIMATE（如图所示）。Date28第一章 绪 论计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系第一台工业机器人UNIMATE Date29第一章