第1章 計(jì)算機(jī)控制

1、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)蔣榮華蔣榮華E-mail: 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院四川大學(xué)電氣信息學(xué)院Offfice:JC-B215 引言引言一個(gè)制藥車(chē)間的自動(dòng)化生產(chǎn)流程一個(gè)制藥車(chē)間的自動(dòng)化生產(chǎn)流程 引言引言 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制系統(tǒng)融為一體的一門(mén)綜合性學(xué)問(wèn)，是系統(tǒng)融為一體的一門(mén)綜合性學(xué)問(wèn)，是以計(jì)算機(jī)為核以計(jì)算機(jī)為核心部件的過(guò)程控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)心部件的過(guò)程控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)：自動(dòng)化控制工程是其重要從計(jì)算機(jī)應(yīng)用的角度出發(fā)：自動(dòng)化控制工程是其重要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域；從自動(dòng)化控制工程來(lái)看：計(jì)

2、算機(jī)技術(shù)又是一個(gè)主要的從自動(dòng)化控制工程來(lái)看：計(jì)算機(jī)技術(shù)又是一個(gè)主要的實(shí)現(xiàn)手段。實(shí)現(xiàn)手段。本課程立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討論這種不同于普本課程立足于工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域，討論這種不同于普通計(jì)算機(jī)的通計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、相關(guān)技術(shù)及其工程應(yīng)用及其工程應(yīng)用。 u第一章：介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其第一章：介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成組成、計(jì)算機(jī)控、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的制系統(tǒng)的典型形式典型形式、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及、工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)特點(diǎn)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況發(fā)展概況和趨勢(shì)；和趨勢(shì)； u第二章：討論輸入輸出接口與過(guò)程通道的第二章：討論輸入輸出

3、接口與過(guò)程通道的硬件硬件和和軟軟件設(shè)計(jì)件設(shè)計(jì)； u第三章：討論數(shù)字程序控制技術(shù)，重點(diǎn)介紹了第三章：討論數(shù)字程序控制技術(shù)，重點(diǎn)介紹了逐點(diǎn)逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理比較法插補(bǔ)原理和和步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)（工作原理以及控制技術(shù)（工作原理以及工作方式）；工作方式）； 本課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容u第四章：主要講解數(shù)字控制器的第四章：主要講解數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)、離離散化設(shè)計(jì)技術(shù)散化設(shè)計(jì)技術(shù)以及相關(guān)的各類(lèi)控制算法，介紹一下常以及相關(guān)的各類(lèi)控制算法，介紹一下常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)；規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)； u第五章：討論現(xiàn)代控制技術(shù)，主要介紹了采用狀態(tài)空第五章：討論現(xiàn)代控制技術(shù)，主要介紹了采用狀態(tài)空

4、間的輸出反饋設(shè)計(jì)法、極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)法、最優(yōu)化設(shè)計(jì)間的輸出反饋設(shè)計(jì)法、極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)法、最優(yōu)化設(shè)計(jì)法；法；u第六章：討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第六章：討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)處理、數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)以技術(shù)，重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)處理、數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)以及軟件抗干擾技術(shù)；及軟件抗干擾技術(shù)；本課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容u第七章：討論分散型測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，給大家闡述通第七章：討論分散型測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，給大家闡述通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、DCSDCS控制技術(shù)，介紹一下現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)；控制技術(shù)，介紹一下現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)； u第八章：討論計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、步驟和第八章：討論

5、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、步驟和工程實(shí)現(xiàn)，并給出設(shè)計(jì)實(shí)例。工程實(shí)現(xiàn)，并給出設(shè)計(jì)實(shí)例。 本課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容教材教材教材教材:微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)于海生等編著于海生等編著,清華大學(xué)出版清華大學(xué)出版社社,2009年年9月第二版月第二版.參考資料參考資料1.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 謝劍英謝劍英 編著編著,國(guó)防工業(yè)出版國(guó)防工業(yè)出版社社,1991年年4月第月第二版二版2. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用林敏等編林敏等編,國(guó)防工業(yè)出版國(guó)防工業(yè)出版社社,2005年年8月第一版月第一版3.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)施保華等編施保華等編,華中科技大學(xué)出版

6、社華中科技大學(xué)出版社,2007年年1月第一版月第一版 4. Computer-Controlled Systems Theory and designThird Edition K.J.Astrom, B.Wittenmark, 清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社，2002年年1月第月第三三版版5.期刊：工業(yè)控制機(jī)期刊：工業(yè)控制機(jī)(技術(shù)性比較強(qiáng)技術(shù)性比較強(qiáng))、測(cè)控技術(shù)、電氣自動(dòng)、測(cè)控技術(shù)、電氣自動(dòng)化、自動(dòng)化儀表、工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，化工自動(dòng)化及儀化、自動(dòng)化儀表、工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，化工自動(dòng)化及儀表等等。表等等。教學(xué)安排與課程考核教學(xué)安排與課程考核教學(xué)安排教學(xué)安排:課堂教學(xué)課堂教學(xué)(40學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)

7、)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí))課程考核：課程考核：u平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)(30) 期末考試期末考試(70)1.作業(yè)及小班討論作業(yè)及小班討論(15)2.考勤考勤(5)3.實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(10 )實(shí)例實(shí)例1. 各種用途的機(jī)器人系統(tǒng)各種用途的機(jī)器人系統(tǒng) 焊接機(jī)器人系統(tǒng)焊接機(jī)器人系統(tǒng)(核心為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)核心為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng))具有視覺(jué)器件的機(jī)器人示意圖具有視覺(jué)器件的機(jī)器人示意圖 2. 以計(jì)算機(jī)為核心的復(fù)雜飛行控制與飛行管理系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為核心的復(fù)雜飛行控制與飛行管理系統(tǒng) 現(xiàn)代民用飛機(jī)座艙數(shù)字控制電子設(shè)備現(xiàn)代民用飛機(jī)座艙數(shù)字控制電子設(shè)備 飛機(jī)飛行高度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)飛機(jī)飛行高度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 3. 廣泛使用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)分散控

8、制和集中監(jiān)視系統(tǒng)廣泛使用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)分散控制和集中監(jiān)視系統(tǒng) 分散控制集中管理的組成圖分散控制集中管理的組成圖4.工業(yè)爐控制的典型情況工業(yè)爐控制的典型情況為了保證燃料在爐膛內(nèi)為了保證燃料在爐膛內(nèi)正常燃燒正常燃燒，必須，必須保持燃料和空氣保持燃料和空氣的比值恒定的比值恒定。它可以防止空氣太多時(shí)，過(guò)?？諝鈳ё叽?。它可以防止空氣太多時(shí)，過(guò)?？諝鈳ё叽罅繜崃?；也可防止當(dāng)空氣太少時(shí)，由于燃料燃燒不完全量熱量；也可防止當(dāng)空氣太少時(shí)，由于燃料燃燒不完全而產(chǎn)生許多一氧化碳或碳黑。而產(chǎn)生許多一氧化碳或碳黑。為了保持所需的為了保持所需的爐溫爐溫，將測(cè)得的爐溫送入計(jì)算機(jī)計(jì)算，將測(cè)得的爐溫送入計(jì)算機(jī)計(jì)算，進(jìn)而控制燃料和空

9、氣閥門(mén)的開(kāi)度。進(jìn)而控制燃料和空氣閥門(mén)的開(kāi)度。4.工業(yè)爐控制的典型情況工業(yè)爐控制的典型情況為了保持為了保持爐膛壓力恒定爐膛壓力恒定，避免在壓力過(guò)低時(shí)從爐墻的縫，避免在壓力過(guò)低時(shí)從爐墻的縫隙處吸入大量過(guò)?？諝?，或在壓力過(guò)高時(shí)大量燃料通過(guò)隙處吸入大量過(guò)?？諝?，或在壓力過(guò)高時(shí)大量燃料通過(guò)縫隙逸出爐外，必須采用壓力控制回路。測(cè)得的爐膛壓縫隙逸出爐外，必須采用壓力控制回路。測(cè)得的爐膛壓力送入計(jì)算機(jī)，進(jìn)而控制煙道出口擋板的開(kāi)度。力送入計(jì)算機(jī)，進(jìn)而控制煙道出口擋板的開(kāi)度。為了提高爐子的為了提高爐子的熱效率熱效率，還須對(duì)爐子排出的廢氣進(jìn)行分，還須對(duì)爐子排出的廢氣進(jìn)行分析，一般是用氧化鋯傳感器測(cè)量煙氣中的微量氧，

10、通過(guò)析，一般是用氧化鋯傳感器測(cè)量煙氣中的微量氧，通過(guò)計(jì)算而得出其熱效率，并用以指導(dǎo)燃燒控制。計(jì)算而得出其熱效率，并用以指導(dǎo)燃燒控制。5-1.典型典型模擬式模擬式火炮位置控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖火炮位置控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖5-2：典型火炮位置：典型火炮位置計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖的原理結(jié)構(gòu)圖被控對(duì)象：本例為火炮炮身；被控對(duì)象：本例為火炮炮身；(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：本例為直流電機(jī)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)：本例為直流電機(jī)；(3) 測(cè)量裝置：本例為測(cè)量電位計(jì)及測(cè)速電機(jī)；測(cè)量裝置：本例為測(cè)量電位計(jì)及測(cè)速電機(jī)；(4) 指令給定裝置：本例為火炮高低角及方位角的指指令給定裝置：本例為火炮高低角及方位角的指令生成裝置

11、；令生成裝置；(5) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：包括下述主要部件：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：包括下述主要部件： A/D變換器；變換器； D/A變換器；變換器； 數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)(包括硬件及相應(yīng)軟件，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換處包括硬件及相應(yīng)軟件，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換處理以及工作狀態(tài)的邏輯管理，按給定的算法產(chǎn)生相應(yīng)理以及工作狀態(tài)的邏輯管理，按給定的算法產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令的控制指令)。儀表控制儀表控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 手動(dòng)控制手動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng) 傳感器傳感器調(diào)理電路調(diào)理電路模塊模塊顯示儀表顯示儀表執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被被測(cè)測(cè)控控參參數(shù)數(shù)常規(guī)儀表控制系統(tǒng)框圖常規(guī)儀表控制系統(tǒng)框圖 某熱電廠鍋爐儀表集中控制室某熱電廠鍋爐儀表集中控制室 某

12、熱電廠鍋爐計(jì)算機(jī)控制室某熱電廠鍋爐計(jì)算機(jī)控制室 圖圖1-6 計(jì)算機(jī)操作控制臺(tái)計(jì)算機(jī)操作控制臺(tái) 第一章第一章 緒論緒論計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)檢測(cè)與傳感技檢測(cè)與傳感技術(shù)術(shù)CRT顯示技術(shù)顯示技術(shù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)微電子技術(shù)微電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢(shì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢(shì)本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)1.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理2.了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件組成與軟件組成。3. 初步認(rèn)識(shí)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類(lèi)與裝置種類(lèi) 本章重點(diǎn)、難點(diǎn)及掌握的內(nèi)容本章重點(diǎn)、難點(diǎn)及掌握

13、的內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn)關(guān)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的理解關(guān)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的理解區(qū)分內(nèi)部總線與外部總線區(qū)分內(nèi)部總線與外部總線掌握內(nèi)容掌握內(nèi)容計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義，以及實(shí)時(shí)、在線、離線計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義，以及實(shí)時(shí)、在線、離線的含義的含義計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種典型形式，并分析各種形計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種典型形式，并分析各種形式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行分析式的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)框圖進(jìn)行分析工業(yè)控制機(jī)的組成和總線結(jié)構(gòu)工業(yè)控制機(jī)的組成和總線結(jié)構(gòu)1.自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念 自動(dòng)控制系統(tǒng)是指無(wú)人直接自動(dòng)控制系統(tǒng)是指無(wú)人直接參與的情況下，自動(dòng)使被控對(duì)象參與的情況下，自動(dòng)使被控對(duì)象按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行的系統(tǒng)。按照預(yù)定的規(guī)律

14、運(yùn)行的系統(tǒng)。 2.自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例 有計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例有計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例無(wú)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例無(wú)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例3. 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例 3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例無(wú)無(wú)人人駕駕駛駛車(chē)車(chē) 3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例 3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例戰(zhàn)斗部戰(zhàn)斗部發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)駕駛自動(dòng)駕駛/ /制導(dǎo)裝置制導(dǎo)裝置熱電池?zé)犭姵匦钅芷餍钅芷骺刂莆惨砜刂莆惨碜藨B(tài)測(cè)量裝置姿態(tài)測(cè)量裝置激光導(dǎo)引頭激光導(dǎo)引頭 3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例產(chǎn)品自動(dòng)裝箱

15、系統(tǒng)的原理圖產(chǎn)品自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的原理圖 3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例 3.計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)所謂自動(dòng)控制，就是在沒(méi)有人直接參與的情所謂自動(dòng)控制，就是在沒(méi)有人直接參與的情況下，通過(guò)況下，通過(guò)控制器控制器使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。定的規(guī)律運(yùn)行。 圖圖1-1 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)舵機(jī)舵機(jī)-+ +水平尾翼水平尾翼電位器電位器放大器放大器輸入裝置輸入裝置指指令令輸入輸入裝置裝置舵機(jī)舵機(jī)平尾平尾飛機(jī)飛機(jī)俯仰俯仰輸輸出出電位器電位器放大器放大器uqy控制器控制器

16、執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象給定值給定值控制作用控制作用操縱變量操縱變量被控量被控量 r(b) (b) 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖變換變換/ /處理處理( (控制器控制器) )執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)被控被控對(duì)象對(duì)象檢測(cè)裝置檢測(cè)裝置( (傳感器傳感器) )-輸輸出出垂直陀螺垂直陀螺飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)飛機(jī)的俯仰運(yùn)動(dòng)舵機(jī)和平尾舵機(jī)和平尾 飛機(jī)飛機(jī)誤差誤差舵機(jī)舵機(jī)-+ +水平尾翼水平尾翼電位器電位器放大器放大器輸入裝置輸入裝置輸入輸入裝置裝置指指令令比較比較( (電位計(jì)電位計(jì)) ) 圖圖1.11.1常規(guī)儀表控制系統(tǒng)框圖常規(guī)儀表控制系統(tǒng)框圖閉環(huán)：根據(jù)測(cè)量值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)閉環(huán)：

17、根據(jù)測(cè)量值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)(反饋或負(fù)反饋控制反饋或負(fù)反饋控制) 開(kāi)環(huán)：只根據(jù)給定值調(diào)節(jié)開(kāi)環(huán)：只根據(jù)給定值調(diào)節(jié)(非反饋控制非反饋控制) euqy控控制制器器執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對(duì)對(duì)象象測(cè)測(cè)量量變變送送器器偏偏差差給給定定值值控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量 測(cè)測(cè)量量值值r+_zf干干擾擾uqy控控制制器器執(zhí)執(zhí)行行器器被被控控對(duì)對(duì)象象給給定定值值控控制制作作用用操操縱縱變變量量被被控控量量 圖圖1 1- -2 2 常常規(guī)規(guī)儀儀表表控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)原原理理框框圖圖r( (a a) ) 閉閉環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)( (b b) ) 開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng) 如果把如果把圖圖1.1中的控制器用微

18、型計(jì)算機(jī)來(lái)代替中的控制器用微型計(jì)算機(jī)來(lái)代替，就可以構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其基本框圖如圖就可以構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其基本框圖如圖1.2所示。在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，只要運(yùn)用各種指令，所示。在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，只要運(yùn)用各種指令，就能編出符合某種控制規(guī)律的程序。微處理器執(zhí)行這就能編出符合某種控制規(guī)律的程序。微處理器執(zhí)行這樣的程序，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。樣的程序，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。 圖圖1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖DA轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器被控對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控參數(shù)微處理器微型計(jì)算機(jī)給定信號(hào)儀表控制儀表控制計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制完成完成自動(dòng)控制的精髓自動(dòng)控制的精髓反

19、饋控制反饋控制例：電加熱爐的爐溫反饋控制（人作為控制器）例：電加熱爐的爐溫反饋控制（人作為控制器）給定給定電位器電位器 給定給定電壓電壓 加熱爐加熱爐+-交流交流電源電源 電熱絲電熱絲功功率率放放大大器器工件工件溫度溫度檢測(cè)檢測(cè)給定給定電位器電位器 控制量控制量 加熱爐加熱爐控制器控制器誤差誤差 e e 溫度變送器溫度變送器 變換電壓變換電壓 u uf f電熱絲電熱絲溫度溫度傳感器傳感器功功率率放放大大器器溫度信號(hào)溫度信號(hào)+-交流電源交流電源 給定電壓給定電壓u ur ru u輸出量輸出量 y y （爐溫）（爐溫） +-工件工件電加熱爐的爐溫反饋控制（自動(dòng)控制）電加熱爐的爐溫反饋控制（自動(dòng)控制

20、） 控制器控制器加熱爐加熱爐爐溫檢測(cè)爐溫檢測(cè)u ur r擾動(dòng)擾動(dòng)y ye eu uf fu u相加點(diǎn)相加點(diǎn)( (綜合點(diǎn)綜合點(diǎn)) )檢測(cè)噪聲檢測(cè)噪聲給定給定電位器電位器 控制量控制量 加熱爐加熱爐控制器控制器誤差誤差 e e 溫度變送器溫度變送器 變換電壓變換電壓 u uf f電熱絲電熱絲溫度溫度傳感器傳感器功功率率放放大大器器溫度信號(hào)溫度信號(hào)+-交流電源交流電源 給定電壓給定電壓 u ur ru u輸出量輸出量 y y （爐溫）（爐溫） +-工件工件正反饋例：音響系統(tǒng)、振蕩電路等正反饋例：音響系統(tǒng)、振蕩電路等有反饋信息（信號(hào)傳遞形成閉合回路），抗擾性有反饋信息（信號(hào)傳遞形成閉合回路），抗擾性好

21、，控制精度高好，控制精度高負(fù)反饋（廣泛應(yīng)用），正反饋（很少用）負(fù)反饋（廣泛應(yīng)用），正反饋（很少用）控制裝置控制裝置受控對(duì)象受控對(duì)象檢測(cè)環(huán)節(jié)檢測(cè)環(huán)節(jié)給定信號(hào)給定信號(hào)擾動(dòng)擾動(dòng)反饋信號(hào)反饋信號(hào)控制量控制量誤差誤差被控量被控量反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：開(kāi)環(huán)：開(kāi)環(huán)： 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單 不準(zhǔn)確不準(zhǔn)確 閉環(huán)：閉環(huán)： 準(zhǔn)確準(zhǔn)確 復(fù)雜、設(shè)備多復(fù)雜、設(shè)備多Qi浮子浮子測(cè)量元件測(cè)量元件HQo執(zhí)行閥執(zhí)行閥控制器控制器液面給定液面給定（1）為何閉環(huán)控制能滿足要求）為何閉環(huán)控制能滿足要求 直觀上應(yīng)能滿足直觀上應(yīng)能滿足控制框圖控制框圖方框圖方框圖如上如上原理：原理：偏差調(diào)節(jié)偏差調(diào)節(jié)控制控制KG(S)測(cè)量測(cè)量1y輸出輸出yyor=Qi

22、(2)設(shè)計(jì)控制器的幾大要點(diǎn)設(shè)計(jì)控制器的幾大要點(diǎn) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性什么是不穩(wěn)定：如水溢出、流干什么是不穩(wěn)定：如水溢出、流干穩(wěn)定性是壓倒一切的。穩(wěn)定性是壓倒一切的。對(duì)線性系統(tǒng)，有成熟的穩(wěn)定性分析方法。對(duì)線性系統(tǒng)，有成熟的穩(wěn)定性分析方法。對(duì)非線性復(fù)雜系統(tǒng)，很難，需要高深的數(shù)學(xué)對(duì)非線性復(fù)雜系統(tǒng)，很難，需要高深的數(shù)學(xué)是自動(dòng)控制重要研究是自動(dòng)控制重要研究 內(nèi)容內(nèi)容tYo=HoHoy穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性(3)控制器的發(fā)展控制器的發(fā)展 模擬模擬模擬數(shù)字混合式模擬數(shù)字混合式 全數(shù)字式全數(shù)字式 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)(軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn))線性線性非線性非線性簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜常規(guī)常規(guī)智能智能基本結(jié)構(gòu)基

23、本結(jié)構(gòu)對(duì)象對(duì)象變送器變送器模模/數(shù)數(shù)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)傳感器傳感器微弱信號(hào)微弱信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)5V/20mA數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)測(cè)量的重要性：相當(dāng)人的眼睛、耳朵、觸覺(jué)、測(cè)量的重要性：相當(dāng)人的眼睛、耳朵、觸覺(jué)、 嗅覺(jué)、味覺(jué)嗅覺(jué)、味覺(jué)高質(zhì)量的控制離不開(kāi)高質(zhì)量的控制離不開(kāi)高精度的測(cè)量高精度的測(cè)量電子控制器電子控制器： 兩大類(lèi)：兩大類(lèi)： 核心：自動(dòng)控制原理及其實(shí)現(xiàn)核心：自動(dòng)控制原理及其實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制器數(shù)字控制器(計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī))：今后發(fā)展趨勢(shì)：今后發(fā)展趨勢(shì)模擬控制器：目前仍有較廣用途模擬控制器：目前仍有較廣用途 如家用電器如家用電器2、控制器、控制器目前絕大多數(shù)為電子控制器目前絕大多數(shù)為電子控制器分立元件分

24、立元件 IC 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) (3)混合類(lèi)混合類(lèi)(電動(dòng)作式電動(dòng)作式控制非電量控制非電量) 電機(jī)電機(jī)(氣、液、固體氣、液、固體)閥門(mén)、開(kāi)關(guān)閥門(mén)、開(kāi)關(guān) (2)非電類(lèi)非電類(lèi)(氣液動(dòng)作式氣液動(dòng)作式控制非電量控制非電量) 閥門(mén)、開(kāi)關(guān)閥門(mén)、開(kāi)關(guān)(氣液動(dòng)作式氣液動(dòng)作式)3、執(zhí)行器、執(zhí)行器 (1)電類(lèi)電類(lèi)(電動(dòng)作式電動(dòng)作式控制電量控制電量) 繼電器、接觸器繼電器、接觸器 電機(jī)電機(jī) 電力電子電力電子1.1 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1.1 1.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)( (通常稱(chēng)為工業(yè)控制通常稱(chēng)為

25、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)控制機(jī)計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)控制機(jī)) )來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。統(tǒng)。 1.1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 2.2.在線方式和離線方式在線方式和離線方式3.3.實(shí)時(shí)的含義實(shí)時(shí)的含義 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理的工作原理從本質(zhì)上看，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以從本質(zhì)上看，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個(gè)步驟：下三個(gè)步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬：對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。實(shí)時(shí)控制決策實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理

26、，：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。 實(shí)時(shí)控制輸出實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。 計(jì)算機(jī)控制相關(guān)概念計(jì)算機(jī)控制相關(guān)概念在線方式和離線方式：在線方式和離線方式：on-line/off-lineon-line/off-line 生產(chǎn)過(guò)程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱(chēng)為在線方式或聯(lián)機(jī)方式；的方式稱(chēng)為在線方式或聯(lián)機(jī)方式； 生產(chǎn)過(guò)程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，生

27、產(chǎn)過(guò)程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱(chēng)為離線方而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱(chēng)為離線方式或脫機(jī)方式。式或脫機(jī)方式。計(jì)算機(jī)控制相關(guān)概念計(jì)算機(jī)控制相關(guān)概念實(shí)時(shí)：指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在實(shí)時(shí)：指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的一定的時(shí)間范圍內(nèi)時(shí)間范圍內(nèi)完成，亦即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息，以足夠完成，亦即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間，就失去了控快的速度進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。 ！而且這個(gè)而且這個(gè)時(shí)間范圍時(shí)間范圍的大小跟被空對(duì)象聯(lián)系非的大小跟被空對(duì)象聯(lián)系非常的緊密

28、常的緊密！不同的被控對(duì)象，對(duì)時(shí)間范圍的要求不不同的被控對(duì)象，對(duì)時(shí)間范圍的要求不同：發(fā)酵過(guò)程和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的對(duì)比同：發(fā)酵過(guò)程和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的對(duì)比！思考兩個(gè)問(wèn)題思考兩個(gè)問(wèn)題一一. .在線系統(tǒng)是否一定是實(shí)時(shí)系統(tǒng)？在線系統(tǒng)是否一定是實(shí)時(shí)系統(tǒng)？二二. .實(shí)時(shí)系統(tǒng)是否一定是在線系統(tǒng)？實(shí)時(shí)系統(tǒng)是否一定是在線系統(tǒng)？思考兩個(gè)問(wèn)題思考兩個(gè)問(wèn)題一一. .不一定。在線采集的數(shù)據(jù)不一定在當(dāng)時(shí)就進(jìn)不一定。在線采集的數(shù)據(jù)不一定在當(dāng)時(shí)就進(jìn)行處理，只要把數(shù)據(jù)采集來(lái)就可以！行處理，只要把數(shù)據(jù)采集來(lái)就可以！二二. .是。不在線肯定不能滿足實(shí)時(shí)性。是。不在線肯定不能滿足實(shí)時(shí)性。1.1.2 1.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系

29、統(tǒng)的組成 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)( (工業(yè)控制機(jī)工業(yè)控制機(jī)) )和生產(chǎn)過(guò)程兩大和生產(chǎn)過(guò)程兩大部分組成。部分組成。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖硬件部分：主機(jī)、接口電路、過(guò)程輸入硬件部分：主機(jī)、接口電路、過(guò)程輸入/輸出通道、外輸出通道、外 部設(shè)備、部設(shè)備、 操作臺(tái)操作臺(tái)1.1.3 1.1.3 常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主機(jī)常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主機(jī)1.1.可編程序控制器（可編程序控制器（PC/PLCPC/PLC）2.2.工控機(jī)（工控機(jī)（IPCIPC）3.3.嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)4.4.智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器可編程控制

30、器可編程控制器 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器-簡(jiǎn)稱(chēng)可編程控制器或簡(jiǎn)稱(chēng)可編程控制器或PLCPLC，是計(jì)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它主要由CPUCPU、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸、存儲(chǔ)器、輸入組件、輸出組件、電源及編程器等組成。外觀如圖所示。出組件、電源及編程器等組成。外觀如圖所示?？删幊炭刂破鳎删幊炭刂破鳎≒LCPLC）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),

31、 ,專(zhuān)為工業(yè)環(huán)專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)定境下應(yīng)用而設(shè)定; ;采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過(guò)數(shù)字順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出；式、模擬式的輸入和輸出；應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛-不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且不僅在順序程序控制領(lǐng)域中具有優(yōu)勢(shì)，而且在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域方面也毫不遜色； PLCPLC具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容具有系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，抗干

32、擾能力強(qiáng)；易，抗干擾能力強(qiáng)； 智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器-又稱(chēng)單回路調(diào)節(jié)器、可編程調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器又稱(chēng)單回路調(diào)節(jié)器、可編程調(diào)節(jié)器、數(shù)字調(diào)節(jié)器。它主要由微處理單元、過(guò)程。它主要由微處理單元、過(guò)程I IO O（輸入（輸入/ /輸出）輸出） 單元、面板單元、面板單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。外觀如圖所單元、通信單元、硬手操單元和編程單元等組成。外觀如圖所示。示。 智能調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：智能調(diào)節(jié)器特點(diǎn)：u一種儀表化了的微型控制計(jì)算機(jī)一種儀表化了的微型控制計(jì)算機(jī)u易操作，易編程、方便靈活易操作，易編程、方便靈活u設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需考慮接口、通訊的硬件設(shè)計(jì)

33、u軟件編程上也只需使用一種面向問(wèn)題的組態(tài)語(yǔ)言軟件編程上也只需使用一種面向問(wèn)題的組態(tài)語(yǔ)言u(píng)具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能具有斷電保護(hù)、自診斷功能、通信等功能u可以組成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控可以組成多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控制和管理制和管理 u大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元大型分散控制系統(tǒng)中最基層的控制單元u適用于連續(xù)過(guò)程中模擬量信號(hào)的控制系統(tǒng)中適用于連續(xù)過(guò)程中模擬量信號(hào)的控制系統(tǒng)中 1.2 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式1.2.1 1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)模擬量輸入（模擬量輸入（AI）通道）通道數(shù)字量輸入（

34、數(shù)字量輸入（DI）通道）通道CRT打印機(jī)打印機(jī)操作操作人員人員調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。 缺點(diǎn)：開(kāi)環(huán)控制。由人操作，實(shí)時(shí)性差，不能控制多個(gè)對(duì)象。缺點(diǎn)：開(kāi)環(huán)控制。由人操作，實(shí)時(shí)性差，不能控制多個(gè)對(duì)象。操作過(guò)程：操作過(guò)程： （1）計(jì)算機(jī)只對(duì)系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理，而后輸出（顯示或打印），提）計(jì)算機(jī)只對(duì)系統(tǒng)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理，而后輸出（顯示或打印），提供準(zhǔn)確的參照數(shù)據(jù)。供準(zhǔn)確的參照數(shù)據(jù)。 （2）現(xiàn)場(chǎng)人員參照顯示（數(shù)字顯示）的數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。）現(xiàn)場(chǎng)人員參照顯示（數(shù)字顯示）的數(shù)

35、據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。1.2.2 1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)( (DDC)CRT打印機(jī)打印機(jī)報(bào)警報(bào)警操作臺(tái)操作臺(tái)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)輸入通道輸入通道（AI，DI）輸出通道輸出通道（AO，DO）生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程直接數(shù)字控制系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)性好，可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)性好，可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)管理命令DDC微型機(jī)報(bào)告人工監(jiān)管給定值測(cè)量值A(chǔ)/D多路開(kāi)關(guān)檢測(cè)元件D/A反多路開(kāi)關(guān)生產(chǎn)過(guò)程 操作過(guò)程：操作過(guò)程： 1. 計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，并將檢測(cè)值與給定值加以比較，并將檢測(cè)值與給定值加以比較，根據(jù)偏差的情況，按適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)根據(jù)偏差的情況，

36、按適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使檢測(cè)值律對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使檢測(cè)值給給定值。定值。 2. 應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合 一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)控制多回路（一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)控制多回路（省卻了許多調(diào)器），省卻了許多調(diào)器）， 可靠（因?yàn)橛?jì)可靠（因?yàn)橛?jì)算機(jī)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理）算機(jī)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理） 3. 特點(diǎn)特點(diǎn): 控制靈活控制靈活 每個(gè)參數(shù)的控制可各異每個(gè)參數(shù)的控制可各異,每種參數(shù)每種參數(shù)的不同時(shí)刻、不同情況也可改變控的不同時(shí)刻、不同情況也可改變控制規(guī)律應(yīng)用廣泛。制規(guī)律應(yīng)用廣泛。1.2.3 1.2.3 監(jiān)督控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)(SCC)生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程模擬模擬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器DDC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)SS

37、C計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)SSC計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)記錄記錄顯示顯示打印打印記錄記錄顯示顯示打印打印調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)測(cè)量測(cè)量調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)測(cè)量測(cè)量工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)工藝數(shù)據(jù)a SCC+ SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)b SCC+DDC SCC+DDC的分級(jí)控制系統(tǒng)的分級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)定值設(shè)定值設(shè)定值設(shè)定值根據(jù)工藝信息和參數(shù)要求，按照數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)改變模擬調(diào)節(jié)器根據(jù)工藝信息和參數(shù)要求，按照數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中給定值，使生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)。或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中給定值，使生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)。1. 操作過(guò)程：操作過(guò)程：在這種系統(tǒng)中，給定值不是人為預(yù)在這種系統(tǒng)中，給定值不是

38、人為預(yù)先給定，而是由計(jì)算機(jī)按照描述先給定，而是由計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最佳給定值，再送給模擬調(diào)節(jié)器或佳給定值，再送給模擬調(diào)節(jié)器或DDC 單片機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制單片機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制2. 特點(diǎn)特點(diǎn): (1) 給定值為最佳；給定值為最佳； (2) 增加了增加了 CPU 的冗余量。的冗余量。 計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（Supervisory Computer Supervisory Computer ControlControl）簡(jiǎn)稱(chēng)）簡(jiǎn)稱(chēng)SCCSCC系統(tǒng)。系統(tǒng)。 1.2.4 1.2.4 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS)(DCS) 管理管理計(jì)

39、算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)間網(wǎng)間聯(lián)接器聯(lián)接器工程師工程師操作站操作站操作員操作員操作站操作站監(jiān)控監(jiān)控計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)網(wǎng)間網(wǎng)間聯(lián)接器聯(lián)接器現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)控制站控制站PLC智能智能調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器其他測(cè)其他測(cè)控裝置控裝置綜合信息管理級(jí)綜合信息管理級(jí)分散過(guò)程控制級(jí)分散過(guò)程控制級(jí)集中操作監(jiān)控級(jí)集中操作監(jiān)控級(jí)局部網(wǎng)絡(luò)（局部網(wǎng)絡(luò)（LAN）至其他局域網(wǎng)至其他局域網(wǎng)通信聯(lián)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)DCS結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖又叫分布式控制系統(tǒng)，采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、又叫分布式控制系統(tǒng)，采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的方法、把系統(tǒng)從上到下分為分散控制分而自治和綜合協(xié)調(diào)的方法、把系統(tǒng)從上到下分為分散控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)、綜

40、合信息管理級(jí)，形成分級(jí)分布式控級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)、綜合信息管理級(jí)，形成分級(jí)分布式控制。制。分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)企業(yè)級(jí)經(jīng)營(yíng)管理計(jì)算機(jī)工廠級(jí)集中控制計(jì)算機(jī)車(chē)間級(jí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)（SCC）車(chē)間級(jí)監(jiān)控計(jì)算機(jī)（SCC）裝置控制級(jí)（DDC）裝置控制級(jí)（DDC）裝置控制級(jí)（DDC）工廠對(duì)象A工廠對(duì)象B工廠對(duì)象C工廠對(duì)象D至其它工廠至其它工廠裝置控制級(jí)（DDC）新一代分布式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化新一代分布式控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多

41、節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊。志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊。目前使用的現(xiàn)場(chǎng)總線有：目前使用的現(xiàn)場(chǎng)總線有：CAN總線總線 LONWORKS（局部操作網(wǎng)絡(luò)）（局部操作網(wǎng)絡(luò)）PROFIBUS(過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線)HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路)FF（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）現(xiàn)場(chǎng)總線（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）現(xiàn)場(chǎng)總線1.2.6 1.2.6 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 由企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)由企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)ERPERP（Enterprise Resources Enterprise Resources PlanningPlanning）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)M

42、ESMES（Manufacturing Execution Manufacturing Execution SystemSystem）和生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)）和生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)PCSPCS（Process Control SystemProcess Control System）構(gòu)成）構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)，已成為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)，已成為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的整體解決方案。的整體解決方案。 計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)（CIPS-Computer CIPS-Computer Integrated Process SystemIntegrated Process System） 1.3.1 工業(yè)

43、控制機(jī)的組成工業(yè)控制機(jī)的組成 1、硬件組成、硬件組成: 微型計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、輸入輸出通道和操作臺(tái)等微型計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、輸入輸出通道和操作臺(tái)等. 2、軟件組成、軟件組成 系統(tǒng)軟件、支持軟件、應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件、支持軟件、應(yīng)用軟件1.3 1.3 工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)內(nèi)部總線內(nèi)部總線主機(jī)板主機(jī)板通信通信接口接口系統(tǒng)系統(tǒng)支持支持磁盤(pán)磁盤(pán)系統(tǒng)系統(tǒng)人人-機(jī)機(jī)接口接口模擬量模擬量輸入通道輸入通道(AI)數(shù)字量數(shù)字量輸入通道輸入通道(DI)數(shù)字量數(shù)字量輸出通道輸出通道(DO)模擬量模擬量輸出通道輸出通道(AO)外部總線外部總線工業(yè)控制機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)工業(yè)控制機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)總

44、線總線:一組信號(hào)線的集合，定義了各引線的信號(hào)、電氣、機(jī)一組信號(hào)線的集合，定義了各引線的信號(hào)、電氣、機(jī)械特性，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成部分之間以及不同的計(jì)算機(jī)之械特性，是計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成部分之間以及不同的計(jì)算機(jī)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行信息傳送和通信。間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行信息傳送和通信。內(nèi)部總線：計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的總線，它是內(nèi)部總線：計(jì)算機(jī)內(nèi)部功能模板之間進(jìn)行通信的總線，它是構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。 按功能分為：數(shù)據(jù)總線按功能分為：數(shù)據(jù)總線DB、地址總線地址總線AD、控制總線控制總線CB和和電源總線電源總線PB四部分。四部分。常見(jiàn)的內(nèi)部總線有常

45、見(jiàn)的內(nèi)部總線有ISAPCI(P11)外部總線：是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其他外部設(shè)外部總線：是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其他外部設(shè)備之間的通訊。備之間的通訊。常見(jiàn)的外部總線有常見(jiàn)的外部總線有RS-232/GPIB/USB1.3.2 工業(yè)控制機(jī)的總線結(jié)構(gòu)工業(yè)控制機(jī)的總線結(jié)構(gòu)1.3 1.3 工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)RS-232CRS-232C串行通信總線串行通信總線 RS-232CRS-232C是一種串行外部總線，電氣特性要求總線信號(hào)是一種串行外部總線，電氣特性要求總線信號(hào)采用負(fù)邏輯。采用負(fù)邏輯。 規(guī)定：使用一個(gè)規(guī)定：使用一個(gè)25 25 芯標(biāo)準(zhǔn)連接頭芯標(biāo)準(zhǔn)連接

46、頭, ,每個(gè)引腳有固定的定義每個(gè)引腳有固定的定義(P15(P15表表1 1-1);-1);通信距離不大于通信距離不大于1515米米; ;傳送的信號(hào)速率不大于傳送的信號(hào)速率不大于20kbps;20kbps;每個(gè)信號(hào)一根導(dǎo)線并用一根信號(hào)地線。每個(gè)信號(hào)一根導(dǎo)線并用一根信號(hào)地線。 由于采用單端輸入和公共信號(hào)地線，所以容易引進(jìn)干擾。由于采用單端輸入和公共信號(hào)地線，所以容易引進(jìn)干擾。一些約定及特點(diǎn)：一些約定及特點(diǎn)：u總線電纜是一條無(wú)源的電纜線，包括總線電纜是一條無(wú)源的電纜線，包括1616條信號(hào)線和條信號(hào)線和9 9條地線條地線u系統(tǒng)中通過(guò)總線互連的設(shè)備不超過(guò)系統(tǒng)中通過(guò)總線互連的設(shè)備不超過(guò)1515臺(tái)臺(tái)u總線電

47、纜長(zhǎng)度不超過(guò)總線電纜長(zhǎng)度不超過(guò)2020米米u(yù)信號(hào)傳輸速率一般為信號(hào)傳輸速率一般為500kbps500kbps，最大速率為，最大速率為1Mbps1Mbpsu地址容量為：地址容量為：“聽(tīng)聽(tīng)”地址地址3131個(gè)，個(gè)，“講講”地址地址3131個(gè)，最多地址可個(gè)，最多地址可擴(kuò)展到擴(kuò)展到961961個(gè)個(gè)u總線上傳輸?shù)南樨?fù)邏輯總線上傳輸?shù)南樨?fù)邏輯u采用按位并行、字節(jié)串行、三線握手、雙向異步的傳輸方式采用按位并行、字節(jié)串行、三線握手、雙向異步的傳輸方式總線的一般描述：總線的一般描述：IEEE-488IEEE-488總線上所連的設(shè)備有三種：控者、聽(tīng)者、講者。這三種總線上所連的設(shè)備有三種：控者、聽(tīng)者、講者。

48、這三種設(shè)備之間用一根設(shè)備之間用一根2424線的無(wú)源電纜互連線的無(wú)源電纜互連IEEE-488IEEE-488總線的引線分配及功能總線的引線分配及功能IEEE-488IEEE-488總線采用總線采用2424芯芯D D型插頭座型插頭座( (包括包括8 8條地線，條地線，1616條信號(hào)線條信號(hào)線) )IEEE-488IEEE-488并行通信總線并行通信總線( (也稱(chēng)為也稱(chēng)為GPIBGPIB總線總線) )GPIB的引線分布如下的引線分布如下可靠性高和可維修性好可靠性高和可維修性好環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)控制的實(shí)時(shí)性控制的實(shí)時(shí)性完善的輸入輸出通道完善的輸入輸出通道豐富的軟件豐富的軟件適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)精度和運(yùn)算

49、速度適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)精度和運(yùn)算速度1.3.3 工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)1.4.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程電子管時(shí)代電子管時(shí)代直接數(shù)字控制時(shí)期直接數(shù)字控制時(shí)期小型計(jì)算機(jī)時(shí)期小型計(jì)算機(jī)時(shí)期微型計(jì)算機(jī)時(shí)期微型計(jì)算機(jī)時(shí)期1.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢(shì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢(shì)(1)采樣定理采樣定理(2)差分方程差分方程(3)Z變換法變換法(4)狀態(tài)空間理論狀態(tài)空間理論(5)最優(yōu)控制與隨機(jī)控制最優(yōu)控制與隨機(jī)控制(6)代數(shù)系統(tǒng)理論代數(shù)系統(tǒng)理論(7)系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制(8)先進(jìn)控制技術(shù)先進(jìn)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制

50、理論的發(fā)展過(guò)程計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過(guò)程(1)時(shí)鐘同步時(shí)鐘同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題若被控對(duì)象是時(shí)不變線性系統(tǒng)，通常所形成的連續(xù)控制若被控對(duì)象是時(shí)不變線性系統(tǒng)，通常所形成的連續(xù)控制系統(tǒng)也是時(shí)不變系統(tǒng)。但當(dāng)將其改造成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)也是時(shí)不變系統(tǒng)。但當(dāng)將其改造成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，它的時(shí)間響應(yīng)與外作用的作用時(shí)刻和采樣時(shí)刻是否后，它的時(shí)間響應(yīng)與外作用的作用時(shí)刻和采樣時(shí)刻是否同步有關(guān)。同步有關(guān)。連續(xù)系統(tǒng)在正弦輸入信號(hào)的激勵(lì)下，穩(wěn)態(tài)輸出為同頻率的正連續(xù)系統(tǒng)在正弦輸入信號(hào)的激勵(lì)下，穩(wěn)態(tài)輸出為同頻率的正弦信號(hào)，但計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)正弦響應(yīng)與輸入信號(hào)頻率弦信號(hào)，但計(jì)算機(jī)控制

51、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)正弦響應(yīng)與輸入信號(hào)頻率和采樣周期有關(guān)。和采樣周期有關(guān)。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的正弦激勵(lì)響應(yīng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的正弦激勵(lì)響應(yīng) 頻率為頻率為4.9 Hz的輸入信號(hào)的輸入信號(hào) 連續(xù)系統(tǒng)的輸出連續(xù)系統(tǒng)的輸出采樣間隔時(shí)間為采樣間隔時(shí)間為0.1 s時(shí)，時(shí)，則會(huì)發(fā)生振蕩周期為則會(huì)發(fā)生振蕩周期為10s的的差拍現(xiàn)象。差拍現(xiàn)象。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題(2) 正弦激勵(lì)響應(yīng)正弦激勵(lì)響應(yīng)93(3)字長(zhǎng)有限的問(wèn)題。字長(zhǎng)有限的問(wèn)題。A/D或或D/A變換器、計(jì)算機(jī)內(nèi)存及運(yùn)算器的字長(zhǎng)有限。變換器、計(jì)算機(jī)內(nèi)存及運(yùn)算器的字長(zhǎng)有限。字長(zhǎng)有限引起的極限環(huán)字長(zhǎng)有限引起的極限環(huán)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題

52、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題盡管計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特性可以用連續(xù)控制系統(tǒng)理論解釋?zhuān)M管計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特性可以用連續(xù)控制系統(tǒng)理論解釋?zhuān)€有很多現(xiàn)象是不能用連續(xù)系統(tǒng)理論加以解釋的。但還有很多現(xiàn)象是不能用連續(xù)系統(tǒng)理論加以解釋的。 例如，一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)是可控可觀的，將其變成計(jì)算機(jī)控制例如，一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)是可控可觀的，將其變成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，若采樣間隔時(shí)間選取的不合適，則可能會(huì)變得不系統(tǒng)時(shí)，若采樣間隔時(shí)間選取的不合適，則可能會(huì)變得不可控。可控。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題(4)連續(xù)系統(tǒng)控制理論應(yīng)用連續(xù)系統(tǒng)控制理論應(yīng)用有限調(diào)節(jié)時(shí)間系統(tǒng)有限調(diào)節(jié)時(shí)間系統(tǒng) 實(shí)線表示連續(xù)系統(tǒng)，實(shí)線表示連續(xù)系統(tǒng)，虛線是同一被控對(duì)象虛線是同一被控對(duì)象的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際理論問(wèn)題(4)連續(xù)系統(tǒng)控制理論應(yīng)用連續(xù)系統(tǒng)控制理論應(yīng)用 (6)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是值得關(guān)注的問(wèn)題。系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是值得關(guān)注的問(wèn)題。對(duì)閉環(huán)負(fù)反饋的一階、二階線性連續(xù)系統(tǒng)，系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放對(duì)閉環(huán)負(fù)反饋的一階、二階線性連續(xù)系統(tǒng)，系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大系數(shù)為任意值，系統(tǒng)均是穩(wěn)定的。大系數(shù)為任意值，系統(tǒng)均是穩(wěn)定的。 (5)一個(gè)穩(wěn)定的連續(xù)時(shí)不變系統(tǒng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間應(yīng)是