第一章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的组成
计算机控制系统是以计算机为核心的自动控制系统。是由计 算机和工业对象两大部分组成的。
计算机控制技术是关于计算机控制系统方面的计算机、控制 技术、网络通信等多学科内容的集成。
第一章 计算机控制系统概述
图1-1 (a) 闭环控制系统框图； (b) 开环控制系统框图
第一章 计算机控制系统概述
本课程拟采用的教学方法
• 课堂教学与同学研究性学习相结合,部分章节内容考 虑由同学查阅资料、结合小课题综述、分析、设计、 仿真、讨论、汇报交流
• 倡导讨论, 鼓励质疑 • 有教材，但不拘泥于教材 • 提倡主动地学习，扩大知识面,由教师提供一些引导，
广泛阅读参考书籍与参考文献，包括上网查阅资料， 灵活多样地学习方式 • 成绩：平时（作业10%+小课题20%）＋笔试（70%）
• ②用计算机的软件程序实现对控制系统的校正 以保证控制系统具有所要求的动态特性；
• ③由于计算机具有快速完成复杂的工程计算的 能力，因而可以实现对系统的最优控制、自适 应控制等高级控制功能及多功能计算调节。
第一章 计算机控制系统概述
计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下两个步骤： (1) 数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测， 并将数 据传送给计算机。 (2) 控制：对采集到的被控参数的状态量进行分析， 并 按已定的控制规律， 决定控制过程， 适时地对控制机构发出 控制信号。
第一章 计算机控制系统概述
图1-1(b)示出了开环控制系统的原理框图， 它与闭环控制 系统不同的是， 它的控制器直接根据给定值去控制被控对象工 作， 被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。它与闭 环控制系统相比，因没有反馈环节，结构相对简单，但控制性 能要差一些。 开环控制系统和闭环控制系统根据控制对象和控 制要求的不同， 分别用于不同的应用场合。
规律决定系统动态特性，是研究的主要对象。控制系 统的稳态控制精度由A/D、D/A转换器的分辨率决定。 这说明A/D和D/A转换器只影响系统稳态控制精度。不 影响动态指标。
•
为了突出重点，只讨论影响系统动态特性的基本
问题。为了便于数学上分析和综合，在分析和设计计
算机控制系统时，常常假定A/D、D/A转换器的精度足 够高，使得量化误差可以忽略，于是A/D、D/A只存在 物理上意义而无数学上意义。即：数字信号与采样信 号e(kT)与e*(t)，u(kT)与u*(t)是等价的。图2.1可进一步 简化为如图2.2所示。
第一章 计算机控制系统概述
本课程所涵盖的相关基础知识(1)
计算机控制系统组成
计算机软硬件
控制策略
被控对象
检测仪表及执行器
第一章 计算机控制系统概述
本课程所涵盖的相关基础知识(2)
计算机技术
计算机控 制系统
工程技术
控制理论
自动化仪表
第一章 计算机控制系统概述
本课程主要内容
• 计算机控制基础 • 输入输出接口技术 • 数据通信技术 • 计算机网络技术 • 计算机控制策略及实现 • 控制系统软件与数据库技术 • 计算机控制系统的设计与实施，以及实例
• 典型的计算机控制系统的结构如图2.1所示
r(t)
e(t)
采* 样 e (t) 器
A/ D e(kT) 转 换
数字控 u(kT) 制器
(计算机)
D/ * A u (t) 转 换
保 u(t) 被控 y(t)
持
对象
器
图2.1 典型计算机控制系统结构框图
第一章 计算机控制统概述
•
采样器、保持器和数字控制器的结构形式和控制
第一章 计算机控制系统概述
本课程的要求
• 实事求是的学习态度 • 具有创新意识与挑战精神 • 在浩如烟海的信息中保持清醒的头脑 • 注意到专业课与基础课的学习方法有很
大不同
第一章 计算机控制系统概述
第一章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统的组成 1.2 工业控制机的特点 1.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 1.4 微型计算机控制系统的发展 习题
第一章 计算机控制系统概述
由图1-1可以看出， 自动控制系统的基本功能是信号的 传递、 加工和比较。 这些功能是由测量元件、 变换发送单 元、控制器和执行机构来完成的。控制器是控制系统中最重 要的部分， 它决定了控制系统的性能和应用范围。
第一章 计算机控制系统概述
如果把图1-1中的控制器用计算机来代替，这样就可以构 成计算机控制系统，其基本框图如图1-2所示。如果计算机是 微型计算机，就组成微型计算机控制系统。在微型计算机控制 系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程 序。 微处理器执行这样的程序， 就能实现对被控参数的控制。 在计算机控制系统中，由于计算机的输入和输出信号都是数字 信号，而大部分被控对象的被控参数和控制量都是模拟信号， 因此在这样的控制系统中，需要有将模拟信号转换为数字信号 的A／D转换器，以及将数字信号转换为模拟信号的D／A转换 器。
第一章 计算机控制系统概述
上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的性能指标 进行工作， 并且对被控参数和设备本身出现的异常状态及时 监督并做出迅速处理。
工业生产过程是连续进行的，应用于工业控制的微型计算 机系统通常是一个实时控制系统，它包括硬件和软件两部分。
第一章 计算机控制系统概述
(补充） 采样、量化及与保持
第一章 计算机控制系统概述
• 在工业领域中，自动控制技术已获得了广泛的 应用。 图1-1(a)示出了按偏差进行控制的闭环 控制系统。
• 图1-1(a)是闭环控制系统的原理框图，在闭 环控制系统中， 测量元件对被控对象的被控参 数(如温度、压力、流量、转速、 位移等)进行 测量； 变换发送单元将被测参数变成电压(或 电流)信号，反馈给控制器； 控制器将反馈回 来的信号与给定值进行比较， 控制器就根据偏 差产生控制信号来驱动执行机构工作， 使被控 参数的值达到预定的要求。
第一章 计算机控制系统概述 图1-2 计算机控制系统基本框图
第一章 计算机控制系统概述
• 在计算机控制系统中，计算机的作用主要有三 个方面：
• ①信息处理，对于复杂的控制系统，输入信号 和根据控制规律的要求实现的输出偏差信号的 计算工作量很大，采用模拟解算装置不能满足 精度要求，因而需要采用计算机进行处理；