直接数字控制系统
最新DDC控制器 直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC),
D D C控制器直接数字控制系统(D i r e c t D i g i t a l C o n t r o l简称D D C),基本概述DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。
D DC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。
它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于PLC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。
DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。
DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。
同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。
工作原理所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。
这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。
DDC控制器是整个控制系统的核心。
是系统实现控制功能的关键部件。
它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。
功能介绍DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。
其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。
直接数字控制系统概述
直接数字控制系统概述
DDC系统主机单元的结构： 模板式——主机板与模拟量输入/输出模板、数字量输入/输出 模板通过总线母板连接。 模块式——主机模块与模拟量输入/输出模块、数字量输入/输 出模块通过总线连接。
总线
内部总线
计算机内部模板之间进行 通信的总线，也指组成系 统各种机箱的底板总线。
•PC/XT（62线） •PC/AT或ISA（62线+36线） •PCI（124线） •PC104（104线） •CompactPCI,VXI
直接数字控制Βιβλιοθήκη 统直接数字控制系统概述优点：经济、灵活性好、可靠性高。 DDC系统 缺点：危险集中
计算机
应用程序
操
作
组态软件数据库
控
制
台
操作系统
主机硬件
接口
过程输入/输出通道
A/D转换
检测变送
接口
开关量输入
开关量拾取
生
产
过
接口
D/A转换
功放执行
程
接口
开关量输出
控制开关
DDC系统的结构框图
直接数字控制系统
外部总线
计算机之间，计算机与设 备之间进行通信的总线。
•串行总线（ RS-232、RS-422、RS-485） •现场总线以及局域网（LAN） •工业以太网（Ethernet） •控制网络（Control-net）
过程控制
过程控制
直接数字控制系统 直接数字控制系统概述
直接数字控制系统概述
直接数字控制系统（Direct Digital Control， DDC）就是用一台计算机通过测量元件变送器对生产过 程中的多个被控参数进行巡回检测；检测结果与给定 值进行比较，再按PID控制规律或其他直接数字控制算 法进行运算；然后将运算结果变换成执行机构能够接 受的控制量，输出到执行机构对生产过程进行控制， 使被控参数按设定值曲线变化或稳定在给定值上。
DDC控制器 直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC),
基本概述DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。
DDC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。
它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于P LC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。
DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。
DD C系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。
同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。
工作原理所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。
这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。
DDC控制器是整个控制系统的核心。
是系统实现控制功能的关键部件。
它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。
功能介绍DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。
其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。
各个厂家的基础软件基本上是没有多少差别的。
设置自检软件和保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修。
直接数字控制及其算法
02
直接数字控制系统结构
系统硬件组成
控制器
直接数字控制系统的核 心，负责接收输入信号， 执行控制算法，输出控
制信号。
输入输出接口
用于连接控制器与被控 对象，实现信号的采集
和输出。
电源
为整个系统提供稳定的 电源供应。
人机界面
用于显示系统状态、设 定控制参数和进行系统
调试。
系统软件组成
控制算法
实现控制逻辑的核心程序，根 据输入信号和设定参数计算输
05
直接数字控制的未来发展
新算法的研究与应用
预测控制算法
01
通过预测模型和优化算法，实现更精确和快速的控制系统调节。
人工智能算法
02
结合机器学习、深度学习等技术，实现自适应、自学习的控制
系统。
多变量控制算法
03
针对复杂系统，研究多输入多输出控制算法，提高系统整体性
能。
嵌入式系统的应用与发展
01
楼宇自动化
在智能楼宇中，DDC系统用于对空调 系统、照明系统、安防系统等进行实 时监控和自动控制，提高楼宇的舒适 性和安全性。
直接数字控制的优势与局限性
优势
DDC系统具有高精度、高可靠性、易于实现复杂控制算法等优点，能够实现对 工业过程的精确控制，提高生产效率和产品质量。
局限性
DDC系统的成本较高，且需要专业的维护和调试，对于一些小型企业或项目可 能不太适用。此外，DDC系统的稳定性和安全性也需要进一步保障。
模糊控制算法
总结词
模糊控制算法是一种基于模糊集合论和模糊逻辑的控制算法，通过将专家的经验或知识转化为模糊规则，实现对 被控对象的智能控制。
详描述
模糊控制算法通过将输入的精确值转化为模糊集合论中的模糊值，并根据模糊逻辑推理规则进行模糊运算，最终 输出模糊控制量。它能够处理不确定性和非线性问题，具有鲁棒性强、适应性广等优点，尤其适用于具有复杂性 和不确定性的控制系统。
直接数字控制系统
直接数字控制系统直接数字控制系统（Direct Numerical Control System，DNC系统）是一种机电一体化的计算机数控技术。
它是将数控技术与计算机技术相结合，形成的一种高级数控技术。
DNC是在输入数据时，利用计算机存储器的大容量，将机床所需磁带程序完全存储在计算机存储器中，而不是在磁带上，从而实现在较短时间内寻访、检索数据，避免磁带作业时间过长，提高了程序的使用效率和作业效率，缩短了生产周期。
DNC系统的优点与其他数控机床系统相比，DNC系统有以下优点：1.提高了生产效率：通过计算机的中央处理器，可以对多个机床进行远程控制，同时提高了机床的利用效率，缩短了生产周期。
2.降低了产品成本：DNC系统可以实现自动化生产，并对产品进行实时检测和控制，减少了人工时间和人工错误，从而降低了产品成本。
3.优化了生产结构：DNC系统可以实现工艺参数在线修改和实时监控，对工艺参数进行优化，从而优化了生产结构。
4.数据管理更加方便：通过计算机的存储，DNC系统可以存储历史数据，并实现数据的查询、统计和管理等功能。
DNC系统的应用DNC系统已经广泛应用于精密加工、航空航天、汽车制造、模具加工等领域。
比如在航空航天领域，DNC系统可以实现对机床进行远程控制和管理，可以远程对飞机的部件进行加工和检验，有效提高了生产效率和产品质量。
在汽车制造领域，DNC系统可以对机床进行在线控制和嵌套生产，确保了米质米量的生产需求，在汽车制造的各个环节都使用了DNC系统，实现了全面自动化生产，提高了工厂的生产效率和产品质量。
在模具加工领域，DNC系统可以实现加工过程的自动化、监控和管理，通过实时检测和控制，保证了模具的精度和质量。
通过对DNC系统的介绍，我们可以看出DNC系统的优点和应用。
DNC系统的出现，不仅提高了生产效率和产品质量，还为工程师们提供了更加方便的数据管理工具，可以帮助企业实现自动化生产和优化生产结构，是现代化工厂的重要技术手段之一。
DDC控制器介绍
DDC控制器介绍DDC是直接数字（Direct Digital Control)的简称，在DDC系统中计算机通过模拟量输入通道（AI)和开关量输入通道（DI）采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道（A0)和开关量输出通道（DO)直接控制生产过程。
DDC控制器控制系统的构成部分1、中央管理计算机。
中央管理计算机设置在中央监控室内，它将来自现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员，并接至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。
2、DDC（直接数字控制器，亦称下位机）。
DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。
3、通信网络。
中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据传输线路（通信网络）实现，较小规模的BAS系统可以简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。
4、传感器与执行器。
BAS系统的末端为传感器和执行器，它被装置在被控传感元件和执行元件上。
DDC控制器主要功能DDC主要功能包括以下几个方面：1、对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。
2、对采集的数据进行调整和处理。
3、对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。
4、对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。
5、根据现场采集的数据执行预定的控制算法而获得控制数据。
6、通过预定控制程序完成各种控制功能，包括比例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和联锁控制。
7、向第三层的数据控制和执行设备输出控制和执行命令。
8、通过数据网关或网络控制器连接第一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改的指令。
模块化设备控制器（MEC）是APOGEE现场管理和控制系统的组成部份，是一个高性能的直接数字控制器（DDC）。
名词解释 数字控制
1、数字控制：一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。
2、数控机床：是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床3、加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床4、CNC：计算机数控系统以计算机为控制核心的数字控制系统5、DNC：直接数字控制系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统6、FMC：柔性制造单元是由加工中心与自动交换工件的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能7、FMS：柔性制造系统由加工、物流、信息流组成的系统8、CIMS：计算机集成制造系统是生产设备的集成、以信息为特征的技术集成和功能集成。
9、插补：是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法10、伺服系统：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统11、开环进给伺服系统：不需要对实际位移和速度进行测量，不需要将所测得的实际位移和速度反馈到系统的输入端与输入的指令位置和速度进行比较的系统12、闭环进给伺服系统：将检测元件装在执行部件上，直接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统13、半闭环进给伺服系统：将检测元件安装在进给伺服系统传动链中的某一个环节上，间接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统14、PWM：晶体管脉冲调宽调速系统，是通过改变脉冲宽度的方法来改变电枢回路的平均电压，达到电机调速的目的15、脉冲当量：单位脉冲下，进给伺服系统驱动元件所给的最小位移。
16、并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上任务处理的方法17、主从结构：CNC装机上的多机系统，以一个CPU对资源有控制权，而其他CPU对资源无控制权；18、MTBF：平均无故障时间，是CNC系统寿命范围内总工作时间和总故障次数之比。
19、系统增益：进给伺服系统时间常数的导数。
计算机控制系统
1.DDC系统的体系结构：1硬件结构分为主机单元，输入输出单元和人机接口单元，结构方式有模版式和模块式，安装方式有盒式台式柜式。
软件结构分为系统软件，控制运算软件，输入输出软件，人机接口软件和监控组态软件。
3网络结构分为I/O总线和通信网络。
2.DDC系统类型及发展：从单板机，STO总线模版机，PC总线工业控制机发展到工业PC机，即PCI总线和CompactPCI总线工业控制机。
3.PID算法的改进措施：积分项的改进，积分作用是消除残差，提高控制性能，包括积分分离，抗积分饱和，梯形积分和消除积分不敏感区。
2微分项的改进，尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。
包括偏差平均和测量值微分。
3变PID控制，对被控对象的自平衡能力，可以分段采用P,PI控制，其优点是减少超调，缩短调节时间，包括设定值改变的变PID控制和负荷改变的变PID控制4.无扰动切换：指在进行PID控制方式切换之前，例如从手动或者自动或者自动到手动的切换，无需人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，保证切换无扰动。
1，手动自动aPID控制块处于手动方式，尽管不进行PID计算，但在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E（n-1），E（n-2）,Ud(n-1)等清零，并将输出控制量赋给UC（n-1）b，PID控制块处于自动方式，为了实现从自动到手动的无平衡无扰动切换，在自动方式下，每个控制周期应将COV值赋给MOV 2输出跟踪a手动操作器处于手动HM工作状态PID控制块处于输出跟踪YT 状态，为了实现从输出跟踪到正常工作NT状态的无扰动切换，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将OTV值赋给UC（n-1）3,输出安全当PID 控制块处于输出安全YS状态时，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将输出安全值SOV赋给UC（n-1）4，输出保持当PID控制器处于输出保持状态，副条极限保持状态和PV坏保持PBH状态时，在每个周期应使设定值跟踪被控量，清零，还要使UC（n-1）保持不变5，回算输出和回算输入后级功能块的回算输出端和前级功能块的回算输入端连接，向前级功能块传送有关参数，是这2个功能块相互匹配，从而保证功能块工作方式的无扰动切换5.内部总线：计算机内部模块与模块之间进行通信的总线PC/XT PC/AT ISA DCI PCI6.外部总线：计算机外部通信的总线，RS-232 RS-422 RS -4857.干扰的来源，传播，抑制：来源，外部干扰是那些与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰，主要是空间电场或磁场，内部干扰是由系统结构，制造工艺决定的，内部零部件的分布电容，分布电感引起的耦合反映，多点接地造成的电位差引起干扰。
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计算机过程控制系统
• 1.3 计算机过程控制系统的类型 • (1)巡回检测和数据处理系统 • 巡回检测和数据处理系统是计算机应用于过程控 制的最早形式之一。计算机对一次企仪表产生的 参数进行巡回检测，并由计算机进行必要的数据 处理，如数字滤波、仪表误差修正等；对大量的 数据进行记录，对过程进行集中监视，根据事先 存人的各种参数的极限值，处理过程中可进行越 限报警，以确保生产过程的安全。巡回检测和数 据处理系统的结构图如图10．3所示，这是一个 开环控制系统，计算机不直接参与过程控制，对 生产过程不会直接产生影响。
计算机过程控制系统
• 控制台 • 操作人员通过运行控制台与计算机进行 “对话”，随时了解生产过程和控制状态， 修改控制参数、控制程序，发出控制命令， 判断故障，进行人工干预等
计算机过程控制系统
• (2)软件组成 计算机过程控制系统的硬件 只是控制的躯体，系统的大脑和灵魂是各 种软件。计算机控制装置配置了必要的软 件，才能针对生产过程的运行状态，按照 人的思维和知识进行自动控制，完成预定 控制功能。计算机控制装置的软件通常分 为两大类：系统软件和应用软件。
计算机过程控制系统
计算机过程控制系统
• 本章提要 • 随着计算机技术的迅速发展，将计算机用于过程 控制系统，称为计算机过程控制系 统。计算机过 程控制系统综合了计算机生产过程和自动控制理 论等方面的知识。数据通信技术是工业网络的关 键技术。在一个大规模的计算机过程控制系统中， 常常会有很多的测量和控制对象，即使速度很高 的计算机也难以满足要求，因此必须将任务分给 多个计算机(或可编程序控制器，PLC)来协调运 行
计算机过程控制系统
• 应用软件 • 应用软件是针对某一生产过程，依照控制系统 设计人员的设计思想，为达到控制目的而设计的 程序。应用软件一般包括基本运算、逻辑运算、 数据采集、数据处理、控制运算、控制输出、打 印输出、数据存储、操作处理、显示管理等程序。 数据采集、数据处理程序服务于过程输入通道。 控制输出程序服务于过程输出通道。控制运算程 序是应用软件的核心，是实施系统控制方案的关 键。
计算机过程控制系统
• 1 计算机过程控制系统组成与分类 • 1.1 计算机过程控制系统简介 计算机过程控制 系统由被控对象、传感变送器、计算机装置和执 行机构组成，如图10.1所示。其中控制器的核心 可以是微处理器、单片计算机或微型计算机。 计算机过程控制综合了计算机、生产过程和自动 控制理论等方面的知识。自动控制理论是计算机 控制的理论支柱，计算机技术的发展又促进了自 动控制理论的应用与发展。
计算机过程控制系统
• 系统软件 系统软件是主机基本配置的 软件，一般包括操作系统、监视程序、诊 断程序、程序设计系统、数据库系统、通 信网络软件等。系统软件由计算机装置设 计者和制造厂提供。控制系统设计人员要 了解并学会使用系统软件，利用系统软件 提供的环境，针对某一控制系统的具体任 务，为达到控制目的进行应用软件的设计 工作。
计算机过程控制系统
• 随着计算机硬件技术的日臻完善，软件工 作的重要性日益突出。同样的硬件，配置 高性能软件，可取得良好控制效果。反之， 可能达不到预定控制目的。 由于应用 软件是由控制系统设计者为实现本系统的 特定功能而开发的软件，所以控制系统设 计人员需对应用软件的设计工作量予以足 够重视。 应用软件应具有实时性，高 可靠性，具有软件抗干扰措施。
计算机过程控制系统
• 这就形成了分散控制系统(DCS)与现场总线 控制系统(FCS)，不同地点和不同功能的计 算机(PLC)之间需要交换信息，把它们按照 一定的协议连接起来就构成了计算机网络 以及现场总线。 本章主要介绍基本的计 算机过程控制系统、数据通信技术、工业 网络技术、可编程序控制器系统、分散控 制系统、现场总线控制系统。
计算机过程控制系统
计算机过程控制系统
– 计算机过程控制系统与常规过程控制系统相比而言， 其主要特点体现在三个方面： – 控制器的核心器件； – 控制规律的实现方法；
• 控制功能的灵活性与先进性。 常规过程控 制系统的控制器为模拟调节器，其核心器件是模 拟电子器件构成的模拟电路。它由相关的模拟器 件实现所需的控制规律。控制器的参数借助可调 阻、容器件进行调整。若需要改变控制方案，则 必须更换模拟调节器的输入输出通道 • 输入输出通道又称过程通道输入输出通道把计 算机与测量元件、执行机构、生产过程和被控对 象连接起来，进行信息的传递和变换。输入输出 通道一般可分为模拟量输入通道、数字量输入通 道、模拟量输出通道和数字量输出通道。模拟量 输入输出通道主要由 A／D变换器和D／A变换器 组成。 • 接口电路 • 输人输出通道、控制台等设备通过接口电路传 送信息和命令，接口电路一般有并行接口、串行 接口和管理接口。
计算机过程控制系统
计算机过程控制系统
• 主机 通常包括微处理器(CPU)和存储 器(ROM，RAM)，它是数字控制系统的核 心。主机根据由输入通道送来的命令和测 量信息，按照预先编制好的控制程序，按 照一定的控制规律进行信息处理、计算， 形成的控制信息由输出通道送至执行机构 和有关设备。 测量元件和执行机构 测 量元件包括数字测量元件和模拟测量元件， 执行机构根据 需要可以接受模拟控制量 和数字控制量。
计算机过程控制系统
• 由于计算机过程控制系统的控制器其核心 是微处理器、单片计算机或微型计算机， 它们不是用模拟器件实现控制规律，而是 由计算机的软件实施。改变系统控制方案 不必更换硬件，只是对软件进行选择、组 合或补充即可。软件愈丰富，系统控制功 能愈灵活。
计算机过程控制系统
• 1.2 计算机过程控制系统的组成 • 计算机控制系统已广泛应用到国防和工业领域， 由于被控对象、控制功能及控制设备不同，因而 计算机控制系统是千变万化的。计算机控制系统 的最基本特征是一个实时系统，它由硬件和软件 两大部分组成。 (1)硬件组成 • 计算机控制系统的硬件一般由被控对象(生产过 程)、过程通道、计算机、人机联系设备、控制操 作台等几部分组成，如图10．2所示。