阐述计算机自动控制系统概念
自控系统 介绍文案
自控系统介绍文案
自控系统是一种自动化的控制系统，它能够通过传感器、控制器和执行器等设备，实现对被控对象的自动控制和调节。
自控系统广泛应用于各个领域，如工业、航空、军事等，为我们的生活和生产带来了极大的便利。
自控系统的基本原理是通过传感器实时监测被控对象的状态，并将这些状态信息传输给控制器。
控制器根据预设的算法和规则，对接收到的状态信息进行处理和分析，生成控制指令。
然后，执行器根据控制指令对被控对象进行调节和操作，使其达到预设的目标状态。
自控系统的优点在于其高度的自动化和智能化。
通过自控系统，我们可以实现对被控对象的精确控制和调节，提高生产效率和质量。
同时，自控系统还可以实现对环境的实时监测和预测，为我们的决策提供科学依据。
自控系统的应用领域非常广泛。
在工业领域，自控系统可以应用于生产线的自动化控制、设备的远程监控和维护等。
在航空领域，自控系统可以应用于飞机的自动驾驶、飞行姿态的调整等。
在军事领域，自控系统可以应用于导弹的制导、火炮的自动瞄准等。
总之，自控系统是一种非常重要的自动化控制系统，它为我们的生活和生产带来了极大的便利和效益。
随着科技的不断发展，自控系统的功能和应用范围也在不断扩展和深化。
我们相信，未来的自控系统将会更加智能化、高效化，为我们的生活和生产带来更多的惊喜和便利。
计算机自动控制
计算构成
目录
02 主要特点 04 典型形式
计算机自动控制，即计算机控制（参考计算机控制系统）的一种，是应用计算机参与控制并借助一些辅助部 件与被控对象相，以使控制过程自动化的控制方式。
基本概念
计算机自动控制不是一个明确的概念，通常指计算机控制分类下直接数字控制、监督计算机控制等自动化控 制。
主要包括系统软件（用以使用和管理整个控制系统）和应用软件（用于面向用户满足需求）。
典型形式
直接数字控制系统
直接数字控制系统（Direct Digital Control System, DDC-System），指计算机通过检测单元对一个或 多个过程参数进行巡回检测，并经过输入通道将检测的数据输入计算机，按照一定控制规律，计算机输出控制信 息达成控制目的。
计算机分级分布式控制系统（Distributed Control System, DCS）是分级分布控制的典型应用模式，近些 年来发展尤其迅速。这类系统采用分布式控制原理、集中操作、分级管理、分散控制、综合协调的设计原则，多 采用分层结构或状结构。
自动控制系统ppt课件
(二) 逆变器输出电压与脉宽的关系 单极式SPWM 脉冲幅值1/2Us.在半个周波内有 N个脉冲,个脉冲不等宽 但中心间距一样, 等三角波的周期
令 第 个矩形脉冲宽度为 其中心点相位角
因为从原点始只有半个三角波
因为输出电压波形 负半波左右对称,是一个奇 次周期函数
把N个矩形脉冲代表的 代入上式,须先求的每个 脉冲的起始和终止相位角
五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型
定性分析 建立数学模型
定量分析
定性分析
对系统校正 工程实践
对系统校正
称心？
N
Y 工程实践
六.本课程与其它课程的关系
先修课程 电机学、自控原理、电子技术
后续课程 计算机控制系统
六.本课程与其它课程的关系
主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统
§7-1变频调速的基本控制方 式
电机调速时希望磁通量Φm为额定值不变 三相异步机每相电势 Eg=4.44f1N1KN1Φm f1------定子频率 KN1---基波绕组系数 N1-----定子每相绕组串联匝数 Φm ----每极气隙磁通量(Wb)
一.基频以下调速
f1从额定f1n向下调。 要求： Eg /f1 =常数。
二.自动控制系统的分类
③过程控制系统 特点：对生产过程自动提供一定的外界条件，
例如：温度、压力、流量、粘度、浓度等参 量保持恒定或按一定的程序变化。对其中的 每一局部，可以是随动系统，也可以是恒值 系统。 例子：化工厂控制系统。
二.自动控制系统的分类
2.按数学模型分类 数学模型 描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。 静态模型 变量各阶导数为零的条件下。
二:直接变频装置(AC-AC)
第1章 计算机控制系统概述
与RS232相比：速度快、传输距离远。
3.MODBUS总线
是MODICON公司为生产的PLC与外界通信而设计的一种通信协议。
（可通过24总线命令实现）
特点（3） ： 1）应用广泛：凡具有RS232/485接口的MODBUS协议设备都可以使 用本产品实现与过程现场总线（PROFIBUS）的互连。
监督计算机控制系统（Supervisory Computer Control, SCC）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 如图1-6（a）所示，在该系统中，计算机对工业对象的各个物理量进行巡 回检测，并按生产过程的数学模型计算出最佳给定值，送给模拟调节器。 检测元件获得的测量值与该给定值进行比较后，得到的偏差经模拟调节器 分析计算后输出至执行机构，从而实现控制生产过程的目的。 2.SCC＋DDC控制系统 如图1-6（b）所示，该系统可看成是一种二级控制系统，SCC监督级的作 用是计算最佳给定值，送给DDC直接控制生产过程，它与DDC级计算机之 间通过接口进行信息交换。当DDC级计算出现故障时，可由SCC级计算代 替，因此，大大提高了系统的可靠性。
2）应用简单：用户不必了解PROFIBUS和MODBUS技术细节以及复 杂编程，用户只需参考本手册及提供的应用实例，根据要求完成配置， 即可在短时间内实现连接通信。 3）透明通信：用户可以依照PROFIBUS通信数据区和MODBUS通信 数据区的映射关系，实现PROFIBUS到MODBUS之间的数据透明通 信。
(4) 通信网络为开放式互连网络，可极其方便地实现数据共享；
(5) 技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户。
1.4 计算机控制系统的控制规律
自动控制系统概述
自动控制系统概述自动控制系统是一种能够实现自主操作和反馈控制的系统，可以对一些或多个过程进行监测、调整和控制。
它是一种通过传感器、执行器和控制器之间的相互作用来实现的技术体系。
自动控制系统在现代工业生产、交通运输、通讯、航空航天等领域起着至关重要的作用。
自动控制系统的核心是控制器，它是一个电子装置或者计算机程序，可以检测和测量系统的状态，并根据事先设定的标准或规则来调整系统的输出。
控制器通常根据测量结果实施一系列的逻辑或算法操作，以实现对系统的有效控制。
传感器负责监测和测量系统的输入和输出变量，将其转换成数字或模拟信号供控制器使用。
执行器根据控制器的指令来改变和调整系统的输出结果。
自动控制系统的组成部分包括：传感器、执行器、控制器、反馈回路和电源等。
自动控制系统的工作原理是通过控制器对传感器所获得的反馈信息进行分析和判断，根据事先设定的目标或标准，调整执行器的输出，使系统的输出状态达到预期的目标。
其中，反馈机制是实现自动调节的核心机制之一，通过将系统输出与目标进行比较，产生偏差信号，并通过控制器对执行器进行控制，以减小系统输出与目标之间的偏差。
在自动控制系统中，控制器的设计和优化是关键问题之一、常见的控制器类型有比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器。
PID控制器是一种广泛应用的控制器，通过比例、积分和微分三个部分的组合使用，实现对系统输出的准确控制。
PID控制器根据系统的输出偏差和变化率来调整执行器的输出，使系统能够快速、精确地响应外界的变化。
自动控制系统具有许多重要的优点。
首先，它可以提高生产效率和系统性能，实现对复杂过程的监测和控制。
其次，自动控制系统可以减少人为错误和操作失误，提高系统的可靠性和安全性。
此外，自动控制系统还可以减轻人力负担，降低生产成本，并且可以应对复杂的环境条件和工作要求。
然而，自动控制系统也存在一些挑战和局限性。
首先，自动控制系统的设计和实施需要专业知识和技术，对于新技术和设备的应用需要不断的研究和创新。
第一章-自动控制系统的一般概念
主反馈
内回路
测量元件
主回路
五、自动控制系统的基本控制方式
反馈（闭环）控制方式 开环控制方式：被控对象各部件的信号只沿着顺向传递，
输出量不会对系统的控制产生影响。
输入量 放大元件
执行元件
输出量 被控对象
顺馈控制方式：在干扰可测量的时候，将干扰量测量出
来，送到输入端，产生干扰补偿信号，以减少干扰对系
统的影响。本质：按扰动开环控制。
由于受控对象的具体情况不同，各种系统对它们的侧重 也不同。例如随动系统对快速性要求较高，而自动调整系统 对稳定性提出较严格的要求。
二、典型的外作用
典型：① 容易实现；② 有代表性；③ 便于分析计算。
1.阶跃函数
0 t 0
u
f (t) R t 0
R
单位阶跃函数 —— R 1 0
t
2.斜坡函数
,该信号经过放大，控制升降舵的移动。升降舵的角度， 决定了飞机爬升(俯冲)的倾角 。
舵机控制：位置伺服控制(内回路)。位移传感器测量。
外回路：飞机倾角 的反馈控制。垂直陀螺仪测量。
自动驾驶仪：根据飞行要求，提供设定的电压信号。并与测 量到的输出信号，产生相应的控制规律。
0 驾 驶 仪
放大器 舵机
② 现代控制理论 研究具有高性能、高精度的多变量变参数系统的最优
控制问题。以微分方程、线性代数及数值计算为主要数学 工具，用状态空间法研究系统状态运动的理论。
③ 智能控制理论 正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。
例1：人用手拿物品。
控制目标：手拿到物品。 相关部件：
1.手:抓取物品。功能：受控对象、执行部件。 2.大脑:协调眼、手工作。功能：比较物品与手之间的
自动控制基础知识.详解
Qi(t)
Qi(t)
0
t
0τ
t
图1.12 纯滞后环节反应曲线
§1.3 自动控制系统的过渡过程及品质指标
一、典型输入信号
不同的函数表示不同的输入信号:
r(t)
r(t)
a
at
0
t
(a)阶跃函数
r(t)
at2
0
t
(b)速度函数
r(t)
1/Δ
0
t
(c)加速度函数
0Δ
t
(d)脉冲函数
二、自动控制系统的静态与动态
专业术语
被控量和控制量 对象 系统 扰动
三、 自动控制系统的分类 1 闭环控制
给定量
比较、计算
执行
干扰
受控对象
被控量
测量
图1.4 闭环控制框图
2 开环控制
（1）按给定值控制
给定量
计算
执行
干扰
受控对象
被控量
图1.5 开环控制框图
（2）按干扰补偿
测量
计算
执行
干扰
受控对象
被控量
图1.6 按干扰补偿框图
（2）过渡过程的5个品质指标
y
图1.13 定值系统的过渡过程
最大偏差A 过渡时间ts 余差C 衰减比ψ 振荡周期Tp
§1.4 自动控制的基本方式
f 被控对象
u
控制器
c
c
e
r0
图1.14 控制系统方框图
控制系统的控制方式：控制器接受了偏差信号以后，它的 输出信号的变化方式。
实质：控制器的输入信号e(t)与其输出信号u(t)之间的关系， 即 u(t)=f [e(t)]
水工艺仪表与控制
自动控制系统的基本概念
自动控制系统的基本概念第一节自动控制系统的组成及分类一、自动控制系统的组成在工业生产中，各种生产工艺过程都必须在规定的工况条件下进行。
如精馏塔的塔顶温度或塔底温度要保持在期望值，化学反应器内的反应温度要保持稳定，锅炉汽包水位要维持在规定范围内，调和作业时的配比关系要达到规定的比值范围等。
这些生产过程中的工艺变量，需要根据工艺要求严格控制。
控制分人工控制和自动控制两种。
在绪论中以储罐液位系统为例介绍了人工控制和自动控制的基本概念。
自动控制是在人工控制约基础上发展起来的，它是在生产设备上配备一些自动控制装置，对生产过程中重要的工艺变量进行控制，使生产过程自动地维持预定工况。
自动控制装置和被控对象组成了自动控制系统。
为进一步了解自动控制系统，再来分析一个实例。
图13-1和13-2所示为一蒸汽加热器的温度人工和自动控制系统。
生产中利用蒸汽作为载热体对温度较低的进料进行加热，工艺上希望保持出料温度t在一个恒定的数值。
在这里，蒸汽加热器是被控对象，t是所要控制的变量，即被控变量，工艺上期望的t的数值是给定值。
蒸汽流量、进料流量、进料温度等发生变化时，都会使出料温度发生变化，即系统的干扰。
此处，采用的控制手段是调整加热蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，来维持出料温度的恒定。
蒸汽流量是操纵变量。
若采用人工控制，当流体流量、进料温度等干扰使出料温度偏离工艺期望值时，操作工的调节过程是这样的：(1)用眼睛观察加热器出口温度指示仪表；(2)通过大脑计算出温度指示值与工艺期望值之间的差值，即偏差，根据偏差大小及方向发出相应操作命令；(3)根据大脑的操作命令，通过手去改变蒸汽阀门开度；(4)反复执行上述过程，直到出口温度回到期望值。
操作工通过眼、脑、手相互配合，灾现了检测偏差，然脱纠正偏差的控制过程，自动控制实际上是用自动控制装置来实现上述过程。
为了实现这一过程，用测量变送器、控制器和执行器去代替操作工的眼、脑、手，将它们按功能连接在一起与被控对象组成了一个自动控制系统。
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阐述计算机自动控制系统概念
1.计算机自动控制系统
在计算机技术与自动控制技术获得良好发展的基础上，将两者有机结合起来就形成了计算机自动控制系统。
以往控制理论虽然已经获得较为显著的成果，而且能够成功运用于多种领域，整体呈现较为成熟的发展状态。
但是传统控制理论仍然存在无法克服的局限性，如果计算步骤及控制系统繁杂，那么在实际操作中并不能使用控制理论知识来克服遇到的困难，无法满足控制系统的潜在运行需求。
现行控制理论在逐渐发展的过程中，不断为自动控制系统的分析、设计、综合等方面提供充足的理论基础，同时计算机技术的快速发展为掌握新型控制规律提供了一个时效性非常高的平台，两者的有机结合促进自动控制技术走上更为迅速的发展道路。
典型连续控制系统结构因素包括给定值、控制器、执行器、被控对象、被控参数、检测装置、反馈值等，这个控制系统里所有信号都属于连续信号。
在控制过程中使用比较器来对反馈值和给定值进行比较，然后经由控制器来调节计算出现的偏差，形成控制信号驱动执行机构，最终将被控参数数值控制在预期范围内。
使用计算机来替换连续控制系统中的控制器与比较器，并且发挥同样的作用及功能，这样就形成一个典型的计算机自动控制系统。
在计算机自动控制系统中，计算机的输入和输出信号都是数字信号，而被控对象的被控参数一般都是模拟量，执行器的输入信号也大都是模拟信号，因此，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。
2.计算机控制系统的控制过程
计算机控制系统的控制过程可以划分为数据采集处理及实时控制两个部分。
数据的采集处理是指及时检测被控对象的被控参数并将其输入到计算机中进行相关处理。
实时控制是指按照已经设计好的控制规律来计算得出控制量，并在有效时间内将控制信号发送至控制器。
计算机自动控制过程必须要同时满足实效性及实时性的潜在需求，信号输入、计算、输出时间都应该控制在设计允许范围之内。
这个过程会在计算机自动控制作用下不断重复，系统能够契合预先设计的品质指标要求，而且在工作中还能实
时监测被控参数与设备可能出现的一系列异常状态，并且在最短时间内进行正确处理。
3.计算机控制系统的组成及特点
计算机系统由硬件和软件组成，硬件包括：计算机、过程输X/输出通道、外部设备、操作台; 软件由系统软件和应用软件组成。
计算机通过接口可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
过程输入/输出通道是在计算机和被控对象之间设置的信息传送和转换的连接通道。
过程输入通道把被控对象的被控参数转换成计算机可以处理的数字代码。
过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据，转换成可以对被控对象（或工作过程）进行控制的信号。
过程输入/输出通道一般分为：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; 外部设备是用来实现计算机和外界交换信息的设备。
操作台是操作人员与计算机控制系统进行“对话”的设备; 软件是指能够完成各种功能的计算机控制系统的程序系统。
计算机控制系统与连续控制系统相比，具有明显的特点：在连续控制系统中，各处的信号是模拟信号，而计算机控制系统是有模拟信号和数字信号的混合系统; 在连续控制系统中，控制规律是由模拟电路实现的，控制规律越复杂，所需的模拟电路往往越多，要修改控制规律，一般要改变原有的电路结构，而在计算机控制系统中，只需修改相应的程序，就能达到改变控制规律的目的; 计算机控制系统具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律; 计算机控制系统不是连续控制的，而是离散控制的; 在连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路，而在计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算处理能力，一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路; 采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管理一体化。
4.计算机控制系统类型及应用要点把握
4.1 操作指导控制系统
该系统是指计算机的输出不直接控制被控对象，只是每隔一定时间，计算机进行一次数据采集，将系统的一些参数经A/D 转换器转换后送入计算机进行计算及处理，然后进行报警、打印和显示。
操作人员根据这些结果去改变调节器的给定值或直接操作執行机构。
操作指导控制系统是一各开环控制结构。
该系
统结构简单，控制灵活和安全，但是要人工操作，速度受到限制，故不适合于快速过程的控制和多个对象的控制。
4.2 直接数字控制系统
该系统又叫DDC 系统，它是计算机用于工业过程控制中最普遍的一种模式。
计算机通过检测元件对一个或多个系统参数进行巡回检测，并经过输入通道将检测数据送人计算机，计算机根据规定的控制规律进行运算，然后，发出控制信号直接控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
在DDC 系统中的计算机参与闭环控制过程，它不仅能取代模拟调节器，实现多回路的PID （比例、积分、微分）调节，而且只通过改变程序就能有效地实现较复杂的控制，如前馈控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。
4.3 分级计算机控制系统
就是由若干个微处理器或管理计算机分别承担部分任务而组成的计算机控制系统。
该系统的特点是将控制任务分散，用多台计算机分别执行不同的任务，既能进行控制又能实现管理。
该系统是一个四级系统，各级计算机分别承担不同的任务。
装置控制级（DDC 级）对工作过程或单机直接进行控制; 部门都督级（SCC 级）根据管理级下达的命令和通过装置控制级获得的工作过程的数据，进行最优化控制; 管理集中控制级，根据上级下达的任务和公司情况，制定工作计划、安排部门日常工作、进行人员调配及各部门的协调，并及时将SCC 级和DDC 级的情况向上级反映; 经营管理级，制定长期发展规划、发展计划、工作计划，发命令至各分部，并接受各部发回来的数据，实行全局的总调度。
5.结束语
计算机控制技术已经完全贯穿于人们的生活及学习中，社会经济每个层面都与计算机控制技术之间存在非常密切的联系。
计算机控制系统大小不同，有非常庞大且复杂的类型，也有体积较小的各种微型设备，计算机控制技术在这些系统中发挥着至为重要的作用。
伴随着计算机的迅速普及及计算机技术的快速发展，类型繁多、性能优良、价格理想的控制器越来越多，为计算机应用于自动控制系统中提供了一个良好平台，相关技术人员应该熟练了解并掌握计算机自动控制系统知识，确保在实际使用过程中取得令人满意的控制效果。
【参考文献】
[1]史岩清，景志强.自动控制系统的发展与工业自动化展望[J].中国科技信息.2010（22）.。