07-计算机控制系统共60页文档
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▪ 电子计算机尤其是微型计算机的出现并应用于自 动控制领域，使自动控制水平产生了巨大飞跃。
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 微电子技术和计算机技术的发展，为计算机控制的发展奠 定了坚实的基础。
▪ 自1946年世界上第一台可以由程序控制的计算机（称为 电子数字器与计算器）ENICA诞生以来，人们就试图将 这种运算速度快，又能存储又能进行算术和逻辑计算的机 器应用于自动控制系统中来。然而这种昂贵的运算机器在 作为控制器来说是大材小用，于是人们希望用这种计算机 来完成许多回路的数据采集与控制，而当时计算机的可靠 性又难以胜任作为控制器所需要的高可靠性。
7.2.2 计算机控制系统的硬件组成
▪ 典型的计算机控制系统的硬件主要包括：计算机 主机、过程控制通道、操作控制台和常用的外设。
▪ 随着计算机网络技术的快速发展，网络设备也成 为计算机控制系统硬件不可少的一部分。
控
A/D
制 对
CPU
象
D/A
（ 系
统
MEM
D/I
）
主机
D/O
过程控制通 道
操作台（通讯）
号，计算机要替代原模拟调节器必须完成模拟量到数字量 的转换（A/D）和数字量到模拟量的转换（D/A）
控制器
D/A
+
-
A/D
对象
计算机
计算机控制系统基本框图（闭环）
7.2.1 计算机控制系统
▪ 计算机控制系统的控制过程可归纳为三个过程： （1）信息的获取：计算机通过计算机的外部设备获取被 控对象的实时信息和人的指令性信息 （2）信息的处理：计算机根据预先编好的程序对从外设 获取的信息进行处理 （3）信息的输出：计算机将最终处理完的信息通过外部 设备将这些信号送到控制对象，通过显示、记录或打印等 操作输出其处理或获取信息的情况
7.2 计算机控制系统的组成及分类
▪ 7.2.1 计算机控制系统 ▪ 7.2.2 计算机控制系统的硬件组成 ▪ 7.2.3 计算机控制系统的软件组成 ▪ 7.2.4 计算机控制系统的分类
7.2.1 计算机控制系统
▪ 在开、闭环控制系统中都少不了控制器环节 ▪ 若用计算机替代系统中的控制器就形成了计算机控制系统 ▪ 由于计算机处理的是数字信号，而现场的信号都是模拟信
典型的计算机控制系统的硬件组成框图
7.2.2 计算机控制系统的硬件组成
(1)主机:是指用于控制的计算机，它主要由CPU、存储器和 接口三大部分组成，是整个系统的核心。
▪ 目前使用的主机有：单片机、PLC、工业PC等。 ▪ 它主要完成数据和程序的存取、程序的执行、控制外部设
7.2.1 计算机控制系统
▪ 在计算机控制系统中包括了硬件和软件两大部分 ▪ 硬件是由计算机主机、接口电路、外部设备组成，是计算
机控制系统的基础 ▪ 软件是安装在计算机主机中的程序，它能够完成对其接口
和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有维持计 算机主机工作的系统软件和为完成控制而进行信息处理的 应用软件的两大部分，软件是计算机控制系统的关键。
▪ 在20世纪60年代计算机控制系统已成功的应用于化工、 钢铁和电力等不同的领域，但这些系统还都是以数据的采 集和处理为主。1962年英国帝国化工公司制造出一套可 以直接取代常规仪表对生产过程直接进行控制的计算机控 制系统，开创了直接数字控制的新时期
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 自1971世界上第一片四位微处理器的出现，微型计算机 得以快速发展，1993年Pentium处理器的出现更使微型 计算机在运算速度等诸多方面得以长足发展，同时也使计 算机控制得以飞速发展。
▪ 微处理器和微型计算机的诞生与发展为实现分散控制创造 了良好的条件。
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 1975年美国Honeywell公司研制成功世界上第一套集散 型控制系统TDC-2000并投入使用，开创了计算机应用于 实际生产过程控制的新纪元。随后一直到80年代末，集 散控制系统迅速发展，有几万套集散系统投入运行，不但 得到使用者的高度评价同时也为制造商和使用企业带来了 巨大的经济效益。
▪ 随着3C技术和网络技术的发展，现场总线控制系统和网 络控制系统应运而生。可编程控制器（PLC）的综合应用 已打破了原工业控制的格局，并共同融入到计算机控制系 统的大门类之中。
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 50年代的起步期 ▪ 60 年代的试验期 ▪ 70年代以来的推广期 ▪ 80年代的成熟期 ▪ 90年代后进一步发展期
7.2.1 计算机控制系统
▪ 在计算机控制系统中包括了硬件和软件两大部分 ▪ 硬件是由计算机主机、接口电路、操作控制设备、外部设
备组成，是计算机控制系统的基础 ▪ 软件是安装在计算机主机中的程序，它能够完成对其接口
和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有维持计 算机主机工作的系统软件和为完成控制而进行信息处理的 应用软件的两大部分，软件是计算机控制系统的关键。
▪ 计算机控制系统简单地说就是以计算机替代了原 模拟控制系统的控制器（控制仪表）组成的自动 控制系统。但是这种取代决不是一种简单的替代 而是一种升华。
7.1.1 计算机控制系统的产生
▪ 随着科学发展、技术进步和对控制要求的提高， 控制对象越来越复杂，控制系统也随之复杂，出 现了多输入-多输出多变量系统、非线性系统控制、 时变和分布参数控制系统。对这些系统，使用常 规控制方法和手段实现十分困难。
世界上第一台电子计算机ENIAC
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 20世纪50年代初，美国首先用计算机来完成对生产过程 进行巡检数据采集和数据处理。
▪ 1959年美国TRW航空公司和Texaco公司合作成功地在得 克萨斯州的一家炼油厂将一台计算机投入在线控制。该控 制系统以综合指标出发确定了热水循环系统的最佳参数， 同时也揭开了计算机控制的辉煌一页。
Biblioteka Baidu第七讲 计算机控制系统
7.1 计算机控制系统概述 7.2 计算机控制系统的组成及分类 7.3 计算机控制研究的课题与发展方向
7.1 计算机控制系统概述
▪ 计算机控制，是关于将计算机技术应用于工农业 生产、国防等行业自动控制的一门综合性学科与 技术。
▪ 计算机控制是以计算机、自动控制理论、自动控 制工程、电子学和自动化仪表为基础的综合学科。
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 微电子技术和计算机技术的发展，为计算机控制的发展奠 定了坚实的基础。
▪ 自1946年世界上第一台可以由程序控制的计算机（称为 电子数字器与计算器）ENICA诞生以来，人们就试图将 这种运算速度快，又能存储又能进行算术和逻辑计算的机 器应用于自动控制系统中来。然而这种昂贵的运算机器在 作为控制器来说是大材小用，于是人们希望用这种计算机 来完成许多回路的数据采集与控制，而当时计算机的可靠 性又难以胜任作为控制器所需要的高可靠性。
7.2.2 计算机控制系统的硬件组成
▪ 典型的计算机控制系统的硬件主要包括：计算机 主机、过程控制通道、操作控制台和常用的外设。
▪ 随着计算机网络技术的快速发展，网络设备也成 为计算机控制系统硬件不可少的一部分。
控
A/D
制 对
CPU
象
D/A
（ 系
统
MEM
D/I
）
主机
D/O
过程控制通 道
操作台（通讯）
号，计算机要替代原模拟调节器必须完成模拟量到数字量 的转换（A/D）和数字量到模拟量的转换（D/A）
控制器
D/A
+
-
A/D
对象
计算机
计算机控制系统基本框图（闭环）
7.2.1 计算机控制系统
▪ 计算机控制系统的控制过程可归纳为三个过程： （1）信息的获取：计算机通过计算机的外部设备获取被 控对象的实时信息和人的指令性信息 （2）信息的处理：计算机根据预先编好的程序对从外设 获取的信息进行处理 （3）信息的输出：计算机将最终处理完的信息通过外部 设备将这些信号送到控制对象，通过显示、记录或打印等 操作输出其处理或获取信息的情况
7.2 计算机控制系统的组成及分类
▪ 7.2.1 计算机控制系统 ▪ 7.2.2 计算机控制系统的硬件组成 ▪ 7.2.3 计算机控制系统的软件组成 ▪ 7.2.4 计算机控制系统的分类
7.2.1 计算机控制系统
▪ 在开、闭环控制系统中都少不了控制器环节 ▪ 若用计算机替代系统中的控制器就形成了计算机控制系统 ▪ 由于计算机处理的是数字信号，而现场的信号都是模拟信
典型的计算机控制系统的硬件组成框图
7.2.2 计算机控制系统的硬件组成
(1)主机:是指用于控制的计算机，它主要由CPU、存储器和 接口三大部分组成，是整个系统的核心。
▪ 目前使用的主机有：单片机、PLC、工业PC等。 ▪ 它主要完成数据和程序的存取、程序的执行、控制外部设
7.2.1 计算机控制系统
▪ 在计算机控制系统中包括了硬件和软件两大部分 ▪ 硬件是由计算机主机、接口电路、外部设备组成，是计算
机控制系统的基础 ▪ 软件是安装在计算机主机中的程序，它能够完成对其接口
和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有维持计 算机主机工作的系统软件和为完成控制而进行信息处理的 应用软件的两大部分，软件是计算机控制系统的关键。
▪ 在20世纪60年代计算机控制系统已成功的应用于化工、 钢铁和电力等不同的领域，但这些系统还都是以数据的采 集和处理为主。1962年英国帝国化工公司制造出一套可 以直接取代常规仪表对生产过程直接进行控制的计算机控 制系统，开创了直接数字控制的新时期
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 自1971世界上第一片四位微处理器的出现，微型计算机 得以快速发展，1993年Pentium处理器的出现更使微型 计算机在运算速度等诸多方面得以长足发展，同时也使计 算机控制得以飞速发展。
▪ 微处理器和微型计算机的诞生与发展为实现分散控制创造 了良好的条件。
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 1975年美国Honeywell公司研制成功世界上第一套集散 型控制系统TDC-2000并投入使用，开创了计算机应用于 实际生产过程控制的新纪元。随后一直到80年代末，集 散控制系统迅速发展，有几万套集散系统投入运行，不但 得到使用者的高度评价同时也为制造商和使用企业带来了 巨大的经济效益。
▪ 随着3C技术和网络技术的发展，现场总线控制系统和网 络控制系统应运而生。可编程控制器（PLC）的综合应用 已打破了原工业控制的格局，并共同融入到计算机控制系 统的大门类之中。
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 50年代的起步期 ▪ 60 年代的试验期 ▪ 70年代以来的推广期 ▪ 80年代的成熟期 ▪ 90年代后进一步发展期
7.2.1 计算机控制系统
▪ 在计算机控制系统中包括了硬件和软件两大部分 ▪ 硬件是由计算机主机、接口电路、操作控制设备、外部设
备组成，是计算机控制系统的基础 ▪ 软件是安装在计算机主机中的程序，它能够完成对其接口
和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有维持计 算机主机工作的系统软件和为完成控制而进行信息处理的 应用软件的两大部分，软件是计算机控制系统的关键。
▪ 计算机控制系统简单地说就是以计算机替代了原 模拟控制系统的控制器（控制仪表）组成的自动 控制系统。但是这种取代决不是一种简单的替代 而是一种升华。
7.1.1 计算机控制系统的产生
▪ 随着科学发展、技术进步和对控制要求的提高， 控制对象越来越复杂，控制系统也随之复杂，出 现了多输入-多输出多变量系统、非线性系统控制、 时变和分布参数控制系统。对这些系统，使用常 规控制方法和手段实现十分困难。
世界上第一台电子计算机ENIAC
7.1.2 计算机控制系统的发展
▪ 20世纪50年代初，美国首先用计算机来完成对生产过程 进行巡检数据采集和数据处理。
▪ 1959年美国TRW航空公司和Texaco公司合作成功地在得 克萨斯州的一家炼油厂将一台计算机投入在线控制。该控 制系统以综合指标出发确定了热水循环系统的最佳参数， 同时也揭开了计算机控制的辉煌一页。
Biblioteka Baidu第七讲 计算机控制系统
7.1 计算机控制系统概述 7.2 计算机控制系统的组成及分类 7.3 计算机控制研究的课题与发展方向
7.1 计算机控制系统概述
▪ 计算机控制，是关于将计算机技术应用于工农业 生产、国防等行业自动控制的一门综合性学科与 技术。
▪ 计算机控制是以计算机、自动控制理论、自动控 制工程、电子学和自动化仪表为基础的综合学科。