计算机控制原理与技术课件：第1章 计算机控制系统概述

A／D
多路开关
变送器传感器
D／A
反多路开关
执行机构
生
产
对
开关量输入
象
开关量输出
外部通道
检测及变送 控制对象
计算机控制系统硬件组成框图
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1.2 计算机控制系统的组成
硬件组成
◆ 主机：CPU、 RAM / ROM ◆ 通用外部设备：打印机、显示终端、磁盘驱动器等 ◆ 接口与输入输出通道：AI、AO、DI、DO ◆ 检测元件及仪表：将被测（被控）参数由非电量变为电量，并 将这些电量变为A/D转换器所能转换的统一电压。 ◆ 执行机构：电动、气动、及液动等控制形式 ◆ 运行操作台 ：显示屏、功能键、数字键
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课程的意义
计算机控制是自动控制理论和计算机技术相结合的产物, 计算机控制系统就是利用计算机实现自动控制的系统
本门课程主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应 用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统
目的在于使学生掌握控制系统的分析、设计方法；常用 控制算法；计算机控制系统的硬件、软件基础知识和基 本应用技术
有完善的软件系统
控制规律灵活多样，改动方便
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1.3 计算机控制系统的典型形式
操作指导控制系统
工
计 算
A/D
转 换 器
采 样 器
计算机控制原理与技术
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参考教材
❖ 《计算机控制技术》蒋心怡等 清华大学出版社 2007年 ❖ 《计算机控制原理与应用》陈炳和 北航出版社 2008年 ❖ 《微型计算机控制技术》(第2版)潘新民 电子工业出版社
2011年 ❖ 《微型计算机控制技术》（第3版）谢剑英等 国防工业出版
社 2001年 ❖ 《微机工业控制》 陈汝全 西安电子科技大学 2000年
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教学内容
计算机控制系统概述 自动控制系统的基本理论知识 MCS-51单片机 过程通道和数据采集系统 数字程序控制技术 数字PID控制算法
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第一章 计算机控制系统概述
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内容简介
1.1 计算机控制系统的概念 1.2 计算机控制系统的组成 1.3 计算机控制系统的典型形式 1.4 计算机控制系统的典型控制方式 1.5 计算机控制系统的发展趋势
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1.2 计算机控制系统的组成
软件组成：系统软件和应用软件
系统软件：提供计算机运行和管理的基本环境
1. 操作系统：管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等； 2. 诊断系统：调试程序及故障诊断程序； 3. 开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程
序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模 拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等； 4. 信息处理：文字翻译、企业管理等。
输入量和反馈量之差称为偏差信号
闭环控制系统是按偏差进行控制的控制系统，它是自动控制系
统的基本形式，是大多数控制系统具备的结构
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1.1 计算机控制系统的概念
给定量
控制器
执行机构
被控量
被控对象
开环控制系统
系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对 系统的控制作用不发生影响的系统，这类系统称为 开环控制系统，或前馈控制系统
自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成 闭环控制系统与开环控制系统两种结构形式
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1.1 计算机控制系统的概念
给定量
偏差
（输入量）+ -
控制器
反馈值
执行机构
反馈装置
闭环控制系统
被控量
被控对象
（输出量）
系统的被控量经反馈装置反馈给控制器，并根据给定量与反馈
量之间的偏差，产生控制作用，并力图减小偏差，使被控量趋 于给定量的系统
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1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统
将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型 的计算机控制系统。
下图是一个典型的按偏差进行控制的计算机控制系统。
给定值
控制器 D/A
计算机 A/D
执行机构
被控量 被控对象
检测装置
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1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统的特点
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1.1 计算机控制系统的概念
自动控制
是指在没有人直接干预的情况下，通过控制装 置使机械、设备或生产过程（被控对象）的某 个或某些物理量（被控量）按预定的规律（给 定量）运行
能够实现这种自动控制的装置称为控制器
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1.1 计算机控制系统的概念
自动控制系统
由控制器、执行机构、被控对象等部件为了一 定的目的有机的联结成的一个进行自动控制的 总体，称为自动控制系统
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1.2 计算机控制系统的组成
计算机控制系统
硬件：计算机本身及其外围设备 软件：管理计算机的程序及过程控制应用的程序 网络结构：计算机之间信息交互的渠道
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1.2 计算机控制系统的组成
接口
显示终端
微
型
接口
计
磁盘驱动器
算 机
接口
打印机
接口
实时 时钟
百度文库操作 台
通用外部设备 主机及操作台 接口
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1.1 计算机控制系统的概念
几个常用术语
实时（Real time）：计算机输入、计算和输出都在规定时 间内完成
在线（Online）：计算机控制系统与生产设备直接相连 离线（Offline）：计算机控制系统与生产设备断开
在线与实时的关系 —一个实时系统必定是在线系统 —一个在线系统不一定是实时系统
控制规律灵活多样，改动方便 控制精度高，抑制扰动能力强 能够实现数据统计和工况显示，控制效率高 控制与管理一体化，进一步提高自动化程度
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1.1 计算机控制系统的概念
计算机控制系统的控制过程
1. 实时数据采集 2. 实时计算 3. 实时控制 4、信息管理
控制周期：完成实时数据采集、实时计算，实时控制所用的时间。
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1.2 计算机控制系统的组成
应用软件：面向用户本身的程序
1. 过程监视程序：指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检 查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程 序、判断程序、过程分析程序等
2. 过程控制计算程序：指控制算法程序、事故处理程序和信息 管理程序
3. 公共服务程序：包括基本运算程序、函数运算程序、数码转 换程序、格式编码程序
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1.2 计算机控制系统的组成
网络结构
对等式网络结构（Peer-to-Peer, P2P） 客户机/服务器结构（Client/Server, C/S）
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1.2 计算机控制系统的组成
控制用计算机的特点
环境适应性好、可靠性高
实时性好
有完善的I/O通道（设备）
较强的中断处理能力
对字长、速度、和内存容量要求不高