微机控制系统与应用1

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1.2 计算机控制系统的组成
过程通道：主机与控制对象的信息交换通道， 2 过程通道：主机与控制对象的信息交换通道，按信号的形式分为 模拟量通道和开关量通道， 模拟量通道和开关量通道，按信号的传送方向分为输入通道和输出 通道。 通道。 【模拟量输入通道】 模拟量输入通道】 传感器、变送器、滤波器、多路采样器、A/D转换器 传感器、变送器、滤波器、多路采样器、A/D转换器 【模拟量输出通道】 模拟量输出通道】 D/A转换器、多路采样器、保持器、 D/A转换器、多路采样器、保持器、执行机构 转换器 【开关量输入通道】 开关量输入通道】 【开关量输出通道】 开关量输出通道】
第一章 计算机控制系统概述
1.1 自动控制系统的基本概念 1.2 计算机控制系统的组成 1.2.1 硬件部分 1.2.2 软件部分 1.3 计算机控制系统的分类 1.3.1 按信号传送通道的结构分类 1.3.2 按控制的方法特点分类
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1.1 自动控制系统的基本概念
•
什么是控制？ 什么是控制？
控制定义为在工程系统中算法和反馈的使用 从本质上来说，控制是一门信息科学， 从本质上来说，控制是一门信息科学，包括模拟信息和 数字信息的应用。 数字信息的应用。
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绪
课程目的
论
了解、设计、 了解、设计、调试和应用微机控制系统
微型计算机技术主要形成两大分支
通用微处理器（MPU）：用在海量数值计算方面， 通用微处理器（MPU）：用在海量数值计算方面，以满足数字 ）：用在海量数值计算方面 模拟、仿真、数字信号处理、 模拟、仿真、数字信号处理、图像分 析、人工智能等领域的要求 微控制机（MCU）： 微控制机（MCU）： 用来满足快速实时地信号采集、 用来满足快速实时地信号采集、判 断、处理、参数控制 处理、
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1.1 自动控制系统的基本概念
[智能机器人 智能机器人] 智能机器人
机器人成功的例子火星探路机器人和SONY公司的 机器人成功的例子火星探路机器人和SONY公司的 SONY Aibo机器人 Aibo机器人
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1.1 自动控制系统的基本概念
1.1.1 典型自动控制系统的组成
[自动控制]：在无人参与的情况下，利用外加设备使整个生产过程自 自动控制] 在无人参与的情况下， 动地按预定规律运行，或使其某个参数按预定的要求变化。 动地按预定规律运行，或使其某个参数按预定的要求变化。
【工业过程控制系统】 工业过程控制系统】
特别是在化工企业， 特别是在化工企业，通过监控数以千计的传感信号并且对数百 个阀、加热器、泵及其它执行器作出相应的调整， 个阀、加热器、泵及其它执行器作出相应的调整，维持产品的 高质量。 高质量。
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1.1 自动控制系统的基本概念
[通信系统] 通信系统]
包括电话系统、蜂窝电话及Internet。 包括电话系统、蜂窝电话及Internet。控制系统调节传输设备和转发 Internet 器中信号的功率水平；在网络路由设备中管理信包缓冲器； 器中信号的功率水平；在网络路由设备中管理信包缓冲器；提供自适 应的噪声消除以适应变化的传输线路特性。 应的噪声消除以适应变化的传输线路特性。
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1.2 计算机控制系统的组成
人机接口： 3 人机接口：主机与操作员的信息交换通道 显示、记录系统的运行状态和参数； 显示、记录系统的运行状态和参数； 接收操作人员的控制指令，修改程序或设置参数。 接收操作人员的控制指令，修改程序或设置参数。 发展过程： 发展过程： 操作面板（按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、 操作面板（按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、声光报警 器、LED显示器） LED显示器） 显示器 操作控制台（CRT、鼠标、键盘、触摸屏） 操作控制台（CRT、鼠标、键盘、触摸屏） 监控组态软件
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1.1 自动控制系统的基本概念
[制造工业中的控制系统] 制造工业中的控制系统]
从汽车制造到集成芯片制造, 从汽车制造到集成芯片制造 , 计算机控制的机械装置提供了精 确的定位和组装，满足部件和成品高产量和高质量的需求。 确的定位和组装，满足部件和成品高产量和高质量的需求。
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1.1 自动控制系统的基本概念
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1.1 自动控制系统的基本概念
控制应用领域的实例 【空间飞行器的导航和控制系统】 空间飞行器的导航和控制系统】
包括商业飞机、制导导弹、高级战斗机，发射飞船和卫星等。 包括商业飞机、制导导弹、高级战斗机，发射飞船和卫星等。 它提供了在面临大的环境和系统不确定性时，系统的稳定性和 它提供了在面临大的环境和系统不确定性时， 跟踪。 跟踪。
图1.1 水位控制系统
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1.1 自动控制系统的基本概念
[自动控制系统的组成]： 自动控制系统的组成] 1.检测装置：获得被控量的实际值并进行变换。 1.检测装置：获得被控量的实际值并进行变换。 检测装置 2.比较装置：获得偏差= 被控量。 2.比较装置：获得偏差=给定量-被控量。 比较装置 3.控制装置：按照一定的控制规律对偏差进行控制运算。 3.控制装置：按照一定的控制规律对偏差进行控制运算。 控制装置 4.执行器： 将控制量作用于被控对象，消除或减小偏差。 4.执行器： 将控制量作用于被控对象，消除或减小偏差。 执行器
图1.2 控制系统结构框图
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1.1 自动控制系统的基本概念
1.1.2 系统的输入信号
[输入信号]：影响系统输出的量称为系统输入信号。 输入信号] 影响系统输出的量称为系统输入信号。 [输入信号的类型]： 输入信号的类型] 1.给定输入：系统输出的希望值，决定输出的变化规律。 1.给定输入：系统输出的希望值，决定输出的变化规律。 给定输入 2.扰动输入：不希望的外作用，它将影响对被控量的控制。 2.扰动输入：不希望的外作用，它将影响对被控量的控制。 扰动输入 [输入信号的典型形式]： 输入信号的典型形式] 在分析和设计控制系统时，常用的典型输入信号有阶跃信号、 在分析和设计控制系统时，常用的典型输入信号有阶跃信号、 脉冲信号、斜坡信号、正弦信号。 脉冲信号、斜坡信号、正弦信号。实际系统中的输入信号通常可看 作是这些典型信号的组合形式。 作是这些典型信号的组合形式。
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微机控制系统与应用讲义
参考书目
姚燕男，虞鹤松， 姚燕男，虞鹤松， 《微机控制新技 术》，西安交通大 学出版社
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微机控制系统与应用讲义
教学内容
•微机控制系统与应用（44学时） 微机控制系统与应用（44学时） 微机控制系统与应用 学时 •可编程逻辑控制器PLC（ 16学时） 可编程逻辑控制器PLC（ 16学时 学时） 可编程逻辑控制器PLC •实验（16学时） 实验（16学时） 实验 学时
r(t) r(t) r(t) r(t) r(t) r(t)
t c(t) c(t)
t c(t)
t c(t)
t c(t)
t c(t)tFra bibliotek比例环节
t
一阶惯性环节
t
二阶惯性环节
t
纯滞后环节
t
积分环节
t
微分环节
t
图1.3 典型环节的阶跃响应特性
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1.1 自动控制系统的基本概念
1.1.4 系统性能的评价指标
控制系统通常采用阶跃响应特性曲线描述。 控制系统通常采用阶跃响应特性曲线描述。控制系统的性能 质量由稳定性、准确度和快速性表示。 质量由稳定性、准确度和快速性表示。
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1.1 自动控制系统的基本概念
1.1.3 典型环节的阶跃响应特性
当系统输入信号产生阶跃变换时，系统的输出信号产生相应变化， 当系统输入信号产生阶跃变换时，系统的输出信号产生相应变化， 其过渡过程反映了系统的本质特性（如稳定性、准确性、快速性等）， 其过渡过程反映了系统的本质特性（如稳定性、准确性、快速性等）， 称为系统的阶跃响应特性。下图所示为一些典型环节的阶跃响应特性。 称为系统的阶跃响应特性。下图所示为一些典型环节的阶跃响应特性。
• •
什么是控制理论？ 什么是控制理论？
控制理论是指用来分析、综合控制系统的数学框架。 控制理论是指用来分析、综合控制系统的数学框架。
什么是控制技术？ 什么是控制技术？
控制技术包括自动检测、计算以及执行。 控制技术包括自动检测、计算以及执行。
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1.1 自动控制系统的基本概念
自动控制理论的历史发展 经典控制：采用微分方程、Laplace变换等方法 变换等方法， • 经典控制：采用微分方程、Laplace变换等方法，研究单输入单 输出的线性时不变系统；数学模型是传递函数； 输出的线性时不变系统；数学模型是传递函数； 现代控制：采用线性代数、状态空间理论等方法， • 现代控制：采用线性代数、状态空间理论等方法，研究多输入 多输出系统、复杂过程系统等；数学模型是状态方程； 多输出系统、复杂过程系统等；数学模型是状态方程； 智能控制 采用模糊数学、人工智能、神经元网络、 控制： • 智能控制：采用模糊数学、人工智能、神经元网络、遗传算法 等方法，研究非线性时变系统；数学模型多样且不确定。 等方法，研究非线性时变系统；数学模型多样且不确定。 工业控制设备的发展 专用模拟电路、 • 专用模拟电路、模拟式调节仪表 智能调节仪表、PLC、 • 智能调节仪表、PLC、计算机 现场总线、 • 现场总线、网络通信技术
微机控制系统与应用讲义
参考书目
薛均义，武自芳， 薛均义，武自芳， 《微机控制系统与应 用》，西安交通大学 出版社 赖寿宏 ，《微型计算 机控制技术 》，机械 工业出版社
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微机控制系统与应用讲义
参考书目
薛均义，张彦斌， 薛均义，张彦斌， 《MCS-51系列单 MCS-51系列单 片微型计算机及其 应用》 应用》，西安交通 大学出版社 张迎新 ，《单片 机初级教程 》， 北京航空航天大学 出版社
3.过渡过程时间t y(t)与稳态值y(∞ 与稳态值y( 3.过渡过程时间ts：y(t)与稳态值y(∞)的偏差达到并保持在允许范围 过渡过程时间 内的时间。 内的时间。 4.振荡次数N 4.振荡次数N： 在ts内y(t)偏离稳态值的次数。 振荡次数 y(t)偏离稳态值的次数。 偏离稳态值的次数 5 稳态误差ε：系统期望输出值与稳态输出值之差， 稳态误差ε 系统期望输出值与稳态输出值之差， 即ε=|y期望-y(∞)| 。