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《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
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目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
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• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制系统高金源第2章ppt课件
coskt 1 ejkt e jkt 2
利用欧拉方程转化成复数形式：
fta 2 0 k 1a kco kss tb ksik nst
f t Ckejkst k
Ck为傅氏系数，
Ck
1 T
T
2 T
2
f
t ejkstdt
24
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
在计算机控制系统初步分析和设计时，可进一步 简化结构图如下：
计算机控制系统简化结构图
14
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
2.2 采样过程
（1）采样过程的描述
采样器：一般为各种不同形式的开关，如图（a）
数字信号
解码
F
D/A
G
模拟信号
模拟信号 保持
H
F
110
101
101
100
011
G
解码
H
保持
010
0 T 2T
0 T 2T
0 T 2T
t
t
t
D/A的信号变换过程
10
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
采样/保持器（S/H)对连续的模拟输入信号，按一定的时
间间隔T（采样周期）进行采样，并保持时间p（或 ）,从
而信号变成时间离散（断续）、幅值等于采样时刻输入信号 值的方波序列信号。
计算机控制系统(清华大学出版社)通用通用课件嵌入式PLC通用课件
计算机控制系统(清华大学出 版社)通用通用课件嵌入式 plc通用课件
目录
CONTENTS
• 计算机控制系统概述 • 嵌入式PLC技术基础 • 计算机控制系统设计 • 嵌入式PLC编程技术 • 计算机控制系统案例分析 • 计算机控制系统发展趋势与展望
01 计算机控制系统概述
定义与特点
定义
计算机控制系统是指利用计算机 来实现生产过程自动控制的系统 。
嵌入式PLC的软件架构
操作系统
01
嵌入式PLC通常采用实时操作系统（RTOS），以确保系统的实
时性和稳定性。
编程语言
02
支持多种编程语言，如C、C、汇编语言等，方便用户进行程序
编写和开发。
开发工具
03
提供丰富的开发工具，如编译器、调试器、仿真器等，方便用
户进行程序开发和调试。
嵌入式PLC的应用领域
PLC编程技巧与实践
优化程序结构
介绍如何合理地组织程序结构，提高程序的可靠性和可维护性。
调试技巧
介绍调试PLC程序的方法和技巧，如单步执行、断点设置等。
实际应用案例
通过实际案例介绍PLC编程技术的应用，如自动化生产线控制、智能 仓储系统等。
05 计算机控制系统案例分析
案例一：工业自动化控制系统的设计与实现
嵌入式PLC等技术的发展，将使得计算机控 制系统与工业设备更加紧密地集成在一起 ，提高控制精度和可靠性。
技术挑战与展望
技术挑战
随着计算机控制系统的发展，技术挑战也越来越突出，如如何实现高效、稳定、 安全的控制，如何满足多样化的控制需求等。
展望
未来计算机控制系统将更加注重技术创新和应用拓展，不断推动工业自动化的发 展，提高生产效率和安全性。同时，计算机控制系统也将与其他领域的技术进行 融合，如人工智能、物联网、云计算等，实现更广泛的应用和价值。
目录
CONTENTS
• 计算机控制系统概述 • 嵌入式PLC技术基础 • 计算机控制系统设计 • 嵌入式PLC编程技术 • 计算机控制系统案例分析 • 计算机控制系统发展趋势与展望
01 计算机控制系统概述
定义与特点
定义
计算机控制系统是指利用计算机 来实现生产过程自动控制的系统 。
嵌入式PLC的软件架构
操作系统
01
嵌入式PLC通常采用实时操作系统（RTOS），以确保系统的实
时性和稳定性。
编程语言
02
支持多种编程语言，如C、C、汇编语言等，方便用户进行程序
编写和开发。
开发工具
03
提供丰富的开发工具，如编译器、调试器、仿真器等，方便用
户进行程序开发和调试。
嵌入式PLC的应用领域
PLC编程技巧与实践
优化程序结构
介绍如何合理地组织程序结构，提高程序的可靠性和可维护性。
调试技巧
介绍调试PLC程序的方法和技巧，如单步执行、断点设置等。
实际应用案例
通过实际案例介绍PLC编程技术的应用，如自动化生产线控制、智能 仓储系统等。
05 计算机控制系统案例分析
案例一：工业自动化控制系统的设计与实现
嵌入式PLC等技术的发展，将使得计算机控 制系统与工业设备更加紧密地集成在一起 ，提高控制精度和可靠性。
技术挑战与展望
技术挑战
随着计算机控制系统的发展，技术挑战也越来越突出，如如何实现高效、稳定、 安全的控制，如何满足多样化的控制需求等。
展望
未来计算机控制系统将更加注重技术创新和应用拓展，不断推动工业自动化的发 展，提高生产效率和安全性。同时，计算机控制系统也将与其他领域的技术进行 融合，如人工智能、物联网、云计算等，实现更广泛的应用和价值。
计算机控制系统概述
“外部”设备是人机联系设备，通常由视频显示器、 打印机磁盘和键盘等组成。通过它可把操作人员的指 令送给计算机执行，例如启动或停止操作、查询结果、 修改程序等；并且把生产过程的运行状态和计算机的 运行状态报告给操作人员。
工业自动化仪表包括检测仪表、显示仪表和执行 器等。过程输入输出设备必须通过这些仪表才能与被 控对象联系。
计算机控制系统概述
一. 计算机控制系统基本概念 二. 计算机控制系统的组成 三. 计算机控制系统的基本类型
一.1 计算机控制系统基本概念
利用计算机参与生产 过程控制的系统,可称之 为计算机控制系统。在计 算机参与控制 以前,人们 所利用的常规的模拟控制 系统越来越表现出它的局 限性,例如图1.1所示电阻 炉炉温控制系统。
当生产工艺要求炉温 设定的炉温不为一恒 定值,而是如图1.2所示 的曲线时,要求在第一 段时间t1里均匀地将温 度7调到T2,并且斜度不 变,为此,必须时不时调 整设定值, 这种控制是 不容易实现的。
由此看出模拟量控制系统有其缺点：
1.难以实现复杂规律的词节和控制； 2.模拟量仪表盘的数目越来越多，不易实现集中监视和集中操作； 3.各分系统之间不便于实现通讯联系，因而不易实现分级控制和综合自动化； 4.控制方案的更改比较困难。
二.计算机控制系统的组成
• 计算机控制系统由两部分组成,即控制计算机和被控对象,如图1.4所示。控制计算机 又由硬件和软件两部分组成。
二.1.硬件组成
• 硬件由过程通道、主机、外部设备和工业自动化仪表等组成。
• 如图1.5是计算机控制过程的输入输出通道，输入通道具有模 拟量输入通道和数字量输入通道。通过它，计算机把运算的 结果及发出的各种控制命令转换成操作执行机构的控制信号， 以便通过执行机构去控制生产过程。
5.2计算机控制系统概述-1个小时
1.2.1
操作指导控制系统
操作指导控制系统（Operational Information System——OIS） 指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程 参数进行收集、加工处理、然后输出数据。操作人员根据这些 数据进行必要的操作。(离散 PID控制算法最常用)
1.2.2
直接数字控制系统
3 控制方法特征
计算机控制系统除了包含连续信号外，还包含数字信号， 因而计算机控制系统与模拟控制系统在本质上有许多不同， 需采用专门的理论来分析和设计。常用的设计方法有两种： 模拟调节规律离散化设计法，直接设计法。
4 功能特征
⑴以软件代替硬件 ⑵数据存储 ⑶状态、数据显示 ⑷管理功能
5 计算机控制系统的工作原理
管理也是计算机控制系统必须完成的功能。 上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工
作,并对控制量和设备本身的异常现象及时作出处理
6 计算机控制系统的工作方式
⑴在线方式和离线方式 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控
制的方式称为在线方式或联机方式。 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控
系统结构采用全分散化, 现场总线的节点是现场设备或现场 仪表，如传感器、变送器、执行器等。
现场设备具有互操作性,改变了DCS 控制层的封闭性和专用 性,不同厂家的现场设备既可互连也可互换,并可以统一组态;
通信网络为开放式互连网络,可极其方便地实现数据共享; 技术和标准实现了全开放,面向任何一个制造商和用户。
计算机控制系统
硬件部分 软件部分
控制计算机 外围设备 系统软件 应用软件
图1.2计算机控制系统的构成
1 结构特征
执行控制功能的核心部件是计算机， 是模数混合系统；
计算机控制系统课件第一章(10下)
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
常规控制系统和计算机控制系统的比 前者连续不断地测量， 较：前者连续不断地测量，经过反馈及 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 后者是采样控制系统， 后者是采样控制系统，微机每隔一个采 样周期T才对被控参数进行一次测量， 样周期T才对被控参数进行一次测量，根 据一定控制规律计算出控制量后， 据一定控制规律计算出控制量后，去控 制生产过程。在两次采样时刻之间， 制生产过程。在两次采样时刻之间，微 机对被控制参数不测量， 机对被控制参数不测量，其输出控制量 自然也保持不变。 自然也保持不变。
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
上述过程不断重复， 上述过程不断重复，使系统能够按 一定的动态品质指标进行工作， 一定的动态品质指标进行工作，并对被 控参数和设备是否出现异常情况进行监 以便作出迅速处理。 督，以便作出迅速处理。 所谓“实时”是指信号的输入、 所谓“实时”是指信号的输入、运 算处理和输出能在一定的时间内完成。 算处理和输出能在一定的时间内完成。 即要求微机对输入信号要以足够快的速 度进行测量和处理， 度进行测量和处理，并在一定的时间内 作出反应或产生相应的控制。 作出反应或产生相应的控制。超出了这 个时间就会失去控制时机。 个时间就会失去控制时机。
第一章 绪论 本章的主要内容： 本章的主要内容： 1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的分类 1.3 计算机控制系统的发展方向 1.4 计算机控制理论
—计算机控制技术—
1.1 计算机控制系统概述 本节的主要内容： 本节的主要内容： 1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
它与闭环控制系统不同， 它的控制器直 它与闭环控制系统不同 ， 接根据给定信号去控制被控对象工作。 接根据给定信号去控制被控对象工作 。 被控制量在整个控制过程中对控制量不 产生影响。 与闭环控制系统相比， 产生影响 。 与闭环控制系统相比 ， 它的 控制性能较差。 控制性能较差。
计算机控制系统：第1章 计算机控制系统概述
采样——将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。
量化——采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转
2021/1/10 换成数字信号。
7
1．3 计算机控制系统的典型形式
1. 数据采集和监视系统
模拟量输入（AI）通道
计 算
数字量输入（DI）通道
生 产
机
过
CRT
程
打印机
操作
调节器
人员
图4 数据采集和监视系统
图9 过渡过程的4种情况
13
2 . 计算机控制系统的能控性和能观测性
能控性和能观性从状态的控制能力和状态的测 辨能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。
能控性
系统控制的主要目的是驱动系统从某一状态到达指 定的状态。如果系统不能控，就不可能通过选择控制作 用，使系统状态从初始状态到达指定状态。
能观性
4. 分散型控制系统
管理 综合信息管理级 计算机
集中操作监控级
工程师 操作台
操作员 操作台
网间 联接器
监控 计算机
至其它局域网
局部网络 （LAN） 网间 联接器 通信联络
现场
分散过程控制级 控制站
PLC
智能 调节器
其它测 控装置
图7 DCS结构示意图
采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计
1
本章主要内容：
本章主要介绍计算机控制系统的基本概 念、结构组成、特点、分类以及计算机控制 系统的发展概况和趋势。
2021/1/10
2
1．1 计算机控制系统的基本概念
计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程 自动控制的系统。
自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过 控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
第六章计算机控制系统
⊥ a2
an ⊥
Uo
+
倒R-2R型
早期的D/A集成芯片
只具有从数字量 到模拟电流输出量转 换的功能。
使用时必须在外 电路中加数字输入锁 存器（I/O或扩展I/O 口、参考电压源以及 输出电压转换电路
中期的D/A集成芯片 近期的D/A集成芯片
增加了一些与 计算机接口相关的 电路及引脚，具有 数字输入所存功能 电路，能和CPU数 据总线直接相连。
脉冲个数的检测 脉冲频率与周期的检测 脉冲宽度的检测
测频法原理
(a)
(b)
(c)
被测信号fx
脉冲形 成电路
脉冲信号
闸门
(e)
T
fx
N T
门控 电路
(d)
时基信号 发生器
测周法原理
计数器 振荡器
脉冲 形成电路
闸门
被测信号fx
脉冲
形成电路
门控 电路
计数器
6.4.4 计算机测试系统的设计
主机选型
设计任务 输入通道结构
多
电信号经过处理并转换成计算机能
工 业
。 。
道 开 关
识别的数字量，输入计算机中。
对 象
计算机将采集来的数字量根据
需要进行不同的判识、预算，得出
所需要的结果。
A/D
显示
计
算
打印
机
采
样
报警
控
制
直接数字控制系统
分时地对被控对象的状态参数进行测试，根据测试的结果与给定值
的差值，按照预先制定的控制算法进行数学分析、运算后，控制量输出
企业级经营管理计算机
到其他工厂的生 产数据运输指令
工业级集中监督计算机