第1章 南郵計算機(jī)控制系統(tǒng)概述

1、計算機(jī)控制技術(shù)計算機(jī)控制技術(shù)自動化學(xué)院 張騰飛辦 公 室： 教5-202Email：課程簡介 課程性質(zhì)課程性質(zhì) 課時安排：課時安排：40+8學(xué)時學(xué)時 成績評定：期末實驗平時成績評定：期末實驗平時 教材：教材：顧德英顧德英 計算機(jī)控制技術(shù)計算機(jī)控制技術(shù)(第第2版版) 北京郵電大學(xué)出版社北京郵電大學(xué)出版社該課程實踐性較強(qiáng)，先修課程較多，是自動化該課程實踐性較強(qiáng)，先修課程較多，是自動化類專業(yè)學(xué)生必修課程。類專業(yè)學(xué)生必修課程。 u 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)u 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)u 微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)u 單片機(jī)原理與接口技術(shù)單片機(jī)原理與接口技術(shù)u 自動控制原理自動控制

2、原理先修課程l畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計l工程設(shè)計工程設(shè)計l實際應(yīng)用實際應(yīng)用后續(xù)應(yīng)用l在微機(jī)原理教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過深入講解典型微機(jī)總線結(jié)在微機(jī)原理教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過深入講解典型微機(jī)總線結(jié)構(gòu)，闡明一般輸入輸出接口電路設(shè)計方法構(gòu)，闡明一般輸入輸出接口電路設(shè)計方法l介紹將生產(chǎn)現(xiàn)場各種物理量引入計算機(jī)中的方法，為實現(xiàn)介紹將生產(chǎn)現(xiàn)場各種物理量引入計算機(jī)中的方法，為實現(xiàn)計算機(jī)對生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測、控制提供必要的硬件基礎(chǔ)計算機(jī)對生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測、控制提供必要的硬件基礎(chǔ)l在經(jīng)典控制理論的指導(dǎo)下，針對不同被控對象和系統(tǒng)性能在經(jīng)典控制理論的指導(dǎo)下，針對不同被控對象和系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，研究數(shù)字控制器的一般設(shè)計方法指標(biāo)要求，研究數(shù)字

3、控制器的一般設(shè)計方法l結(jié)合控制理論發(fā)展的新動向，介紹新型控制策略的設(shè)計與結(jié)合控制理論發(fā)展的新動向，介紹新型控制策略的設(shè)計與實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法l通過對于典型計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計實例的講解，培養(yǎng)學(xué)生通過對于典型計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計實例的講解，培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計能力的計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計能力主要涉及內(nèi)容 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述計算機(jī)控制系統(tǒng)概述 工業(yè)控制計算機(jī)工業(yè)控制計算機(jī) I/O接口與過程通道接口與過程通道 順序控制與數(shù)字控制技術(shù)順序控制與數(shù)字控制技術(shù) 數(shù)字控制器設(shè)計數(shù)字控制器設(shè)計 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù) 復(fù)雜控制技術(shù)復(fù)雜控制技術(shù) 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實

4、現(xiàn) 智能控制技術(shù)基礎(chǔ)智能控制技術(shù)基礎(chǔ)課程章節(jié)內(nèi)容第第1 1章章 計算機(jī)控制系統(tǒng)概述計算機(jī)控制系統(tǒng)概述計算機(jī)控制的發(fā)展計算機(jī)控制的發(fā)展l隨著自動控制理論、自動化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛隨著自動控制理論、自動化技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)控制系統(tǒng)不僅在國防、航空航天等速發(fā)展，計算機(jī)控制系統(tǒng)不僅在國防、航空航天等高精尖學(xué)科得到了廣泛的應(yīng)用，而且在現(xiàn)代化的工高精尖學(xué)科得到了廣泛的應(yīng)用，而且在現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用。的作用。l在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化中，計算機(jī)控制技術(shù)是核心，在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化中，計算機(jī)控制技術(shù)是核心，它是

5、計算機(jī)技術(shù)和控制理論有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。它是計算機(jī)技術(shù)和控制理論有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。計算機(jī)控制的發(fā)展概況及趨勢計算機(jī)控制的發(fā)展概況及趨勢計算機(jī)控制的發(fā)展過程計算機(jī)控制的發(fā)展過程 第一臺電子計算機(jī)于第一臺電子計算機(jī)于1946年在美國問世年在美國問世 50年代末，用于過程控制年代末，用于過程控制 1962年年,英國實現(xiàn)了一個英國實現(xiàn)了一個DDC (Direct Digital Control)系統(tǒng)系統(tǒng) 60年代后期年代后期 ，集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了適合工，集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了適合工業(yè)生產(chǎn)過程控制的小型計算機(jī)業(yè)生產(chǎn)過程控制的小型計算機(jī) 1972年出現(xiàn)了微型計算機(jī)，分布式控制系統(tǒng)年出現(xiàn)了微型計算機(jī)，

6、分布式控制系統(tǒng)DCS1. 30年代初期：分散控制方式年代初期：分散控制方式l直接作用式氣動控制器直接作用式氣動控制器l控制裝置安裝在被控過程附近，每個回路有單獨控控制裝置安裝在被控過程附近，每個回路有單獨控制器制器l運行人員分布在全廠各處運行人員分布在全廠各處l適用于規(guī)模不太大、工藝過程不太復(fù)雜的企業(yè)適用于規(guī)模不太大、工藝過程不太復(fù)雜的企業(yè) 控制系統(tǒng)的發(fā)展史控制系統(tǒng)的發(fā)展史2. 30年代末期：集中控制年代末期：集中控制l中央控制室，信息遠(yuǎn)距離傳輸問題中央控制室，信息遠(yuǎn)距離傳輸問題l變送器、執(zhí)行器和控制器分離：變送器、執(zhí)行器安裝在現(xiàn)變送器、執(zhí)行器和控制器分離：變送器、執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場，控制器在中

7、央控制室場，控制器在中央控制室l優(yōu)點：運行人員可獲得整個的生產(chǎn)信息，便于優(yōu)點：運行人員可獲得整個的生產(chǎn)信息，便于協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制l注意：控制儀表和運行人員在地理上的集中，控制器分別注意：控制儀表和運行人員在地理上的集中，控制器分別完成各控制任務(wù)，故障影響不大完成各控制任務(wù)，故障影響不大運行管理的集中，仍運行管理的集中，仍然然分散控制分散控制l采用氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表和組件組裝式采用氣動單元組合儀表、電動單元組合儀表和組件組裝式儀表儀表3. 50年代末年代末60年代初：集中控制方式年代初：集中控制方式l計算機(jī)用于生產(chǎn)過程直接數(shù)字控制，造價高，一臺計算機(jī)用于生產(chǎn)過程直接數(shù)字控制，造價

8、高，一臺計算機(jī)控制全廠的生產(chǎn)過程，整個系統(tǒng)控制任務(wù)的計算機(jī)控制全廠的生產(chǎn)過程，整個系統(tǒng)控制任務(wù)的集中集中l(wèi)特點：特點：控制集中、管理集中控制集中、管理集中l(wèi)缺點：受硬件水平限制，計算機(jī)可靠性低，一旦發(fā)缺點：受硬件水平限制，計算機(jī)可靠性低，一旦發(fā)生故障，全廠生產(chǎn)癱瘓。生故障，全廠生產(chǎn)癱瘓。集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)控制控制計算機(jī)計算機(jī)基本基本控制控制過程過程1基本基本控制控制過程過程2基本基本控制控制過程過程3基本基本控制控制過程過程4基本基本控制控制過程過程54. 70年代：分布控制方式年代：分布控制方式l分析集中控制方式的失敗，提出了分布式控制系統(tǒng)分析集中控制方式的失敗，提出了分布式控制系統(tǒng)的

9、概念的概念l把控制功能分散在不同的計算機(jī)中完成，采用通信把控制功能分散在不同的計算機(jī)中完成，采用通信技術(shù)實現(xiàn)各部分之間的聯(lián)系和協(xié)調(diào)技術(shù)實現(xiàn)各部分之間的聯(lián)系和協(xié)調(diào)l特點：控制分散、管理集中特點：控制分散、管理集中分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)l以以微處理器微處理器作為核心的作為核心的集中分散控制系統(tǒng)集中分散控制系統(tǒng)，利用，利用4C技術(shù)技術(shù)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理，對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的新型控制系統(tǒng)。和分散控制的新型控制系統(tǒng)。l又稱集散控制系統(tǒng)（又稱集散控制系統(tǒng)（Total Distributed Control System，TDCS） 。l主要特點：主要特點：

10、集中管理、分散控制集中管理、分散控制。 l1. 301. 30年代初期：分散控制年代初期：分散控制 ( (控制分散、 管理分散) l2. 302. 30年代末期：集中控制年代末期：集中控制 ( (控制分散、管理集中) l3. 503. 50年代末年代末6060年代初：集中控制年代初：集中控制 ( (控制集中、管理集中)l 4. 704. 70年代年代: :分布控制分布控制 ( (控制分散、管理集中)總結(jié)：控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史總結(jié)：控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史 (循環(huán)循環(huán))計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 綜合自動化綜合自動化網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)虛擬化虛擬化綠色化綠色化計算機(jī)

11、控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域無處不在的控制無處不在的控制能源電力能源電力基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施半導(dǎo)體半導(dǎo)體汽車汽車煙草煙草石化石化藥品藥品紙漿與造紙紙漿與造紙食品與飲料食品與飲料以太網(wǎng)以太網(wǎng), , 開放的解決方案開放的解決方案140 CRP140 CRP10 / 100 M bits/s 以太網(wǎng)以太網(wǎng)140 NOE140 NOE140 CRAQuantum 遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程 I/O多至多至 31 個站個站140 CRA140 CRA結(jié)構(gòu)方案結(jié)構(gòu)方案：混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)切換時切換時保持?jǐn)?shù)字輸出保持?jǐn)?shù)字輸出140 CRA140 CRA140 CRA結(jié)構(gòu)方案：結(jié)構(gòu)方案：標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) S908 結(jié)構(gòu)用于過程控制結(jié)構(gòu)用于過程控制雙電

12、纜用于雙電纜用于 遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程 I/O 站站雙雙 CPU 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)冗余電源冗余電源Quantum 遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)系統(tǒng)多至多至 31 個站個站140 CRP140 CRPSchneider 的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) ASiEthernet TCP/ IP (10M/100M)Modbus PlusWorldFIP / FipwayInterBus-SVSDVSD 發(fā)布信息發(fā)布信息請求信息請求信息全自動柔性噴涂機(jī)器人全自動柔性噴涂機(jī)器人巡航導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收裝置、慣性導(dǎo)巡航導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收裝置、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)字化地圖及取景相機(jī)組成。而采用新型的景象匹

13、航系統(tǒng)、數(shù)字化地圖及取景相機(jī)組成。而采用新型的景象匹配制導(dǎo)方式將會使導(dǎo)彈的攻擊精確度進(jìn)一步提高。配制導(dǎo)方式將會使導(dǎo)彈的攻擊精確度進(jìn)一步提高。在在220kV電站運行的光電互感器電站運行的光電互感器 500kV組合式光電互感器樣機(jī)組合式光電互感器樣機(jī)1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成計算機(jī)控制系統(tǒng)特征與組成 典型的計算機(jī)控制系統(tǒng)：典型的計算機(jī)控制系統(tǒng)：將模擬自動控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計算機(jī)來實現(xiàn)將模擬自動控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計算機(jī)來實現(xiàn)圖圖1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖計算機(jī)控制系統(tǒng)基本框圖A/D控制器控制器 D/A執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象被控對象檢測裝置檢測裝置給定值給定值輸出值輸出值微

14、型機(jī)或計算機(jī)微型機(jī)或計算機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分硬件部分軟件部分軟件部分控制計算機(jī)控制計算機(jī)外圍設(shè)備外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件計算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成計算機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征 執(zhí)行控制功能的核心部件是計算機(jī)，是模數(shù)混合系統(tǒng)執(zhí)行控制功能的核心部件是計算機(jī)，是模數(shù)混合系統(tǒng) 控制規(guī)律利用軟件實現(xiàn)，便于實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律控制規(guī)律利用軟件實現(xiàn)，便于實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律可同時控制多個回路可同時控制多個回路 存在開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等不同類型的控制系統(tǒng)。存在開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等不同類型的控制系統(tǒng)。 1.1.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的特征與工作原理計算機(jī)控制系統(tǒng)的特

15、征與工作原理 信號特征信號特征 t2TTy*(t)y(nT)y(t)Ou(nT)tO110111010101OT2T110111010101OT2TOT2Ttttu*(t)模擬信號模擬信號e (nT)r (nT)y (t)u*(t)u(nt)y (nT)y*(t)控制控制器器D/AA/D執(zhí)行器執(zhí)行器被控對被控對象象傳感器傳感器y (t)采樣器采樣器計算機(jī)計算機(jī)離散模擬信號離散模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號量化模擬信號量化模擬信號圖圖1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的信號流程計算機(jī)控制系統(tǒng)的信號流程 按照計算機(jī)控制系統(tǒng)中信號的傳輸方向，系統(tǒng)的信息按照計算機(jī)控制系統(tǒng)中信號的傳輸方向，系統(tǒng)的信息通道

16、由三部分組成通道由三部分組成 過程輸出通道過程輸出通道包含由包含由D/A轉(zhuǎn)換器組成的模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道轉(zhuǎn)換器組成的模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道過程輸入通道過程輸入通道包含由包含由A/D轉(zhuǎn)換器組成的模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道轉(zhuǎn)換器組成的模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道人機(jī)交互通道人機(jī)交互通道系統(tǒng)操作者通過人機(jī)交互通道向計算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)布相關(guān)命令，系統(tǒng)操作者通過人機(jī)交互通道向計算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)布相關(guān)命令，提供操作參數(shù)，修改設(shè)置內(nèi)容等，計算機(jī)則可通過人機(jī)交互通提供操作參數(shù)，修改設(shè)置內(nèi)容等，計算機(jī)則可通過人機(jī)交互通道向系統(tǒng)操作者顯示相關(guān)參數(shù)、系統(tǒng)工作狀態(tài)、對像控制效果道向系統(tǒng)操作者顯示相

17、關(guān)參數(shù)、系統(tǒng)工作狀態(tài)、對像控制效果等等控制方法特征控制方法特征常用的設(shè)計方法有兩種：常用的設(shè)計方法有兩種： 模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化設(shè)計法模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化設(shè)計法 直接設(shè)計法直接設(shè)計法 功能特征功能特征 以軟件代替硬件以軟件代替硬件 數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲 狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示 管理功能管理功能 5.計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 計算機(jī)控制過程可歸結(jié)為如下四個步驟：計算機(jī)控制過程可歸結(jié)為如下四個步驟：實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進(jìn)實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進(jìn)行檢測并輸入行檢測并輸入實時控制決策：對采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按實時控

18、制決策：對采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為實時控制輸出：根據(jù)控制決策、適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控實時控制輸出：根據(jù)控制決策、適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)制信號，完成控制任務(wù)信息管理：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享和信息管理：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享和管理也是計算機(jī)控制系統(tǒng)必須完成的功能管理也是計算機(jī)控制系統(tǒng)必須完成的功能上述過程不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工上述過程不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作作,并對控制量和設(shè)備本身的異?，F(xiàn)象及時作出處理并對控制量和設(shè)備

19、本身的異常現(xiàn)象及時作出處理計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作方式計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作方式 (1)、在線方式和離線方式、在線方式和離線方式 (2)、實時、實時 ：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成，亦即計算機(jī)對輸入信息，以足夠快時間范圍內(nèi)完成，亦即計算機(jī)對輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制的速度進(jìn)行控制 生產(chǎn)過程和計算機(jī)直接連接，并受計算機(jī)控制的方式稱為在生產(chǎn)過程和計算機(jī)直接連接，并受計算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式線方式或聯(lián)機(jī)方式 生產(chǎn)過程不和計算機(jī)相連，且不受計算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)生產(chǎn)過程不和計算機(jī)相連，且不受計算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操

20、作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式 接口接口接口接口接口接口A/DA/DD/AD/A開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出傳感器、變送傳感器、變送器器多路開關(guān)多路開關(guān)多路開關(guān)多路開關(guān)接口接口顯示終端顯示終端打印機(jī)打印機(jī)磁盤驅(qū)動器磁盤驅(qū)動器通通信信設(shè)設(shè)備備人人機(jī)機(jī)聯(lián)聯(lián)系系接口接口接口接口接口接口微微型型計計算算機(jī)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程軟件軟件通用外部設(shè)備通用外部設(shè)備主機(jī)及操作主機(jī)及操作臺臺I/OI/O通道通道信號檢測與變送信號檢測與變送1.1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成 生產(chǎn)對象生產(chǎn)對象I/OI/O接口接口I/OI

21、/O接口接口硬件組成硬件組成l主機(jī)主機(jī)lI/O接口接口l通用外部設(shè)備通用外部設(shè)備l檢測元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)l操作臺操作臺1.1.3 計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件 按功能分類，分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分按功能分類，分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件一般是由計算機(jī)廠家提供的，用來管理計算機(jī)本身一般是由計算機(jī)廠家提供的，用來管理計算機(jī)本身的資源、方便用戶使用計算機(jī)的軟件。它主要包括操作系統(tǒng)、的資源、方便用戶使用計算機(jī)的軟件。它主要包括操作系統(tǒng)、各種編譯軟件、監(jiān)控管理軟件，這些軟件一般不需要用戶自己各種編譯軟件、監(jiān)控管理軟件，這些軟件一般不需要用戶自己設(shè)計，它們只

22、是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具。設(shè)計，它們只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具。 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是面向生產(chǎn)過程的程序，如是面向生產(chǎn)過程的程序，如A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換程序，數(shù)轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、控制量計算程序等等。據(jù)采樣，數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、控制量計算程序等等。應(yīng)用軟件大都由用戶自己根據(jù)實際需要進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)用軟件的應(yīng)用軟件大都由用戶自己根據(jù)實際需要進(jìn)行開發(fā)。應(yīng)用軟件的優(yōu)劣，將給控制系統(tǒng)的功能、精度和效率帶來很大的影響，它優(yōu)劣，將給控制系統(tǒng)的功能、精度和效率帶來很大的影響，它的設(shè)計是非常重要的。的設(shè)計是非常重要的。1.2 計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類計算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 操

23、作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)， 直接數(shù)字控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)， 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)，監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)， 分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)， 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng) 按照按照控制方式控制方式分類：分類：開環(huán)控制和閉環(huán)控制開環(huán)控制和閉環(huán)控制 按照按照控制規(guī)律控制規(guī)律分類：分類：程序和順序控制、比例積分微分控制（程序和順序控制、比例積分微分控制（PID控制）、控制）、有限拍控制、復(fù)雜規(guī)律控制、智能控制等有限拍控制、復(fù)雜規(guī)律控制、智能控制等 按照系統(tǒng)的按照系統(tǒng)的功能、工作特點功能、工作特點分類：分類：1.2.1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) （Operation

24、al Information SystemOIS）計算機(jī)的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對象，而只是對系統(tǒng)過程參計算機(jī)的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對象，而只是對系統(tǒng)過程參數(shù)進(jìn)行收集、加工處理、然后輸出數(shù)據(jù)。操作人員根據(jù)這些數(shù)數(shù)進(jìn)行收集、加工處理、然后輸出數(shù)據(jù)。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的操作據(jù)進(jìn)行必要的操作 操作指導(dǎo)操作指導(dǎo)計算機(jī)計算機(jī) A/D多路開關(guān)多路開關(guān)檢測元件檢測元件生產(chǎn)生產(chǎn)過程過程顯示打印顯示打印操作者操作者執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)1.2.2 直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control systemDDC）顯示顯示打印打印接口接口計計算算機(jī)機(jī)執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)檢測檢測

25、輸入輸入通道通道生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程接口接口輸出輸出通道通道設(shè)定值設(shè)定值計算機(jī)通過輸入通道對一個或多個物理量進(jìn)行巡回檢測，并根計算機(jī)通過輸入通道對一個或多個物理量進(jìn)行巡回檢測，并根據(jù)預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運算，然后發(fā)出控制信號，通過輸出通據(jù)預(yù)定的控制規(guī)律進(jìn)行運算，然后發(fā)出控制信號，通過輸出通道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（道直接控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（如計算機(jī)溫度控制系統(tǒng)）如計算機(jī)溫度控制系統(tǒng)）是計算機(jī)用于工業(yè)過程控制最普遍的一種方式。是計算機(jī)用于工業(yè)過程控制最普遍的一種方式。1.2.3 監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)（Supervisory Computer ControlSCC）SCC+模擬調(diào)

26、節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器 SCC+DDC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)SCC計算機(jī)計算機(jī)設(shè)定值設(shè)定值 測量值測量值A(chǔ)/D多路開關(guān)多路開關(guān)傳感器傳感器模 擬 調(diào) 節(jié)模 擬 調(diào) 節(jié)器器生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程SCC計算機(jī)計算機(jī)設(shè)定值設(shè)定值 檢測值檢測值DDCD/A多路開關(guān)多路開關(guān)生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程A/D多路開關(guān)多路開關(guān)傳感器傳感器計算機(jī)根據(jù)工藝參數(shù)和過程參量檢測值，按照所設(shè)計的控制算計算機(jī)根據(jù)工藝參數(shù)和過程參量檢測值，按照所設(shè)計的控制算法進(jìn)行計算，計算出最佳設(shè)定值直接傳給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或法進(jìn)行計算，計算出最佳設(shè)定值直接傳給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或DDC計算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或計算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計算機(jī)控制生產(chǎn)過程計算機(jī)控制生

27、產(chǎn)過程 1.2.4 集散控制系統(tǒng)（集散控制系統(tǒng)（DCS）生產(chǎn)管理生產(chǎn)管理計算機(jī)計算機(jī)操作員操作員站站工程師工程師站站過程控過程控制站制站生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程決策管理決策管理計算機(jī)計算機(jī)計算機(jī)計算機(jī)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)決策管理決策管理計算機(jī)計算機(jī)決策管理決策管理計算機(jī)計算機(jī)生產(chǎn)管理生產(chǎn)管理計算機(jī)計算機(jī)生產(chǎn)管理生產(chǎn)管理計算機(jī)計算機(jī)計算機(jī)計算機(jī)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)監(jiān)控計監(jiān)控計算機(jī)站算機(jī)站決策管理網(wǎng)絡(luò)決策管理網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)計算機(jī)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)過程控過程控制站制站過程控過程控制站制站過程控過程控制站制站決策管理層決策管理層生產(chǎn)管理層生產(chǎn)管理層操作監(jiān)控層操作監(jiān)控層直接控制層直接控制層1.2.5 現(xiàn)場總線

28、控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備與控制室之間的全現(xiàn)場總線是連接現(xiàn)場智能設(shè)備與控制室之間的全數(shù)數(shù)字式、開放的、雙向字式、開放的、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)。的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在國際上流行的設(shè)備級的通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在國際上流行的設(shè)備級的通信網(wǎng)絡(luò),如如CANBUS、LONWORKS、PROFIBUS、HART、FF 等等 信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化,從最底層逐層向最高層均采用通信從最底層逐層向最高層均采用通信網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互連; 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用全分散化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用全分散化, 現(xiàn)場總線的節(jié)點是現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀現(xiàn)場總線的節(jié)點是現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，如傳感器、變送器、執(zhí)行器等。表，如傳感

29、器、變送器、執(zhí)行器等。 現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性,改變了改變了DCS 控制層的封閉性和專用性控制層的封閉性和專用性,不同廠家的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換不同廠家的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換,并可以統(tǒng)一組態(tài)并可以統(tǒng)一組態(tài); 通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò),可極其方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享可極其方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享; 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了全開放技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了全開放,面向任何一個制造商和用戶。面向任何一個制造商和用戶。1.2.6 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ClMS)l計算機(jī)集成制造系統(tǒng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS，Computer Integrated Manufact

30、uring System)l是計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、信號處理是計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、信號處理技術(shù)、管理技術(shù)、系統(tǒng)工程等新技術(shù)發(fā)展的結(jié)果技術(shù)、管理技術(shù)、系統(tǒng)工程等新技術(shù)發(fā)展的結(jié)果l將企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加將企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、計劃、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、銷售及服務(wù)等環(huán)節(jié)和人力、財力、設(shè)備等工制造、銷售及服務(wù)等環(huán)節(jié)和人力、財力、設(shè)備等生產(chǎn)要素集成起來，進(jìn)行統(tǒng)一控制，求得生產(chǎn)活動生產(chǎn)要素集成起來，進(jìn)行統(tǒng)一控制，求得生產(chǎn)活動的最優(yōu)化的最優(yōu)化1.2.6 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ClMS)lCIM的理念包括兩個基本出發(fā)點的理念包括兩個基本出發(fā)點第

31、一點：企業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是不可分割的，需要統(tǒng)一第一點：企業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是不可分割的，需要統(tǒng)一考慮考慮第二點：整個制造生產(chǎn)過程實質(zhì)上是信息的采集、傳遞第二點：整個制造生產(chǎn)過程實質(zhì)上是信息的采集、傳遞和加工處理的過程和加工處理的過程 l主要應(yīng)包括工程設(shè)計自動化、產(chǎn)品加工自動化和生主要應(yīng)包括工程設(shè)計自動化、產(chǎn)品加工自動化和生產(chǎn)管理信息化等三個方面產(chǎn)管理信息化等三個方面1.3 計算機(jī)控制理論與新型控制策略計算機(jī)控制理論與新型控制策略 計算機(jī)控制系統(tǒng)理論主要包括計算機(jī)控制系統(tǒng)理論主要包括 離散系統(tǒng)理論離散系統(tǒng)理論 采樣系統(tǒng)理論采樣系統(tǒng)理論 數(shù)字系統(tǒng)理論數(shù)字系統(tǒng)理論 計算機(jī)控制理論計算機(jī)控制理論 離散系

32、統(tǒng)理論離散系統(tǒng)理論l差分方程及差分方程及z z變換理論變換理論l常規(guī)設(shè)計方法常規(guī)設(shè)計方法l按極點配置的設(shè)計方法按極點配置的設(shè)計方法l最優(yōu)設(shè)計方法最優(yōu)設(shè)計方法 l系統(tǒng)辨識及自適應(yīng)控制系統(tǒng)辨識及自適應(yīng)控制采樣系統(tǒng)理論采樣系統(tǒng)理論l采樣理論采樣理論l連續(xù)模型及性能指標(biāo)的離散化連續(xù)模型及性能指標(biāo)的離散化l性能指標(biāo)函數(shù)的計算性能指標(biāo)函數(shù)的計算l采樣控制系統(tǒng)的仿真采樣控制系統(tǒng)的仿真l采樣周期的選擇采樣周期的選擇數(shù)字系統(tǒng)理論數(shù)字系統(tǒng)理論數(shù)字系統(tǒng)理論包括：數(shù)字系統(tǒng)理論包括：l離散系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)理論離散系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)理論l數(shù)字信號數(shù)字信號整量化效應(yīng)整量化效應(yīng)的研究的研究 如：量化誤差、非線性特性的影響等如：量化

33、誤差、非線性特性的影響等l數(shù)字控制器實現(xiàn)中的一些問題數(shù)字控制器實現(xiàn)中的一些問題 如：計算延時、控制算法編程等如：計算延時、控制算法編程等新型控制策略新型控制策略在常規(guī)計算機(jī)控制中，我們總是假設(shè)已經(jīng)知道了受控在常規(guī)計算機(jī)控制中，我們總是假設(shè)已經(jīng)知道了受控對象的模型，但由于實際中存在種種不確定因素，如：對象的模型，但由于實際中存在種種不確定因素，如： 參數(shù)變化參數(shù)變化 未建模動態(tài)特性未建模動態(tài)特性 平衡點的變化平衡點的變化 傳感器噪聲傳感器噪聲 不可預(yù)測的干擾輸入不可預(yù)測的干擾輸入新型控制策略新型控制策略 魯棒控制魯棒控制 預(yù)測控制預(yù)測控制 模糊控制模糊控制 神經(jīng)控制神經(jīng)控制 專家控制專家控制 遺傳算法遺傳算法 計算機(jī)控制系統(tǒng)中所建立的對象模型只能是實際計算機(jī)控制系統(tǒng)中所建立的對象模型只能是實際物理系統(tǒng)的不精確的表示物理系統(tǒng)的不精確的表示 魯棒系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)就是要在模型不精確和存在魯棒系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)就是要在模型不精確和存在其他變化因素的條件下，使系統(tǒng)仍能保持預(yù)期的性能其他變化因素的條件下，使系統(tǒng)仍能保持預(yù)期的性能 如果模型的變化和模型的不精確不影響系統(tǒng)的穩(wěn)如果模型的變化和模型的不精確不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和其它動態(tài)性能，這樣的系統(tǒng)我們稱它為定性和其它動態(tài)性能，這樣的系統(tǒng)我們稱它為