計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第章緒論

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)主講教師：王麗蓉第一章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.2微型機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.3微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢1.1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成1.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：就是利用計(jì)算機(jī)（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。

（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由：工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。

工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。

生產(chǎn)過程包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

從本質(zhì)上看，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個步驟：

①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測和輸入。②實(shí)時(shí)控制決策：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。

③實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。（3）幾個重要概念.在線方式（on-line）:

生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式.離線方式(off-line):

生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。.實(shí)時(shí)(real-time)：

指信號的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，亦即計(jì)算機(jī)對輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個時(shí)間，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。

1.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成（1）微型機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

一.主機(jī)(CPU)指揮部

1．向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出命令；2．對被測參數(shù)進(jìn)行巡回檢測數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算判斷及報(bào)警處理等。

二、接口及I/O通道

1.常用接口

(1)并行接口8255、8155(2)串行接口8251(3)直接存儲器傳送接口8237(4)中斷控制接口8259(5)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器接口8253(6)模擬量與數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換接口DAC0832，ADC0809等。

2．I/O通道

(1)模擬量輸入通道關(guān)鍵部件A/D（把模擬量變成數(shù)字量）(2)模擬量輸出通道關(guān)鍵部件D/A（把數(shù)字量變成模擬量）

(3)數(shù)字量輸入/輸出通道三.通用外部設(shè)備，用以擴(kuò)大主機(jī)的功能顯示、打印、存儲等四．檢測元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1．檢測元件：把非電量變成電量（傳感器）。如：熱電偶、節(jié)流裝置、壓力變送器

2．變送器：把傳感器的輸出信號變成CPU所能接收的電壓信號。3．執(zhí)行機(jī)構(gòu)：接收CPU輸出的控制量并加以動作，以對生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行控制的機(jī)構(gòu)。如：閥、開關(guān)、電機(jī)等。五、操作臺和實(shí)時(shí)時(shí)鐘

1．操作臺的組成

（1）作用開關(guān)：電源開關(guān)；數(shù)據(jù)、地址選擇開關(guān)；操作方式選擇開關(guān)，等。

（2）功能鍵：向CPU申請中斷、復(fù)位鍵、啟動鍵、打印鍵、顯示鍵、連接、單步工作方式鍵等。

（3）顯示：LED/CRT顯示器件顯示數(shù)據(jù)，圖、表、流程圖等。

（4）數(shù)字鍵：用以送入數(shù)據(jù)或修改控制系統(tǒng)參數(shù)。

2．實(shí)時(shí)時(shí)鐘（2）微型機(jī)控制系統(tǒng)軟件

完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。

系統(tǒng)軟件：由廠家提供用以管理計(jì)算機(jī)本身的程序。應(yīng)用軟件：是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。它包括過程輸入程序、過程控制程序、過程輸出程序、人機(jī)接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。

1.2微型機(jī)控制系統(tǒng)的分類

1.按照結(jié)構(gòu)功能分類2.按照控制規(guī)律分類1.按照功能來分類（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)定義毯：計(jì)算勺機(jī)測雹得的結(jié)信號葵數(shù)據(jù)純，根班據(jù)一頭定的嚴(yán)控制槳算法搖，計(jì)易算出竄供操懸作人酬員選巖擇的旺最優(yōu)志操作伯條件筑及操館作方花案。優(yōu)點(diǎn)桑：結(jié)構(gòu)終簡單晝，控悟制靈詳活和需安全牲。缺點(diǎn)漿：開環(huán)損控制屬。由感人操寸作，種實(shí)時(shí)宵性差擺，不滾能控皇制多謠個對帽象。（2）直諸接數(shù)怪字控下制(D蛾DC奏)定義邊：計(jì)算供機(jī)首把先通條過模涉擬量接輸入忠通道高、開恒關(guān)量吃輸入觀通道醬實(shí)時(shí)萄采集院數(shù)據(jù)爺，然抱后按效照一立定的朝控制微規(guī)律叨進(jìn)行驅(qū)計(jì)算蠻，最亭后發(fā)徑出控錫制信乏息，靈并通熱過模房誠擬量仆輸出攜通道作、開戲關(guān)量爪輸出饞通道外直接亂控制拉生產(chǎn)紀(jì)過程嚼。優(yōu)點(diǎn)激：能夠泥實(shí)現(xiàn)猛自動稈控制伸、多匪回路葉控制黑，能搞夠靈妖活的故把各斯種算采法施兆加于寒生產(chǎn)男過程隆。缺點(diǎn)可：結(jié)構(gòu)塊復(fù)雜兇，投貢資高弱。（3）監(jiān)妻督控瘡制系親統(tǒng)（SC朽C）(父Su激pe午rv吸is驗(yàn)or球y孤Co份mp崇ut勻er蠅C序on阿tr享ol交)監(jiān)督買控制龜：計(jì)算悄機(jī)根定據(jù)原蹦始工桶藝信珍息和僻其它刊參數(shù)胃，按真照描昏述生孤產(chǎn)過將程的蜂數(shù)學(xué)鼠模型鋪或其琴它方出法，扣自動粘地改較變模枕擬調(diào)初節(jié)器?；蛞圆胖苯影l(fā)數(shù)字業(yè)控制偉方式炮工作冶的微決型機(jī)杏中的熔給定漂值，恢從而禍?zhǔn)股串a(chǎn)過欺程始汁終處抽于最爆優(yōu)工院況。收它的故作用絲式是改恨變給領(lǐng)定值現(xiàn)，所耐以又拿稱設(shè)終定值堆控制SP睡C(愚Se幸t不Po死in目t億Co慘nt枕ro并l)。優(yōu)點(diǎn)吃：計(jì)算框機(jī)壞勻了，艇在（a）中守，模罩?jǐn)M儀吐表可套以直遲接控熟制；漆在（b）中兔，DD析C計(jì)算綠機(jī)可旁以直邀接控串制，SC記C計(jì)算鞋機(jī)只活是采涉集，鐵優(yōu)化冰；這糞實(shí)際秀上是澤一種舅不存桶在上糠下級賭通信遮的兩肥級控拐制，棟只存恩在傳直遞設(shè)森定值由的關(guān)昌系。缺點(diǎn)細(xì)：造價(jià)用高、服效益襲差，夾現(xiàn)在紙已經(jīng)謎不用守了。（4）分寨散型怕控制笛系統(tǒng)短（DC番S）采用賣分散吳控制豎、集換中操崗作、滔分級好管理摧、分耍而自兵治和強(qiáng)綜合喝協(xié)調(diào)劃的設(shè)層計(jì)原麻則，蚊把系泥統(tǒng)從套上到虛下分椅為分暖散過敬程控想制級價(jià)、集邪中操謹(jǐn)作監(jiān)削控級建、綜與合信古息管杜理級附，形溫成分鑒級分禍布式旺控制蠟。特點(diǎn)絲式：①分識散過頃程控猛制級枝：這是岡最底哄層，瘦直接叔和現(xiàn)譜場控舊制點(diǎn)鼻打交廚道；②集慶中操摘作控殿制級目：集中羞在控秤制室烤通過仗顯示柔屏等鵝幾種元監(jiān)控波、操賠作；③綜少合信世息管側(cè)理級勵：實(shí)現(xiàn)發(fā)整個趕企業(yè)懇的綜跪合信煩息、王管理棵，主盼要執(zhí)刪行生緣瑞產(chǎn)管愿理和蚊經(jīng)營隆管理蝕功能戚，能星夠提續(xù)供管高理決輔策信丈息。（5）現(xiàn)爽場總芝線控臘制系俱統(tǒng)(F泡CS棉)現(xiàn)場繼總線振技術(shù)禾是90年代渾興起秧的一罪種先盼進(jìn)的蹈工業(yè)估控制腰技術(shù)心，它濁將當(dāng)程今網(wǎng)截絡(luò)通直信與堆管理橋的觀座念引作入工毯業(yè)控尾制領(lǐng)雙域?，F(xiàn)場扒總線吐控制鈔系統(tǒng)①是一但種數(shù)貿(mào)字通退信協(xié)緣瑞議，巧是連晚接智量能現(xiàn)取場設(shè)解備和伙自動蒙化系才統(tǒng)的該數(shù)字嬌式、嫌全分坐散、胡雙向繪傳輸簡、多賤分支揉結(jié)構(gòu)斃的通森信網(wǎng)押絡(luò)。②是控揉制技貌術(shù)、稱儀表蝕工業(yè)喪技術(shù)更和計(jì)壘算機(jī)副網(wǎng)絡(luò)脆技術(shù)梢三者畏的結(jié)飛合。③具有嶼現(xiàn)場造通信柏網(wǎng)絡(luò)賺、現(xiàn)大場設(shè)遵備互絡(luò)連、盛互操角作性淡、分澡散的奶功能專模塊元、通留信線停供電賞、開電放式次互連念網(wǎng)絡(luò)虎等技葬術(shù)特蘋點(diǎn)。主要捎有五輪種：CA寬N總線蘋（co君nt迎ro英ll帳er娛a桌re撓a盯ne芹tw懷or考k,控制叉器局到域網(wǎng)獻(xiàn)絡(luò)）LO旱NG磚WO棋RK意S總線(l客oc犧al備o牢pe愧ra甩ti武ng低n州et孩wo排rk局部舉操作刷網(wǎng)絡(luò))PR貓OF釀IB奪US催(樸pr貓oc枯es編s及fi例el血d蠢bu盾s過程飽現(xiàn)場翠總線)HA恥TR總線節(jié)（可翠尋址宇遠(yuǎn)程宰傳感動器數(shù)毅據(jù)網(wǎng)派絡(luò)）FF總線砍（基漠金會垃現(xiàn)場叫總線情）（1）數(shù)嘩字程顫序和捐順序屯控制（2）比謎例積癥分微歇分控族制（PI蹲D控制孤）（3）最溫小拍煌控制（4）復(fù)渴雜規(guī)膀律的遣控制（5）智騎能控刑制2.按照揭控制電規(guī)律扇分類（1）程裹序和杏順序婚控制定義兼：程候序控案制是惕被控戴制量著按照沿一定商的、佩預(yù)先瓜規(guī)定爺?shù)臅r(shí)括間函倘數(shù)變擱化，貪被控搞制量職是時(shí)當(dāng)間函閑數(shù)的洲變化直。順序身控制洞是程紙序控烈制的銹擴(kuò)展鐘，在愧各個刃時(shí)期打所給貌出設(shè)補(bǔ)定值率可以寺是不彩同的物物理繩量，欺而且祖每次觀設(shè)定缺值的倘給出綱，不揪僅取倍決于向時(shí)間欺，還水取決擋于對欣以前輔的控匯制結(jié)葡果的菠邏輯廊判斷銜。（2）比剩例積疊分微狗分控包制（PI敲D控制臥）定義趨：調(diào)雅節(jié)器尼的輸克出是諷調(diào)節(jié)約器輸鉤入的道比例求、積妹分和橡微分驚的函謝數(shù)。PI府D控制罰是現(xiàn)亂在應(yīng)凱用最橫廣、陰最為援廣大個工程墓技術(shù)況人員狹熟悉省的技揀術(shù)。PI撲D控制紀(jì)結(jié)構(gòu)勸簡單嶼、參壤數(shù)容震易調(diào)貓整，浴因此傻，無功論模蘆擬調(diào)銹節(jié)器煉或者全數(shù)字柴調(diào)節(jié)匹器，公多數(shù)逆使用PI裹D調(diào)節(jié)至規(guī)律殘。（3）最晶小拍周控制最小飄拍控顧制的六性能行指標(biāo)浙是要悼求設(shè)侮計(jì)的液系統(tǒng)碧在盡殖可能叛短的咐時(shí)間倚內(nèi)完拌成調(diào)嘴節(jié)過努程。最小橫拍控以制通脖常用萍在數(shù)逗字隨旦動系奴統(tǒng)的唇設(shè)計(jì)金中。（4）復(fù)傾雜規(guī)馳律的坦控制在PI標(biāo)D控制器的基完礎(chǔ)上須，引景進(jìn)了制各種柜復(fù)雜領(lǐng)規(guī)律壘的控迫制，觸比如躺串級印控制逮、前印饋控趨制、腿純滯膊后補(bǔ)蠅償、湖解偶休控制證、最湖優(yōu)控田制、白自適晌應(yīng)控命制等楚，組宮成復(fù)乘雜控邪制系辣統(tǒng)。目的道：是余為了居解決扒隨機(jī)姓擾動飾問題壯，使輩系統(tǒng)繼控制幸達(dá)到局滿意設(shè)的性產(chǎn)能指前標(biāo)。（5）智傷能控寨制智能皮控制蹈把先通進(jìn)的尸方法構(gòu)學(xué)理菊論與熊解決擾當(dāng)前蠟技術(shù)傾問題阻所需宜要的漂系統(tǒng)常理論錢結(jié)合處起來矩的學(xué)秋科。莊可以始看成伯三個場主要跪理論巡壽領(lǐng)域贏的交擋叉或婚會合旬，即除：人工船智能運(yùn)籌午學(xué)控制紹論1.墊3計(jì)算糊機(jī)控京制系干統(tǒng)的庫發(fā)展渠概況帝和趨吵勢1.袋3.篇1單片嶼微型瘋計(jì)算聲機(jī)1.廚3.竹2可編娘程邏毛輯控喂制器1.循3.麗3工業(yè)PC機(jī)1.金3.癥4計(jì)算怒機(jī)控寫制系話統(tǒng)的具發(fā)展詠概況1.過3.籌5計(jì)算倦機(jī)控濤制系欣統(tǒng)的裂發(fā)展肆趨勢1.筆3.陽1單片郵微型辨計(jì)算詞機(jī)是工枝業(yè)控秩制和傻智能搏化系透統(tǒng)中放應(yīng)用駱最多翼的模扇式。特點(diǎn)是設(shè)季計(jì)者蹦可根宋據(jù)實(shí)醉際需眉要進(jìn)娛行單嬌片機(jī)柏系統(tǒng)利開發(fā)責(zé)、設(shè)偷計(jì)，許因而虜更加紡方便宵、靈析活，逮且成乞本低向。與微掀型計(jì)坐算機(jī)繞相比陡，單建片機(jī)可具有峽以下劫特點(diǎn)匠：1．集凝成度報(bào)高，鮮功能蜜強(qiáng)2．結(jié)瓣構(gòu)合集理3．抗津干擾臣能力干強(qiáng)4．指嶼令豐騙富5.省電1.夫3.鹽2可編速程邏飯輯控松制器簡稱PL辭C，是圖繼電采器邏鼻輯控獨(dú)制系炭統(tǒng)與判微型鐘計(jì)算銀機(jī)技望術(shù)相坐結(jié)合洽的產(chǎn)公物。PL填C采用脹微處凈理器擁作為蛋主控裹制器給，大扎規(guī)模艦集成得電路束作為屈存儲瓦器及I/些O接口心。其可裂靠性殊、功芹能、警價(jià)格槽、體棕積都喬達(dá)到模了較粒成熟舉和完怪美的略境界槳。并井以其甲卓越迎的技乞術(shù)指扯標(biāo)和氧優(yōu)異摩的抗涼干擾李能力窩得到籍廣泛盛的應(yīng)拐用，故受到感工業(yè)丹界人把士的釋矚目萌。應(yīng)用鏟：單剖機(jī)自隊(duì)動化妄、工復(fù)廠自勞動化袋，從幅柔性清制造框系統(tǒng)掌、機(jī)襲器人潮到工似業(yè)局產(chǎn)部網(wǎng)紡絡(luò)無記不有硬它的凍蹤影濾。一、PL株C的功括能(1)條件存控制(2霞)定時(shí)鄭控制(3賀)計(jì)數(shù)嶄控制(4)順序澤控制(5紹)模／真數(shù)(A順/D嚼)、數(shù)讓／模(D海/A幅)轉(zhuǎn)換(6恭)數(shù)據(jù)豎處理(7解)通訊虜與聯(lián)團(tuán)網(wǎng)二、PL負(fù)C的特頃點(diǎn)(1)可靠凈性高(2)編程雨容易(3)組合碑靈活(4)輸入紙／輸燒出功毛能模芬塊齊奏全(5苗)安裝弱方便(6)運(yùn)行徹速度于快單片顏機(jī)的派發(fā)展而與應(yīng)軌用更戀增強(qiáng)恩了PL診C的功億能1.碑3.元3工業(yè)PC機(jī)工業(yè)PC機(jī)與垂個人戶計(jì)算制機(jī)的軟差別蓮：1．可爸靠性臥高和腸可維拘修性損好。2．環(huán)暫境適有應(yīng)性料強(qiáng)。3．控軋制的華實(shí)時(shí)較性。次工業(yè)就控制課機(jī)應(yīng)袖具有辱時(shí)間詞驅(qū)動脂和事紡件驅(qū)牢動能喜力。4．完蠻善的就輸入尾輸出漢通道褲。5．豐姻富的夜軟件飲。6．適捐當(dāng)?shù)鸟樣?jì)算繞機(jī)精丘度和替運(yùn)算用速度財(cái)。1.怠3.婆4計(jì)算雞機(jī)控勉制系肝統(tǒng)的巨發(fā)展蒸概況(1輕)開創(chuàng)達(dá)時(shí)期(1單95以5～19贈62年)(2暫)直接噴數(shù)字嘆控制抓時(shí)期(1踢96匪2～19胖67年)(3洋)小型建計(jì)算觸機(jī)時(shí)罪期(1祝96攔7～19悼72年)(4掩)微型訴計(jì)算舌機(jī)時(shí)非期(1垮97防2年～變至今)1.計(jì)算糕機(jī)控喬制技犧術(shù)的荒發(fā)展芬過程在生黎產(chǎn)過昆程控訓(xùn)制中屆采用斥數(shù)字叼計(jì)算株機(jī)的印思想由出現(xiàn)撐在五乳十年問代中輩期。2.計(jì)算功機(jī)控鑼制理但論的淚發(fā)展羨過程計(jì)算油機(jī)控離制系刺統(tǒng)理穗論主渾要包頭括離散因系統(tǒng)衰理論和采樣岸系統(tǒng)溝理論。離散繁系統(tǒng)蠻理論品主要喜指對堪離散回系統(tǒng)碌進(jìn)行嚇分析鍵和設(shè)身計(jì)的殺各種坑方法余的研稼究。親包括嚼：（1）差救分方重程及z變換拆理論疏；（2）常攻規(guī)設(shè)插計(jì)方有法；（3）按泡極點(diǎn)渣配置冶的設(shè)共計(jì)方乒法；（4）最樸優(yōu)設(shè)燥計(jì)方球法；（5）系崇統(tǒng)辨假識及辜自適旦應(yīng)控戰(zhàn)制。采樣災(zāi)系統(tǒng)牽理論采樣赴系統(tǒng)雕理論寄除了投包括飾離散委系統(tǒng)斯的理妻論外吧，還補(bǔ)有以配下內(nèi)勿容：（1）采滲樣理污論-香農(nóng)粒采樣徒定理袖。（2）連宣續(xù)模扭型及祖性能區(qū)指標(biāo)零的離京散化錯。（3）性衡能指結(jié)標(biāo)函傻數(shù)的婆計(jì)算偉。（4）采布樣控遵制系與統(tǒng)的罪仿真限。（5）采照樣周置期的銀