《智能控制系統(tǒng)與工程》課件-2.計算機控制系統(tǒng)概述

智能控制系統(tǒng)與工程復(fù)習(xí)自動控制、人工智能、智能控制的關(guān)系自動控制、智能控制、智能控制系統(tǒng)的定義自動控制系統(tǒng)的組成智能控制系統(tǒng)的組成智能控制系統(tǒng)的特點智能控制技術(shù)和計算機的關(guān)系復(fù)習(xí)：智能控制的定義自動控制：在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)按照預(yù)定的規(guī)律自動運行。智能控制：是采用智能化理論和技術(shù)驅(qū)動智能機自主地實現(xiàn)其目標的過程。智能控制就是一類無需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標的自動控制。智能化理論和技術(shù)包括人工智能和智能計算的相關(guān)理論和技術(shù)。智能控制系統(tǒng)：用于驅(qū)動智能以實現(xiàn)目標的而無需操作人員干預(yù)的系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是人工智能、控制論、運籌學(xué)和信息論等學(xué)課的交叉。復(fù)習(xí)：智能控制系統(tǒng)的組成復(fù)習(xí)：智能控制技術(shù)與計算機智能控制技術(shù)在實際工程系統(tǒng)中的應(yīng)用，離不開計算機技術(shù)。智能控制技術(shù)實現(xiàn)的核心是智能控制算法，通過對計算機編程得到。智能控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)也是一個計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，其中智能控制器部分就是按照智能控制算法編寫的計算機軟件。計算機控制系統(tǒng)概述什么是計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)是以計算機作為核心部件來實現(xiàn)部分或全部功能的自動控制系統(tǒng)或過程控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)弄夠取代傳統(tǒng)的模擬儀器儀表以及很大一部分人工操作。計算機控制系統(tǒng)具備很強的計算和信息處理能力，能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，提高生產(chǎn)效率。什么是計算機控制系統(tǒng)閉環(huán)自動控制系統(tǒng)計算機為什么需要D/A和A/D模塊？計算機控制系統(tǒng)的工作過程計算機控制過程：利用傳感器將被控對象的被控物理量（如溫度、壓力、液位、流量、速度等）轉(zhuǎn)換為電信號，再將這些電信號轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)字量反饋給計算機，計算機根據(jù)給定輸入量、反饋量和控制算法得出控制量，并轉(zhuǎn)換為模擬量驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)操縱被控對象，從而實現(xiàn)控制目標。計算機計算機控制系統(tǒng)的工作過程1）實時數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時值進行檢測、變換和采集。2）實時控制決策：對采集到的被控量進行分析、比較和處理，按預(yù)定的控制規(guī)律運算，進行控制決策。3）實時輸出控制：根據(jù)控制決策，實時地向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成系統(tǒng)控制任務(wù)或輸出其他有關(guān)信號，如警報等。10例：水塔水位控制過程分析數(shù)據(jù)采集：液位傳感器將水位轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，通過程輸入通道傳遞給計算機?？刂茮Q策：計算機根據(jù)液位高低，經(jīng)過分析處理，決定采取什么樣的控制動作?？刂戚敵觯河嬎銠C分析處理的結(jié)果經(jīng)過程輸出通道輸出給電磁閥，用于控制進水管的開關(guān)，從而實現(xiàn)對水位的控制調(diào)節(jié)。計算機電磁閥進水管例：空調(diào)溫度控制過程數(shù)據(jù)采集：溫度傳感器將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為模擬電信號，通過程輸入通道傳遞給計算機?？刂茮Q策：計算機根據(jù)環(huán)境溫度和當(dāng)前設(shè)定溫度，經(jīng)過分析處理，決定采取什么樣的控制動作?？刂戚敵觯河嬎銠C分析處理的結(jié)果經(jīng)過程輸出通道輸出給接觸器，用于控制空調(diào)壓縮機的啟停，從而實現(xiàn)對溫度的控制調(diào)節(jié)。計算機溫度傳感器按鍵環(huán)境溫度設(shè)定溫度接觸器電動機思考：分析智能溫室的控制過程計算機控制系統(tǒng)的任務(wù)檢測由傳感器檢測過程參數(shù)，輸出與被測物理量成比例的電信號（4~20mA標準電流or1~5V標準電壓）；檢測過程狀態(tài)，由繼電器觸點的開閉或TTL電平的高低來表示；由串行或并行通信口直接接收數(shù)字量信息?？刂朴嬎銠C決策出控制量后可產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，可由D/A轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號去驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，可產(chǎn)生電平跳變?nèi)⑼?zhí)行機構(gòu)。人機交互為操控員進行觀察（顯示、報表、警報）和操作（設(shè)定值、手動調(diào)節(jié)、緊急處理）提供通道通信計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)=工業(yè)控制計算機系統(tǒng)+被控對象輸入通道及接口DI、AI輸出通道及接口DO、AO被控對象外存人機接口計算機硬件計算機主機過程通道及接口人機接口、外存軟件系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件常用工業(yè)控制計算機工業(yè)控制計算機：基于微處理器的自動控制裝置?？删幊炭刂破鳎≒LC）可編程調(diào)節(jié)器（單回路調(diào)節(jié)器SSC，智能調(diào)節(jié)器）單片微型計算機（SCM）總線式工控機（IPC）計算機控制系統(tǒng)的特點計算機控制系統(tǒng)是含有模擬信號和數(shù)字信號的混合系統(tǒng)，屬于離散控制系統(tǒng)?？刂埔?guī)律通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)，控制靈活性、適用性強。計算機控制系統(tǒng)可以同時控制多個回路。計算機控制系統(tǒng)能現(xiàn)實復(fù)雜的控制規(guī)律，稱為智能控制系統(tǒng)，達到更高的控制質(zhì)量。計算機控制系統(tǒng)能夠靈活組網(wǎng)，組成大型控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制管理一體化。計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)對被控對象的大量參數(shù)巡回檢測、處理、分析、記錄及超限報警；計算機根據(jù)一定的控制算法和檢測數(shù)據(jù)，計算出工操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案；不直接調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DirectDigitalControl-DDC計算機通過測量元件對一個或多個物理量進行巡回檢測，經(jīng)過程輸入通道輸入計算機。計算機根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律和給定值進行運算，然后發(fā)出控制信號通過過程輸出通道直接去控制執(zhí)行機構(gòu)，使被控量達到規(guī)定要求。計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)監(jiān)督控制系統(tǒng)SupervisoryComputerControl-SCC在SCC中，由計算機按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其他方法，計算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或DDC，最后由DDC或模擬調(diào)節(jié)器控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)DistributedControlSystem-DCS基本思想：分散控制、集中管理。系統(tǒng)從上到下分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級和綜合信息管理級。分散控制，分散危險，提高可靠性；積木式結(jié)構(gòu)，構(gòu)成靈活，容易擴展；上位機采用顯示器，操作、監(jiān)視方便?？刂萍壉O(jiān)控級管理級計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FieldbusControlSystem-FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)采用了兩層結(jié)構(gòu)“工作站-現(xiàn)場總線智能儀表”，完成了DSC的三層結(jié)構(gòu)功能，在統(tǒng)一的國際標準下能夠真正的開放式互聯(lián)、互操作，實現(xiàn)了控制的徹底分散。信號傳輸全數(shù)字化，提高了可靠性。計算機控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)計算機集成控制系統(tǒng)CIMS、CIPS既能直接面向過程完成控制和優(yōu)化任務(wù)，又能獲得全部生產(chǎn)信息進行生產(chǎn)過程的綜合管理和指揮調(diào)度。這類系統(tǒng)除了常見的過程直接控制、現(xiàn)今控制和過程優(yōu)化外，還具有生產(chǎn)管理、計劃調(diào)度和產(chǎn)品訂貨、銷售、運輸?shù)确莻鹘y(tǒng)控制的諸多功能。不再是局部優(yōu)化，而是多目標全局優(yōu)化。計算機控制技術(shù)的發(fā)展1946年第一臺計算機問世50年代末應(yīng)用于過程控制1962年，英國實現(xiàn)