第一章计算机控制系统概述-.pptVIP

第一章 计算机控制系统概述 内容与要求 重点掌握：开环控制与闭环控制、模拟控制与数字控制、计算机控制的硬件结构与软件组成。 一般掌握：数据采集系统、直接数字控制系统、监督控制系统、分布式控制系统的结构与特点。 了解内容：计算机控制系统的特点与典型应用。 第一章 计算机控制系统概述 1.0 计算机控制系统的应用 简单地说，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类控制系统。 计算机控制在众多领域有着广泛的应用，如机械工程、电气工程、汽车工程、过程控制、航空航天、通讯工程等。 计算机控制技术的应用－－ 机械工程 计算机控制技术的应用－－ 机械工程 计算机控制技术的应用－－ 电气工程 计算机控制技术的应用－－ 汽车工程 计算机控制技术的应用－－ 过程控制 计算机控制技术的应用－－ 航天工程 计算机控制技术的应用－－航空工程 计算机控制技术的应用－－航海工程 计算机控制技术的应用－－通讯工程 1.1 计算机控制的基本概念 1.开环与闭环控制 开环控制 被控制量（输出）不影响系统控制的控制方式。 控制性能较差（稳定性、稳态、动态、鲁棒性）； 结构简单，适于对控制质量要求不高的场合。 1.1 计算机控制的基本概念 闭环控制（半闭环） 被控量参与系统控制的控制方式。 控制器（调节器、校正网络、补偿网络）、执行机构（执行环节）、检测装置（反馈环节）、被控对象、被控参数 1.1 计算机控制的基本概念 2.模拟控制与数字控制（计算机控制） 数字控制器的基本组成： 数字计算机（微处理器、微控制器） ADC（VFC） DAC （PWM） 1.1 计算机控制的基本概念 3.控制系统的基本要求 ■ 稳定性 ■ 快速性 ■ 精确性 1.2 计算机控制系统的结构与组成 计算机控制系统通常包括：硬件设备、控制软件及通信网络。 1．系统硬件 CPU、RAM/ROM、I/O、A/D、D/A、人机接口、通信接口及电源 各部分间通过系统总线（DB、AB、CB）构成一个完整的系统 Data Bus: Bidirectional Address Bus: Unidirectional Control Bus: Unidirectional or Bidirectional 1.2 计算机控制系统的结构与组成 1.2 计算机控制系统的结构与组成 CPU通常包括： 1）通用单片机(Micro-controller) 4～32bit 优点：成本低、体积小。 缺点：运算与扩展能力较弱。 编程：汇编、C语言。 2）PC及其兼容机(Micro-processor) 缺点：成本高、体积大（PC104）。 优点：运算与扩展能力强，软件资源丰富。 编程：汇编及多种高级语言。 1.2 计算机控制系统的结构与组成 3）DSP（Digital Signal Processor） 运算能力相当强（RISC结构）。 其它同（1）。 4）专用微处理器 主要用于一些批量生产的产品。如家用电器的智能控制、工业控制（电机控制）。 其中：1）、2）应用最广泛。 1.2 计算机控制系统的结构与组成 过程通道（微机原理、传感检测、电工学） 模拟量输入通道（A/D、V/F）： 含多路开关（2、4、8、16选一），S/H 模拟量输出通道 （D/A、F/V、PWM） 开关（数字）量输入通道：光电隔离 开关（数字）量输出通道：光电隔离、驱动能力 通常将模拟量输入/输出通道分别称作前向/后向通道。 1.2 计算机控制系统的结构与组成 2．系统软件与应用软件 应用软件包括： 初始化程序 定时器中断 数据采样（A/D） 控制算法 控制作用输出(D/A) 监控程序 1.2 计算机控制系统的结构与组成 控制理论（控制算法）： 1）经典控制理论（课程重点） 适于SISO线性系统。采用传递函数来描述。 分析与设计方法：频域、根轨迹。 校正网络：滞后、超前、滞后－超前（PID）。 2）现代控制理论 适于MIMO线性系统。采用状态空间表达式描述。 分析方法：主要是时域。 设计方法：极点配置、最优控制。 1.2 计算机控制系统的结构与组成 3）其它控制方法 自适应控制、鲁棒控制、非线性控制等。 设计原则：在满足控制系统要求的性能指标下，尽可能选择简单的控制方法。 3．通信网络 串行通信、局域网、现场总线。 1.3 计算机控制系统的分类 1.计算机监控与操作指导系统 1.3 计算机控制系统的分类 作用：计算机只承担数据的采集与处理工作，而不直接参与控制。 控制：操作人员计算机处理结果去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。 优缺点：优点是系统结构简单，控制灵活