第一章绪论(计算机控制技术课件).docVIP

本课程的特点： 综合性强 理论与技术相结合（或理论与实际相结合） 实用价值高 掌握困难 配有课程设计（研究生不做） 使用教材：《微型计算机控制技术》华中理工大学 赖寿宏主编 参考教材：《微型计算机控制技术》 潘新民编著 前序课程：微机原理、单片机原理、自动控制原理（或控制工程基础）、模拟与数字电路、电机与拖动基础 我上课的要求：最好提前预习一下内容，一般不需要大量记笔记，重要的内容可以记一下。 我上课的特点：能把问题讲清楚，学懂的前提是你愿意学，又肯下功夫，并打算应用于实践。 第一章: 绪论 随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制（或设计出计算机控制系统）。近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。 本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。 §1 计算机控制系统概述 首先我们知道自动控制技术在许多领域里获得了广泛的应用。 自动控制—— 就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，计算机控制就是其中之一。 计算机控制是在自动控制技术和计算机技术飞速发展的基础上产生的。二次世界大战中由于军事的需要促进了经典控制理论的发展，同时也使经典控制理论为基础的模拟式自动控制系统达到了相当完善的程度。但是，它的进一步发展受到了限制，在复杂控制规律实现、系统的最优化、可靠性等方面已不能满足更高的要求。现代控制理论的发展给自动控制系统增添了理论工具，而计算机技术的发展（单片机、DSP、嵌入式系统）为新型控制规律的实现、构造高性能的控制系统提供了物质基础，两者的结合极大地推动了自动控制技术的发展。 近年来，计算机控制技术发展迅速，几乎遍及各个领域（举例在后续内容中陆续给出），已成为自动控制技术不可分割的重要组成部分，并为自动控制技术的发展和应用开辟了广阔的新天地。 §1.1计算机控制系统及其组成 一、计算机控制系统 计算机控制系统 ——利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。 （1）计算机控制系统的工作原理 典型的计算机控制系统，如图1.1。 在计算机控制系统中，由于计算机的输入和输出是数字信号，因此需要有A／D转换器和D／A转换器。从本质上看，计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： ①实时数据采集：对来自测量变送装置（或检测元件）的被控量的瞬时值进行检测和采样(此过程常包含在A/D转换中)。 ②实时控制决策：将采集到的被控量进行分析和处理，并与给定量比较得到差值，对差值按已定的控制规律(如PID控制)，决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，形成输出数字量，经D/A转换,适时地对执行机构发出控制信号，对被控对象进行控制,完成控制任务。 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，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理（报警或停机）。 （2）在线方式和离线方式 在计算机控制系统中，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（指计算机在线或联机）；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人或其它设备进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。 （3）实时的含义 实时—— 指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义，就不叫实时。 实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统（不能及时实施控制、或不参与控制）不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。 二、计算机控制系统的组成（这种有操作系统的情况实际中少见，除非实时系统） 典型的计算机控制系统如图1.2所示。以微型计算机为核心(或突出微型 计算机组成)的控制系统基本组成：硬件部分和软件部分。 各部件功能简介： 硬件部分 ①主机 组成：中央处理器（CPU）和内存储器(RAM和ROM)组成。 作用：根据输入通道送来的被控对象的状态参数，进行信息处理、分析、计算，作出控制决策，通过输出通道发出控制命令；存储器存储数据和程序。 ②接口电路 作用：主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换时，通过接口电路的协调工作，实现信息的传送。 ③过程(或模拟量、数字量)输入/输出通道 作用：主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。 输入/输出通道分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道。 ④外部设备 外部设备按功能可分成三类：输入设备、输出设备和外存储器。 常用的输入设备有键