华中科技大学计算机控制技术课件新编第一.ppt

计算机控制技术 武汉科技大学信息科学与工程学院 第一章 绪 论 1. 计算机控制系统的组成及特点 第一节 计算机控制系统的组成及特点 1.1 计算机控制的一般概念 图1-1 计算机控制系统基本框架 计算机控制系统完成的主要任务： （1）数据的实时采集 （2）控制与决策 （3）控制量的输出 几个常用术语 在线（Online）：计算机控制系统与生产设备直接相连 离线（Offline）：计算机控制系统与生产设备断开 实时（Real time）：计算机输入、输出和计算都在规定时间内完成 在线与实时的关系 ◆一个在线系统不一定是实时系统 ◆ 一个实时系统必定是在线系统 计算机控制系统涉及的信号 ◆ 连续信号：定义在整个连续时间范围内的信号（连续值，有限个间断点） ◆ 离散信号：定义在各个离散瞬时上的信号 ◆ 数字信号：幅值量化的离散信号（取一组间断的数值来表示一个变量的过程成为量化） 1.2 计算机控制系统的组成及特点 计算机控制系统可以分为硬件和软件两大部分 ◆硬件: 是指计算机本身及外围设备，一般包括中央处理器、内存储器、磁盘驱动器、各种接口电路、以A/D转换和D/A为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通道以及各种显示、记录设备、运行操作台等 ◆软件: 包括系统软件和应用软件,系统软件如操作系统, 诊断系统，开发系统，信息处理；应用软件如过程监视，过程控制计算 计算机控制系统的基本模式为内总线模式 特点：过程I/O，人机接口与存储器相当，具有相同的模式，以及相当的存取速度。 第二节 计算机在控制中的典型应用方式 计算机控制的发展概况 开创期－约1955年（监督方式运行，需常规模拟控制设备） ◆ 操作指导方式运行 ◆ 设定定值控制 直接数字控制期－约1962年（计算机直接控制生产过程） 小型计算机控制期－约1972年 微型计算机控制期－约1972年 集散型控制期－约1975年（Honeywell, TDC2000） 网络化控制期－约20世纪90年代 第二节 计算机在控制中的典型应用方式 根据计算机在控制中的典型应用方式，可以把计算机控制系统划分为四类： （1）操作指导控制系统 优点：结构简单，控制灵活，适用于复杂的工业过程。如早期的窑炉控制等慢过程的决策与控制。随着智能控制技术的发展，将逐步被计算机控制所取代。 缺点：人的劳动强度较大，不适合快速系统。 图 1-3 计算机操作指导控制系统示意图 （2）直接数字控制系统（DDC系统） 直接数字控制，可完全代替模拟调节器，实现多路控制，应用先进的控制规律，如串级控制，智能控制，自适应控制等。 DDC是分散计算机控制系统的最小子系统。 图1-4 直接数字控制器 （3）监督计算机控制系统（SCC系统） SCC系统有两种类型： （1）SCC+模拟调节器 （2）SCC+DDC控制系统 SCC计算机完成对过程参数的采集，显示，分析，决策，给出优化的设定，实现最优控制或次 优控制。SCC计算机的设定可以是动态的优化的设定和稳态的优化设定。可以不频繁参与控制，当其出现故障，DDC控制仍可继续。 图1-5 监督计算机控制系统构成示意图 a）SCC+模拟调节器系统 b）SCC+DCC系统 （4）分散计算机控制系统 — 分散控制，集中管理 特点：由于计算机控制系统的价格的下降，采用分散控制成为可能。将过程分为N个自系统，实现分散控制，子系统之间的信息交换通过上位计算机完成，实现信息的集中与优化。有效克服了“危险集中”的问题，提高了系统的可靠性。 分散型控制系统：DCS结构如下图1-6 （5）现场总线型系统 提出该系统的目的是为了更好的实现现场信号的就地处理，实现工业现场各种不同的计算机控制装置的信息交换而制定的总线规范。可更加灵活，方便，有效实现信息的分散化处理以及子系统之间的信息交换，提高系统的可靠性。如CAN，PROFIBUS等。 结构图如图1-7： 现场总线控制系统