第一章_计算机控制原理概论.ppt

软件组成 系统软件：通用性软件，数据结构\OS\数据库系统\公共服务软件（各种语言编译/程序诊断/网络通信软件）。 应用软件：在系统软件支持下实现各种应用功能的专用程序，由设计人员据硬件、软件环境开发编写，如PLC。 控制程序：实现预先设计的控制算法，对象运行状态反映给控制程序，控制程序产生控制信号驱动执行装置，其优劣影响控制品质 过程输入/输出接口程序：与通道硬件配合，实现计算机与对象之间的数据信息传递 * 计算机控制系统发展史 随着计算机本身而发展 随着控制理论而发展 * 随着计算机本身而发展（1）1946年第一台电子计算机问世，人们就萌生了将计算机用于导弹和飞机控制，但当时的计算机体积、功耗太大，可靠性太差，不可能用于控制系统； （2）50年代中期，美国人开始研究计算机控制能否用于化工过程，59年3月在德克萨斯州的炼油厂正式运行； * 这个开创性工作，唤起了人们对计算机控制的极大兴趣，带来了计算机厂家的新市场，工业界新的自动化工具，学术界新的研究课题，而有力推动了计算机控制和计算机本身的进步和发展 （3）早期的计算机是电子管计算机：性/价比低、体积大、可靠性差。1958年计算机的MTBF为50~100小时，用于简单控制功能。 60年代初半导体计算机取代了电子管计算机，MTBF约1000小时。 62年英国帝国化学工业公司就成功实现了一个DDC系统，其中数据采集量为244个，控制129个阀门。DDC(Direct Digital control)系统的实现无疑是计算机控制系统的一大进步； * （5）随着大规模集成电路（LSI）技术的突破，微型计算机于1971年问世，70年代中期出现了DCS(Distributed control Systems)，成功解决了传统集中控制系统可靠性低的问题，使计算机控制大规模地推广应用。75年美国Honeywell公司，日本横河公司推出DCS产品，并都得到广泛的工业应用。我国70年代末，一些石化、冶金、电力等大企业陆续引进一批DCS； * （4）60年代后期，中小规模集成电路的小型计算机出现，加快了计算机控制的发展，但价格贵； （6） 80年代以后，随着超大规模集成电路（VLSI）技术的飞速发展，计算机朝着超小型化，软件固化发展，同时计算机控制也向智能化方向发展。 * 随着控制理论而发展 自60年代以来，控制理论上形成了最优控制/多变量控制/系统辨识/自适应控制/鲁棒控制/预测控制/智能控制等，但这些先进的控制方法附加的应用条件，大多在工程上难以满足，因而实际应用受到限制。 例如：绝大多数计算机控制系统至今仍沿用传统的PID反馈控制律，以至系统性能、功能受到较大限制。 * 工业控制系统发展趋势 1 以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流； 2 PLC在向微型化； 3 面向测控管一体化设计的集散控制系统（DCS），网络化，有线和无线结合； 现场总线（FCS：Fieldbus Control System）； 4 智能化， 先进的控制算法。 * §1-7 传统控制理论的研究方法及内容 建立数学模型→系统性能分析→控制器设计 §1-8 控制理论的发展史 （1）20世纪40 -60年代，经典控制理论阶段。 对象：单输入单输出的线性定常系统； 依赖于系统的精确数学模型； 理论基础和方法：传递函数、频率特性、根轨迹； 控制原理：负反馈控制，“自动调节原理”； 研究目标：闭环系统达到预期的动态、静态性能； 工程实用方法：PID调节原理、前馈补偿； * （2） 20世纪60年代末，现代控制理论阶段。 动力：航天器等空间技术的发展要求高性能、高精度的复杂控制系统；计算机发展提供了必要的技术手段； 对象：多变量、变参数、非线性、连续的或离散的； 依赖于系统的精确的数学模型，但把原来直接根据被控系统机理特性的建模方法，向基于参数估计和系统辨识理论的建模方法拓展了； 描述方法：在时间域内应用状态方程，利于计算机运算； 系统结构：多环、自适应环、学习环等； 控制策略：最优控制、系统辨识、自适应控制、鲁棒控制，自校正控制； * （3）复杂的任务要求：传统的控制系统中，控制的任务要求输出为定值或者跟踪期望的运动轨迹，因此控制任务比较单一。但对于复杂的控制任务，如智能机器人系统、复杂工业过程控制系统、航空航天控制系统、社会经济管理系统等传统的控制理论都无能为力。 （2）高度非线性：传统控制理论中，线性系统理论比较成熟，对于具有高度非线性的控制对象，虽然也有一些非线性方法可供使用，但目前非线性控制理论还很不成熟，有些方法又过于复杂，无法广泛应用； （1）不确定性的模型：传统控制是基于模型的控制，传统控制通常认为模型是已知的或通过辨识可