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第1章 计算机控制系统概论 主要内容： 计算机控制的定义和工作原理 计算机控制系统特征和组成 计算机控制系统的分类 计算机控制系统的发展概况及发展趋势 1.1 计算机控制系统特征与组成 1.1.1 自动控制 自动控制是在非人工直接参与的前提下，应用自动控制装置自动地、有目的地控制设备和生产过程，使他们具有一定的状态和性能，完成相应功能，实现预定目标 自动控制系统一般可以分为：开环控制系统和闭环控制系统两大类。 开环控制系统： 所谓开环控制系统是指控制器按照先验的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制对象或系统能按照约定来运动或变化。 闭环控制系统： 闭环控制系统较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。 计算机控制的定义 （1）从结构图定义 （2）从组成定义 （3）从信息流定义 2 计算机控制的工作原理（工作过程） （1）实时数据采集 对测量变送装置输出的信号经A/D转换后进行处理。 （2）实时控制决策 对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。 （3）实时控制输出 实时地输出运算后的控制信号，经D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。 上述过程依次不断循环进行，使被控变量稳定在设定值上 (1)在线方式和离线方式 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，反之称为离线方式。 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。 (2)实时方式 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，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制 。 ? 2个要素：其一：根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间（允许滞后）； 其二：该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反应（计算机响应时间）， ? 一个在线的系统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。 1.2.3 计算机控制系统的组成 计算机控制系统的组成包括硬件和软件两大部分 硬件是由计算机主机、接口电路、外部设备组成，是计算机控制系统的基础 软件是安装在计算机主机中的程序，它能够完成对其接口和外部设备的控制，完成对信息的处理，它包含有维持计算机主机工作的系统软件和为完成控制而进行信息处理的应用软件的两大部分，软件是计算机控制系统的关键。 图1.4 计算机控制系统组成图 ⑴．主机 主机是指用于控制的计算机，它主要由CPU、存储器和接口三大部分组成，是整个系统的核心。 目前使用的主机有：单片机、PLC、工业PC等。 它主要完成数据和程序的存取、程序的执行、控制外部设备和过程通道中的设备的工作，实现对被控对象的控制，实现人机对话和网络通信 由于CPU技术的发展和广泛应用及网络技术的发展和广泛应用，主机还要完成对一些含CPU设备和网络设备的控制 ⑵.I/O接口 CPU与外部设备的连接和数据交换都需要通过I/O接口设备来实现。 I/O接口存在的原因： ⑵.过程通道 (输入输出通道) 过程控制通道是被控对象与主机进行信息交换的通道，根据信号方向和形式，过程控制通道可分为： ① 模拟量输入通道（AI） 完成过程和被控对象送往主机的模拟信号的转换，使之成为计算机能够接收的数字信号。 ② 模拟量输出通道（AO） 目前，大多数执行机构仍只能接收模拟信号，而计算机处理、决策后的最终结果是数字信号。通过模拟量输出通道完成对数字量转换为模拟量并保持。 ⑵.过程通道 (输入输出通道) ③ 数字量输入通道（DI） 数字量的输入通道是把过程和被控对象的开关量或通过传感器已转换的数字量以并行或串行的方式转入计算机 ④ 数字量输出通道（DO） 数字量输出通道是将计算机运算、决策之后的数字信号以串行或并行的方式输出给被控对象或外部设备 ⑶.操作控制台 操作控制台是计算机控制系统人机交互的关键设备，通过操作控制台，操作人员可以及时了解被控过程的运行状态，运行参数；对控制系统发出各种控制的操作命令，并且通过操作控制台还可以修改控制方案和程序。 操作控制台一般应包括： ① 信息的显示 ② 信息的记录 ③ 工作方式状态的选择 ④ 信息输入 ⑸. 检测元件与执行机构 检测元件： 传感器：将被测参数转变为电学量 变送器：电变量转换为计算机接口使用的电信号 执行机构： 电动