第1章 概述110546.ppt

计算机控制技术基础 Computer Control Technology  杨根科 上海交通大学自动化系 2007年3月 第一章 计算机控制系统概述 内容提要 开课目的和任务 本课程的主要内容 主要的参考文献 计算机控制系统的概念 计算机控制系统的组成 计算机控制系统的典型形式 计算机控制系统的控制规律 1 开课目的和任务 (1/2) 工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。 它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。 目的在于使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。 1 开课目的和任务 (2/2) 本课程是自动化专业的专业基础课和专业主干课程之一。 哪几门？ 自动控制理论，现代控制理论，微机原理及接口技术，微机控制技术，运动控制系统，过程控制系统。该加系统工程理论?+管理? 2 本课程的主要内容 （1/4） 本课程的主要内容包括： 计算机控制系统的组成和分类； 计算机控制系统中过程通道的设计方法； 数字程序控制技术； 数字PID及其算法； 直接数字控制及其算法； 模型预测控制算法; 分布式计算机控制系统； 现场总线技术 2 本课程的主要内容 （2/4） 概念和过程通道模块 计算机控制系统和控制技术的概述（4学时） 过程通道和数据采集系统（10学时） 程序控制和数值控制（4学时） 本课程的主要内容 （3/4） 算法模块 数字PID控制算法（10学时） 数字控制器直接设计方法（6学时） 模型预测控制算法（10学时） 2 本课程的主要内容 （4/4） 先进控制模块 微型计算机控制系统的设计和应用实例（4学时） 分布式计算机控制系统（4学时） 现场总线技术和应用（2学时） 3 主要的参考文献 3 主要的参考文献 43:8000/ 2-411, 413,415 (o) gkyang@ 4 计算机控制的概念 (1/3) 计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。计算机控制系统由计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。下图是一个典型的按偏差进行控制的计算机控制系统。 4 计算机控制系统的概念（2/3） 在结构上可分为开环系统和闭环系统两种◆ 开环：结构简单，性能较差◆ 闭环：需要控制对象的反馈信号 执行控制程序的过程：◆ 实时数据采集◆ 实时计算◆ 实时控制◆ 信息管理 4 计算机控制系统的概念(3/3) 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 5 计算机控制系统的组成(1/4) 硬件组成◆ 主机：CPU、 RAM / ROM◆ 常规外设：输入、输出和存贮设备◆ 输入输出通道：AI、AO、DI、DO◆ 外部设备：各种接口◆ 运行操作台 ：显示屏、功能键、数字键 5 计算机控制系统的组成(2/4) 计算机控制系统硬件组成框图 5 计算机控制系统的组成 (3/4) 软件组成◆ 系统软件— 提供计算机运行和管理的基本环境◆ 应用软件— 直接的控制程序 5 计算机控制系统的组成（4/4） 网络结构◆ 对等式网络结构（Peer-to-Peer, P2P）— 对等联网技术◆ 客户机/服务器结构（Client/Server, C/S）— 各节点功能不同 6 计算机控制系统的典型形式(1/6) 数据采集和监视系统：计算机不直接参与控制过程 6 计算机控制系统的典型形式(2/6) 直接数字控制（Direct Digital Control, DDC）— 计算机参与闭环控制过程 6 计算机控制系统的典型形式（3/6） 监督控制系统（Supervisory Computer Control, SCC）— 给定值控制，效果取决于数学模型的精度— 两种不同的结构：SCC＋模拟调节器SCC＋DDC 6 计算机控制系统的典型形式（4/6） SCC＋模拟调节器SCC＋DDC 6 计算机控制系统的典型形式（5/6） 分布式控制系统（Distributed Control System, DCS） — 分散控制，集中管理 6 计算机控制系统的典型形式（6/6） 现场总线控制系统（Fieldbus Control System, FCS ）◆ 新一代分布式控制结构◆ 以“工作站－现场总线仪表”的二层结构完成DCS三层结构的功能◆ 可以降低成本，提高可靠性，实现真正