计算机控制技术---计算机系统 导言.ppt

第一章 绪 论 1.1 计算机控制系统概述 1.计算机控制系统的一般概念 2.计算机控制系统的组成 3.计算机控制系统的特点 1.2 计算机控制系统的类型 操作指导控制系统 直接数字控制系统 监督计算机控制系统 分级计算机控制系统 1.3 计算机控制理论 离散系统理论 采样系统理论 1.4 计算机控制系统应用实例 卫星模型 直流伺服电机模型 工业机器人模型 工业机器人模型 1.5 计算机控制系统的发展 计算机控制系统的发展过程 计算机控制系统的发展趋势 可编程控制器 集散控制系统 计算机集成制造系统 嵌入式系统 网络控制系统 * 1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的类型 1.3 计算机控制理论 1.4 计算机控制系统应用实例 1.5 计算机控制系统的发展 1.计算机控制系统的一般概念 2.计算机控制系统的组成 3.计算机控制系统的特点 在连续控制系统框图1.1中，给定值与反馈值经过比较器比较产生偏差，控制器对偏差进行控制运算，产生控制信号驱动执行机构。系统内信号通常是模拟信号。 将连续控制系统中的比较器和控制器的功能用计算机来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统（如图1.2）。在计算机控制系统通常是模拟信号和数字信号的混杂系统。因此，在系统内部，需要进行模拟信号和数字信号之间的相互转换（A/D 和D/A 转换）。 计算机控制系统的控制过程为数据采集及处理和实时控制。 图1.1 连续控制系统的典型结构 图1.2 计算机控制系统基本框图 硬件 计算机 过程输入、输出通道 外部设备 操作台 软件 系统软件 应用软件 图1.3 计算机控制系统的组成框图 模拟、数字混合系统 便于修改控制规律 可实现复杂的控制规律 离散控制 可分时控制多个回路 便于实现控制与管理一体化 根据计算机在控制系统中的控制功能和控制目的，可将计算机控制系统分为以下几种类型。 操作指导控制系统 直接数字控制系统 监督计算机控制系统 分级计算机控制系统 所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制被控对象，只是每隔一定时间，计算机进行一次数据采集，将系统的一些参数经 A/D 转换后送入计算机进行计算及处理，然后进行报警、打印和显示。操作人员根据这些结果去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。 图1.4 操作指导系统结构图 直接数字控制（DDC）系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式。计算机通过检测元件对一个或多个系统参数进行巡回检测，并经过输入通道送入计算机。计算机根据规定的控制规律进行运算，然后发出控制信号直接去控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。 图1.5 直接数字控制系统 监督计算机控制（SCC）结构如图1.6所示。在SCC系统中，由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳控制输出送给模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或者DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程始终处于最佳工作状态。 图1.6 监督计算机控制系统 装置控制级（DDC级） 工厂集中控制级 车间监督级（SCC级） 企业管理级 图1.7分级计算机控制系统 对计算机控制系统的分析和设计，不只是简单地推广连续系统的理论，同时也需要一些专门理论来对它进行研究。计算机控制系统理论主要包括离散系统理论、采样系统理论及数字系统理论。 离散系统理论 采样系统理论 差分方程及z变换理论 常规设计方法 极点配置设计法 最优设计方法 系统辩识及自适应控制 采样系统理论除了包括离散系统的理论外，还包括以下一些内容： 采样理论 连续模型及性能指标的离散化 采样控制系统的仿真 采样周期的选择 数字信号整量化效应的研究，如量化误差、非线性特性的影响等 卫星模型 直流伺服电机模型 工业机器人模型 卫星模型常应用于卫星姿态控制系统中。卫星常要求进行姿态控制，以使它的天线和传感器相对于地球具有适当的方位。为此，需要利用推进器对三个轴进行姿态控制，分别控制卫星的偏离角、倾斜角和转动角。 图1.9 卫星结构图 直流伺服电机最常用的控制方式是电枢控制，即励磁绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定时，电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减小电枢控制电压，电动机的转速就降低；改变控制电压的极性，电机就反转；控制电压为零，电机就停转，故可实现对被控对象的机械