计算机控制技术ppt第1章.ppt

　　1946年世界上第一台电子计算机在美国的问世，引起了科学技术史上一场深刻的革命。特别是近年来半导体电路的高度集成化，其运行速度和工作可靠性的提高、成本的不断降低，使计算机得以更广泛地应用于工业、农业、国防乃至日常生活的各个领域。电子计算机不仅在数据处理、科学计算等方面应用极广，而且在工业自动控制方面也得到越来越广泛的应用。　　计算机控制系统是以计算机为控制核心的自动控制系统或过程控制系统。计算机控制系统已成为当今自动控制的主流系统，逐步取代了传统的模拟检测、调节、显示、记录、控制等仪器设备和很大部分人工操作管理， 并且可以采用较复杂的计算方法和处理方法，使受控对象的动态过程按规定方式和技术要求运行，以完成各种过程控制、操作管理等任务。　　计算机控制系统现已广泛应用于自动控制生产现场乃至各职能部门，并深入各行业的许多领域。微型计算机具有成本低、体积小、功耗少、可靠性高和使用灵活等特点，这就为实现分级计算机控制创造了良好的条件，其控制对象已从单一的工艺流程扩展到企业生产过程的管理和控制。随着微型计算机的推广使用，信息自动化与过程控制相结合的分级分布式计算机控制已经得到实现，从而可以组成大规模的工业自动化系统，使计算机控制技术的水平发展到一个崭新的阶段。 　　计算机控制技术是关于计算机控制系统方面的技术，是计算机、控制技术、网络通信等多学科内容的集成。计算机控制系统的输入/输出接口、人机接口、控制器的设计及使用、抗干扰技术、可靠性技术等，均属于计算机控制技术范畴。 　　　　计算机控制系统是由计算机和工业对象两大部分组成的。图1-1(a)所示是闭环控制系统的原理框图。在闭环控制系统中，测量元件对被控对象的被控参数(如温度、压力、流量、转速、位移等)进行测量； 　　 变换发送单元将被测参数变成电压(或电流)信号，反馈给控制器；控制器将反馈回来的信号与给定值进行比较，根据偏差产生控制信号来驱动执行机构工作，使被控参数的值达到预定的要求。　　图1-1(b)所示是开环控制系统的原理框图。开环控制系统与闭环控制系统的不同之处是，它的控制器根据给定值直接控制被控对象工作，被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。开环控制系统与闭环控制系统相比，因没有反馈环节，结构相对简单，但控制性能要差一些。　　 　　 图1-1 控制信号的一般形式 (a)闭环控制系统框图；(b)开环控制系统框图 　　由图1-1可以看出，自动控制系统的基本功能是信号的传递、加工和比较。这些功能是由测量元件、变换发送单元（简称变送单元）、控制器和执行机构来完成的。控制器是控制系统中最重要的部分，它决定了控制系统的性能和应用范围。　　如果把图1-1中的控制器用计算机来代替，那么就可以构成计算机控制系统，其基本框图如图1-2所示。如果计算机是微型计算机，那么就组成微型计算机控制系统。在微型计算机控制系统中，只要会运用各种指令，就能编写出符合某种控制规律的程序。 微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。在计算机控制系统中，由于计算机的输入和输出信号都是数字信号，而大部分被控对象的被控参数和控制量都是模拟信号，因此需要有将模拟信号转换为数字信号的A／D转换器，以及将数字信号转换为模拟信号的D／A转换器。 　　 图1-2 计算机控制系统基本框图 　　计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下两个步骤：　　(1)数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并将数据传送给计算机。　　(2)控制：对采集到的被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律决定控制过程，适时地对控制机构发出控制信号。　　上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的性能指标进行工作，同时对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督，同时做出迅速处理。 　　工业生产过程是连续进行的，应用于工业控制的微型计算机系统通常是一个实时控制系统，它包括硬件和软件两部分。 1.1.1 计算机控制系统的硬件组成　　计算机控制系统的硬件一般由微型计算机(简称微型机)、外部设备、输入/输出通道、操作台等组成，如图1-3所示。 　　 图1-3 微型计算机控制系统的基本组成 　　1.微型机　　微处理器是微型计算机的中央处理器，它是微型计算机的核心，担负着微型计算机的运算和控制功能。而微型机则是具有完整运行功能的计算机，它除了有相应的微处理器作为核心部件外，还包括存储器、输入/输出电路以及其他配套电路。在控制系统中，微型机完成程序存储、程序执行等工作，即进行必要的数值计算、逻辑判断和数值处理。 　　2.外部设备　　实现微型机与外界交换信息功能的设备称为外部设备(简称外设)。外部设备包括人机通信设备、输入/输出设备、外存储器等。　　输入设备主要用来输入程序和数据。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。