计算机控制技术及应用-CH01.pptx

1 第1章 概述 1.1 自动控制的基本概念 1.2 计算机控制系统 1.3 本课程的研究内容和学习方法 本章小结 思考题与习题 2 1.1 自动控制的基本概念 1.1.1 自动控制的引例 1.1.2 自动控制中的基本问题 3 1.1.1 自动控制的引例 引例1：交通信号灯的简单自动控制 4 1.1.1 自动控制的引例 引例1：交通信号灯的复杂自动控制 5 1.1.1 自动控制的引例 引例2：锅炉水温自动控制装置 6 1.1.1 自动控制的引例 引例2：锅炉水温自动控制规律 7 1.1.2 自动控制中的基本问题 自动控制中的基本问题 系统结构 自动控制系统由哪些部分组成？ 它们之间有什么关系？ 控制过程 控制的过程如何进行？ 目标规则 控制的目标规则如何表示？ 控制效果 控制的效果如何评价？ 8 1.1.2 自动控制中的基本问题 系统的结构和控制的过程 9 1.1.2 自动控制中的基本问题 目标规则的表示 自然语言、流程图； 数值和数学表达式； 数学模型： 建立数学模型和采用专业术语来描述 如绿信比、饱和流量、流量系数等； 微分方程、传递函数、状态方程…… 10 1.1.2 自动控制中的基本问题 控制的效果 传统意义上的性能指标 稳定性、快速性、准确性 广义的评价指标 可靠性 操作性 互换性 效率 性价比 11 1.1.2 自动控制中的基本问题 稳定性 是指系统重新恢复平衡的能力。 一个处于平衡状态的系统，受到干扰后，在有限时间内后仍然能够回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。 稳定性是决定系统能否工作的首要问题。 稳 12 1.1.2 自动控制中的基本问题 准确性 是指系统处于平衡后，其输出与给定值之间的误差。 准确性反映了系统的稳态精度。 如果系统输出的最终误差为零，则称之为无差系统，反之为有差系统。 准确性反映了系统的静态特性。 准 13 1.1.2 自动控制中的基本问题 快速性 是指系统动态过程延续时间。 快速性好的系统其动态过程延续时间短， 系统的响应速度快、超调量小。 快速性反映了系统的动态特性。 快 14 1.2 计算机控制系统 1.2.1 计算机控制系统的结构 1.2.2 计算机控制系统的分类 1.2.3 计算机控制技术及其发展 15 1.2.1. 计算机控制系统的结构 典型计算机控制系统的结构框图 16 1.2.1. 计算机控制系统的结构 基于现场总线的结构框图 17 1.2.2. 计算机控制系统的分类 (1). 按系统结构的分类 (2). 按控制器与被控对象的关系分类 (3). 按计算机的地位和工作方式分类 (4). 按控制规律分类 (5). 按控制对象的特点分类 18 1.2.2. 计算机控制系统的分类 (1). 按系统结构的分类 开环系统与闭环系统 19 1.2.2. 计算机控制系统的分类 (2). 按控制器与被控对象的关系分类 实时控制与仿真控制 20 1.2.2. 计算机控制系统的分类 (3). 按计算机在控制系统中的地位和工作方式分类 OGC——操作指导 DDC——数字直接控制 SCC——监督计算机控制 DCS——分布式控制/集散控制 FCS——现场总线控制 CIMS——计算机集成制造系统 21 1.2.2. 计算机控制系统的分类 (3). 按计算机在控制系统中的地位和工作方式分类 OGC 操作指导 DDC 直接数字控制 22 1.2.2. 计算机控制系统的分类 SCC 监督计算机控制 23 1.2.2. 计算机控制系统的分类 DCS 分布式控制 集散控制 24 1.2.2. 计算机控制系统的分类 计算机集成制造系统CIMS 将工厂的全部生产经营活动，从市场预测、订货、计划、产品设计、加工制造、销售、直到售后服务的全部设计、制造、管理环节 进行统一控制、统一管理的综合性自动化制造系统。 CIMS将控制的概念进一步扩展，计算机已不仅仅用于现场的控制，而是在以产品设计、加工制造为中心，全面优化计划、采购、生产、销售等各个环节发挥作用。 25 1.2.2. 计算机控制系统的分类 FCS （Field bus Control System）现场总线控制系统 建立在网络基础上的高级分布式控制系统。 26 1.2.2. 计算机控制系统的分类 (4). 按控制规律分类 恒值控制、随动控制 PID控制、顺序控制 程序控制、模糊控制 最佳控制、 自适应控制、 自学习控制 27 1.2.2. 计算机控制系统的分类 恒值控制 控制的目标是系统的输出根据输入的给定值保持不变， 输入通常是在某一时间范围内恒定不变或变化不大的模拟量。 许多温度、水位、压力的控制都属于这一类控制，如空调、恒温炉的温度控制。 28 1.2.2. 计算机控制系统的分类 随动控制 控制的目标是要求系统的输出跟踪输入而变