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计算机控制技术 主讲人：王慧 2010年8月30日 第一章 概述 ·特征与组成 ·分类 ·发展概况及趋势 一、计算机控制系统的组成 图1.1 计算机控制系统基本框图 图1.2 计算机控制系统的构成 （1）硬件组成 图1.4 计算机控制系统硬件组成框图 （2）软件组成（神经中枢） 软件： 完成各种功能的计算机程序的总和（操作、监控、管理、计算和自诊断程序等）。 二、计算机控制系统的特征 （1）结构特征（模拟和数字部件的混合系统，硬件成本小、灵活、适应、快速） （2）信号特征（连续模拟、离散模拟、离散数字等） （3）控制方法特征（本质上不同于连续控制系统，模拟调节规律离散化设计法、直接设计法） （4）功能特征（软件代替硬件、数据存储、状态显示、数据显示、管理功能） 图1.3 计算机控制系统的信号流程 按照信号传输方向，系统信息通道分为三部分： （1）过程输出通道 （2）过程输入通道 （3）人-机交互通道 计算机开环控制系统（没有输入过程通道） 只随给定值变化，无法消除扰动，控制性能较差 计算机数据采集系统（仅有输入过程通道） 处理、归类、分析、储存、显示、打印等，不影 响或改变生产过程的参数 软件代替硬件： 1）当被控对象改变时，计算机及其相应的过程通道硬件只需作少量的变化，甚至不需作任何变化，而面向新对象重新设计一套新控制软件便可。 2）用软件替代逻辑部件的功能实现，从而降低成本，减少设备体积 数据存储：计算机具备多种数据保持方式 脱机：软盘、U盘、移动硬盘、磁盘、光盘、纸质打印、纸质绘图等 联机：固定硬盘、RAM等 这些数据保护措施使人们在研究计算机控制系统时，可从容应对突发问题；在分析解决问题时可大大减少盲目性，提高研发效率，缩短研发周期 状态、数据显示： 计算机具有强大的显示功能。 显示设备类型：CRT显示器、LED数码管、LED矩 阵块、LCD显示器、LCD模块、LCD数码管、 各种类型打印机、各种类型绘图仪等 显示模式：数字、字母、符号、图形、图像、虚 拟设备面板等 显示方式：静态、动态、二维、三维等 显示内容：给定值、当前值、历史值、修改值、 系统工作波形、系统工作轨迹仿真图 通过显示内容可及时了解系统的工作状态、被控对象的变化情况、控制算法的控制效果等 管理功能： 利用串行通信或联网功能，实现多套微机控制系统的联网管理，资源共享，优势互补； 构成分级分布集散控制系统，以满足各种要求，如生产规模不断扩大、生产工艺日趋复杂、可靠性更高、灵活性更好、操作更简易等； 实现生产进行过程（状态）的最优化和生产规划、组织、决策、管理（静态）的最优化的有机结合。 三、计算机控制系统工作原理 根据计算机控制系统基本框图，计算机控制过程如下： ·实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测并输入 ·实时控制决策：分析处理被控量，按已定控制规律 决定控制行为 ·实时控制输出：适时对执行机构发出控制信号 ·信息管理：信息共享和管理 三、计算机控制系统工作原理 计算机控制系统的四个过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标工作，并对控制量和设备本身的异常现象及时作出处理。 四、计算机控制系统的工作方式 在线方式（联机方式）： 生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式。 离线方式（脱机方式）： 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。 四、计算机控制系统的工作方式 实时： 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，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 思考： （1）一个在线系统一定是实时系统吗？ （2）一个实时系统一定是在线系统吗？ 五、计算机控制系统的分类 按控制方式分类：开环控制、闭环控制 按控制规律分类：程序和顺序控制、比例积 分微分控制（PID控制）、有限拍控制、 复杂规律控制、智能控制等 按系统功能，工作特点分类：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、集散控制系统、现场总线控 制、计算机集成制造系统等 （1）操作指导控制系统 （OIS：Operational Infor