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计算机控制系统第1章计算机控制系统概论本章重点：计算机控制系统的基本结构及计算机控制系统的分类。本章难点：分布式控制系统、现场总线控制系统及计算机集成制造系统的工作原理、优点及应用。建议课时数：2学时。本章内容:本章介绍计算机控制系统的定义、特点、分类以及计算机控制系统的发展趋势。第1章目录1.1计算机控制系统定义1.2计算机控制系统特点1.3计算机控制系统分类1.3.1直接数字控制系统1.3.2计算机监督控制系统1.3.3分布式控制系统1.3.4现场总线控制系统1.3.5计算机集成制造系统1.4计算机控制系统发展趋势1.1计算机控制系统定义计算机控制系统(ComputerControlSystem，简称CCS)就是以计算机为中心，同时借助一些辅助部件，对被控对象进行控制的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行机构等。部件与被控对象的联系以及部件之间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。图1-1计算机控制系统基本结构图1.1计算机控制系统定义计算机控制系统由控制部分和被控对象组成。控制部分主要有计算机系统、执行机构和反馈装置。因为进出计算机的信号都是数字信号，所以必须有模数(A/D)转换器将输入的连续模拟信号转换为数字二进制信号，还要有数模（D/A）转换器将数字指令信号转换为连续模拟信号，然后发送给执行机构。1.1计算机控制系统定义控制部分既有硬件又有软件。软件由系统软件和应用软件组成。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套提供，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等，它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。1.1计算机控制系统定义被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。1.1计算机控制系统定义图1-1表示的是一个闭环控制系统。反馈装置通过测量元件对被控对象的参数，比如温度、压力、流量、转速、位移等进行测量，然后把测量值反馈到输入端。该控制系统如果去掉反馈环节就是一个开环控制系统。开环控制系统因为不能消除控制系统中产生的误差，因此它的控制性能不如闭环控制系统。1.2计算机控制系统特点容易实现高级复杂的控制方法。因为计算机的运算速度快、精度高，具有丰富的逻辑判断功能及大容量的存储单元，所以容易实现高级复杂的控制方法，如最优控制、自适应控制及各种智能控制方法，从而达到常规模拟控制系统难以实现的控制质量，极大地提高系统的性能。1.2计算机控制系统特点性价比较高。对于模拟控制系统，控制规律越复杂、控制回路越多，则硬件越复杂、系统成本越高。而一台计算机可以代替多台控制仪器，同时控制多个控制回路，即实现群控。因此对于计算机控制系统，增加一个控制回路的费用很少，并且控制规律的改变和复杂程度的提高可以由编程软件来实现，不需要改变硬件而增加成本，所以计算机控制系统有很高的性价比。1.2计算机控制系统特点灵活性强。由于计算机控制系统硬件的模块化、标准化，使得硬件配置上的可装配性、可扩充性好。因为计算机控制系统的控制算法是由软件编程实现的，所以通过修改软件就可以方便地使系统具有不同的性能，而不必像模拟控制系统那样需要改变控制器硬件结构或参数。所以计算机控制系统具有很高的灵活性。1.2计算机控制系统特点可靠性高。模拟控制系统难以实现自动检测和故障诊断，而计算机控制系统则比较方便，并且通过采用各种抗干扰、去噪声的方法，使得计算机控制系统有很强的可靠性和容错能力。1.2计算机控制系统特点易于监控。由于计算机有自诊断功能，一旦系统出现故障，计算机可以立即发出声或光的报警信号，方便维护人员迅速地找到故障点，及时进行修复。因此计算机控制系统容易实现实时监控和高层次的自动化管理。另外，计算机控制系统还有灵敏度高、操作简便等优点。随着对自动控制系统要求的不断提高，计算机控制系统的优势越来越明显，现代的控制系统几乎都是计算机控制系统。1.3计算机控制系统分类计算机控制系统的分类方法很多,如果按计算机参与系统的控制方式来分类,可以分为以下几种类型。1.3.1直接数字控制系统直接数字控制（DirectDigitalControl,简称DDC）系统是指由计算机直接对被控对象进行控制的系统，其原理图如图1