1、第一章 緒 論,1.1 計算機控制系統(tǒng)概述 1.2 計算機控制系統(tǒng)的類型 1.3 計算機控制理論 1.4 計算機控制系統(tǒng)應用實例 1.5 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展,1.1 計算機控制系統(tǒng)概述,1.計算機控制系統(tǒng)的一般概念 2.計算機控制系統(tǒng)的組成 3.計算機控制系統(tǒng)的特點,1.計算機控制系統(tǒng)的一般概念,連續(xù)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu),計算機控制系統(tǒng)基本框圖,2.計算機控制系統(tǒng)的組成,硬件系統(tǒng)：計算機 過程輸入、輸出通道 外部設備 軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件 應用軟件,圖1.3 計算機控制系統(tǒng)的組成框圖,3.計算機控制系統(tǒng)的特點,模擬、數(shù)字混合系統(tǒng) 便于修改控制規(guī)律 可實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律 離散控制 可分時控制多個回

2、路 便于實現(xiàn)控制與管理一體化,1.2 計算機控制系統(tǒng)的類型,根據(jù)計算機在控制系統(tǒng)中的控制功能和控制目的，可將計算機控制系統(tǒng)分為以下幾種類型。 操作指導控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng) 分級計算機控制系統(tǒng),操作指導控制系統(tǒng),計算機的輸出不直接用來控制被控對象，而是進行數(shù)據(jù)采集，將系統(tǒng)的一些參數(shù)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入計算機進行計算及處理，然后進行報警、打印和顯示。操作人員根據(jù)這些結(jié)果去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機構(gòu)。,圖1.4 操作指導系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）,直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)是計算機用于工業(yè)過程控制最普遍的一種方式。,圖1.5 直接數(shù)字控制系統(tǒng),監(jiān)督計

3、算機控制系統(tǒng),圖1.6 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng),分級計算機控制系統(tǒng)(集散型),裝置控制級（DDC級） 工廠集中控制級 車間監(jiān)督級（SCC級） 企業(yè)管理級,圖1.7 分級計算機控制系統(tǒng),1.3 計算機控制理論,對計算機控制系統(tǒng)的分析和設計，不只是簡單地推廣連續(xù)系統(tǒng)的理論，同時也需要一些專門理論來對它進行研究。計算機控制系統(tǒng)理論主要包括離散系統(tǒng)理論、采樣系統(tǒng)理論及數(shù)字系統(tǒng)理論。 離散系統(tǒng)理論 采樣系統(tǒng)理論,離散系統(tǒng)理論,差分方程及z變換理論 常規(guī)設計方法 極點配置設計法 最優(yōu)設計方法 系統(tǒng)辯識及自適應控制,采樣系統(tǒng)理論,采樣系統(tǒng)理論除了包括離散系統(tǒng)的理論外，還包括以下一些內(nèi)容： 采樣理論 連續(xù)模型及性

4、能指標的離散化 采樣控制系統(tǒng)的仿真 采樣周期的選擇 數(shù)字信號整量化效應的研究，如量化誤差、非線性特性的影響等,1.4 計算機控制系統(tǒng)應用實例,衛(wèi)星模型 直流伺服電機模型 工業(yè)機器人模型 綜合實例 電磁諧振式高頻疲勞試驗機智能監(jiān)控系統(tǒng),衛(wèi)星模型,衛(wèi)星模型常應用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中。衛(wèi)星常要求進行姿態(tài)控制，以使它的天線和傳感器相對于地球具有適當?shù)姆轿?。為此，需要利用推進器對三個軸進行姿態(tài)控制，分別控制衛(wèi)星的偏離角、傾斜角和轉(zhuǎn)動角。,圖1.9 衛(wèi)星結(jié)構(gòu)圖,直流伺服電機模型,直流伺服電機最常用的控制方式是電樞控制，即勵磁繞組加恒定勵磁電壓，電樞繞組加控制電壓，當負載轉(zhuǎn)矩恒定時，電樞的控制電壓升高，電動

5、機的轉(zhuǎn)速就升高；反之，減小電樞控制電壓，電動機的轉(zhuǎn)速就降低；改變控制電壓的極性，電機就反轉(zhuǎn)；控制電壓為零，電機就停轉(zhuǎn)，故可實現(xiàn)對被控對象的機械運動的快速控制。,圖1.10 直流伺服電機結(jié)構(gòu)圖,工業(yè)機器人模型,工業(yè)機器人被廣泛應用于工業(yè)過程控制，成為制造業(yè)生產(chǎn)自動化中非常重要的機電一體化設備。,圖1.11工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)示意圖,工業(yè)機器人模型,工業(yè)機器人可以理解為：擬人手臂、手腕和手功能的機械電子裝置；它可把任一物件或工具按空間位姿的時變要求進行移動，從而完成某一工業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)要求。,圖1.12 機械臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖,圖1.13 機械臂關(guān)節(jié)模型,1.5 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展,計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過

6、程 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程,1946年，世界上第一臺電子計算機 50年代末，計算機控制系統(tǒng)投入實際應用 60年代末，小型計算機 1972年，微型計算機，以單片機為代表 分級計算機控制、集散控制系統(tǒng)、集成制造系統(tǒng)（CIMS） 基于網(wǎng)絡的控制技術(shù)（簡稱網(wǎng)絡控制）,計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,可編程序控制器 集散控制系統(tǒng) 計算機集成制造系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng) 網(wǎng)絡控制系統(tǒng),可編程控制器（PLC）,在制造業(yè)的自動化生產(chǎn)線上，各道工序都是按規(guī)定的時間和條件順序執(zhí)行的，對這種自動化生產(chǎn)線進行控制的裝置稱為順序控制器。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在順序控制器中的應用，順序控制器開始采用類

7、似微型計算機的通用結(jié)構(gòu)，把程序存儲在存儲器中，用軟件實現(xiàn)開關(guān)量的邏輯運算、延時等過去用繼電器完成的功能，形成了可編程邏輯控制器PLC。,集散控制系統(tǒng),目前，在過程控制領(lǐng)域，集散控制系統(tǒng)技術(shù)已日趨完善而逐漸成為被廣泛使用的主流系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)發(fā)展初期是以實現(xiàn)分散控制為主，而進入80年代以后，集散控制系統(tǒng)的技術(shù)重點轉(zhuǎn)向全系統(tǒng)信息的綜合管理，因其具有分散控制和綜合管理兩方面特征，故稱為分散型綜合控制系統(tǒng)，簡稱為集散控制系統(tǒng)。,計算機集成制造系統(tǒng),計算機集成制造系統(tǒng)CIMS是在自動化技術(shù)，信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎上，通過計算機及其軟件，將工廠中的全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品設計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)控制、生產(chǎn)設

8、備、生產(chǎn)過程等所需使用的各種分散的自動化系統(tǒng)有機的集成起來，消除“自動化孤島”，實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效率、高柔性的智能制造系統(tǒng)。,嵌入式系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）以計算機技術(shù)為基礎，是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、半導體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖象數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，甚至傳感器等先進技術(shù)和 Internet網(wǎng)絡技術(shù)與具體應用對象相結(jié)合后的產(chǎn)物。嵌入式系統(tǒng)嵌入的本質(zhì)是將一個微型計算機嵌入到一個具體應用對象體系中去。,網(wǎng)絡控制系統(tǒng),網(wǎng)絡控制（Internet Based Control）系統(tǒng)是以網(wǎng)絡為媒介對被控對象實施遠程遙控制、遙操作的一種新興的計算機控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡控制技術(shù)的發(fā)展與網(wǎng)絡技術(shù)、計算機應用技術(shù)、嵌入式應用技術(shù)和控制理論與應用技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。網(wǎng)絡控制已經(jīng)引起了各個方面的廣泛的關(guān)注。,計算機控制系統(tǒng)，高金源，高等教育出社,2004.11 計算機控制系統(tǒng)，何克忠、李偉，清華大學出版社