计算机控制第1章.ppt

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1、计算机控制技术其他参考资料其他参考资料1.常见的国内自动化类杂志常见的国内自动化类杂志理论性较强的杂志：理论性较强的杂志：自动化学报、控制理论与应用、系统工程理论与实践、自动化学报、控制理论与应用、系统工程理论与实践、仪器仪表学报、模式识别与人工智能、电子学报等仪器仪表学报、模式识别与人工智能、电子学报等.介于理论与应用之间的杂志：介于理论与应用之间的杂志：信息与控制、控制与决策、自动化仪表、工业自动化及信息与控制、控制与决策、自动化仪表、工业自动化及仪表等仪表等.技术性或应用性文章较多一点的杂志：技术性或应用性文章较多一点的杂志：化工自动化及仪表、冶金自动化、工业控制计算机等化工自动化及仪表

2、、冶金自动化、工业控制计算机等.2.常见的国外自动化类杂志常见的国外自动化类杂志 COMPUTING&CONTROL ENGINEERINGJOURNAL IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATICCONTROL IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMSTECHNOLOGY IEEE PROCEEDINGS-CONTROL THEORY ANDAPPLICATIONS CONTROL AND INSTRUMENTATION CONTROL ENGINEERING CONTROL ENGINEERING PRACTICE AUTOMATICA I

3、EEE CONTROL SYSTEMS MAGAZINE3.3.参考相关网站参考相关网站中国自动化网：中国自动化网：中国工控网：中国工控网：工控在线：工控在线：中国自动化信息网：中国自动化信息网：国内外机电一体化技术：国内外机电一体化技术： 重视文献阅读，知识的积累依赖于大量的阅读。重视文献阅读，知识的积累依赖于大量的阅读。目前的先进技术能帮助我们方便地得到所需的信息和资料，目前的先进技术能帮助我们方便地得到所需的信息和资料，尽可能收集相关文献、报告和书籍。尽可能收集相关文献、报告和书籍。仔细阅读这些文献，分析已有技术的优缺点，找到突破口。仔细阅读这些文献，分析已有技术的优缺点，找到突破口。文

4、献阅读是一个长期积累的过程，其结果是对本领域的了文献阅读是一个长期积累的过程，其结果是对本领域的了解解 越来越深入，并能够对一些新方法、成果产生丰富联想。越来越深入，并能够对一些新方法、成果产生丰富联想。是一个量变到质变的过程，持之以恒必有所获。是一个量变到质变的过程，持之以恒必有所获。开课目的和任务开课目的和任务 n工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。n它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工它主要研究如何将计算机技术和自动控

5、制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。n目的在于使学生了解和掌握以微机为核心组成的控制系目的在于使学生了解和掌握以微机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。开课目的和任务开课目的和任务n本课程是自动化专业的专业基础课和专业主干课本课程是自动化专业的专业基础课和专业主干课程之一。程之一。n自动控制理论，现代控制理论，计算机硬件技术自动控制理论，现代控制理论，计算机硬件技术基础，运动控制系统，过程控制系统。基础，运动控制系统，过程控制系统。自动控制 在无人直接参与的情况下，利用控

6、制装置，使工作机械、或生产过程（被控对象）的某一个物理量（被控量）按预定的规律（给定量）运行。自动控制理论发展简史自动控制理论发展简史经典控制理论经典控制理论 (19(19世纪初世纪初 )专家系统专家系统 模糊控制模糊控制 神经网络神经网络 遗传算法遗传算法时域法时域法 复域法复域法 (根轨迹法根轨迹法)频域法频域法现代控制理论现代控制理论 (20(20世纪世纪6060年代年代 )线性系统线性系统 自适应控制自适应控制 最优控制最优控制 鲁棒控制鲁棒控制 最佳估计最佳估计 容错控制容错控制 系统辨识系统辨识 集散控制集散控制 大系统复杂系统大系统复杂系统智能控制理论智能控制理论 (20(20世

7、纪世纪7070年代年代 )基本控制方式 1.1.开环控制开环控制 2.2.闭环控制闭环控制 3.3.复合控制复合控制 （1）闭环控制系统 闭环控制系统闭环控制系统-闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，闭环控制系统中，测量变送器对被控对象进行检测，把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将把被控量如温度、压力等物理量转换成电信号再反馈到控制器中，控制器将此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应此测量值与给定值进行比较形成偏差输入，并按照一定的控制规律产生相应的控制信号驱动执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟的控制信号驱动

8、执行器工作，执行器产生的操纵变量使被控对象的被控量跟踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭踪趋近给定值，从而实现自动控制稳定生产的目的。这种信号传递形成了闭合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。合回路，所以称此为按偏差进行控制的闭环反馈控制系统。euqy控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送器测量变送器偏差偏差给定值给定值控制作用控制作用操纵变量操纵变量被控量被控量 测量值测量值r+_zf干扰干扰图图1-1 闭环控制系统闭环控制系统（2）开环控制系统 开环控制系统开环控制系统-不同于闭环系统，它不需要被不同于闭环系统，它不需要被控对象的测量反

9、馈信号，控制器直接根据给定值驱动控对象的测量反馈信号，控制器直接根据给定值驱动执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方执行器去控制被控对象，所以这种信号的传递是单方向的。开环控制系统不能自动消除被控量与给定值之向的。开环控制系统不能自动消除被控量与给定值之间的偏差，其控制性能不如闭环系统。间的偏差，其控制性能不如闭环系统。uqy控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值控制作用控制作用操纵变量操纵变量被控量被控量 r(b)(b)开环控制系统开环控制系统炉温控制系统方框图炉温控制系统方框图炉温控制系统方框图函数记录仪方框图 水温调节系统n水温调节系统工作原理图?工作原理：工作原理

10、：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制提前进行控制，实现按冷，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热

11、交换器出口的水温不发生大的波动。水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。其中，其中，热交换器热交换器是被控对象，是被控对象，实际热水温度实际热水温度为被控量，给定量（希为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；望温度）在控制器中设定；冷水流量冷水流量是干扰量。是干扰量。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。反馈控制只有在外部作用反馈控制只有在外部作用(输入信号或干扰输入信号或干扰)对控制对象产对控制对象产生影响之后才能做出相应的控制。尤其生影响之后才能做出相应的控制。尤其当控制对象具有较大延当控制对象具有较大延迟时间迟时间时，反馈控制不能及时地

12、影响输出的变化，会影响系统时，反馈控制不能及时地影响输出的变化，会影响系统输出的平稳性。输出的平稳性。前馈控制能使系统及时感受输入信号前馈控制能使系统及时感受输入信号，使系统，使系统在偏差即将产生之前就注意纠正偏差。在偏差即将产生之前就注意纠正偏差。将前馈控制和反馈控制将前馈控制和反馈控制结合起来，构成复合控制结合起来，构成复合控制，可以有效提高系统的控制精度。，可以有效提高系统的控制精度。复合控制复合控制？控制系统的组成(2)控制系统的分类1.按给定信号的形式按给定信号的形式2.按系统是否满足叠加原理按系统是否满足叠加原理3.按系统参数是否随时间变化按系统参数是否随时间变化4.按信号传递的形

13、式按信号传递的形式5.按输入输出变量的多少按输入输出变量的多少恒值系统恒值系统 /随动系统随动系统线性系统线性系统 /非线性系统非线性系统定常系统定常系统 /时变系统时变系统连续系统连续系统 /离散系统离散系统单变量系统单变量系统/多变量系统多变量系统?对控制系统的基本要求n1.1.稳：（基本要求）稳：（基本要求）n 要求系统要稳定要求系统要稳定n2.2.准：（稳态要求）准：（稳态要求）n 系统响应达到稳态，系统响应达到稳态，输出跟踪精度要高输出跟踪精度要高n3.3.快：（动态要求）快：（动态要求）n 系统阶跃响应的过渡系统阶跃响应的过渡过程要快速过程要快速1 1）理论性强）理论性强：应用各种

14、控制理论、信号处理理论等：应用各种控制理论、信号处理理论等 2 2）综合性强）综合性强：综合应用控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络：综合应用控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术技术、测量技术、信号处理技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等、电子技术等3 3）实践性强）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等大量的经验方法、经验数据等4 4）理论与实践相结合）理论与实践相结合5 5）实用性强）实用性强6 6）应用广泛）应用广泛研究内容：研究内容：计算机控制技术研究的内容及特点计算机控制技

15、术研究的内容及特点主要特点：主要特点：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术通信技术、测量技术、信号处理技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。以及微机的控制方法及其应用。本章主要介绍计算机控制系统的一般概念、系统分类、本章主要介绍计算机控制系统的一般概念、系统分类、评价性能及其指标、工业控制机的特点、计算机控制系统的评价性能及其指标、工业控制机的特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。发展概况和趋势。第第1章章 计算机控制系统概论计算机控制系统概论教学内容教学内容教

16、学目标教学目标掌握计算机控制系统与连续控制系统的区别；掌握计算机控制系统与连续控制系统的区别；掌握计算机控制系统的分类及特点；掌握计算机控制系统的分类及特点；理解计算机控制系统的组成；理解计算机控制系统的组成；了解评价计算机控制系统的性能指标；了解评价计算机控制系统的性能指标；了解计算机控制系统的发展趋势；了解计算机控制系统的发展趋势；本章主要内容 引言引言 1.1 计算机控制系统组成计算机控制系统组成 1.2 计算机控制系统分类计算机控制系统分类 1.3 计算机控制装置种类计算机控制装置种类 本章小结本章小结 思考题思考题1.1 计算机控制系统的组成主要知识点主要知识点:1.1.1 1.1.1 控制系统概念控制系统概念1.1.2 1.1.2 硬件组成硬件组成1.1.3 1.1.3 软件组成软件组成1.1.1 1.1.1 控制系统概念控制系统概念计算机控制系统计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而是由常规仪表控制系统演变而来的来的;常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成要求，一般分成闭环控制闭环控制(图图1-11-1所示所示)与