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类型计算机控制系统概论.ppt

  • 上传人:hwpkd79526
  • 文档编号:4667530
  • 上传时间:2019-01-07
  • 格式:PPT
  • 页数:31
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    计算机控制系统概论.ppt
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    1、第一章 概论,第一节 控制系统的一般概念,一.控制系统的发展史自动控制成为一门科学是从1945发展起来的。 开始多用于工业:压力、温度、流量、位移、湿度、粘度自动控制 后来进入军事领域:飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、宇宙飞船自动控制 目前渗透到更多领域:大系统、交通管理、图书管理等 生物学系统:生物控制论、波斯顿假肢、人造器官 经济系统:模拟经济管理过程、经济控制论四个阶段:,1.胚胎萌芽期(1945年以前) 十八世纪以后,蒸汽机的使用提出了调速稳定等问题1765年俄国人波尔祖诺夫发明了锅炉水位调节器1784年英国人瓦特发明了调速器,蒸汽机离心式调速器1877年产生了古氏判据和劳斯稳

    2、定判据 十九世纪前半叶,动力使用了发电机、电动机促进了水利、水电站的遥控和程控的发展以及电压、电流的自动调节技术的发展 十九世纪末,二十世纪初,使用内燃机促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业和石油工业的发展,产生了伺服控制和过程控制 二十世纪初第二次世界大战,军事工业发展很快飞机、雷达、火炮上的伺服机构,总结了自动调节技术及反馈放大器技术,搭起了经典控制理论的架子,但还没有形成学科。,2.经典控制理论时期(1940-1960)1945年美国人Bode “网络分析与放大器的设计”,奠定了控制理论的基础。 50年代趋于成熟 主要内容对单输入单输出系统进行分析,采用频率法、根轨迹法、相平面法、描述函数

    3、法;讨论系统稳定性的代数和几何判据以及校正网络等3.现代控制理论时期(50年代末-60年代初)空间技术的发展提出了许多复杂控制问题,用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上Kalman “控制系统的一般理论”奠定了现代控制理论的基础解决多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的控制问题 4.大系统和智能控制时期 (70年代)各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂。例人工智能、模拟人的人脑功能、机器人等。,二.自动控制要解决的基本问题,自动控制是使一个或一些被控制的物理量按照另一个物理量即控制量的变化而变化或保持恒定,一般地说如何使控制量按照给定量的变化规律变化,就是一个控制系统要解决的基本问题

    4、。,三.自动控制技术的作用,1. 自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化,极大地提高了劳动生产率,而且减轻了人的劳动强度。,2. 自动控制使工作具有高度的准确性,大大地提高了武器的命中率和战斗力,例如火炮自动跟踪系统必须采用计算机控制才能打下高速高空飞行的飞机。,3. 某些人们不能直接参与工作的场合就更离不开自动控制技术了,例如原子能的生产、火炮或导弹的制导等等。,开环控制和闭环控制,一.开环控制控制装置与被控对象之间只有顺向作用 而没有反向联系的控制。,二.闭环控制,反馈:输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程 负反馈:反馈的信号是与输入信号相减而使偏差越来越小,三.开环控制与反馈控

    5、制的比较,开环 优点 :结构简单,成本低廉,工作稳定,当输入信号和扰动能预先知道时,控制效果较好。,缺点:不能自动修正被控制量的偏离,系统的元件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。,闭环优点:具有自动修正被控制量出现偏离的能力,可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差,控制精度高。,缺点:被控量可能出现振荡,甚至发散。,控制系统的类型,一.随动系统与恒动系统 二.线性系统与非线性系统 三.连续系统与离散系统 四.单输入输出系统与多输入输出系统 五.确定性系统与不确定性系统 六.集中参数系统与分布参数系统,控制系统的组成与对控制系统的基本要求,一.组成与术语组成: 1.测量元件 2.

    6、比较元件3.控制元件4.执行元件5.被控对象,术语:参考输入 主反馈 偏差 控制量扰动 输出,二.控制系统的基本要求,超调量,调整时间,振荡次数,上升时间,峰值时间,提示:,找不到声音文件,返回, 1.3 现代控制理论与经典控制理论的差异,第二节 计算机控制系统概述,一、系统组成,计算机控制系统是指使用计算机对现场过程中的各种参数,如温度、压力、流量、液位、转速和成分等进行采集和处理,并发出各种控制命令。控制执行机构完成指定的任务。,由于微型计算机具有成本低、体积小、功耗少、可靠性高和使用灵活等特点,被广泛用于各行各业的控制系统中。,使用计算机对现场过程进行控制的主要优点:,* 帮助操作人员选

    7、择最优工艺和最佳操作参数,* 实现用传统方法难以完成的控制规律;,* 减少原料和能源的消耗,降低成本;,* 提高产品的产量和质量。,典型的微机控制系统结构框图如图所示。,1、硬件,硬件包括主机、接口电路和外部设备等部分。典型的微机控制系统构成如下:,* 主机:它通过接口向系统中各个部分发出命令,以及对系统的各参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、报警处理和逻辑判断等。,* 接口与外部输入输出通道:它实现主机与被控制对象进行信息交换。主机输入数据或发布命令都是通过接口与I/O通道进行的。,计算机控制系统的组成可分为硬件和软件两大部分。,* 执行机构:用于控制生产过程。常用的执行机构有电动、液压和

    8、气动等控制形式。另外还有动力电机和控制电机等。,* 操作台:实现人机对话。操作人员通过它可以向微机输入程序,修改内存的数据,显示被测参数以及发出各种操作命令。,* 通用外部设备:用于扩大主机的功能,如显示、打印、存储及传送数据等。,* 检测元件及仪表:实现对被控制对象和环境的各种参数的收集和测量。其主要功能是把被检测的参数由非电量转换为电量,以及将信号转换为标准电平等。,过程监视,数据处理程序,上下限检查及报警程序,操作面板服务程序,数字滤波及标度变换程序,判断程序,过程分析程序,过程控制计算,控制算法程序,PID算法,模糊算法,最优化控制,串级调节,比值调节,前馈调节,系统辨识,其他,事故处

    9、理,信息管理,信息生成调度,文件管理,输出、显示、打印,公共服务程序,基本运算程序,函数运算程序,数码转换程序,格式编码程序,2、软件,软件分为系统软件和应用软件。在本课程中主要讨论微机控制系统中的应用软件。其构成如下图所示。,2、直接数字控制系统(DDC),DDC(Direct Digital Control)控制:用一台微机对多个被控制参数进行检测,并按照事先设定的控制规律进行控制运算,其结果输出到执行机构,对生产过程进行控制。,3、计算机监督控制系统(SCC),SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况,它是操作指导和DDC

    10、系统的综合与发展。,SCC系统可分为两种结构。,(1)SCC+ 模拟调节器控制系统,SCC计算机根据收到的检测信息和管理命令,按照一定的数学模型计算后,输出给定值到模拟调节器T。,模拟调节器T对给定值和检测值进行比较和计算,输出控制信号到执行机构。,给定值,(2)SCC+ DDC控制系统,系统分为两级计算机控制系统:,* 监督级SCC,用于计算出最佳给定值。,* 直接数字控制(DDC)系统,比较检测参数与SCC计算机送来的给定值,并按照一定的控制规律运算,输出控制信号。,给定值,4、集散控制系统,它是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和日益复杂的过程控制要求,应运而生的综合控制系统。它是计算

    11、机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物,是完成过程控制、过程管理的现代化设备。,集散控制系统(Total Distributed Control System),亦称分散型综合控制系统(Distributed Control Systems)简称DCS。,如图所示是集散控制系统的结构示意图。,集散控制系统(DCS)在八、九十年代占据着工业控制系统的主导地位。,其核心思想是集中管理、分散控制,即管理与控制相分离。,上位机用于集中监视管理功能,若干台下位机下放分散到现场,实现分布式控制,各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。,因此,这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷.,系统特点:分散控制,集中管理,可靠性高,控制更加灵活方便,速度快。,DCS是一种分级结构系统。系统中有一个主计算机和多个从计算机。,

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