計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

1、2 1 !廠本章主耍內(nèi)彈A1.1計(jì)其機(jī)控制 系統(tǒng)的工作廉理和系統(tǒng)組成1.2計(jì)箕機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、借號(hào)及控制方式勺粉1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1.4計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)艮、應(yīng)用與分類狀況1.5計(jì)其機(jī)控制 理論與設(shè)計(jì)中6& 一些問題1.6計(jì)算機(jī)控制系銃、采樣系統(tǒng)及離敗系統(tǒng)的概念本章小結(jié)IS 口口口M處和帀4WM即刨恣初y桂劃RIH刃林對(duì)帀厲羽亠三筲沖sr&nraMgr新m肛里¥碎確徒帝 s詬 rry&竽曾耳參"A沖z vv wnrxj/x*垂箸宴n*解形 *甚 rrk盤X釜豐4U*用計(jì)莽機(jī)控制 系統(tǒng)基本工作原鍾天線指向控制系統(tǒng)可分為俯仰與方位兩個(gè)獨(dú)立 控制系統(tǒng)

2、。系統(tǒng)除了采用速度反飲外，控制歸還采用了滯 后-粗對(duì)等串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)，該校正網(wǎng)絡(luò)利用僧為了使系統(tǒng)有優(yōu)更的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)待性，系統(tǒng)的 校正網(wǎng)絡(luò)及工作狀態(tài)的改變將WE常復(fù)雜，采用 棋擬式部件實(shí)現(xiàn)將艮困難的。7計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)基本工作尿嗎計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)模擬系統(tǒng)類似，主要的差 另！J是用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取代了模扌以控偉U器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括：.將連續(xù)模扌以信號(hào)轉(zhuǎn)換為斷續(xù)的數(shù) 字二進(jìn)制信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)；。/人秋換4», 將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字指令信號(hào)轉(zhuǎn) 換為連續(xù)模扌以信號(hào)（直流電壓）并送給直流電機(jī)的 放大部件;. 數(shù)字計(jì)養(yǎng)機(jī)（包括硬件及相 應(yīng)軟件），實(shí)現(xiàn)信號(hào)的按給定的算丿轉(zhuǎn)換處理以及工作狀態(tài)的邏輯管理,

3、 法程序產(chǎn)生相應(yīng)的扌空制扌旨令。Hana區(qū)" 計(jì)芥機(jī)控制 系統(tǒng)基本工作原3町計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可以歸結(jié)為：. 實(shí)時(shí)數(shù)掲采集，rpA/D交換肆對(duì)反如營(yíng)號(hào)及1&令信號(hào) 的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入；. 實(shí)時(shí)決策，即計(jì)養(yǎng)機(jī)按給心r法，依采集的tr息進(jìn) 待控制 行為的決策，生成控制拒令；. 實(shí)時(shí)控制,即D/A變換靄根摒決篥結(jié)來,還時(shí)地向被 控對(duì)事輸出控制tr號(hào)。 “實(shí)時(shí)” ,Jt播信號(hào)的采集. 處理及指令榆出 at個(gè)運(yùn)行過稅必須在一定的時(shí)間內(nèi)憲成，知粗 過一定的時(shí)間就失*了控制時(shí)機(jī)，控制就失去 了意義。所殊時(shí)間將依其體系銃待性確定。丿處京峨空就長(zhǎng)丈診8門42 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組成A

4、計(jì)箕機(jī)控制系統(tǒng)的典型廉理結(jié)構(gòu)BB1-3 針奠機(jī)瘞料萊鋭的”至環(huán)壇魴構(gòu)BE1. 計(jì)箕機(jī)控制系銃的決件組成 計(jì)其機(jī)主機(jī)：計(jì)其機(jī)控制系統(tǒng)的核,中央處理器(CPU) -RAM, ROM夸符儲(chǔ)器.定時(shí)器-接口 適酉己歸, 顯示、扌丁印、操縱臺(tái)等<丿Q Q H fl9丿10C V2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組云、 過程通道：模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器一數(shù)/ 模 (D/A) 轉(zhuǎn)換器信號(hào)調(diào)理電路功能： 傳感器將非電逼的物理疊變換成電 *, 該電査并不一定適合A/DJt接釆樣轉(zhuǎn)換， 常冊(cè)通過放大、波波等措施后，才能送入A/D 轉(zhuǎn)換器。數(shù)字量輸入通道或數(shù)字量輸出通道。<丿AAfd 131 H fl11C V2

5、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組云、 2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件較件Jt計(jì)算機(jī)工作程序的總稱，實(shí)現(xiàn)信息采集、 處理及輸出功維各種程序的集合。系銃軟件：計(jì)箕機(jī)的通用軟件。M用軟件：系統(tǒng)軟件支持下實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用功 并E的專用程序。包姑： 控制養(yǎng)法程序. 輸入輸出接口 程序、監(jiān)控程序 及信息筍理程序。通常，應(yīng)用軟件由控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員根摒所選用的 砥件及軟件環(huán)境和 系統(tǒng)要求開發(fā)編 寫o在構(gòu)成系統(tǒng)砥件及軟件時(shí)，耍充方保證系銃運(yùn)空就良丈&1 計(jì)箕機(jī)控制系疑JU昆合1 D/A憑換肆通常包含升下述珂種殛式的 交換：.數(shù)字鮮碼把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為等值的模扌以脈二中信號(hào)；.仿號(hào)恢復(fù)扌巴解碼后的模扌以脈沖信號(hào)變?yōu)殡S時(shí)間連續(xù)變 化信

6、號(hào)（有的D/A先數(shù)字解碼后保持，有的先數(shù)字保持后 解碼）。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，可分為時(shí)丿旬連續(xù)數(shù)字信號(hào)（如在內(nèi)存中保存的數(shù)字信號(hào)）；時(shí)間斷續(xù)的數(shù)字信號(hào)（如在處理器中的信號(hào)）o與連續(xù)模扌以系統(tǒng)不同，計(jì)算林控制系統(tǒng) 中 包含五 不中信號(hào)形式的變換，吱口圖15所示，具有六干中信形式，如表所示o號(hào)系 其k多種 1*號(hào)形式：計(jì)養(yǎng)機(jī)處一個(gè)數(shù)字式離散處理黯O披控對(duì)象及執(zhí)行部件.測(cè)量部件是連續(xù)棋擬式的 棋擬與數(shù)乎部 件組 成如昆冷親疑。 A/D桂換肆通的包含下述三種應(yīng)式的憑換:“棋擬仿號(hào)采樣：按一定時(shí)間間稱對(duì)連綏估號(hào)采樣, 將其交成時(shí)間上是斷續(xù)的離散信號(hào)；此京峨空就長(zhǎng)丈診_E量化 卜 屁碼 巴屮面訃丄斛碼保持卩BB1

7、5針奠機(jī)痙料茶統(tǒng)中T»號(hào)災(zāi)疾 表11計(jì)芬機(jī)控語！J系統(tǒng)中信號(hào)開彳式 4* 編碼和解碼IXAffr號(hào)仍式的改變，看作無泯墓的夸效 憑塊，分析時(shí)可略去。 般耍的是采樣、畳化和保箱交換過租。采樣及保持涉及信號(hào)有、夭問題，影響系銃的傳遞 待性，是本質(zhì)問題，分析和設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮?！傲炕狗绿?hào)產(chǎn)生泯菱并影 響系統(tǒng)的待性.當(dāng) 字長(zhǎng)校 長(zhǎng)時(shí)影響1R<N, 初步分析和設(shè)計(jì)時(shí)可不予考慮。16斤2 CCS結(jié)構(gòu)、借號(hào)及控制方式的伶js2. 計(jì)算機(jī)控制系筑可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)串行或并行控 制 連續(xù)控制系統(tǒng)中，控制髦通常都處由不同電路構(gòu)成的, 臺(tái)控制肆僅為一個(gè)控制 回路服務(wù)o 計(jì)莽機(jī)控制系兢中，一臺(tái)計(jì)莽機(jī)可同時(shí)控

8、制多個(gè)械控 對(duì)象或被控愛，即可為多個(gè)控制回路耳艮務(wù)O- 同一臺(tái)計(jì)算機(jī)禾J用依次巡回方法可以實(shí)現(xiàn)多路串 行控制;一 為了節(jié)省巡回日寸間也常采用分時(shí)并行*控制，每個(gè) 控制 回 路的控制 方式由 軟件來形成。咬口火炮位置計(jì)算機(jī)控需!J系統(tǒng)中高低瑋牙口方位角控需!J 器均由同一臺(tái)計(jì)慕機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)。咬口分散牙口集中相結(jié)合的多層次控制，在分層控制中U均釆用對(duì)多的分時(shí)控制右視Q Q Q廠4.3 計(jì)蘇機(jī)控制 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1 易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律計(jì)事機(jī)運(yùn)箕速度快、精度高豐官的邏輯判斷和存儲(chǔ) 能力，蓉易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)詐，如各種智能控制夸, 可以極大地提離系統(tǒng)性能O2.計(jì)箕機(jī)控制系兢的性價(jià)比離 一臺(tái)計(jì)界機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制

9、規(guī)律并可同時(shí)控制多個(gè) 控制回路，因此，它的功能/價(jià)裕比值校離。3. 適應(yīng)性強(qiáng)靈活性離廠4.3 計(jì)蘇機(jī)控制 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)軟件可以對(duì)傳感靄待性進(jìn)行修正與補(bǔ)償，提亦了精度。5. 控制與管理容易結(jié)合實(shí)現(xiàn)更離層次的自動(dòng)化 利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)成計(jì)養(yǎng)機(jī)控制與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn) 過程與經(jīng)營(yíng)的穆理控制一體化。6. 系址可靠性和蓉錯(cuò)施力高 計(jì)養(yǎng)機(jī)控制系兢實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和故障診斷校方便，提 3T 了系兢的可靠性和容錯(cuò)及維修能力。計(jì)箕機(jī)控制系統(tǒng)一些峽點(diǎn)與不足抗干擾能力較低;扌擊入數(shù)字普鬥牛,信號(hào)復(fù)雜,咗殳計(jì)實(shí)現(xiàn)有一定困難。a a a18廠1.4 CCS的發(fā)殃、應(yīng)用與分類 A本節(jié)主耍內(nèi)容1.4.1計(jì)箕機(jī)控制 系銃發(fā)艮概況1.4.

10、2 計(jì)再機(jī)控制汞統(tǒng)應(yīng)用極靈1.4.3 計(jì)蘇機(jī)控制 系統(tǒng)分類19C444計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展極況1 開創(chuàng)時(shí)期（1955-1962年）堆于Jt接參與系統(tǒng)的閉環(huán)控制o計(jì)蘇機(jī)的主要任務(wù)是尋求JU佳運(yùn)行條件。2Jt接數(shù)字控制時(shí)期（1962-1967年）計(jì)算機(jī)直接控制祓控過程的交*,取代了原來的棋擬 控制，因而披稱為直接數(shù)字控制 （DDC）o3小型計(jì)算機(jī)時(shí)期（1967-1972年）各種 類 at適合工業(yè)控制的小 at計(jì)算機(jī)°許多小宓工程項(xiàng)目. 設(shè)備采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。4微型計(jì)算機(jī)時(shí)期（1972年至令）微宓處理務(wù)件參與控制，使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)傅劇更 普及的應(yīng)用。20Ca.4.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展概況、

11、 5集敗型控制微型計(jì)蘇機(jī)性能提離，價(jià)格下枠認(rèn)及計(jì)共機(jī)遍傳和網(wǎng) 絡(luò)的發(fā)展，促使發(fā)展一種許多相關(guān)聯(lián)的微計(jì)蘇機(jī)組合 共同負(fù)擔(dān)工作負(fù)荷的系統(tǒng)，形成了目對(duì)廣疋應(yīng)用的來 成分散at控制系兢。微型計(jì)蘇機(jī)的發(fā)艮和*及，促進(jìn)發(fā)展了許多新 型計(jì)蘇機(jī)的控制方式。如聯(lián)入式計(jì)蘇機(jī)控制系銃；網(wǎng)絡(luò)計(jì)其機(jī)控制； 專用 控制 靄迅速的發(fā)展。a a a23過去的幾十年炊件生產(chǎn)的不大。HI a H H丿21C444計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)艮極況Cq.4.2 計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用概況、計(jì)芥機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用概況(b)V2542計(jì)芥機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用概況、現(xiàn)代工廠 自動(dòng)化中，廣廷使用計(jì)箕機(jī)實(shí)現(xiàn)分散 控制和集中監(jiān)視系統(tǒng)。)空就長(zhǎng)丈$Hl n H H25

12、42計(jì)芥機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用概況、"43計(jì)卯機(jī)控制系統(tǒng)分類1 宜接數(shù)字控制(Direct Digital Control, DDC)JR統(tǒng)計(jì)芥機(jī)取代常規(guī)棋擬式控制 »而宜接對(duì)生產(chǎn)過程或披 控對(duì)李進(jìn)行控制。要求實(shí)時(shí)性好. 可站性髙和環(huán)境性強(qiáng)。BH1-11 JI接敦宇挫IW來筑丿2728/1.4.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類A2.計(jì)蘇機(jī)監(jiān)3&控制(Supervise Control by Computer, SCC)系銃針對(duì)某一生產(chǎn)過程或披控對(duì)象，依生產(chǎn)過程的各種狀 態(tài)，按生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型科給定指標(biāo)要求，進(jìn)行優(yōu)化 分析計(jì)養(yǎng)，產(chǎn)生最佳設(shè)定值，并將其自 動(dòng)地作為執(zhí)行級(jí) DDC的設(shè)定控

13、制目標(biāo)值，由DDC行使控制。被控對(duì)象控制反鍛B(tài)E1-12計(jì)莫機(jī)堪督挫杓乘鋭顯示 記親 打印U.4.3 計(jì)莽機(jī)控制 系統(tǒng)分類A3分散型計(jì)箕機(jī)控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS)應(yīng)用以多臺(tái)計(jì)養(yǎng)機(jī)為基礎(chǔ)的分散型控分散控制基礎(chǔ)上的 又形成了來散竺計(jì)養(yǎng) 機(jī)控制系統(tǒng)，又稱為 分散型緣合控制系統(tǒng)(Total DCS) o“控制要分散，垛作中心被控過程BE1-13分敢型針:M機(jī)痙利乘就監(jiān)控計(jì)理汁并機(jī)K制WJSS為連敵厳通逍押制松理計(jì)外機(jī)許理計(jì)林機(jī)i再速數(shù)據(jù)通逍過程 控制單元過程 控制單元北倉機(jī)空機(jī)長(zhǎng)丈$m n n h門 .5計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)的理論與設(shè)計(jì)問題、本節(jié)主耍內(nèi)容1

14、.5.1 計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)的理論方I題處京機(jī)空峨氏丈$1.5.2計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)尊機(jī)控制系統(tǒng)的理論問題A1. 若被控對(duì)象是時(shí)不憑線性系統(tǒng), 通的所聒成6& 連續(xù)控制系統(tǒng)也Jt時(shí)不變系統(tǒng)。但當(dāng)將共改適成 計(jì)箕機(jī)控制系統(tǒng)后, 它的時(shí)間 響應(yīng)與外作用6&作 用時(shí)刻和采樣時(shí)刻Jt否同步* 關(guān)。BE1-14采樣茶筑的時(shí)災(zāi)糟Hat31時(shí)鋰同步A/DCPUD/AGt/s(C)處豪峨空峨長(zhǎng)丈診BB1-15針翼機(jī)挫IW萊筑的 正弦澈勵(lì)聃血丿廠1.5.4計(jì)芥機(jī)控制系統(tǒng)的理論問題、2 眾所扃知，連續(xù)系銃在正弦輸入信號(hào)的澈勵(lì)下，穩(wěn)態(tài)輸 出為問頻率的正弦TT 豐 但對(duì)計(jì)其機(jī)竣制歡址而古，其 穩(wěn)

15、態(tài)正弦響 應(yīng)貝!J與輸入估號(hào)頻卒和 采樣周 期 于T關(guān)。廠I.5.1計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)的理論問題、3 一個(gè)穩(wěn)定的連續(xù)時(shí)不先系統(tǒng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間應(yīng) JL夭卩艮長(zhǎng)的，它的響應(yīng)是多個(gè)指數(shù)函數(shù)之和。計(jì) 蘇機(jī)控制系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)卻可以實(shí)現(xiàn)在有卩艮的采 樣間隔內(nèi)（即有限時(shí)間內(nèi)）達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，獲得比 連綏樂統(tǒng)更好的性牝。廠1.5.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論問題4一個(gè)連續(xù)系銃是可控可觀的，將其憑成計(jì)蘇機(jī)控制系銃時(shí)，若采樣間隔時(shí)間選取的不合運(yùn)，則可龍余更訝不可罡£。如 08繞地球運(yùn)動(dòng)的同步衛(wèi)星，其運(yùn)動(dòng)冏期初天，對(duì)其實(shí)現(xiàn)靳續(xù)控制，控制間WW時(shí)間為1天，則衛(wèi)JIL址不可控的。5系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是值傅關(guān)注的問題?？傊涸?/p>

16、計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)中，由于信號(hào)的采樣，所產(chǎn)生 的一些現(xiàn)Jfc夭法用連續(xù)控制理論解釋科說明，必 須采用與采樣K關(guān)的理論進(jìn)行說明和解釋。 在計(jì)養(yǎng)機(jī)控制系統(tǒng)中字長(zhǎng)齊卩艮的問題。由于數(shù)字字長(zhǎng)有限，在共些情況下，將金使計(jì)蘇機(jī)控制系銃響應(yīng)嚴(yán)土極卩艮環(huán)振蕩。Of .5.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論問題、了彳52計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、 計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)是一種浪/Affr號(hào)系統(tǒng)。 從AAF點(diǎn)來看，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看作熙箱，系統(tǒng)可以看BB1-18 廿奠機(jī)挫料乘就*玫ar構(gòu)乃52計(jì)奪機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)*兩種設(shè)計(jì)方法:1連續(xù)域設(shè)計(jì)一離敗化方法將計(jì)事機(jī)控制系疑看成是述續(xù)系在進(jìn)計(jì) 謁劇連續(xù)控制器。采用不間

17、方法將其數(shù)字化（離效化）。目亢r常用的近似設(shè)計(jì)方法o2. Jt接數(shù)字域（離散域）設(shè)計(jì)將系軟*成長(zhǎng)純離散借號(hào)系翁I,克接在離散域進(jìn)行設(shè) 計(jì)，停到數(shù)字控制器。"準(zhǔn)硝的設(shè)計(jì)方法，日益受 正硝堆擇采樣間稱時(shí)間是冊(cè)買伶別魚視的問題。處京峨空峨氏丈診a a a a38北京4t玄覘長(zhǎng)丈$a n n fflC 4.6采樣系統(tǒng)與離散系統(tǒng)概念 計(jì)蘇機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可在禺15的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化為09 119所示結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為采樣系統(tǒng)。 采樣系統(tǒng)定義為動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)集合，系統(tǒng)中某些信 號(hào)在一點(diǎn)或多點(diǎn)足以時(shí)間離敖序列出現(xiàn)的，在另 外一些點(diǎn)上，估號(hào)是以時(shí)間連續(xù)信號(hào)形式出現(xiàn)的。BH1-19M 機(jī)據(jù)1W乘就筒比結(jié)鈣BB乃.6釆樣系統(tǒng)與離散系統(tǒng)概念A(yù) 基個(gè)系統(tǒng)輸入輸出均為采樣信號(hào)，系統(tǒng)可以4T為時(shí)間離散系統(tǒng)。通常，當(dāng)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間的1*號(hào)全為時(shí)間離敗侑號(hào)時(shí)，稱其為離散時(shí)間系