《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》第1章

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)學(xué)習(xí)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》的必要性概況理論聯(lián)系實(shí)際的一門課程培養(yǎng)綜合運(yùn)用各種知識(shí)與技術(shù)的能力培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力

平時(shí)成績考核形式：

考勤、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、作業(yè)

注意到專業(yè)課與基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)方法有很大不同。本課程系統(tǒng)地闡述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析方法、設(shè)計(jì)方法和工程實(shí)現(xiàn)方法。知識(shí)儲(chǔ)備主要內(nèi)容①模擬電子技術(shù)②數(shù)字電子技術(shù)③自動(dòng)控制理論④單片機(jī)原理及應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制理論工程技術(shù)自動(dòng)化儀表計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)（包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)與通訊等）自動(dòng)控制理論（包括系統(tǒng)建模、控制理論、數(shù)字仿真等）檢測(cè)技術(shù)及儀表工程技術(shù)（包括對(duì)象背景知識(shí)、工程設(shè)計(jì)與實(shí)施等）對(duì)主要參考源的建議有關(guān)書籍知識(shí)更新比較慢，但理論相對(duì)上更系統(tǒng)、更成熟一些有關(guān)會(huì)議論文集知識(shí)更新快，新思想與新方法多，但較為粗糙有關(guān)期刊、報(bào)紙期刊論文更新要慢一些，相對(duì)成熟報(bào)紙更新快，但不易保存有關(guān)自動(dòng)化類、IT類、綜合及相關(guān)行業(yè)類的書報(bào)雜志，以及相關(guān)網(wǎng)站1、劉慶豐.計(jì)算機(jī)控制技術(shù).科學(xué)出版社,2014年8月2、方彥軍，張榮著.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)(普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材).水利水電出版社,2012年8月3、何小陽主編.計(jì)算機(jī)控制技術(shù).重慶大學(xué)出版社(第一版),2011年3月4、李大中，周黎輝，焦嵩鳴編著.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)(普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材).中國電力出版社,2009年7月5、王慧.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三版).化學(xué)工業(yè)出版社,2011年6月計(jì)算機(jī)控制技術(shù)—主講:羅文廣參考書目第1章緒論

1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.1.1基本概念和組成

1）自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：圖1-1自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

如果把圖1-1（a）中的控制器和比較環(huán)節(jié)用計(jì)算機(jī)來代替，再加上A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等器件，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其基本框圖如圖1-2所示。圖1-2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本工作原理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)模擬系統(tǒng)類似，主要的差別是用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取代了模擬控制器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括：．A／D轉(zhuǎn)換器，將連續(xù)模擬信號(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)；．D／A轉(zhuǎn)換器，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)模擬信號(hào)(直流電壓)并送給直流電機(jī)的放大部件；．?dāng)?shù)字計(jì)算機(jī)(包括硬件及相應(yīng)軟件)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理以及工作狀態(tài)的邏輯管理，按給定的算法程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令。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)據(jù)采集，即A/D變換器對(duì)反饋信號(hào)及指令信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入；．實(shí)時(shí)決策，即計(jì)算機(jī)按給定算法，依采集的信息進(jìn)行控制行為的決策，生成控制指令；．實(shí)時(shí)控制，即D/A變換器根據(jù)決策結(jié)果，適時(shí)地向被控對(duì)象輸出控制信號(hào)?！皩?shí)時(shí)”，是指信號(hào)的采集、處理及指令輸出整個(gè)運(yùn)行過程必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，如超過一定的時(shí)間就失去了控制時(shí)機(jī)，控制就失去了意義。

所需時(shí)間將依具體系統(tǒng)特性確定。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)（通常稱為工業(yè)控制機(jī)）和生產(chǎn)過程兩大部分組成。3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組成圖1-3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心。（2）接口計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象進(jìn)行信息交換的紐帶。（3）輸入和輸出通道信息傳輸和轉(zhuǎn)換的連接通道（4）通用外部設(shè)備為了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能而設(shè)置的（5）操作臺(tái)操作臺(tái)是一個(gè)實(shí)時(shí)的人機(jī)對(duì)話的聯(lián)系紐帶（6）自動(dòng)化儀表自動(dòng)化儀表主要包括測(cè)量元件、檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等

1.硬件組成2．軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件通常由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。

---系統(tǒng)軟件：計(jì)算機(jī)的通用軟件。

---應(yīng)用軟件：系統(tǒng)軟件支持下實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用功能的專用程序。

包括：控制算法程序、輸入輸出接口程序、監(jiān)控程序及信息管理程序。輸入模塊溫度變送輸出模塊計(jì)算機(jī)燃料調(diào)節(jié)閥冷物料熱物料加熱爐熱電偶4~20mA（模擬信號(hào)）

數(shù)字信號(hào)

數(shù)字信號(hào)4~20mA(模擬信號(hào)）計(jì)算機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)舉例4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展概況（1）.開創(chuàng)時(shí)期（1955－1962年）

難于直接參與系統(tǒng)的閉環(huán)控制。計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)是尋求最佳運(yùn)行條件。（2）.直接數(shù)字控制時(shí)期（1962－1967年）

計(jì)算機(jī)直接控制被控過程的變量，取代了原來的模擬控制，因而被稱為直接數(shù)字控制（DDC)。（3）.小型計(jì)算機(jī)時(shí)期（1967－1972年）各種類型適合工業(yè)控制的小型計(jì)算機(jī)。許多小型工程項(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年至今）微型處理器件參與控制，使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)得到更普及的應(yīng)用。

（5）.集散型控制

微型計(jì)算機(jī)性能提高，價(jià)格下降以及計(jì)算機(jī)通信和網(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)算機(jī)組合共同負(fù)擔(dān)工作負(fù)荷的系統(tǒng)，形成了目前廣泛應(yīng)用的集成分散型控制系統(tǒng)（DCS）。

微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及，促進(jìn)發(fā)展了許多新型計(jì)算機(jī)的控制方式。

如嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)控制；專用控制器迅速的發(fā)展。依賴于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制軟件的進(jìn)展。

過去的幾十年軟件生產(chǎn)的進(jìn)展不大。性能完好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)理論的支持。

----采樣系統(tǒng)的基本理論；

----現(xiàn)代離散控制理論；

----各種智能控制理論，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

限于現(xiàn)代理論應(yīng)用的前提和條件，實(shí)際難以滿足，應(yīng)用受到了限制。加強(qiáng)先進(jìn)控制理論的可行性研究，發(fā)展各種簡便易行的先進(jìn)控制策略，提高系統(tǒng)控制水平。廣泛地用于各種不同的工業(yè)生產(chǎn)；廣泛用于海陸空和航天等國防現(xiàn)代化的各種武器裝備中；迅速地滲透用于現(xiàn)代生活的各式各樣的產(chǎn)品中

---各種用途的機(jī)器人系統(tǒng)；

---各種空間飛行器的控制；

---現(xiàn)代工廠自動(dòng)化中，廣泛使用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)分散控制和集中監(jiān)視系統(tǒng)。

1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類1.2.1數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)1.2.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)1.2.3監(jiān)督控制系統(tǒng)1.2.4分布式控制系統(tǒng)1.2.5現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)1.2.6工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)1．?dāng)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖2．直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC控制系統(tǒng)原理圖3．監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）

計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SupervisoryComputerControl）簡稱SCC系統(tǒng)。SCC系統(tǒng)有兩種不同的結(jié)構(gòu)形式。一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種是SCC+DDC控制系統(tǒng)。（1）SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)該系統(tǒng)原理圖，如圖1-7所示。（2）SCC+DDC控制系統(tǒng)

SCC+DDC控制系統(tǒng)原理圖，如圖1-8所示。圖1-7SCC+模擬調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)原理圖

圖1-8SCC+DCC控制系統(tǒng)原理圖4．分散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

分散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem，DCS)---應(yīng)用以多臺(tái)計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的分散型控制系統(tǒng)。---分散控制基礎(chǔ)上的又形成了集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，又稱為分散型綜合控制系統(tǒng)（TotalDCS）。----“控制要分散，管理要集中”。圖1-9分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式為“工作站—現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表”二級(jí)結(jié)構(gòu)模式，徹底實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的分散控制。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-10所示。5.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)圖1-10圖1-9現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖用二層結(jié)構(gòu)完成DCS的三層結(jié)構(gòu)功能，降低成本，提高可靠性，國家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)?！顢?shù)字式、雙向、多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌含F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)辦公儀表互聯(lián)。☆真正功能分散：現(xiàn)場(chǎng)控制站的各種功能分散到各個(gè)智能單元。☆開放性：與同層網(wǎng)絡(luò)和其它層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享?！罨ゲ僮餍裕翰煌圃焐坍a(chǎn)品之間相互傳送數(shù)據(jù)，作出響應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線特點(diǎn)嵌入式控制系統(tǒng)

ECS（EmbeddedControlSystem）

嵌入式控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)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(jìn)技術(shù)和具體應(yīng)用對(duì)象相結(jié)合后的更新?lián)Q代產(chǎn)品。6.嵌入式控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)◆體系結(jié)構(gòu)的扁平化和監(jiān)控管一體化：現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的處理和控制在底層完成

，且監(jiān)控管并行完成

?！粑⑿突河?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是與被監(jiān)控對(duì)象是一體的

。微處理芯片技術(shù)、液晶顯示技術(shù)、大容量電子存儲(chǔ)器件技術(shù)的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)提供了可靠的保證。

◆大型化及網(wǎng)絡(luò)化：監(jiān)控的參量非常的多

，地域非常的寬廣

?！舳嗝襟w技術(shù)：獲取豐富的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)?！魺o線化：無線遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng),免去布線，使用快捷?！羧蚧?/p>

：監(jiān)控技術(shù)應(yīng)