《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第3版》 課件 第1章 緒論

國家級(jí)一流本科課程

國家級(jí)精品課程

國家級(jí)精品資源共享課程

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第1講

第1章緒論（一）第1章緒論（一）0.1課程信息

0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式

1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》：是自動(dòng)化專業(yè)主干專業(yè)課程，是國家級(jí)精品課程、國家級(jí)精品資源共享課程。2.前續(xù)基礎(chǔ)課程1.課程的性質(zhì).程序設(shè)計(jì)技術(shù)（C/C++、VC）.自動(dòng)控制理論（經(jīng)典/現(xiàn)代）.過程檢測及儀表.微機(jī)原理（單片機(jī)）與接口技術(shù)課程要求與說明0.1課程信息3.教材

(1)國家級(jí)“十一五”規(guī)劃教材，國家級(jí)一流本科課程，國家級(jí)精品課程配套教材，國家級(jí)精品資源共享課程配套教材

于海生等，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)(第3版)，機(jī)械工業(yè)出版社,2023

4.參考書

(1)國家級(jí)“十二五”規(guī)劃教材，國家級(jí)一流本科課程，國家級(jí)精品課程配套教材，國家級(jí)精品資源共享課程配套教材于海生等，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)(第4版)，清華大學(xué)出版社，2023

(2)孫增圻．計(jì)算機(jī)控制理論與應(yīng)用（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，2008(3)楊根科,謝劍英.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第4版）.北京：國防工業(yè)出版社，2016(4)王錦標(biāo).計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（第3版）.北京：清華大學(xué)出版社，20180.1

課程信息4.參考書（續(xù)）(5)K.J.?str?m,B.Wittenmark.Computercontrolledsystemstheoryanddesign.ThirdEdition.PrenticeHall,1998(6)G.F.Franklin,J.D.PowellandM.Workman.Digitalcontrolofdynamicsystems,ThirdEdition.AddisonWesleyLongman,Inc.,1998(7)M.SamiFadali，A.Visioli.Digitalcontrolengineering.3rded.ElsevierInc.，AcademicPress，2020.0.1

課程信息0.1

課程信息本課程組編著出版的教材0.1

課程信息本課程組編著出版的教材

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是人類文明進(jìn)步和社會(huì)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是關(guān)于一切人造系統(tǒng)自動(dòng)、智能、自主、高效和安全運(yùn)行的科學(xué)與技術(shù)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是指使用機(jī)器部分或全部代替人的體力或腦力勞動(dòng)，甚至完成人類依靠自身體力和腦力無法直接完成的任務(wù)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低原材料和能源消耗，創(chuàng)造前所未有的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步汽車自動(dòng)焊接生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要方法和手段。

自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步注塑機(jī)機(jī)器人足球比賽自動(dòng)立體倉庫計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步美國第一臺(tái)火星探測器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)旅行者Voyager一號(hào)，二號(hào)走出太陽系，對茫茫太空進(jìn)行探索0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步

中國航天載人飛船中國運(yùn)載火箭0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制：就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖如下：典型的工業(yè)生產(chǎn)過程：連續(xù)過程（Continuousprocess）產(chǎn)品是流體離散過程（Discreteprocess）產(chǎn)品是固體、按件計(jì)量批量過程（Batchprocess）連續(xù)、離散間歇性交替1.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：就是利用計(jì)算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡稱工業(yè)控制機(jī))來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理：

①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測和輸入。

②實(shí)時(shí)控制決策：對采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。

③實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2.在線方式和離線方式

在線方式（on-line）:

生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式。

離線方式(off-line):

生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述3.實(shí)時(shí)的含義

實(shí)時(shí)(real-time)：指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，亦即計(jì)算機(jī)對輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。

這個(gè)時(shí)間范圍的大小與被控對象關(guān)系非常緊密，不同的被控對象，對時(shí)間范圍的要求不同。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述一個(gè)在線的系統(tǒng)不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。1.1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))和生產(chǎn)過程兩大部分組成。

1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制機(jī)包括硬件和軟件；生產(chǎn)過程包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。

1.1.4常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主機(jī)

1.可編程序控制器（PLC）2.工控機(jī)（IPC）3.嵌入式系統(tǒng)（MPU、單片機(jī)、DSP、SOC）4.智能調(diào)節(jié)器5.其它類型主機(jī)1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式1.2.1操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)：要由人工操作，開環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實(shí)時(shí)性差，不能控制多個(gè)對象。1.2.2直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實(shí)時(shí)性好，可以控制多個(gè)回路或?qū)ο蟆?.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式1.2.3監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（SCC）系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式生產(chǎn)過程模擬調(diào)節(jié)器SCC計(jì)算機(jī)DDC調(diào)節(jié)器SCC計(jì)算機(jī)記錄顯示打印工藝數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程工藝數(shù)據(jù)設(shè)定值設(shè)定值調(diào)節(jié)測量調(diào)節(jié)測量(b)SCC+DDC系統(tǒng)(a)SCC+模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)記錄顯示打印1.2.4集散控制系統(tǒng)（DCS）--亦稱分布式控制系統(tǒng)

1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式■網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)Max.8臺(tái)■■■■■I/ONetOPENI/OModule工程師站CES管理層InformationNetFL-NET(冗余)操作站Max.16COS-2000COS-2000冗余數(shù)據(jù)庫CDS-2000FCS-2000(冗余)FCS-2000(冗余)FCS-2000(冗余)10/100MBPS100MBPS■過程控制站(冗余)Max.30RemoteCOSEPA10MBPSSB-BUS128MBPS■OPCSERVEROPCClientMax.8Max.8*4全集成DCS

1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式

1.2.5現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的整體解決方案：企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)ERP

(EnterpriseResourcesPlanning)；生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES

（ManufacturingExecutionSystem）；生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)PCS(ProcessControlSystem）。1.2.6綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：

1.CIMS

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem)——制造業(yè)；

2.CIPS計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)（CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem）——流程工業(yè)。

3.CPS

中國制造2025、德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略，其核心是信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-PhysicalSystems）。信息物理系統(tǒng)（CPS）是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)有機(jī)融合的產(chǎn)物，能對任何工程系統(tǒng)與信息交互系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知與動(dòng)態(tài)控制，并提供相應(yīng)的信息服務(wù)。1.2.6綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式

1.3.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

1.計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程

（1）開創(chuàng)時(shí)期（1955～1962年）（2）直接數(shù)字控制時(shí)期（1962～1967年）（3）小型計(jì)算機(jī)時(shí)期（1967～1972年）（4）微型計(jì)算機(jī)時(shí)期（1972年至今）1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢

2.計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過程（1）采樣定理（2）差分方程（3）Z變換法（4）狀態(tài)空間理論（5）最優(yōu)控制與隨機(jī)控制（6）代數(shù)系統(tǒng)理論（7）系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制（8）先進(jìn)控制技術(shù)1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢

1.3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1.推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)（1）普及應(yīng)用可編程序控制器（PLC）（2）廣泛使用智能調(diào)節(jié)器（3）采用新型的DCS和FCS2.大力研究和發(fā)展先進(jìn)控制技術(shù)模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、預(yù)測控制技術(shù)、內(nèi)?？刂萍夹g(shù)、分層遞階控制技術(shù)、魯棒控制技術(shù)、學(xué)習(xí)控制技術(shù)已成為先進(jìn)控制的重要研究內(nèi)容。1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢