第7章 计算机控制系统

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1、第7章计算机控制系统一、计算机控制系统的特征与工作原理将常规控制系统中的模拟控制器的功能用计算机来实现，就构成典型的计算机控制系统。2用计算机实现控制的原因：1.数字控制能实现复杂控制规律的控制；2.计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制；3.数字控制可以实现灵活多样的控制规律；4.采用计算机还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。3从模拟控制系统发展到计算机控制系统，控制器结构、控制器中的信号形式、系统的过程通道内容、控制量的产生方法、控制系统的组成观念均发生了重大变化。计算机控制系统在系统结构方面有自己独特的内容；在功能配置方面呈现出模拟控制系

2、统无可比拟的优势。41结构特征•执行控制功能的核心部件是计算机，是模数混合系统；•控制规律利用软件实现，便于实现复杂的控制规律；•可同时控制多个回路；•存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制系统。52信号特征模拟控制系统中各处的信号均为连续模拟信号，而计算机控制系统中除仍有连续模拟信号外，还有离散模拟、离散数字等多种信号形式。6计算机控制系统的信号流程模拟信号:定义在连续时间上的信号，且其幅值也是连续变化的。采样：把连续时间信号转变成离散时间数据的操作，即以离散时间点处的一系列值取代原始的连续时间信号。离散模拟信号:定义在离散时间上的信号，但其幅

3、值未经量化。7模拟-数字（A/D）转换器：执行采样-保持，量化和编码的功能。量化：采用一组数码（二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转化为数字信号。（双积分型、逐次比较型等）编码：将经过采样、量化后的数据编制成二进制码。数字信号：8幅值被量化的离散时间信号。可以用二进制数表示。数字-模拟（D/A）转换器（解码)：在数字控制器的输出端，数字信号必须通过数模转换过程转换成模拟信号。经过保持电路后传递到模拟执行器。量化模拟信号：幅值等于数字量的模拟脉冲信号。再靠信号恢复器，变为随时间连续变化的信号。93控制方法特征计算机控制系统除了包含连续信号外，还包含数

4、字信号，因而计算机控制系统与模拟控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论来分析和设计。常用的设计方法有两种：模拟调节规律模拟化设计法，离散化设计法。模拟化设计方法（间接设计法）：根据系统已有的连续模型，按连续系统理论设计模拟调节器，然后按照一定的对应关系将模拟调节器离散化，得到等价的数字控制器。离散化设计方法（直接设计法）：把计算机控制系统变成纯粹的离散系统，用Z变换等工具进行分析设计，直接设计出控制算法，得到数字控制器。104功能特征•⑴以软件代替硬件•⑵数据存储•⑶状态、数据显示•⑷管理功能115计算机控制系统的工作原理•计算机控制过程可归结为如

5、下四个步骤：•⑴实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测并输入。•⑵实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。•⑶实时控制输出：根据控制决策、适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。•⑷信息管理：随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也是计算机控制系统必须完成的功能。上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作,使被控变量稳定在设定值上并对控制量和设备本身的异常现象及时作出处理12实时的含义:指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够

6、快的速度进行控制。超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。136计算机控制系统的工作方式在线方式和离线方式：on-line/off-line生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。在线系统是否一定是实时系统？实时系统是否一定是在线系统？14二、计算机控制系统的硬件组成计算机控制系统硬件组成框图15三、计算机控制系统的软件按功能分：系统软件、应用软件•系统软件：专门用来使用和管理计算机的程序。–各种语言的汇编、解

7、释和编译软件，监控管理程序、操作系统、调整程序以及故障诊断程序•应用软件：面向生产过程的程序。A/D、D/A转换、数据采样、数字滤波、标度变换、过程控制程序（PID运算、数字控制程序）等等。应用软件大都由用户自己根据实际需要进行开发。应用软件的优劣，将给控制系统的功能、精度和效率带来很大的影响，它的设计是非常重要的。（常用的工业组态软件：InTouchHMI软件、FIX组态软件、组态王等；常用的PLC软件：西门子的Wincc等）16四、计算机控制系统的类型计算机控制系统的分类不是严格的按照其结构或者功能进行分类的。计算机控制系统的分类，是根据计算机控制系

8、统的发展历史和在实际应用中的状态进行分类的。1操作指导控制系统（Operatio