微机原理 第1章 绪论

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1、第一章计算机控制概述本章要点1.1自动控制系统的基本概念1.2计算机控制系统的一般构成1.3微机控制系统的分类1.4计算机控制系统的发展1.5工业控制机的组成及特点1.6工业控制机的总线结构引言计算机控制技术及工程应用--是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术又是一个主要的实现手段。本课程立足于工业自动化的领域，讨论这种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其工程应用。下图为一个制药车间的

2、自动化生产流程。1.1.1控制系统概念计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的;常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成闭环控制与开环控制两种结构形式;计算机控制系统原理组成—用控制计算机代替图1-1的控制器，如图1-2所示；（1）闭环控制系统：被控量参与系统控制euqy控制器执行器被控对象测量变送器偏差给定值控制作用操纵变量被控量测量值r+_zf干扰图1-1(a)闭环控制系统闭环控制从原理上提供了实现高精度控制的可能性，它对控制元件的要求比开环控制的低。但与开环控制系统相比，闭环控制系统设计比较麻烦，结构也比较复杂，因而成本较高。闭环控制是自动控

3、制中广泛采用的一种控制方式。当控制精度要求较高，干扰影响较大时，一般都采用闭环控制。（2）开环控制系统uqy控制器执行器被控对象给定值控制作用操纵变量被控量r(b)开环控制系统①开环控制：被控量(输出)不影响系统控制的控制方式称为开环控制（打出去的炮弹）当被控对象或控制装置受到干扰，或者在工作过程中元件特性发生变化而影响被控量时，系统不能进行自动补偿，被控制精度难以保证。但是由于结构比较简单，在控制精度要求不高或者元件工作特性比较稳定而干扰又很小的场合应用比较广泛。（3）计算机闭环控制系统原理组成计算机闭环控制系统的原理组成--是把图1-1中的控制器用控制计算机即微

4、型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。图1-2计算机控制系统原理图带偏差控制作用的速度控制系统则可以减小或消除由各种因素所引起的转速变化。带偏差控制作用的速度控制系统原理图随动系统的原理图（例：轮船主机转速控制）自动控制系统的基本组成自动控制系统的类型：①恒值系统：给定值是恒定值（轮船主机定速控制）；②随动系统：给定值(控制指令)是事先未知的时间函数的系统称为随动系统（

5、火炮控制）；③程序控制系统：控制指令已预先知道的系统（自动包装线）；④自动调节系统或镇定系统：如前面所示的带偏差控制作用的速度控制系统是根据偏差产生控制作用，对系统进行自动调节，使被控量保持恒定的（商店室温控制）。对控制系统的基本要求：①稳定性：系统被控量偏离给定值而振荡时，系统抑制振荡的能力；②快速性：被控量趋近希望值的快慢程度；③精确性：过渡过程结束后，被控量与希望值接近的程度。1.2计算机控制系统的一般构成计算机控制系统的结构与前面介绍的反馈控制系统十分相似，只是将控制器由数字控制器来实现，就组成了一个典型的计算机控制系统（火焰切割机）计算机控制系统的控制过程

6、包括以下四个方面：(1)实时数据采集：对被控制量的瞬时值进行检测，并且将采样结果输入到计算机；(2)实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后，按照预先规定的控制规律进行运算，称为(实时)决策；(3)实时控制：根据实时决策结果，适时地对执行装置发出控制信号；(4)信息管理：结合网络技术和控制策略，实现信息共享和管理（例如：数据库技术）。测、算、控、管实时满足实时性：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间(采样间隔)内完成。实时控制：计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出。在线在线方式：生产过程与计算机直接相接并受控于计算机

7、，也称为联机方式；离线方式：生产过程不与计算机相接且不受控于计算机，而靠人联系并实施操作，也称为脱机方式；实时控制系统必定是在线系统计算机控制的优点：(1)可以消除常规模拟调节器的许多难以克服的缺点，如不存在模拟调节器的漂移问题，参数整定范围宽，可以数字滤波等；(2)使用灵活，便于实现特殊的控制规律，如修改部分程序就能改变调节规律，而无需改变硬件设备，甚至可以在线改变控制方案。因而可以在不增加硬件设备的情况下逐步提高控制水平。(3)具有增加控制回路而不会显著地增加费用的特点，还可实现打印、制表、报警、显示等附加功能。计算机控制系统的组成计算机系统硬件：过程相关设