计算机控制技术第一章

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1、第1章绪论计算机机控制系统是以微机作为控制器的过程自动控制系统。计算机控制系统不但实现了被控参数的数字采集、数字显示和数字记录等功能，而且信息的分析、控制量的计算以及系统的管理等均实现了软件化。微机控制技术是一门集控制理论与技术、计算机科学与技术、电子科学与技术和网络通信技术等于一体的综合型应用学科，已普及于工业生产过程、智能家电、智能仪器仪表、机器人、航空航天、智能医疗设备等诸多领域。计算机一问世就与控制学科结下了不解之缘。1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生的人类第一台电子计算机主要用于军事领域的科学计算，由人根据计算结果对相应的军事装备和技术等进行干预。这种工作

2、方式在某种程度上和现代计算机离线控制工作方式相似。计算机技术的发展，为控制系统的发展开辟了新的途径，控制理论与计算机结合，出现了计算机控制系统。在国外，20世纪50年代初期化工领域出现了计算机自动测量与数据处理方法，中期出现了计算机开环控制系统，后期美国一个炼油厂建起了第一台生产过程闭环计算机控制装置。60年代初期美国的一个氨厂用Rw－300计算机实现了计算机监控功能，英国的一个碱厂建成了一个直接数字控制系统(DDC)系统。60年代中后期，计算机控制进入普及阶段。小型计算机的出现，使可靠性不断提高，成本逐年下降，计算机在生产控制中的应用得到很大的发展，但这个阶段仍然

3、主要是集中式的计算机控制系统。在高度集中控制的情况下，如果计算机出现故障将给整个生产过程带来严重影响。70年代以来，针对一些工业的高度连续化、大型化的特点，加上高可靠性、高性能、可远程通信、价格便宜、使用方便灵活的微型计算机的出现，集散式微机控制系统得以发展，从而可使用系统工程的方法实现最优控制和综合管理。70年代后期掀起的单片微型计算机热为微机控制技术的应用注入了新的活力。单片机体积小、功能多、性能稳定可靠、环境适用性好、价格低廉。20多年的实践表明，以单片机为主机的微机控制系统，在实现面向生产过程的控制功能方面可以取得和其它类型计算机作主机时的同等控制效果，而以

4、软件代替硬件方面则有更强的优势和功效，由此，计算机控制系统产生了新的设计思想和方法。1.1计算机控制系统概述1.1.1微机控制系统特征10从模拟控制系统过渡到微机控制系统，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等均发生了重大变化。微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统无可比拟的优势；在工作过程与方式等方面存在其必须遵循的规则。因此，通过了解微机控制系统的这些特征可以建立起微机控制系统的基本概念。l.结构特征控制器和执行机构是任何控制系统都不可缺少的内容。执行机构是系统用来操作、改

5、变、管理被控对象的工具，而控制器为执行机构提供执行方式和执行量值等。模拟控制系统的控制器通过以运算放大器为基本运算电路的模拟电路计算执行量值，决策执行方式。通常一套决策方案，一种计算方法对应一组专用生成电路，改变决策方案和计算方法就必须改变生成电路。计算机控制系统用计算机作为控制器，执行量值的计算，执行方式的决策等都是通过计算机程序来实现。将控制器用微型计算机来代替，便构成了微机控制系统，即其结构特征主要表现为系统控制器由微型计算机担当，系统参数分析和控制量值计算等均由微机完成。微机控制系统的抽象结构和作用在本质上与其它控制系统没有什么区别，因此，同样存在微机开环控

6、制系统、微机闭环控制系统等不同类型的微机控制系统。模拟系统控制器中的信号形式是连续量，微机作为控制器只能处理离散量，当微机要给模拟执行机构提供控制量时，要将离散量或数字量转换为连续量或模拟量，即要进行D／A(数字／模拟)转换；为了将被控制的模拟量变为计算机能接受，并可进行处理的数字信号形式，在闭环反馈通道上要设置A／D(模拟／数字)转换环节。因此，以微型计算机为控制器的闭环控制系统抽象结构如图1.1.1所示。图1.1.1微机闭环控制系统结构图按微机控制系统中信息的传输方向，系统包含三条基本信息通道。第一条是含D／A转换环节的通道，称之为后向通道或输出过程通道；第二条

7、是含有A／D转换环节的通道，称之为前向通道或输入过程通道；第三条通道是人机对话或交互通道。微机通过输出过程通道向被控对象或工业现场提供控制量；通过输入过程通道获取被控对象或工业现场信息；系统操作者通过人机交互通道向微机控制系统发布相关命令，提供操作参数，修改设置内容等，微机则可通过人机交互通道向系统操作者显示相关参数、系统工作状态、对象控制效果等。10当微机控制系统没有输入过程通道时，称之为微机开环控制系统。在微机开环控制系统中，微机的输出只随给定值变化，不受被控参数影响，通过调整给定值达到调整被控参数的目的。但当被控对象出现扰动时，微机无法自动获得扰动信息，因