《劳动与技术·城镇就业》教材使用说明解读

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1、计算机控制理论与设计关守平2009年9月6日至2009年12月20日第1章绪论1、计算机控制系统介绍（1）计算机控制系统：利用计算机进行控制的系统，也称为数字控制系统。（2）计算机控制理论：控制系统的计算机实现的理论。（3）计算机在控制领域的应用a、离线应用--计算机辅助设计控制系统或称控制系统CAD利用计算机帮助工程设计人员对控制系统进行分析、设计、仿真以及建模工作，因而减轻劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量。b、在线应用--计算机控制系统（数字控制）利用计算机代替常规模拟控制器，使它成为控制系统的一个组成部分。（4）计算机控制系统示例板厚板温板型板材…...过程

2、计算机总流量流量比辊道速度终冷温度上/下板温差过程1过程2过程nPID预测自适应鲁棒过程优化控制基础自动化级过程级调度级1调度级2企业机1调度级管理决策级企业机2综合自动化或CIMS图（b）控制器被控对象+_r(t)e(t)u(t)y(t)图（a）（5）计算机控制系统组成与结构执行机构测量环节控制器被控对象+_r(k)e(k)u(k)y(t)执行机构变送器D/AA/Du(t)y(k)计算机控制对象变送器测量环节（6）计算机控制的特点能同时实现多种模拟仪表的功能同时控制多个回路，实现多种控制功能可以实现各种先进、复杂的控制规律控制系统调试、整定灵活方便可以实现控制、管理

3、的集成2、控制系统分类：按包含的信号形式分：（1）连续控制系统D(s)G(s)+_r(t)e(t)u(t)y(t)图（a）D(z)G(z)+_r(k)e(k)u(k)y(k)图（b）（2）离散控制系统D(z)G(s)+_r(t)e(t)u(t)y(t)图（c）（3）采样控制系统保持器u(k)e(k)采样器D*(z)G(s)+_r(t)e(t)u(t)y(t)图（d）（4）数字控制系统D/Au*(k)e*(k)A/D四种系统之间的关系：（1）计算机控制系统即为典型的数字控制系统，包含数字信号；由于控制对象连续，也包含连续信号；计算机控制系统采样控制系统忽略量化效应离散控

4、制系统控制对象与保持器一起离散化（2）*数字信号：时间上离散、幅值上量化的信号。连续控制系统离散化处理计算机控制技术是自动控制理论与计算机技术相结合的产物。（1）1946年美国生产出了世界上第一台电子计算机。（2）50年代末计算机控制系统在工业生产中投入运行：1956年美国德克萨斯德一个炼油厂与美国航天工业公司TRW合作进行计算机控制系统的研究，到1959年用RW-300计算机控制聚合装置的系统研制成功。a、电子管，体积大，价格贵，可靠性差；b、操作指导，设定点控制；c、静态寻优----建立过程的静态数学模型d、动态寻优的概念：建立系统的动态数学模型（系统辩识）3、计

5、算机控制系统的发展概况（3）1962年，美国帝国化学公司用计算机代替模拟控制，直接控制过程变量，此种控制称为直接数字控制DDC（DirectDigitalControl）。a、一次投资大，但扩展系统费用低，比如增加一个控制回路；b、系统改变灵活，操作简单。（4）60年代，DDC技术大发展时期；计算机发展，出现小型机。（5）70年代，出现微型机，控制方式由集中控制转向分散控制DCS（DistributedControlSystem）。（6）80年代，DCS系统大发展时期。（7）90年代，现场总线技术出现与发展。FF（FieldBusFoundation）总线，LONWO

6、RKS总线，CAN（ControllerAreaNetwork）总线等。（8）21世纪初，出现了基于网络的控制系统技术，即网络化控制系统NCS（NetworkedControlSystem）。设备1检测/执行设备2检测/执行设备n检测/执行控制计算机集中控制系统设备1检测/执行设备2检测/执行设备n检测/执行CPUCPUCPU上位机DCS设备1检测/执行设备2检测/执行设备n检测/执行上位机FF控制装置控制装置控制装置控制室总线设备1检测/执行设备2检测/执行设备n检测/执行控制机2互联网控制机1控制机nNCS4、计算机与控制理论相结合存在的问题问题：大多计算机控制系

7、统的控制功能并没有得到充分的发挥，其应用水平仍然较低。表现：（1）绝大多数工业过程计算机控制系统至今仍然沿用传统的PID反馈控制律。（2）当对象参数的时变性、不确定性、非线性等变的突出时，传统的PID控制律就不能达到较好的控制效果。原因：（1）先进控制理论和方法有些需要对象的精确数学模型，有些导出控制律非常复杂，不能满足实时计算的要求，有些有附加的应用条件。（2）先进控制理论和方法在工程应用时，控制规律设计、软件实现以及参数调控通常都比较复杂，专业性很强，一般工程技术人员难以掌握。解决：（1）发展各种使用简便的先进控制策略。（2）培养更多从事计算机控