计算机控制技术 第1章 绪论

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1、范立南李雪飞编著机械工业出版社计算机控制技术第1章绪论第1章绪论1.1自动控制系统的一般形式1.2计算机控制系统的一般概念与组成1.3工业控制计算机的特点1.4计算机控制系统的分类1.5计算机控制系统的发展概况与趋势1.1自动控制系统的一般形式自动控制系统的基本结构：图1-1自动控制系统的基本结构1.1自动控制系统的一般形式由图1-1（a）可知，该系统通过测量元件对被控对象的被控参数（如温度、流量、压力、转速等）进行测量，再由变送单元将被测参数变成一定形式的电信号，反馈给控制器。控制器将反馈信号对应的工程

2、量与给定值进行比较，如有误差，则控制器按照预定的控制规律产生控制信号来驱动执行机构工作，使被控参数的值达到预定的要求。又称为按误差进行控制的闭环控制系统。1.1自动控制系统的一般形式图1-1（b）属于开环控制系统。它与闭环控制系统的区别是，它的控制器直接根据给定值去控制被控对象工作的，被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。这种控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间的误差，控制性能较差，但结构简单，因此常用于特殊的控制场合。1.1自动控制系统的一般形式从以上分析可以看出，自动控制系统的基本功能是信号

3、的传递、加工和比较。这些功能是由检测元件、变送装置、控制器和执行机构来完成的。其中，控制器是控制系统中最重要的部分，它决定了控制系统的性能和应用范围。1.2计算机控制系统的一般概念与组成1.2.1计算机控制系统的一般概念如果把图1-1（a）中的控制器和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-2所示。图1-2计算机控制系统的基本框图1.2计算机控制系统的一般概念与组成计算机控制系统的控制过程一般可归纳为3个步骤。（1）实时数据采集对被控参数的

4、瞬时值进行实时检测，并输入给计算机。（2）实时决策控制对采集到的被控参数进行处理后，按照已经确定的控制规律，决定当前的控制量。（3）实时控制输出根据实时计算的结果，适时地向执行机构发出控制信号，实施控制。1.2计算机控制系统的一般概念与组成“实时性”是指计算机控制系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件做出反应的特性。在确定限定时间时，主要考虑两个因素：①根据工业生产过程出现的事件能够保持多长时间。②该事件要求计算机在多长的时间内必须做出反应，否则，将对生产过程造成影响甚至造成损害。“实时性”一般都要求

5、计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加速程序执行速度。1.2计算机控制系统的一般概念与组成1.2.2计算机控制系统的组成计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。1.2计算机控制系统的一般概念与组成1．硬件组成图1-3计算机控制系统的硬件组成框图1.2计算机控制系统的一般概念与组成（1）计算机计算机是控制系统的

6、核心。它按照预先存放在存储器中的程序、指令，不断通过过程输入通道获取反映被控对象运行工况的信息，并按程序中规定的控制算法，或操作人员通过键盘输入的操作命令自动地进行运算和判断，及时地产生并通过过程输出通道向被控对象发出相应控制命令，以实现对被控对象的自动控制。（2）接口I/O接口是计算机与被控对象进行信息交换的纽带。计算机通过I/O接口与外部设备进行数据交换。目前大多数I/O接口电路都是可编程的。比如常用的并行接口8155和8255，定时器/计数器8253等。1.2计算机控制系统的一般概念与组成（3）输入

7、和输出通道工业对象的过程参数一般是非电物理量，必须经过传感器（一次仪表）变换为电信号。为了实现计算机对生产过程的控制，必须在计算机和生产过程之间设置信息传输和转换的连接通道，这就是输入和输出通道，又称为过程通道。输入和输出通道一般分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。（4）通用外部设备主要是为了扩大计算机的功能而设置的。它们用来显示、打印、存储及传送数据。目前已经有各种各样的通用外部设备可以选择，如打印机、显示器、声光报警器、光盘驱动器及扫描仪等。1.2计算机控制系统的一般概

8、念与组成（5）操作台操作台是一个实时的人机对话的联系纽带。通过它人们可以向计算机输入程序，修改内存的数据，显示被测参数以及发出各种操作命令等。它主要包括以下4个部分：①要有作用开关。例如：电源开关，手动/自动开关等，利用这些开关操作人员可以对主机进行启停、设置和修改数据以及修改控制方式等。②要有一组功能键。例如：复位键、启动键、打印键、显示键、工作方式选择健等。利用这些功能键可以向计算机申请中断服务，选择连续工作或单步操作等工