第一章 计算机控制系统概述ppt课件.ppt

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1、第一章计算机控制系统概述1.0计算机控制系统的应用简单地说，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类控制系统。计算机控制在众多领域有着广泛的应用，如机械工程、电气工程、汽车工程、过程控制、航空航天、通讯工程等。1计算机控制技术的应用－－机械工程2计算机控制技术的应用－－机械工程3计算机控制技术的应用－－电气工程发电机计算机控制4计算机控制技术的应用－－汽车工程ECU、ABS、EBD、TCS、BSC、ASR5计算机控制技术的应用－－过程控制6计算机控制技术的应用－－航天工程7计算机控制技术

2、的应用－－航空工程8计算机控制技术的应用－－航海工程9计算机控制技术的应用－－通讯工程101.1计算机控制的基本概念1.开环与闭环控制开环控制被控制量（输出）不影响系统控制的控制方式。控制性能较差（稳定性、稳态、动态、鲁棒性）；结构简单，适于对控制质量要求不高的场合。111.1计算机控制的基本概念闭环控制（半闭环）被控量参与系统控制的控制方式。控制器（调节器、校正网络、补偿网络）、执行机构（执行环节）、检测装置（反馈环节）、被控对象、被控参数121.1计算机控制的基本概念2.模拟控制与数字控制（计

3、算机控制）数字控制器的基本组成：数字计算机（微处理器、微控制器）ADC（VFC）DAC（PWM）131.1计算机控制的基本概念3.控制系统的基本要求■稳定性■快速性■精确性141.1计算机控制的基本概念4.在控制中计算机三个方面的主要作用：①信息处理，对于复杂的控制系统，输入信号和根据控制规律的要求实现的输出偏差信号的计算工作量很大，采用模拟解算装置不能满足精度要求，因而需要采用计算机进行处理；②用计算机的软件程序实现对控制系统的校正以保证控制系统具有所要求的动态特性；③由于计算机具有快速完成复杂

4、的工程计算的能力，因而可以实现对系统的最优控制、自适应控制等高级控制功能及多功能计算调节。151.1计算机控制的基本概念5.计算机控制过程归结为三个主要步骤：①实时数据采集对被控参数的瞬时值进行检测并输入。②实时决策对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定进一步的控制过程。③实时控制根据决策，适时地对控制机构发出控制信号。161.2计算机控制系统的结构与组成计算机控制系统通常包括：硬件设备、控制软件及通信网络。1．系统硬件CPU、RAM/ROM、I/O、A/D、D/A、人机

5、接口、通信接口及电源各部分间通过系统总线（DB、AB、CB）构成一个完整的系统DataBus:BidirectionalAddressBus:UnidirectionalControlBus:UnidirectionalorBidirectional171.2计算机控制系统的结构与组成181.2计算机控制系统的结构与组成CPU通常包括：1）通用单片机(Micro-controller)4～32bit优点：成本低、体积小。缺点：运算与扩展能力较弱。编程：汇编、C语言。2）PC及其兼容机(Micro-

6、processor)缺点：成本高、体积大（PC104）。优点：运算与扩展能力强，软件资源丰富。编程：汇编及多种高级语言。191.2计算机控制系统的结构与组成3）DSP（DigitalSignalProcessor）运算能力相当强（RISC结构）。其它同（1）。4）专用微处理器主要用于一些批量生产的产品。如家用电器的智能控制、工业控制（电机控制）。其中：1）、2）应用最广泛。201.2计算机控制系统的结构与组成过程通道（微机原理、传感检测、电工学）模拟量输入通道（A/D、V/F）：含多路开关（2、4

7、、8、16选一），S/H模拟量输出通道（D/A、F/V、PWM）开关（数字）量输入通道：光电隔离开关（数字）量输出通道：光电隔离、驱动能力通常将模拟量输入/输出通道分别称作前向/后向通道。211.2计算机控制系统的结构与组成2．系统软件与应用软件应用软件包括：初始化程序定时器中断数据采样（A/D）控制算法控制作用输出(D/A)监控程序221.2计算机控制系统的结构与组成控制理论（控制算法）：1）经典控制理论（课程重点）适于SISO线性系统。采用传递函数来描述。分析与设计方法：频域、根轨迹。校正网络

8、：滞后、超前、滞后－超前（PID）。2）现代控制理论适于MIMO线性系统。采用状态空间表达式描述。分析方法：主要是时域。设计方法：极点配置、最优控制。231.2计算机控制系统的结构与组成3）其它控制方法自适应控制、鲁棒控制、非线性控制等。设计原则：在满足控制系统要求的性能指标下，尽可能选择简单的控制方法。3．通信网络串行通信、局域网、现场总线。241.3计算机控制系统的分类1.计算机监控与操作指导系统图1-5计算机监督与操作指导系统251.3计算机控制系统的分类作用：计算机只承担数