计算机控制技术授课教案

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1、计算机控制技术授课教案AD1、课程性质：专业必修课，工程实用性强，强调课程的重要性。2、先修课程及相关课程：先修课程为微机原理、微机接口技术、自动控制原理。相关课程有：过程控制、自动控制系统、毕业设计。3、本门课学习方法：①抓住主要矛盾；②理论联系实际；③善于运用对比的方法。第一章绪论第一节计算机控制系统概论一、计算机控制系统的一般概念1．自动控制系统的结构生产中的自动控制系统随控制对象、控制规律和所采用的控制器结构不同而有很大的差别，但一般可归纳为两大类，即闭环控制系统和开环控制系统。由于开环控制系统控制性能较闭环控制系统差，因此在控制要求较高时均采用闭环控

2、制。闭环控制系统的典型结构如图1.1所示。图1.1闭环控制系统的典型结构图2．计算机控制系统计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。如果计算机是微型计算机，就是微型计算机控制系统。典型的计算机控制系统结构如图1.2所示。图1.2计算机控制系统结构图3．计算机控制系统的工作步骤计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(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，决定下一

3、步的控制过程。(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。4．几个术语（1）实时所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。（2）“在线”方式在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(3)“离线”方式若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作

4、的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。二、计算机控制系统的发展概况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，因此计算机控制系统的发展是与自动控制理论与计算机的发展密不可分的。1．自动控制原理的发展（1）经典控制理论（2）现代控制理论（3）智能控制理论2．计算机技术的发展1946年第一台计算机问世至今，计算机技术迅速发展。3．计算机控制技术的发展（1）开创阶段(1955年—1965年)1952年，开始把计算机用于生产过程，实现了自动测量和数据处理，为操作人员提供了对管理有用的信息。1954年用计算机构成了开环控制系统，能够帮助操作人员对一部分被控

5、参量进行正确调节。1957年采用计算机构成闭环控制系统，最初应用于石油蒸馏过程的调节；一年后，又在一个电站和一个炼油厂采用直接数字控制方式，实现了计算机闭环定值控制，这是计算机在线过程控制系统。1960年，在合成氨和丙烯腈生产过程中完成了计算机监督控制，计算机开始侧重于最优控制，并逐步向分级控制和网络控制方向发展。虽然每隔二、三年计算机应用于生产过程控制就有一些新发展，但在1965年以前基本上处于单项工程试验阶段。（2）小型计算机时期(1965年—1972年)在试验阶段用于控制的计算机基本上还是模拟常规调节仪表所采用的调节规律，只在控制形式上由连续变为离散，因

6、而调节效果得不到明显改善。直到60年代后期出现了小型机，才使计算机控制得以普及。由于小型机具有体积小、速度快、工作可靠、价格较便宜等特点，所以使得计算机控制系统不再只是大型企业的工程项目，对于较小的工程问题也能利用计算机来控制了。这一时期主要是计算机集中控制，即用一台计算机控制尽可能多的调节回路。在高度集中控制时，若计算机出现故障，将对整个生产产生严重影响。提高可靠性的措施就是采用多机并用的方案，即增加小型机数目。因此由于小型机的出现，过程控制计算机的台数迅速增长。这一时期为实用及普及阶段。（3）微型计算机时期(1972—现在)随着计算机技术的发展，出现了微型

7、机，从而使计算机控制技术进入了崭新的阶段。这一时期以微型机为主体。在控制结构上，对于简单生产过程或装置，采用单台微型机独立控制，如以单片机、工业控制机、可编程控制器为核心的计算机控制系统；对复杂生产过程或装置则采用集散型控制系统，将计算机分散到生产装置中去，采用多级分布式结构，从下而上分为过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级，进行分散控制、集中操作、分级管理、统一协调的工作，既能使危险分散，又能实现整体的协调和优化，大大提高了系统的安全可靠性和通用灵活性。所以这一时期也是大量推广和分级控制阶段。三、计算机控制系统的发展趋势大规模及超大规模集成电路的发

8、展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，