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计算机控制系统第1章 绪论.ppt

计算机控制系统第1章 绪论

孟子73代
2019-03-27 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《计算机控制系统第1章 绪论ppt》,可适用于高等教育领域

**第一章绪论学习目标:掌握计算机控制系统的基本概念熟悉计算机控制系统的常见类型掌握计算机控制系统的基本组成了解计算机控制系统的发展趋势**第一节计算机控制系统概述一、计算机控制系统的一般概念如果将连续控制系统的控制器用计算机来实现就构成了计算机控制系统。计算机控制系统基本框图连续控制系统典型结构图**计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤:()实时数据采集:对被控量进行采样测量形成反馈信号。()实时控制计算:根据反馈信号和给定信号按一定的控制规律计算出控制量。()实时控制输出:向执行机构发出控制信号实现控制作用。所谓ldquo实时rdquo的即信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内即时完成的超出这个时间就会失去控制时机控制也就失去了意义。**二、计算机控制系统的特点计算机控制系统与连续控制系统相比具有如下特点:()控制规律的实现灵活、方便。()控制精度高。()控制效率高。()可集中操作显示。()可实现分级控制与整体优化可通过计算机网络系统与上下位计算机相通信进行分级控制实现生产过程控制与生产管理的一体化与整体优化提高企业的自动化水平。()存在着采样延迟。**第二节计算机控制系统的分类一、操作指导控制系统这种系统的优点是结构简单并且安全可靠。缺点是靠人工操作进行生产过程控制操作速度难以提高。在这种系统中计算机每隔一定时间对被控过程的有关参数进行采样经AD转换后送入CPU进行加工处理计算出最优操作条件及操作方案并以显示、打印、报警等形式输出信息操作人员根据这些信息去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。这是计算机应用于工业生产过程最早最简单的一类系统。它仅对生产过程进行监视不进行自动控制是一种开环控制系统。它常被用在计算机控制系统的设计及调试阶段进行被控过程数学模型的建立和新的控制程序的调试或者用于被控系统的数据采集与处理对大量的过程参数进行巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和整理、数据越限报警以及对大量数据进行积累和实时分析。***二、直接数字控制系统(DDC)DDC系统是一种单机控制系统具有规模小结构简单实用性强价格低等优点适合于比较简单的被控对象或分布式控制系统的最小基本控制单元。缺点是可靠性差。实际上直接数字控制系统就是在计算机数据采集系统基础上增加了一种或多种控制策略。它的输出直接作用于执行机构直接参与生产过程的自动控制是一种闭环控制系统。在DDC系统中计算机作为数字控制器不仅完全取代了模拟调节器而且可以完成各种控制算法实现多种控制规律。另外由于计算机的工作速度快一台主机可以代替多个模拟调节器同时控制多个回路能够达到很高的性能价格比所以DDC系统在工业控制的诸多场合中得到了非常广泛的应用发挥着越来越大的作用。***三、监督计算机控制系统(SCC)SCC系统采用两级控制方式:(a)下一级为模拟调节器(b)当下一级采用DDC系统。当SCC计算机出现故障时可由DDC或模拟调节器独立完成操作。这显然提高了整个系统的可靠性。SCC系统根据原始的生产工业数据和现场采集到的生产工况信息一方面按照描述被控生产过程的数学模型和某种最优目标函数计算出被控过程的最优给定值输出给下一级的DDC系统或模拟调节器另一方面对生产状况进行分析做出故障诊断和预报。SCC系统采用两级控制方式。当下一级采用模拟调节器时SCC计算机对各物理量进行巡回检测并按一定的数学模型对生产过程进行分析计算后得出控制对象各参数最优的给定值送调节器使工况保持在最优状态。当下一级采用DDC系统时DDC计算机称为下位机完成前面所述的直接数字控制功能。SCC计算机称为上位机完成高一级的最优化分析与计算给出最优给定值送到DDC级执行过程控制。SCC系统不仅可以进行给定值控制而且还可以进行顺序控制、最优控制等它是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。***四、分布式控制系统(DCS)图分布式控制系统结构图在分布式控制系统中按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近将控制功能尽可能分散管理功能相对集中。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性。分布式控制系统也称集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散控制系统主要特征是集中管理和分散控制。主要分为三部分:操作管理站、现场控制站和通信网络。操作管理站负责系统的管理、控制组态、系统生成实现控制系统的控制操作、过程状态显示、报警状态显示、历史数据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等。现场控制站则具体实现各种现场物理信号(各种模拟量、开关量等)的周期采集和转换处理、各种控制回路的运算(包括调节回路和逻辑运算等)、控制运算结果的直接输出等。系统的通信网络则负责各种功能站之间的数据通信和联络。***五、现场总线控制系统(FCS)从控制的角度看FCS具有两个显著特点:()信号传输实现了全数字化。()实现了控制的彻底分散。现场总线控制系统(FieldbusControlSystem简称FCS)是以现场总线为基础的开放式、数字化、多点通信的网络化控制系统。FCS系统通常由三个部分组成:()现场智能仪表、控制器()现场总线线路()监控、组态计算机。其中现场智能仪表、控制器、计算机等都通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上。因此现场总线网卡及通信协议软件是FCS的基础和神经中枢。实际上FCS系统就是以现场总线技术为核心以基于现场总线的智能IO或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。FCS采用工作站、现场总线智能仪表的二层结构模式完成了DCS中的三层结构模式功能降低了成本提高了可靠性。***第三节计算机控制系统的组成一、计算机控制系统的硬件组成计算机系统的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。()主机:是计算机控制系统的核心。主机通过接口向系统的各个部分发出各种命令对被控对象进行检测和控制。()输入输出通道:是计算机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。()外部设备:是实现计算机和外界进行信息交换的设备简称外设包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器等。生产过程装置主要包括测量变送单元、执行机构和被控对象。()测量变送单元:是为了测量各种参数而采用的相应的检测元件及变送器。()执行机构:要控制生产过程必须有执行机构它是计算机控制系统中的重要部件其功能是根据计算机输出的控制信号产生相应的控制动作使被控对象按要求运行。***二、计算机测控系统的软件组成操作系统语言加工系统诊断系统控制程序数据采集及处理程序巡回检测程序数据管理程序编辑程序编译程序连接、装配程序调试程序子程序库数据可靠性检查程序A/D转换及采样程序数字滤波程序线性化处理程序数据采集程序越限报警程序事故预告程序画面显示程序计算机控制系统的软件一般包括系统软件和应用软件两大部分。系统软件:是计算机运行操作的基础用于管理、调度、操作计算机的各种资源实现对系统监控和诊断提供各种开发支持的程序。系统软件包括操作系统、监控管理程序、故障诊断程序、数据库管理系统、通信网络软件、设备驱动程序和各种语言的翻译程序等。系统软件向用户提供了使用资源的服务不需用户自行设计用户只需了解它的应用将其作为一种工具进行编程及开发。应用软件:是面向生产过程控制根据不同的应用场合由用户自行编制是为解决某类测控问题而专门研制的软件。这类程序面向不同的生产对象和控制要求因此通用性差必须由用户自行开发及编写。一般涉及数据的采集和测量测控过程中的控制决策和数据的处理、分析和管理等内容。***第四节计算机控制系统的发展第一个阶段是年以前的试验阶段。第二个阶段是年至年的实用阶段。在试验阶段用于控制的计算机基本上还是采用模拟常规调节仪表的调节规律只在控制形式上由连续变为离散因而调节效果得不到明显改善。第三阶段是从年开始到现在的发展阶段。年出现了微型计算机由于它优越的性能价格比使得计算机的应用真正地进入了普及和深入的阶段。一、计算机控制系统的发展过程***二、计算机控制系统的发展趋势应用成熟的先进技术()可编程控制器的应用。()智能化调节器的应用。()分布式控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)的应用。智能控制系统()分级递阶智能控制技术。()模糊控制技术。()专家控制技术。()机器学习技术。****嵌入式的应用将更加深入()嵌入式控制系统。()智能化仪器。()微机集散控制系统。()网络控制系统。****第五节本课程的特点及学习方法一、课程特点:集中描述了自动化学科的知识体系具有综合性、应用性和实践性二、学习方法:注意实践练习:课上实验综合实验注意联系综合:四年主要专业课程的综合*本章内容结束**在这种系统中计算机每隔一定时间对被控过程的有关参数进行采样经AD转换后送入CPU进行加工处理计算出最优操作条件及操作方案并以显示、打印、报警等形式输出信息操作人员根据这些信息去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。这是计算机应用于工业生产过程最早最简单的一类系统。它仅对生产过程进行监视不进行自动控制是一种开环控制系统。它常被用在计算机控制系统的设计及调试阶段进行被控过程数学模型的建立和新的控制程序的调试或者用于被控系统的数据采集与处理对大量的过程参数进行巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和整理、数据越限报警以及对大量数据进行积累和实时分析。*实际上直接数字控制系统就是在计算机数据采集系统基础上增加了一种或多种控制策略。它的输出直接作用于执行机构直接参与生产过程的自动控制是一种闭环控制系统。在DDC系统中计算机作为数字控制器不仅完全取代了模拟调节器而且可以完成各种控制算法实现多种控制规律。另外由于计算机的工作速度快一台主机可以代替多个模拟调节器同时控制多个回路能够达到很高的性能价格比所以DDC系统在工业控制的诸多场合中得到了非常广泛的应用发挥着越来越大的作用。*SCC系统根据原始的生产工业数据和现场采集到的生产工况信息一方面按照描述被控生产过程的数学模型和某种最优目标函数计算出被控过程的最优给定值输出给下一级的DDC系统或模拟调节器另一方面对生产状况进行分析做出故障诊断和预报。SCC系统采用两级控制方式。当下一级采用模拟调节器时SCC计算机对各物理量进行巡回检测并按一定的数学模型对生产过程进行分析计算后得出控制对象各参数最优的给定值送调节器使工况保持在最优状态。当下一级采用DDC系统时DDC计算机称为下位机完成前面所述的直接数字控制功能。SCC计算机称为上位机完成高一级的最优化分析与计算给出最优给定值送到DDC级执行过程控制。SCC系统不仅可以进行给定值控制而且还可以进行顺序控制、最优控制等它是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。*分布式控制系统也称集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散控制系统主要特征是集中管理和分散控制。主要分为三部分:操作管理站、现场控制站和通信网络。操作管理站负责系统的管理、控制组态、系统生成实现控制系统的控制操作、过程状态显示、报警状态显示、历史数据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等。现场控制站则具体实现各种现场物理信号(各种模拟量、开关量等)的周期采集和转换处理、各种控制回路的运算(包括调节回路和逻辑运算等)、控制运算结果的直接输出等。系统的通信网络则负责各种功能站之间的数据通信和联络。*现场总线控制系统(FieldbusControlSystem简称FCS)是以现场总线为基础的开放式、数字化、多点通信的网络化控制系统。FCS系统通常由三个部分组成:()现场智能仪表、控制器()现场总线线路()监控、组态计算机。其中现场智能仪表、控制器、计算机等都通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上。因此现场总线网卡及通信协议软件是FCS的基础和神经中枢。实际上FCS系统就是以现场总线技术为核心以基于现场总线的智能IO或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。FCS采用工作站、现场总线智能仪表的二层结构模式完成了DCS中的三层结构模式功能降低了成本提高了可靠性。*计算机系统的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。()主机:是计算机控制系统的核心。主机通过接口向系统的各个部分发出各种命令对被控对象进行检测和控制。()输入输出通道:是计算机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。()外部设备:是实现计算机和外界进行信息交换的设备简称外设包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器等。生产过程装置主要包括测量变送单元、执行机构和被控对象。()测量变送单元:是为了测量各种参数而采用的相应的检测元件及变送器。()执行机构:要控制生产过程必须有执行机构它是计算机控制系统中的重要部件其功能是根据计算机输出的控制信号产生相应的控制动作使被控对象按要求运行。*计算机控制系统的软件一般包括系统软件和应用软件两大部分。系统软件:是计算机运行操作的基础用于管理、调度、操作计算机的各种资源实现对系统监控和诊断提供各种开发支持的程序。系统软件包括操作系统、监控管理程序、故障诊断程序、数据库管理系统、通信网络软件、设备驱动程序和各种语言的翻译程序等。系统软件向用户提供了使用资源的服务不需用户自行设计用户只需了解它的应用将其作为一种工具进行编程及开发。应用软件:是面向生产过程控制根据不同的应用场合由用户自行编制是为解决某类测控问题而专门研制的软件。这类程序面向不同的生产对象和控制要求因此通用性差必须由用户自行开发及编写。一般涉及数据的采集和测量测控过程中的控制决策和数据的处理、分析和管理等内容。*****

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