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计算机控制系统第1章.ppt

计算机控制系统第1章

孟子73代
2019-03-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《计算机控制系统第1章ppt》,可适用于高等教育领域

主要教学内容第章计算机控制系统概述第章线性离散系统的数学描述和分析方法第章开环数字程序控制第章计算机控制系统的常规控制技术第章计算机控制系统的离散状态空间设计第章计算机控制系统的先进控制技术第章计算机控制系统的硬件设计第章计算机网络控制技术第章计算机控制系统的设计与工程实现第章计算机控制系统的软件设计*计算机控制系统的发展与应用计算机控制系统的组成计算机控制系统的特性计算机控制系统的基本概念第章计算机控制系统概述计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的设计方法*计算机控制系统的基本概念计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。简单地说如果控制系统中的控制器功能由数字计算机来实时完成则称该系统为计算机控制系统。图计算机控制系统基本结构*计算机控制系统的发展与应用年计算机开始应用于化工生产过程的自动检测和数据处理年开始利用计算机构成闭环控制系统年开始在生产过程中实现监督计算机控制年以后计算机控制开始侧重于生产过程的最优控制上世纪年代以后微型处理器件参与控制上世纪年代始分散型控制、全监督式控制、智能控制得到进一步的研究和应用目前嵌入式计算机控制系统、网络计算机控制系统以及许多专用控制器都得到了迅速的发展。*应用于:先进的制造技术:如计算机集成制造、柔性制造系统以及在过程控制方面的软件技术应用在机床、化工、电力、冶金、采矿、核电站、人造卫星等不同的工业领域和航天航空领域中渗透到现代生活的各个方面由对单一的设备或产品的控制发展到通过网络对多个设备的同时远程控制参与信息管理和决策支持实现管控一体化。正迈向网络化、智能化飞速发展的新时代。*计算机控制系统的组成计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件组成:主要由计算机系统(包括主机和外部设备)和过程输入输出通道、被控对象、执行器、检测变送环节等组成。软件组成:主要包括系统软件和应用软件。在计算机控制系统中硬件和软件不是独立存在的在设计时必须注意两者相互间的有机配合和协调只有这样才能研制出满足生产要求的高质量的控制系统。*图计算机控制系统的组成框图*由于数字计算机工作的特殊性当它直接参与控制构成计算机控制系统时与连续控制系统相比从系统的结构、信号形式、工作方式和设计实现方法都具有一些不同的特征在本质上也存在许多不相同的性质。计算机控制系统的特性*计算机控制系统的特点在计算机控制系统中计算机必须按照一定的时间间隔对连续信号进行采样将其变成时间上断续的离散信号进而变成数字信号送入计算机计算机输出的数字量控制信号则要转换为模拟信号才能控制实际被控对象。所以在计算机控制系统中除具有连续模拟信号、离散模拟信号和离散信号等多种信号形式。计算机控制系统大都具有数字mdash模拟混合式的结构。计算机控制系统中必须加入信号转换装置如AD和DA转换器以实现各种信号之间的通信。*模拟信号mdashmdash时间上和幅值上都连续的信号。离散模拟信号mdashmdash时间上离散幅值上连续的信号。数字信号mdashmdash时间上离散幅值也离散的信号。采样mdashmdash将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。量化mdashmdash采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值将其转换成数字信号。图计算机控制系统中信号变换与传递*计算机控制系统的特殊问题)若被控对象是时不变线性系统通常所形成的连续控制系统也是时不变系统。但当将其改造成计算机控制系统后它的时间响应与外作用的作用时刻和采样时刻是否同步有关。图-采样系统的时变特性*)连续系统在正弦输入信号的激励下稳态输出为同频率的正弦信号但计算机控制系统的稳态正弦响应与输入信号、频率和采样周期有关。图-计算机控制系统的正弦激励响应*)一个稳定的连续时不变系统达到稳态时间应是无限的而对于计算机控制系统通过设计却可以实现在有限的采样间隔内达到稳态值。图-有限调节时间系统*)在计算机空中系统中还有一些通过连续系统理论无法解释的现象。如:▪一个连续系统是可控可观的将其变成计算机控制系统时若采样间隔时间选取的不合适则可能会变得不可控系统▪对于闭环负反馈的一阶、二阶线性连续系统开环放大系数为任意值系统均是稳定的。但是在计算机控制系统中当采样周期一定时系统开环放大系数仅处于一定的范围时系统才能稳定。当采样周期选择较大时系统甚至会变得不稳定。*)在计算机控制系统的分析与设计时由于数字字长有限不仅会带来量化误差问题甚至会引起系统响应产生极限环振荡。图字长有限引起的极限环*计算机控制系统的典型形式数据采集和监视系统图数据采集和监视系统结构简单控制灵活和安全。计算机开环控制系统。要由人工操作速度受到限制。*直接数字控制系统图直接数字控制系统框图计算机闭环控制系统。可完全取代模拟调节器实现多回路的PID控制而且只要改变程序就可以实现复杂的控制规律。*监督控制系统图监督控制系统的两种结构形式其作用是改变给定值又称设定值控制。它的任务着重在控制规律的修正与实现如最优控制、自适应控制等。*分散型控制系统采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计原则与网络化的控制结构形成分级分布式控制。图DCS结构示意图*现场总线控制系统图FCS控制层结构模式为:ldquo工作站一现场总线智能仪表rdquo二层结构完成了DCS中的三层结构功能降低了成本提高了可靠性并且在统一国际标准下可实现真正的开放式互连系统结构。*计算机控制系统的设计方法计算机控制系统的设计通常采用两种方法:连续域设计mdashmdash离散化方法直接数字域(离散域)设计方法典型的计算机控制系统既不是一个纯粹的连续控制系统也不是一个完全的离散控制系统而是一种混合信号控制系统。*连续域设计mdashmdash离散化方法连续域设计mdashmdash离散化方法又称计算机控制系统的间接设计方法。其基本设计思想是将计算机控制系统中数字控制器部分(包括:AD、计算机和DA)看成是一个整体等效为一个连续传递函数。图计算机控制系统连续域等效结构图*直接数字域(离散域)设计直接数字域(离散域)设计又称为数字控制器的直接设计方法。其基本设计思想是把计算机控制系统看成是纯离散信号系统。图计算机控制系统离散域等效结构图*本章小结本章作为全书的引论主要介绍了计算机控制的基本概念、计算机控制系统的发展、应用计算机控制系统的基本特征、组成计算机控制系统与连续系统相比的特殊性、典型分类以及计算机控制系统的设计方法等。本章为全书的后续内容介绍作了铺垫同时也为读者进一步的学习作了基础准备。*第一章结束谢谢!*

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