计算机控制系统设计第一章绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机控制系统设计,北京邮电大学,自动化学院,学习内容,绪论,线性离散系统的数学描述,数字PID控制,数字调节器直接设计方法,模糊控制技术,神经网络控制技术,基于遗传算法的控制技术,现场总线技术,微机控制系统的设计,书目,教材：微型计算机控制新技术,曹承志,机械工业出版社.,参考书：,计算机控制系统-原理与设计（3th ed.）,瑞典Karl J.Astrom&Bjorn Wittenmark编著，电子工业出版社。,微型计算机控制系统，赖寿宏，华中理工大学出版社。,计算机控制系统，何克忠，李伟，清华大学出版社。,微机控制系统概述,控制技术基本组成,微机控制系统基本概念,微机控制系统的组成,典型计算机控制系统举例,微机控制系统的分类,微机控制技术及其系统的发展,控制技术基本组成（1）,Classical Control Theory,Modern Control Theory,Computer Control Tech.,控制技术基本组成,（,2）,经典控制理论,：,简单的控制系统设计，适用于SISO、线性定常控制系统,现代控制理论,：,为复杂控制规律的实现、构造高性能的控制系统系统的最优化、可靠性提供理论依据,计算机技术与现代控制理论的结合,：,极大地推动了控制技术的发展,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飞速发展的基础上产生的。,设定值,反馈量,A/D,控制规律,计算程序,D/A,执行,机构,被控,对象,检测装置,被控量,模拟温控系统,计算机温控系统,计算机控制系统特点,模拟数字混合系统,数学工具采用z变换,系统通用性和灵活性大大增强,可同时控制多个回路,便于实现控制与管理一体化,计算机控制系统的组成,硬件,计算机控制系统,软件,主机,人机对话系统 通用外围设备,I/O接口和I/O通道,传感器及变送器,系统软件,应用软件,典型计算机控制系统组成框图,典型计算机控制系统举例,计算机过程控制系统,微型计算机控制的电动机调速系统,计算机数字程序控制系统,工业机器人,计算机过程控制系统,燃料,空气,锅炉,压力测量,温度测量,废气,废气分析仪,燃烧效率计算,微型计算机控制的电动机调速系统,隔离,放大,M,+,-,测速 发电机,垂直,+-,A/D,速度,调节器,电流,调节器,晶体管,调节器,三相交流电,同步,电流,互感器,A/D,计算机数字程序控制系统,控制台,光,电,隔,离,并,行,I/O,口,CPU,RAM,EPROM,驱,动,电,路,x轴步进,电动机,Y轴步进,电动机,传,动,机,构,机,床,工,作,台,工业机器人,中,央,计,算,机,知识库,摄像,图象,处理机,多关节,手臂,控制,计算机,行走,机构,控制,计算机,话筒,语言,识别机,扬声器,语言,合成器,显示,计算机,显示器,微机控制系统的分类,数据处理系统,操作指导控制系统,直接数字控制系统,(DDC),微机监督控制系统,(SCC),SCC+,模拟调节器控制系统,SCC+DDC,控制系统,分级控制系统,集散控制系统,微机控制网络,生产过程,测量,变换,测量,变换,采样器,A/D,变换器,主计算机,行式打印机,报警,外存储器,CRT控制台,数据处理系统,管理命令,报告,操作指导计算机,输出数据 测量数据,显示打印,A/D,多路开关,测量变换,生产过程,操作指导控制系统,生产过程,检测元件,多路开关,A/D,DDC微机,人工监督,给定值 测量值,报告,管理命令,D/A,反多路开关,DDC控制系统原理图,生产过程,测量变换,模 拟,调节器,模 拟,调节器,多路开关,A/D,SCC计算机,给定值 测量值,报告,管理命令,SCC+模拟调节器控制系统原理图,生 产,过 程,检测元件,多路开关,A/D,DDC,SCC计算机,给定值 测量值,报告,管理命令,D/A,反多路开关,SCC+DDC控制系统原理图,企业级经营管理计算机,管理指令,销售订货等数据,经济动向等数据,来自其他工厂的生产和库存数据,工厂级集中监督计算机,车间级监督计算机,装置级DDC计算机,输出通道,控 制 对 象,输入通道,测量,车间级监督计算机,装置级监督计算机,输出通道,控 制 对 象,输出通道,测量,到其他工厂的生产数据运输指令,到主管部门的数据显示,分级控制系统,高速数据通道,监督计算机,CRT操作站,基本调节器,控制对象,基本调节器,控制对象,集散控制系统,CC,中 央,计算机,SC,1,SC,2,SC,3,SC,4,SC,5,SC,6,SC,N,卫星计算机,微机控制网络,按控制规律分类,程序和顺序控制,比例积分微分控制（PID）,有限拍控制,复杂规律的控制,智能控制,微机控制技术的发展方向,系统辨识,:,工业过程的数学模型可通过过程的机理分析或试验测试的方法获得，前者为激励模型，后者为实验模型。,最优估计,:,以过程数学模型为基础，依据输入输出的在线测量数据来估计不可测的状态变量称为状态估计。由于测到的输入输出信息和模型本身都会被噪声污染，这种过程成为随机过程，其真实状态的估计就是最优状态估计，卡尔曼滤波器便是状态估计的最有效工具。,最优控制,:,生产过程中，常会要求以最少的消耗（能量或物料）得到最大的实效,。,一个典型的高级控制系统结构,输出Y(k),输入U(k),过 程,在线辨识,卡 尔 曼,滤波状态估计,基本的过程模型,X(0),X(k),计算机控制模式,一个典型的高级控制系统结构,输入U(k),hw1,有一Bang-Bang温控系统，要求T50度时，加热电炉丝；T50度时，不加热；直至T又45度时，重新开始加热。,1）试用逻辑电路及继电器设计一控制器，并画出完整的系统框图。,2）试用计算机作控制器，画出完整的系统框图，并编写相应的汇编程序。,设定温度,反馈量,控制器,温箱,检测装置,被控量,