計算機控制系統(tǒng)

1、2 1 !廠本章主耍內(nèi)彈A1.1計其機控制 系統(tǒng)的工作廉理和系統(tǒng)組成1.2計箕機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、借號及控制方式勺粉1.3計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點1.4計蘇機控制系統(tǒng)發(fā)艮、應用與分類狀況1.5計其機控制 理論與設計中6& 一些問題1.6計算機控制系銃、采樣系統(tǒng)及離敗系統(tǒng)的概念本章小結(jié)IS 口口口M處和帀4WM即刨恣初y桂劃RIH刃林對帀厲羽亠三筲沖sr&nraMgr新m肛里¥碎確徒帝 s詬 rry&竽曾耳參"A沖z vv wnrxj/x*垂箸宴n*解形 *甚 rrk盤X釜豐4U*用計莽機控制 系統(tǒng)基本工作原鍾天線指向控制系統(tǒng)可分為俯仰與方位兩個獨立 控制系統(tǒng)

2、。系統(tǒng)除了采用速度反飲外，控制歸還采用了滯 后-粗對等串聯(lián)校正網(wǎng)絡，該校正網(wǎng)絡利用僧為了使系統(tǒng)有優(yōu)更的動態(tài)及靜態(tài)待性，系統(tǒng)的 校正網(wǎng)絡及工作狀態(tài)的改變將WE常復雜，采用 棋擬式部件實現(xiàn)將艮困難的。7計蘇機控制系統(tǒng)基本工作尿嗎計算機控制系統(tǒng)與連續(xù)模擬系統(tǒng)類似，主要的差 另！J是用計算機系統(tǒng)取代了模扌以控偉U器。計算機系統(tǒng)主要包括：.將連續(xù)模扌以信號轉(zhuǎn)換為斷續(xù)的數(shù) 字二進制信號，送入計算機；。/人秋換4», 將計算機產(chǎn)生的數(shù)字指令信號轉(zhuǎn) 換為連續(xù)模扌以信號（直流電壓）并送給直流電機的 放大部件;. 數(shù)字計養(yǎng)機（包括硬件及相 應軟件），實現(xiàn)信號的按給定的算丿轉(zhuǎn)換處理以及工作狀態(tài)的邏輯管理,

3、 法程序產(chǎn)生相應的扌空制扌旨令。Hana區(qū)" 計芥機控制 系統(tǒng)基本工作原3町計算機控制系統(tǒng)的控制過程可以歸結(jié)為：. 實時數(shù)掲采集，rpA/D交換肆對反如營號及1&令信號 的瞬時值進行檢測和輸入；. 實時決策，即計養(yǎng)機按給心r法，依采集的tr息進 待控制 行為的決策，生成控制拒令；. 實時控制,即D/A變換靄根摒決篥結(jié)來,還時地向被 控對事輸出控制tr號。 “實時” ,Jt播信號的采集. 處理及指令榆出 at個運行過稅必須在一定的時間內(nèi)憲成，知粗 過一定的時間就失*了控制時機，控制就失去 了意義。所殊時間將依其體系銃待性確定。丿處京峨空就長丈診8門42 計算機控制系統(tǒng)基本組成A

4、計箕機控制系統(tǒng)的典型廉理結(jié)構(gòu)BB1-3 針奠機瘞料萊鋭的”至環(huán)壇魴構(gòu)BE1. 計箕機控制系銃的決件組成 計其機主機：計其機控制系統(tǒng)的核,中央處理器(CPU) -RAM, ROM夸符儲器.定時器-接口 適酉己歸, 顯示、扌丁印、操縱臺等<丿Q Q H fl9丿10C V2 計算機控制系統(tǒng)基本組云、 過程通道：模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器一數(shù)/ 模 (D/A) 轉(zhuǎn)換器信號調(diào)理電路功能： 傳感器將非電逼的物理疊變換成電 *, 該電査并不一定適合A/DJt接釆樣轉(zhuǎn)換， 常冊通過放大、波波等措施后，才能送入A/D 轉(zhuǎn)換器。數(shù)字量輸入通道或數(shù)字量輸出通道。<丿AAfd 131 H fl11C V2

5、計算機控制系統(tǒng)基本組云、 2計算機控制系統(tǒng)的軟件較件Jt計算機工作程序的總稱，實現(xiàn)信息采集、 處理及輸出功維各種程序的集合。系銃軟件：計箕機的通用軟件。M用軟件：系統(tǒng)軟件支持下實現(xiàn)各種應用功 并E的專用程序。包姑： 控制養(yǎng)法程序. 輸入輸出接口 程序、監(jiān)控程序 及信息筍理程序。通常，應用軟件由控制系統(tǒng)設計人員根摒所選用的 砥件及軟件環(huán)境和 系統(tǒng)要求開發(fā)編 寫o在構(gòu)成系統(tǒng)砥件及軟件時，耍充方保證系銃運空就良丈&1 計箕機控制系疑JU昆合1 D/A憑換肆通常包含升下述珂種殛式的 交換：.數(shù)字鮮碼把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為等值的模扌以脈二中信號；.仿號恢復扌巴解碼后的模扌以脈沖信號變?yōu)殡S時間連續(xù)變 化信

6、號（有的D/A先數(shù)字解碼后保持，有的先數(shù)字保持后 解碼）。在計算機內(nèi)，可分為時丿旬連續(xù)數(shù)字信號（如在內(nèi)存中保存的數(shù)字信號）；時間斷續(xù)的數(shù)字信號（如在處理器中的信號）o與連續(xù)模扌以系統(tǒng)不同，計算林控制系統(tǒng) 中 包含五 不中信號形式的變換，吱口圖15所示，具有六干中信形式，如表所示o號系 其k多種 1*號形式：計養(yǎng)機處一個數(shù)字式離散處理黯O披控對象及執(zhí)行部件.測量部件是連續(xù)棋擬式的 棋擬與數(shù)乎部 件組 成如昆冷親疑。 A/D桂換肆通的包含下述三種應式的憑換:“棋擬仿號采樣：按一定時間間稱對連綏估號采樣, 將其交成時間上是斷續(xù)的離散信號；此京峨空就長丈診_E量化 卜 屁碼 巴屮面訃丄斛碼保持卩BB1

7、5針奠機痙料茶統(tǒng)中T»號災疾 表11計芬機控語！J系統(tǒng)中信號開彳式 4* 編碼和解碼IXAffr號仍式的改變，看作無泯墓的夸效 憑塊，分析時可略去。 般耍的是采樣、畳化和保箱交換過租。采樣及保持涉及信號有、夭問題，影響系銃的傳遞 待性，是本質(zhì)問題，分析和設計時必須考慮?！傲炕狗绿柈a(chǎn)生泯菱并影 響系統(tǒng)的待性.當 字長校 長時影響1R<N, 初步分析和設計時可不予考慮。16斤2 CCS結(jié)構(gòu)、借號及控制方式的伶js2. 計算機控制系筑可以實現(xiàn)分時串行或并行控 制 連續(xù)控制系統(tǒng)中，控制髦通常都處由不同電路構(gòu)成的, 臺控制肆僅為一個控制 回路服務o 計莽機控制系兢中，一臺計莽機可同時控

8、制多個械控 對象或被控愛，即可為多個控制回路耳艮務O- 同一臺計算機禾J用依次巡回方法可以實現(xiàn)多路串 行控制;一 為了節(jié)省巡回日寸間也常采用分時并行*控制，每個 控制 回 路的控制 方式由 軟件來形成。咬口火炮位置計算機控需!J系統(tǒng)中高低瑋牙口方位角控需!J 器均由同一臺計慕機硬件實現(xiàn)。咬口分散牙口集中相結(jié)合的多層次控制，在分層控制中U均釆用對多的分時控制右視Q Q Q廠4.3 計蘇機控制 系統(tǒng)優(yōu)點1 易實現(xiàn)復雜控制規(guī)律計事機運箕速度快、精度高豐官的邏輯判斷和存儲 能力，蓉易實現(xiàn)復雜的控制規(guī)詐，如各種智能控制夸, 可以極大地提離系統(tǒng)性能O2.計箕機控制系兢的性價比離 一臺計界機可以實現(xiàn)復雜控制

9、規(guī)律并可同時控制多個 控制回路，因此，它的功能/價裕比值校離。3. 適應性強靈活性離廠4.3 計蘇機控制 系統(tǒng)優(yōu)點軟件可以對傳感靄待性進行修正與補償，提亦了精度。5. 控制與管理容易結(jié)合實現(xiàn)更離層次的自動化 利用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)構(gòu)成計養(yǎng)機控制與管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn) 過程與經(jīng)營的穆理控制一體化。6. 系址可靠性和蓉錯施力高 計養(yǎng)機控制系兢實現(xiàn)自動檢測和故障診斷校方便，提 3T 了系兢的可靠性和容錯及維修能力。計箕機控制系統(tǒng)一些峽點與不足抗干擾能力較低;扌擊入數(shù)字普鬥牛,信號復雜,咗殳計實現(xiàn)有一定困難。a a a18廠1.4 CCS的發(fā)殃、應用與分類 A本節(jié)主耍內(nèi)容1.4.1計箕機控制 系銃發(fā)艮概況1.4.

10、2 計再機控制汞統(tǒng)應用極靈1.4.3 計蘇機控制 系統(tǒng)分類19C444計蘇機控制系統(tǒng)發(fā)展極況1 開創(chuàng)時期（1955-1962年）堆于Jt接參與系統(tǒng)的閉環(huán)控制o計蘇機的主要任務是尋求JU佳運行條件。2Jt接數(shù)字控制時期（1962-1967年）計算機直接控制祓控過程的交*,取代了原來的棋擬 控制，因而披稱為直接數(shù)字控制 （DDC）o3小型計算機時期（1967-1972年）各種 類 at適合工業(yè)控制的小 at計算機°許多小宓工程項目. 設備采用計算機控制系統(tǒng)。4微型計算機時期（1972年至令）微宓處理務件參與控制，使計算機控制系統(tǒng)傅劇更 普及的應用。20Ca.4.4計算機控制系統(tǒng)發(fā)展概況、

11、 5集敗型控制微型計蘇機性能提離，價格下枠認及計共機遍傳和網(wǎng) 絡的發(fā)展，促使發(fā)展一種許多相關(guān)聯(lián)的微計蘇機組合 共同負擔工作負荷的系統(tǒng)，形成了目對廣疋應用的來 成分散at控制系兢。微型計蘇機的發(fā)艮和*及，促進發(fā)展了許多新 型計蘇機的控制方式。如聯(lián)入式計蘇機控制系銃；網(wǎng)絡計其機控制； 專用 控制 靄迅速的發(fā)展。a a a23過去的幾十年炊件生產(chǎn)的不大。HI a H H丿21C444計算機控制系統(tǒng)發(fā)艮極況Cq.4.2 計蘇機控制系統(tǒng)應用概況、計芥機控制系統(tǒng)應用概況(b)V2542計芥機控制系統(tǒng)應用概況、現(xiàn)代工廠 自動化中，廣廷使用計箕機實現(xiàn)分散 控制和集中監(jiān)視系統(tǒng)。)空就長丈$Hl n H H25

12、42計芥機控制系統(tǒng)應用概況、"43計卯機控制系統(tǒng)分類1 宜接數(shù)字控制(Direct Digital Control, DDC)JR統(tǒng)計芥機取代常規(guī)棋擬式控制 »而宜接對生產(chǎn)過程或披 控對李進行控制。要求實時性好. 可站性髙和環(huán)境性強。BH1-11 JI接敦宇挫IW來筑丿2728/1.4.3 計算機控制系統(tǒng)分類A2.計蘇機監(jiān)3&控制(Supervise Control by Computer, SCC)系銃針對某一生產(chǎn)過程或披控對象，依生產(chǎn)過程的各種狀 態(tài)，按生產(chǎn)過程的數(shù)學模型科給定指標要求，進行優(yōu)化 分析計養(yǎng)，產(chǎn)生最佳設定值，并將其自 動地作為執(zhí)行級 DDC的設定控

13、制目標值，由DDC行使控制。被控對象控制反鍛B(tài)E1-12計莫機堪督挫杓乘鋭顯示 記親 打印U.4.3 計莽機控制 系統(tǒng)分類A3分散型計箕機控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS)應用以多臺計養(yǎng)機為基礎(chǔ)的分散型控分散控制基礎(chǔ)上的 又形成了來散竺計養(yǎng) 機控制系統(tǒng)，又稱為 分散型緣合控制系統(tǒng)(Total DCS) o“控制要分散，垛作中心被控過程BE1-13分敢型針:M機痙利乘就監(jiān)控計理汁并機K制WJSS為連敵厳通逍押制松理計外機許理計林機i再速數(shù)據(jù)通逍過程 控制單元過程 控制單元北倉機空機長丈$m n n h門 .5計算機控制 系統(tǒng)的理論與設計問題、本節(jié)主耍內(nèi)容1

14、.5.1 計蘇機控制系統(tǒng)的理論方I題處京機空峨氏丈$1.5.2計蘇機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)計尊機控制系統(tǒng)的理論問題A1. 若被控對象是時不憑線性系統(tǒng), 通的所聒成6& 連續(xù)控制系統(tǒng)也Jt時不變系統(tǒng)。但當將共改適成 計箕機控制系統(tǒng)后, 它的時間 響應與外作用6&作 用時刻和采樣時刻Jt否同步* 關(guān)。BE1-14采樣茶筑的時災糟Hat31時鋰同步A/DCPUD/AGt/s(C)處豪峨空峨長丈診BB1-15針翼機挫IW萊筑的 正弦澈勵聃血丿廠1.5.4計芥機控制系統(tǒng)的理論問題、2 眾所扃知，連續(xù)系銃在正弦輸入信號的澈勵下，穩(wěn)態(tài)輸 出為問頻率的正弦TT 豐 但對計其機竣制歡址而古，其 穩(wěn)

15、態(tài)正弦響 應貝!J與輸入估號頻卒和 采樣周 期 于T關(guān)。廠I.5.1計蘇機控制系統(tǒng)的理論問題、3 一個穩(wěn)定的連續(xù)時不先系統(tǒng)，達到穩(wěn)態(tài)的時間應 JL夭卩艮長的，它的響應是多個指數(shù)函數(shù)之和。計 蘇機控制系統(tǒng)，通過設計卻可以實現(xiàn)在有卩艮的采 樣間隔內(nèi)（即有限時間內(nèi)）達到穩(wěn)態(tài)值，獲得比 連綏樂統(tǒng)更好的性牝。廠1.5.4計算機控制系統(tǒng)的理論問題4一個連續(xù)系銃是可控可觀的，將其憑成計蘇機控制系銃時，若采樣間隔時間選取的不合運，則可龍余更訝不可罡£。如 08繞地球運動的同步衛(wèi)星，其運動冏期初天，對其實現(xiàn)靳續(xù)控制，控制間WW時間為1天，則衛(wèi)JIL址不可控的。5系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是值傅關(guān)注的問題?？傊涸?/p>

16、計蘇機控制系統(tǒng)中，由于信號的采樣，所產(chǎn)生 的一些現(xiàn)Jfc夭法用連續(xù)控制理論解釋科說明，必 須采用與采樣K關(guān)的理論進行說明和解釋。 在計養(yǎng)機控制系統(tǒng)中字長齊卩艮的問題。由于數(shù)字字長有限，在共些情況下，將金使計蘇機控制系銃響應嚴土極卩艮環(huán)振蕩。Of .5.4 計算機控制系統(tǒng)的理論問題、了彳52計算機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)、 計算機控制 系統(tǒng)是一種浪/Affr號系統(tǒng)。 從AAF點來看，將計算機系統(tǒng)看作熙箱，系統(tǒng)可以看BB1-18 廿奠機挫料乘就*玫ar構(gòu)乃52計奪機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 在實際工程設計時*兩種設計方法:1連續(xù)域設計一離敗化方法將計事機控制系疑看成是述續(xù)系在進計 謁劇連續(xù)控制器。采用不間

17、方法將其數(shù)字化（離效化）。目亢r常用的近似設計方法o2. Jt接數(shù)字域（離散域）設計將系軟*成長純離散借號系翁I,克接在離散域進行設 計，停到數(shù)字控制器。"準硝的設計方法，日益受 正硝堆擇采樣間稱時間是冊買伶別魚視的問題。處京峨空峨氏丈診a a a a38北京4t玄覘長丈$a n n fflC 4.6采樣系統(tǒng)與離散系統(tǒng)概念 計蘇機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可在禺15的基礎(chǔ)上簡化為09 119所示結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為采樣系統(tǒng)。 采樣系統(tǒng)定義為動態(tài)子系統(tǒng)集合，系統(tǒng)中某些信 號在一點或多點足以時間離敖序列出現(xiàn)的，在另 外一些點上，估號是以時間連續(xù)信號形式出現(xiàn)的。BH1-19M 機據(jù)1W乘就筒比結(jié)鈣BB乃.6釆樣系統(tǒng)與離散系統(tǒng)概念A 基個系統(tǒng)輸入輸出均為采樣信號，系統(tǒng)可以4T為時間離散系統(tǒng)。通常，當系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)之間的1*號全為時間離敗侑號時，稱其為離散時間系