計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)高金源第章

1CH1緒論主要內(nèi)容1.1概述

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義、組成、典型結(jié)構(gòu)應(yīng)用分類及特點(diǎn)發(fā)展概況1.2課程內(nèi)容介紹21.1概述

實(shí)例典型模擬式雷達(dá)天線指向位置跟蹤系統(tǒng)圖1-1雷達(dá)天線指向位置跟蹤系統(tǒng)31.1概述精確跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，必須保證天線準(zhǔn)確的定向。天線指向控制系統(tǒng)可分為俯仰與方位兩個(gè)獨(dú)立控制系統(tǒng)。系統(tǒng)除了采用速度反饋外，控制器還采用了滯后-超前等串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)，該校正網(wǎng)絡(luò)利用常規(guī)的有源模擬運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。為了使系統(tǒng)有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)特性，系統(tǒng)的校正網(wǎng)絡(luò)及工作狀態(tài)的改變將非常復(fù)雜，采用模擬式部件實(shí)現(xiàn)將是很困難的。41.1概述計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了原控制系統(tǒng)中控制器及指令生成裝置的作用。圖1-2雷達(dá)天線指向位置跟蹤系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖51.1概述1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的定義

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ComputerControlSystem,簡(jiǎn)稱CCS）：

應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對(duì)象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)通常指數(shù)字計(jì)算機(jī)，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)。

輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測(cè)裝置、執(zhí)行裝置等所謂“聯(lián)系”，可以是有線方式，如通過(guò)電纜的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行聯(lián)系；也可以是無(wú)線方式，如用紅外線、微波、無(wú)線電波和光波等進(jìn)行聯(lián)系。6

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ComputerControlSystem,簡(jiǎn)稱CCS）：

應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對(duì)象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。

被控對(duì)象，范圍很廣，包括各行各業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程、機(jī)械裝置、交通工具、儀器儀表和家用電器等。

控制的目的可以是使被控對(duì)象的狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)過(guò)程達(dá)到某種要求，也可以是達(dá)到某種最優(yōu)化目標(biāo)。7閉環(huán)控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)用數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8從本質(zhì)來(lái)看，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程歸結(jié)為：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，即A/D變換器對(duì)反饋信號(hào)及指令信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入；實(shí)時(shí)決策，即計(jì)算機(jī)按給定算法，依采集的信息進(jìn)行控制行為的決策，生成控制指令；實(shí)時(shí)控制，即D/A變換器根據(jù)決策結(jié)果，適時(shí)地向被控對(duì)象輸出控制信號(hào)?！皩?shí)時(shí)”，是指信號(hào)的采集、處理及指令輸出整個(gè)運(yùn)行過(guò)程必須在一定的時(shí)間內(nèi)完成，如超過(guò)一定的時(shí)間就失去了控制時(shí)機(jī)，控制就失去了意義。所需時(shí)間將依具體系統(tǒng)特性確定。9

★在線控制－－計(jì)算機(jī)對(duì)受控對(duì)象或受控生產(chǎn)過(guò)程，能夠行使直接控制，不需要人工干預(yù)的都稱之為控制計(jì)算機(jī)在線控制或稱聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)

★實(shí)時(shí)控制－－指受控對(duì)象或受控過(guò)程，每當(dāng)請(qǐng)求處理或請(qǐng)求控制時(shí)，控制機(jī)能及時(shí)處理并進(jìn)行控制的系統(tǒng)。常用在生產(chǎn)過(guò)程是間斷進(jìn)行的場(chǎng)合，如煉鋼，每煉一個(gè)爐鋼是一個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程都重復(fù)進(jìn)行，只有進(jìn)入過(guò)程才要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)一旦進(jìn)行控制，就要求對(duì)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程的信息在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)或控制。綜上，一個(gè)在線系統(tǒng)并不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)必是一個(gè)在線系統(tǒng)。補(bǔ)充術(shù)語(yǔ)：

★離線控制－－計(jì)算機(jī)沒(méi)有直接參與控制對(duì)象，只是對(duì)其狀態(tài)檢測(cè)，并處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，而后制定出控制方案，輸出控制指示，操作人員參考控制指示，手動(dòng)操作使控制部件進(jìn)行控制103.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(CCS)組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由控制部分和被控對(duì)象組成，其控制部分包括硬件部分和軟件部分，這不同于模擬控制器構(gòu)成的系統(tǒng)只由硬件組成。輸入輸出通道生產(chǎn)過(guò)程裝置主機(jī)外部設(shè)備11硬件部分：●被控對(duì)象；●測(cè)量裝置；●執(zhí)行機(jī)構(gòu)；●計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（主機(jī)和輸入輸出通道）；●外部設(shè)備。3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(CCS)組成12系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、開發(fā)系統(tǒng)等。應(yīng)用軟件：

●過(guò)程監(jiān)視程序：巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、操作面板服務(wù)、數(shù)字濾波、過(guò)程分析等；●過(guò)程控制程序:控制算法、事故處理和信息管理（信息生成調(diào)度、文件管理及輸出、打印、顯示等）；●公共服務(wù)程序:基本運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、數(shù)碼轉(zhuǎn)換、格式編碼等3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(CCS)組成軟件部分：134.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用分類

根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)及控制目的和系統(tǒng)構(gòu)成的不同，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)中的典型應(yīng)用大致可分為下述幾類：①操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)）優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全可靠。缺點(diǎn)：要由人工進(jìn)行操作，操作速度受到了人為的限制，并且不能同時(shí)控制多個(gè)回路。該系統(tǒng)常用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試階段，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)、處理及試驗(yàn)新的數(shù)學(xué)模型，調(diào)試新的控制程序等?！裆a(chǎn)過(guò)程集中監(jiān)視●操作指導(dǎo)14②直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC

這是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。巡回檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行，與設(shè)定值進(jìn)行比較，再進(jìn)行控制運(yùn)算，輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)直接參與生產(chǎn)過(guò)程的控制，所以要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，這是我們研究的主要對(duì)象。15③計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）

SCC系統(tǒng)是2級(jí)計(jì)算機(jī)控制，它是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。其中直接數(shù)字控制完成生產(chǎn)過(guò)程的直接控制；監(jiān)督計(jì)算機(jī)則根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程工況和已知的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行優(yōu)化分析，產(chǎn)生最優(yōu)設(shè)定值，作為直接數(shù)字控制的指令信號(hào)。16④分散貫式計(jì)銅算機(jī)謀控制織系統(tǒng)劍（DC仙S）--增--原則躺：“控制蘇要分崗散，管理江要集得中”--作--特點(diǎn)癢：可靠辯性高邊、速阿度快廳、結(jié)糧構(gòu)靈難活，菜易于燒擴(kuò)展扇、設(shè)挨計(jì)、鵝開發(fā)悔、維偷護(hù)簡(jiǎn)瀉便17185.企CC哈S特點(diǎn)耗及優(yōu)皺點(diǎn)●特點(diǎn)1.系統(tǒng)員結(jié)構(gòu)合與信史號(hào)特差點(diǎn)：親混合損系統(tǒng)恐（部給件、豪信號(hào)伙）；2.系統(tǒng)寇工作主方式喊特點(diǎn)進(jìn)：多聲回路奴；●優(yōu)跡點(diǎn)1.避免鳳模擬消實(shí)現(xiàn)扎的困劇難，慢方便脹復(fù)雜崗計(jì)算侄，容莫易控炊制規(guī)籌律靈掘活多潛樣；2.能夠個(gè)實(shí)現(xiàn)熄數(shù)據(jù)言統(tǒng)計(jì)幟和工普況顯級(jí)示，攪用戶吃界面蒸有效；3.性能越價(jià)格毒比高堵；4.適應(yīng)離性強(qiáng)引，靈搬活性歇高。19l起源計(jì)算睛機(jī)控?fù)屩萍枷胄g(shù)是儉自動(dòng)樸控制態(tài)理論澡與計(jì)擋算機(jī)窮技術(shù)庭結(jié)合芳的產(chǎn)圈物。19晨50年前待后：鑄數(shù)字遠(yuǎn)計(jì)算擇機(jī)作尺為控創(chuàng)制系套統(tǒng)的品部件系統(tǒng)妻基本并功能先：使用反應(yīng)弓器的哥壓力刺最小燦，確坑定對(duì)5個(gè)反開應(yīng)器滲供料酒的最吃佳分綱配，墾根據(jù)崖催化蹈劑活挎性測(cè)肢量結(jié)屢果來(lái)呼控制滅熱水勁的流木入量樂(lè)，以露及確電定最孩佳循廉環(huán)在早紐奉期的妹航空塔應(yīng)用落中研表制出較了一送些專禁用計(jì)噸算機(jī)20世紀(jì)50年代巴中期閱：在邁過(guò)程鉛控制劫中采趨用數(shù)秒字計(jì)淋算機(jī)19包56年3月，雞湯姆盼森·拉莫·伍爾摩里奇懼（TR貪W）航嗓空公橋司與宇得克尼薩柯宇（Te丈xa伍co）公令司聯(lián)牙合提哨出了蓄一個(gè)亦可行窮性研爽究報(bào)頃告設(shè)計(jì)厘出采掙用RW值-3押00計(jì)算毀機(jī)的脈聚合敵裝置巴計(jì)算銅機(jī)控屯制系譜統(tǒng)，19因59年3月12日在字線運(yùn)茄行。乖它控凳制26個(gè)流貝量、72個(gè)溫架度、3個(gè)壓慨力和3個(gè)成革分。6.瓦C鋼CS起源耗與發(fā)包展20l發(fā)展■開創(chuàng)奧期—約19貫55年■直接叢數(shù)字父控制早期—約19違62年n小型銷計(jì)算半機(jī)時(shí)稀期—約19認(rèn)67年n微型璃計(jì)算嶄機(jī)控渣制期—約19幅72年n計(jì)算呼機(jī)控恨制的疾普遍膨應(yīng)用筐期—約19付80年n集散狠型控嚷制期—約19蘭90年n進(jìn)一頁(yè)步發(fā)第展—全廠朽監(jiān)督頃和控懂制21■開創(chuàng)騾期—約19錦55年計(jì)算努機(jī)發(fā)砍展水六平：軟計(jì)算遙機(jī)系餃統(tǒng)速闊度慢蠶、價(jià)腦格貴妻，也希不可滿靠監(jiān)督菠操作誕方式麥：操鳳作指涂導(dǎo)式湖且設(shè)和定值枝控制局限擺性：跑計(jì)算師機(jī)的蛙潛能哲沒(méi)有校得到丟充分螞發(fā)揮沖，需身要常白規(guī)的階模擬進(jìn)控制徹設(shè)備計(jì)算或機(jī)的定作用屑：顯哨示、龜報(bào)警19黎55年，求美國(guó)殃湯姆章森·拉莫·伍爾快里奇屆（TR勿W）航播空公遵司與秒得克匯薩柯薄（Te員xa同co）公釣司合鼠作進(jìn)惰行計(jì)孝算機(jī)另過(guò)程膽控制撞研究征。經(jīng)勞過(guò)3年，設(shè)計(jì)銀出采竟用RW動(dòng)-3拆00計(jì)算封機(jī)的磨聚合帆裝置蛇計(jì)算瘋機(jī)控憤制系昨統(tǒng)，蓋它控白制26個(gè)流打量系蘆統(tǒng)、72個(gè)溫掌度系啟統(tǒng)、3個(gè)壓欺力系趴統(tǒng)和3個(gè)成罵分。系統(tǒng)澆基本大功能蝦：使迷反應(yīng)污器的壞壓力沉最小鞏，確始定對(duì)5個(gè)反論應(yīng)器六供料裹的最獎(jiǎng)佳分董配,根據(jù)碼催化臘劑活放性測(cè)塊量結(jié)物果來(lái)?yè)峥刂聘蔁崴?cái)?shù)牧麟S入量凝，以坑及確魂定最奔佳循宅環(huán)22■直接栽數(shù)字滲控制米期（DD時(shí)C）—約19暈62年代表懸產(chǎn)品配：19梅62年，嗽英國(guó)勾的帝霉國(guó)化園學(xué)工撕業(yè)公崗司（IC猜I）制觸造的百裝置桌，過(guò)林程控蒙制中狼的全掉部模壯擬儀聯(lián)表由浸一臺(tái)揪計(jì)算希機(jī)來(lái)?yè)翊鎿?。?jì)羽算機(jī)藥直接揚(yáng)測(cè)量22彎4個(gè)變兼量和殊控制12傘9個(gè)閥硬門直接以數(shù)字姿控制首：計(jì)魄算機(jī)案直接怖控制脆生產(chǎn)備過(guò)程優(yōu)點(diǎn)寄（1）新盯增控得制成算本低通：多練回路（2）系綱統(tǒng)設(shè)梢備變型更維糞護(hù)方摘便：漏板卡晨替換（3）程蛾序更齒改靈罵活：鉛修改釣程序缺點(diǎn)龜：難踏于實(shí)鎖現(xiàn)特妨殊的托控制采策略意義膛：是顆計(jì)算勝機(jī)控糟制系白統(tǒng)發(fā)剪展方冤向上頁(yè)的重菊大變咽革，非這種故系統(tǒng)裹著重伶關(guān)心勝的是右基本父的控呼制功芬能。23n小型偽計(jì)算燈機(jī)時(shí)未期—約19江67年出現(xiàn)筋了各疏種類直型適睡合工沿業(yè)控箭制的坐小型爹計(jì)算品機(jī)。代表采：CD菊C1喪70饒0計(jì)算昏機(jī)n微型辭計(jì)算泄機(jī)控瓜制期—約19嶺72年微機(jī)為的出蓬現(xiàn)和竭發(fā)展?fàn)C，使糊計(jì)算命機(jī)控雜制系訴統(tǒng)得維到更明為普床及的偷應(yīng)用仙。應(yīng)用紛領(lǐng)域孟：電鉗力、址過(guò)程激控制為、制嘉造、喚運(yùn)輸柜以及氣娛樂(lè)象行業(yè)帝的控蛋制、屑生產(chǎn)谷和分惑配的金全部滋領(lǐng)域n集散策型控?cái)刂疲―C慣S）組成寄：過(guò)鞭程站戚、操路作站那、輔渡助站巡壽點(diǎn)、蒜通信隙網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)侮：易燙于并職行運(yùn)轎行多風(fēng)項(xiàng)任乒務(wù)來(lái)棵提高梨系統(tǒng)允的性算能代表竊：TD貪C2貴00怖0網(wǎng)絡(luò)恰技術(shù)扣、微竿機(jī)的傾發(fā)展仿和普受及，績(jī)促進(jìn)搞發(fā)展偵了許憂多新瀉型計(jì)關(guān)算機(jī)平的控律制方捎式。247.計(jì)算章機(jī)控體制系煤統(tǒng)應(yīng)門用概鳥況廣泛廣地用不于各血種不弱同的光工業(yè)鴉生產(chǎn)截；廣泛籮用于橡海陸閑空和更航天焰等國(guó)格防現(xiàn)杠代化頭的各蝦種武湯器裝爬備中墾；迅速宗地滲辰透用偷于現(xiàn)幕代生極活的甲各式扒各樣形的產(chǎn)牛品中--剖-各種責(zé)用途寫的機(jī)刑器人鼠系統(tǒng)透；25應(yīng)用:以計(jì)線算機(jī)巖為核虛心的皮復(fù)雜株飛行對(duì)控制昨與飛摘行管紗理系李統(tǒng)現(xiàn)代貸民用呈飛機(jī)例座艙鬼數(shù)字鍋控制套電子偽設(shè)備飛機(jī)儲(chǔ)飛行尾高度愉計(jì)算茶機(jī)控道制系低統(tǒng)26--體-各種塵空間英飛行椒器的趁控制沃；--釣-現(xiàn)代蜓工廠車自動(dòng)懷化中支，廣藍(lán)泛使齡用計(jì)折算機(jī)逆實(shí)現(xiàn)捕分散御控制脅和集鬧中監(jiān)設(shè)視系選統(tǒng)。7.計(jì)算爹機(jī)控記制系漢統(tǒng)應(yīng)怎用概耽況271.設(shè)計(jì)躲方法計(jì)算前機(jī)控稈制系熟統(tǒng)是卷一種湯混合榴信號(hào)映系統(tǒng)1.岸2課程猜內(nèi)容被控對(duì)象D/AA/DCPUAA’D/AA/D被控對(duì)象CPUB’B圖（a）圖（b）從圖狂（a）中AA沫’來(lái)看結(jié)，將移計(jì)算違機(jī)系濟(jì)統(tǒng)看減作黑儀箱，吃系統(tǒng)顯可以窩看成悲是連扁續(xù)系遺統(tǒng)；從圖扔（b）中BB查’來(lái)看訴又可差將其傲看成栽離散蹲信號(hào)暢系統(tǒng)伙，因霉此在射實(shí)際糕工程瓶設(shè)計(jì)檔時(shí)亦寨有兩遷種方艇法。28一、連續(xù)域設(shè)販計(jì)離蜂散化方法——近似速實(shí)現(xiàn)悉方法--參-將計(jì)行算機(jī)殊控制至系統(tǒng)產(chǎn)看成依是連尿續(xù)系例統(tǒng)，紋在連植續(xù)域上額設(shè)計(jì)攪得到滿連續(xù)濱控制蹲器。--鈴-采用份不同州方法盡將其偵數(shù)字?；ㄐU離散傾化)。--還-目前蛙常用偽的近寫似設(shè)然計(jì)方帶法搖。二、險(xiǎn)直接數(shù)字撫域（制離散篇域）設(shè)計(jì)——精確催設(shè)計(jì)活方法--秤-將系神統(tǒng)看洪成是辨純離奶散信禿號(hào)系樣統(tǒng)，榨直接狗在離行散域行農(nóng)設(shè)計(jì)童，得隨到數(shù)距字控憂制器訓(xùn)。--介-準(zhǔn)確丟的設(shè)呼計(jì)方協(xié)法，寸日益靠受到