《智能控制系統(tǒng)與工程》課件-2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

智能控制系統(tǒng)與工程復(fù)習(xí)自動(dòng)控制、人工智能、智能控制的關(guān)系自動(dòng)控制、智能控制、智能控制系統(tǒng)的定義自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成智能控制系統(tǒng)的組成智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)智能控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)的關(guān)系復(fù)習(xí)：智能控制的定義自動(dòng)控制：在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)按照預(yù)定的規(guī)律自動(dòng)運(yùn)行。智能控制：是采用智能化理論和技術(shù)驅(qū)動(dòng)智能機(jī)自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程。智能控制就是一類無需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。智能化理論和技術(shù)包括人工智能和智能計(jì)算的相關(guān)理論和技術(shù)。智能控制系統(tǒng)：用于驅(qū)動(dòng)智能以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的而無需操作人員干預(yù)的系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是人工智能、控制論、運(yùn)籌學(xué)和信息論等學(xué)課的交叉。復(fù)習(xí)：智能控制系統(tǒng)的組成復(fù)習(xí)：智能控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在實(shí)際工程系統(tǒng)中的應(yīng)用，離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)。智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心是智能控制算法，通過對(duì)計(jì)算機(jī)編程得到。智能控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)也是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，其中智能控制器部分就是按照智能控制算法編寫的計(jì)算機(jī)軟件。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)作為核心部件來實(shí)現(xiàn)部分或全部功能的自動(dòng)控制系統(tǒng)或過程控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)弄夠取代傳統(tǒng)的模擬儀器儀表以及很大一部分人工操作。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具備很強(qiáng)的計(jì)算和信息處理能力，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，提高生產(chǎn)效率。什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)為什么需要D/A和A/D模塊？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程計(jì)算機(jī)控制過程：利用傳感器將被控對(duì)象的被控物理量（如溫度、壓力、液位、流量、速度等）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再將這些電信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)給定輸入量、反饋量和控制算法得出控制量，并轉(zhuǎn)換為模擬量驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱被控對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)、變換和采集。2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析、比較和處理，按預(yù)定的控制規(guī)律運(yùn)算，進(jìn)行控制決策。3）實(shí)時(shí)輸出控制：根據(jù)控制決策，實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成系統(tǒng)控制任務(wù)或輸出其他有關(guān)信號(hào)，如警報(bào)等。10例：水塔水位控制過程分析數(shù)據(jù)采集：液位傳感器將水位轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號(hào)，通過程輸入通道傳遞給計(jì)算機(jī)?？刂茮Q策：計(jì)算機(jī)根據(jù)液位高低，經(jīng)過分析處理，決定采取什么樣的控制動(dòng)作?？刂戚敵觯河?jì)算機(jī)分析處理的結(jié)果經(jīng)過程輸出通道輸出給電磁閥，用于控制進(jìn)水管的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的控制調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)電磁閥進(jìn)水管例：空調(diào)溫度控制過程數(shù)據(jù)采集：溫度傳感器將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，通過程輸入通道傳遞給計(jì)算機(jī)?？刂茮Q策：計(jì)算機(jī)根據(jù)環(huán)境溫度和當(dāng)前設(shè)定溫度，經(jīng)過分析處理，決定采取什么樣的控制動(dòng)作?？刂戚敵觯河?jì)算機(jī)分析處理的結(jié)果經(jīng)過程輸出通道輸出給接觸器，用于控制空調(diào)壓縮機(jī)的啟停，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)溫度傳感器按鍵環(huán)境溫度設(shè)定溫度接觸器電動(dòng)機(jī)思考：分析智能溫室的控制過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)檢測(cè)由傳感器檢測(cè)過程參數(shù)，輸出與被測(cè)物理量成比例的電信號(hào)（4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流or1~5V標(biāo)準(zhǔn)電壓）；檢測(cè)過程狀態(tài)，由繼電器觸點(diǎn)的開閉或TTL電平的高低來表示；由串行或并行通信口直接接收數(shù)字量信息?？刂朴?jì)算機(jī)決策出控制量后可產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可由D/A轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可產(chǎn)生電平跳變?nèi)⑼?zhí)行機(jī)構(gòu)。人機(jī)交互為操控員進(jìn)行觀察（顯示、報(bào)表、警報(bào)）和操作（設(shè)定值、手動(dòng)調(diào)節(jié)、緊急處理）提供通道通信計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)=工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)+被控對(duì)象輸入通道及接口DI、AI輸出通道及接口DO、AO被控對(duì)象外存人機(jī)接口計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)主機(jī)過程通道及接口人機(jī)接口、外存軟件系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：基于微處理器的自動(dòng)控制裝置?？删幊炭刂破鳎≒LC）可編程調(diào)節(jié)器（單回路調(diào)節(jié)器SSC，智能調(diào)節(jié)器）單片微型計(jì)算機(jī)（SCM）總線式工控機(jī)（IPC）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是含有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的混合系統(tǒng)，屬于離散控制系統(tǒng)?？刂埔?guī)律通過計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，控制靈活性、適用性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以同時(shí)控制多個(gè)回路。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能現(xiàn)實(shí)復(fù)雜的控制規(guī)律，稱為智能控制系統(tǒng)，達(dá)到更高的控制質(zhì)量。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠靈活組網(wǎng)，組成大型控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制管理一體化。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象的大量參數(shù)巡回檢測(cè)、處理、分析、記錄及超限報(bào)警；計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的控制算法和檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出工操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案；不直接調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)直接數(shù)字控制系統(tǒng)DirectDigitalControl-DDC計(jì)算機(jī)通過測(cè)量元件對(duì)一個(gè)或多個(gè)物理量進(jìn)行巡回檢測(cè)，經(jīng)過程輸入通道輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律和給定值進(jìn)行運(yùn)算，然后發(fā)出控制信號(hào)通過過程輸出通道直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使被控量達(dá)到規(guī)定要求。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)監(jiān)督控制系統(tǒng)SupervisoryComputerControl-SCC在SCC中，由計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其他方法，計(jì)算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或DDC，最后由DDC或模擬調(diào)節(jié)器控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)DistributedControlSystem-DCS基本思想：分散控制、集中管理。系統(tǒng)從上到下分為分散過程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)和綜合信息管理級(jí)。分散控制，分散危險(xiǎn)，提高可靠性；積木式結(jié)構(gòu)，構(gòu)成靈活，容易擴(kuò)展；上位機(jī)采用顯示器，操作、監(jiān)視方便。控制級(jí)監(jiān)控級(jí)管理級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FieldbusControlSystem-FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)采用了兩層結(jié)構(gòu)“工作站-現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表”，完成了DSC的三層結(jié)構(gòu)功能，在統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下能夠真正的開放式互聯(lián)、互操作，實(shí)現(xiàn)了控制的徹底分散。信號(hào)傳輸全數(shù)字化，提高了可靠性。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)CIMS、CIPS既能直接面向過程完成控制和優(yōu)化任務(wù)，又能獲得全部生產(chǎn)信息進(jìn)行生產(chǎn)過程的綜合管理和指揮調(diào)度。這類系統(tǒng)除了常見的過程直接控制、現(xiàn)今控制和過程優(yōu)化外，還具有生產(chǎn)管理、計(jì)劃調(diào)度和產(chǎn)品訂貨、銷售、運(yùn)輸?shù)确莻鹘y(tǒng)控制的諸多功能。不再是局部?jī)?yōu)化，而是多目標(biāo)全局優(yōu)化。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展1946年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問世50年代末應(yīng)用于過程控制1962年，英國(guó)實(shí)現(xiàn)