《计算机控制技术》全套PPT电子课件教案-第一章 绪论.ppt

2019/4/8,第一章 绪 论,1,计算机控制技术,班级：电气9901/02/03/04 教师：自动化工程系,2019/4/8,第一章 绪 论,2,课程概述,学习本课程的必要性 本课程涵盖的相关基础知识 本课程主要内容及进度安排 主要参考源,2019/4/8,第一章 绪 论,3,1.学习“计算机控制技术”的必要性,(1)计算机控制技术的重要性 (2)知识的系统性与联贯性 (3)综合运用各种知识、技术分析问题、解决问题的能力,2019/4/8,第一章 绪 论,4,2.本课程所涵盖的相关基础知识(1),(1)计算机控制系统(ccs, computer control system)组成,2019/4/8,第一章 绪 论,5,本课程涵盖的相关基础及知识(2),计算机技术,控制理论,工程技术,自动化仪表,ccs,(2)相关基础及知识,2019/4/8,第一章 绪 论,6,本课程所涵盖的相关基础知识(3),计算机技术 （包括硬件、软件、网络、通讯等） 自动控制理论 （包括系统建模、控制理论、仿真等） 检测技术及仪表 工程技术 （包括对象背景知识、工程设计与实施等）,2019/4/8,第一章 绪 论,7,3.本课程主要内容及进度安排,课程简介（1学时） 绪论（3学时） 输入输出接口技术（6学时） 数字控制器设计（8学时） 总线、通讯与网络技术（8学时） ccs软件基础（ 4+2学时） ccs的设计与实施（4学时）,2019/4/8,第一章 绪 论,8,4.主要参考源,(1)各类参考源：参见电力传动自动控制系统课件 (2)参考书 ccs理论与设计（第3版） 清华大学出版社 k.j.astrom等著 电子工业出版社 周兆英等译 ccs理论、设计与实例 北京航空航天大学出版社 高金源著 监控组态软件及其应用 清华大学出版社 马国华,2019/4/8,第一章 绪 论,9,第一章 绪论 introduction,2019/4/8,第一章 绪 论,10,本章主要内容,ccs的一般概念 ccs的分类 ccs的设计与实现 ccs的发展概况与趋势,2019/4/8,第一章 绪 论,11,第一节 unit 1,ccs的一般概念 introduction of ccs,2019/4/8,第一章 绪 论,12,本节主要内容,ccs的概述 ccs的信号特点 ccs的组成 ccs的效益,2019/4/8,第一章 绪 论,13,1-1-1 概述（1）,1.常规控制系统工作原理,控制依据：e 目的：减少或消除e,2019/4/8,第一章 绪 论,14,1-1-1 概述（2）,2. ccs工作原理,p1,2019/4/8,第一章 绪 论,15,1-1-1 概述（3）,3. ccs工作方式 在线形式与离线形式:实时性 4.计算机在cs中的主要作用 (1)进行实时数据处理 (2)对生产过程实施实时控制 (3)对生产过程进行监督与管理,2019/4/8,第一章 绪 论,16,1-1-1 概述（4）,5. ccs的主要优点 (1)组成方式灵活 (2)能实现复杂的控制规律 (3)获取更大的经济效益 (4)为企业综合自动化打下良好的基础,2019/4/8,第一章 绪 论,17,1-1-2 信号特点（1）,1. ccs的信号形式,相关概念：时间上-采样，幅值上-量化 p53-55,2019/4/8,第一章 绪 论,18,1-1-2 信号特点（2）,2019/4/8,第一章 绪 论,19,1-1-2 信号特点（3）,2.ccs中的量化 (1)定义：将离散模拟信号用二进制代码逼近为数字信号的过程 如采样值y*(t) y(kt) (2)相关概念 量化单位q q=m/2n ，m为被转换的模拟量（电）信号满量程， n为adc的位数 量化误差 e=q/2,2019/4/8,第一章 绪 论,20,1-1-2 信号特点（4）,3.ccs的采样(sampling)过程,!区分 t（采样周期），（采样器接通时间）,2019/4/8,第一章 绪 论,21,1-1-2 信号特点（5）,(1)ccs采样的合理性 条件： t 理想采样器（接通r 0，开路r ） y*(t)复现y(t)在采样瞬间的值 t满足香农定理 量化(adc)后， y*(t) y(kt), k=1，2， 结论：y*(t) 与y(kt)只相差e,2019/4/8,第一章 绪 论,22,1-1-2 信号特点（6）,(2)从调制的角度分析采样 设(t-kt) 是 t=kt时刻的理想采样脉冲，则,y*(t)只与y(t)在脉冲出现瞬间kt的值y(kt)有关,2019/4/8,第一章 绪 论,23,1-1-2 信号特点（7）,4.信号的保持 p51-53 (1)目的：将离散采样信号恢复为被控对象能够感知的连续模拟信号 (2)方法：采用保持器(hold unit )，由现在或过去时刻的采样值, 用某种函数去逼近2个采样时刻间的原信号 常用的保持器：零阶（常数)、一阶(线性函数)、高阶（抛物线）,2019/4/8,第一章 绪 论,24,1-1-2 信号特点（8）,(3)零阶保持器恢复信号的示意图,算式yh(kt+t)=y(kt) 0tt, k=0, 1, 2, 特点 只是简单地外推 应用 只有t足够小才能较好地恢复原信号。,?高阶恢复效果,2019/4/8,第一章 绪 论,25,1-1-3 ccs的组成,p2,2019/4/8,第一章 绪 论,26,1-1-4 效益（1）,1.可计算效益部分 (1)增加产量或可处理量 (2)改善产品的质量 (3)降低能源消耗与原料消耗, 减少成本 (4)提高设备的利用率, 维修要求降低 (5)节省劳动力 投资回收周期：12年或几个月,2019/4/8,第一章 绪 论,27,1-1-4 经济效益（2）,2.不可计算效益部分 (1)企业的知名度 (2)操作人员的整体素质 (3)操作人员的安全 (4)对工况改变的适应性(柔性, flexibility) (5) 及时预报与妥善处理过程与设备的事故 (6)生产和管理的有关信息能及时获得并加以利用 (7)减少对环境产生的污染,2019/4/8,第一章 绪 论,28,第二节 unit 2,ccs的分类 classification of ccs,2019/4/8,第一章 绪 论,29,本节主要内容,计算机巡回检测和操作指导系统 计算机直接数字控制系统 计算机监督控制系统 计算机集散控制系统 现场总线控制系统 工业过程计算机集成制造系统（流程cims） 根据计算机的硬件不同分类,2019/4/8,第一章 绪 论,30,1.计算机巡回检测和操作指导系统,1-2-1 ccs的分类(1),2019/4/8,第一章 绪 论,31,2.计算机直接数字控制系统 ddc, direct digital control,1-2-2 ccs的分类(2),p5,2019/4/8,第一章 绪 论,32,3.计算机监督控制系统 scc, supervisory computer control,1-2-3 ccs的分类(3),最佳给定值,p5,2019/4/8,第一章 绪 论,33,1-2-4 ccs的分类(4),4.计算机集散控制系统 dcs, distributed control system,散-控制：地理和功能上分散的 集-监视、管理,p11,2019/4/8,第一章 绪 论,34,1-2-5 ccs的分类(5),5.现场总线控制系统(fcs, fieldbus control system) 现场总线:连接现场智能设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 目前比较有影响的现场总线标准有profibus、interbus、can、ff、lonworks等,2019/4/8,第一章 绪 论,35,1-2-6 ccs的分类(6),6.计算机集成控制系统（cims） p11,2019/4/8,第一章 绪 论,36,1-2-7 ccs的分类(7),7.根据计算机的硬件不同分类 (1)基于单片机 (2)基于ipc (industrial process control) (3)基于plc p11 (4)基于各种类型dcs (5)基于现场总线仪表的fcs,2019/4/8,第一章 绪 论,37,第三节 unit 3,ccs的设计与实现 design and implementation of ccs,2019/4/8,第一章 绪 论,38,本节主要内容,设计ccs的一般步骤 ccs的分析和设计方法,2019/4/8,第一章 绪 论,39,1-3-1设计ccs的一般步骤,总体设计 建立数学模型 控制系统综合 计算机硬件与控制系统工程化设计 计算机软件设计 系统仿真、调试与完善 建立整个系统的技术文档,并行性,2019/4/8,第一章 绪 论,40,1-3-2ccs分析和设计的方法,p86-87 1.基于连续系统间接式 按连续控制器设计离散化性能指标？ n 2.基于离散系统直接式 连续数学模型离散化设计离散的控制器性能？ n,2019/4/8,第一章 绪 论,41,第四节 unit 4,ccs的发展与趋势 development and tendency of ccs,2019/4/8,第一章 绪 论,42,1-4 ccs的发展与趋势,50年代的起步期 60 年代的试验期 70年代以来的推广期 80年代的成熟期 90年代的进一步发展期,2019/4/8,