控制系统计算机仿真_1

1、控制系统计算机仿真第 1 讲概述单击此处编辑母版标题样式课程情况 课程性质：考查 课时安排：24+24学时 成绩评定：期末实验平时 教材： 朱苏朋 计算机控制及仿真(第1版) 国防工业出版社 参考书： 蒋旻 控制系统计算机仿真电子工业出版社 薛定宇 控制系统仿真与计算机辅助设计机械工业出版社 张志涌 精通MATLAB6.5版北京航空航天大学出版社课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式先修课程 模拟电子技术 数字电子技术 自动控制原理 MATLAB编程 计算机文化课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&

2、;分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式后续应用 毕业设计 工程设计 实际应用课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式课程内容 概述 控制系统的信号 数字程序控制技术 经典设计及仿真 离散化设计及仿真课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式应用领域课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式 填料吸收塔装置案例1课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&

3、amp;分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式 水 处 理 生 产 线 装 置案例2课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式 机房案例3课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式案例4 全自动喷涂汽车课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式案例5 导弹发射课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标

4、题样式案例6 机器人课程情况应用领域课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求单击此处编辑母版标题样式本讲主要内容 计算机控制系统的 概念&组成 工作方式&分类 研究内容&基本要求课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式概念 计算机控制系统是建立在计算机控制理论基础上的一种以计算机为手段的控制系统。 含有计算机并且由计算机完成部分或全部控制功能的控制系统。课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式典型的计算机控

5、制系统课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式结构特征 执行控制功能的核心部件是计算机，是模数混合系统 控制规律利用软件实现，便于实现复杂的控制规律 一个数字控制器可同时控制多个回路 存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制系统 为实现企业综合自动化打下了良好的基础课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式信号特征课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式控制过程/工作原理 实时数据采集 对来自测

6、量元件的被控量的瞬时值进行检测并输入计算机 实时控制决策 对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为 实时控制输出 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务 信息管理 随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也是计算机控制系统必须完成的功能课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式系统组成课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式硬件组成课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组

7、成单击此处编辑母版标题样式硬件组成 通用外部设备 I/O设备、存储设备（键盘、鼠标；显示器、打印机） I/O接口 供计算机与I/O通道连接（并口、串口、管理接口） 主机 进行信息处理 I/O通道 计算机与被控对象之间传递信息（A、D） 检测与变换 非电物理量转换成电信号课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式软件组成 系统软件 一般是由计算机厂家提供的，用来管理计算机本身的资源、方便用户使用计算机的软件。它主要包括操作系统、各种编译软件、监控管理软件，这些软件一般不需要用户自己设计，它们只是作为开发应用软件的工具。 应用软件 是

8、面向生产过程的程序，如A/D、D/A转换程序，数据采样，数字滤波程序、标度变换程序、控制量计算程序等等。应用软件大都由用户自己根据实际需要进行开发。应用软件的优劣，将给控制系统的功能、精度和效率带来很大的影响，它的设计是非常重要的。课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式控制计算机特点 可靠性高、易于维护 适应各种环境 实时性高 I/O通道完善 开放、可扩展 配备完善软件 精度和运算速度满足系统要求课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求概念组成单击此处编辑母版标题样式工作方式 在线方式和离线方

9、式 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。 实时 信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式工作方式 在线系统一定是实时系统？ 不一定。在线采集的数据不一定在当时就进行处理，只要把数据采集来就可以！ 实时系统一定是在线系统？ 是。不在线肯定不能满足实时性课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑

10、母版标题样式按控制方式分类 开环 闭环课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式按控制计算机分类 基于单片机的简单系统 基于工控机(IPC) 基于可编程逻辑控制器(PLC) 基于各种类型DCS 基于现场总线仪表的FCS课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式按功能分类w操作者控制系统 直接数字控制系统（DDC） 监督控制系统(SCC) 分布式控制系统（DCCS）课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑

11、母版标题样式按功能分类操作者控制课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类 数 字 计 算 机CRT打印机报 警过程输入通道 测量变送 测量变送被 控 对 像执行机构 操作者 图1.5 操作者控制系统结构图 优点:结构简单，控制灵活和安全 缺点:要由人工操作，速度受限，不能控制多个单击此处编辑母版标题样式按功能分类DDC课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类 计算机闭环控制系统。可完全取代模拟调节器，实现多回路的PID控制，而且只要改变程序就可以实现复杂的控制规律直接数字控制(DDC)计算机CRT打印机

12、报 警操作台过程输入通道 测量变送 测量变送被 控 对 象过程输出通道 执行机构 执行机构 图1.6 直接数字控制系统结构图单击此处编辑母版标题样式按功能分类SCC课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类 其作用是改变给定值，又称设定值控制 。它的任务着重在控制规律的修正与实现，如最优控制、自适应控制等。 图1.7 监督控制系统结构图监督控制计算机(SCC)CRT打印机报警DDC计算机或调节器输入通道 输出通道被 控 对 象操作台输入通道单击此处编辑母版标题样式按功能分类DCCS课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本

13、要求工作方式分类 采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计原则与网络化的控制结构，形成分级分布式控制单击此处编辑母版标题样式按控制规律分类 程序和顺序控制 比例积分微分控制（PID控制） 最小拍控制 复杂规律的控制 智能控制课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式按控制规律分类程序和顺序控制 程序控制 被控制量按照一定的、预先规定的时间函数变化，被控制量是时间函数的变化 顺序控制 程序控制的扩展，在各个时期所给出设定值可以是不同的物理量，而且每次设定值的给出，不仅取决于时间，还取决于对以前的控制结果的逻辑判断课程情况

14、概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式按控制规律分类PID 调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分的函数 结构简单、参数容易调整 无论模拟调节器或者数字调节器，多数使用PID调节规律课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式按控制规律分类最小拍 要求设计的系统在尽可能短的时间内完成调节过程 通常用在数字随动系统的设计中课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式按控制规律分类复杂控制 在PID控制的基础上，引进了各种复杂规律的控制，比如串级控制、前馈控制、纯滞后补偿、解偶控制、最优控制、自适应控制等，组成复杂控制系统 课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式按控制规律分类智能控制 把先进的方法学理论与解决当前技术问题所需要的系统理论结合起来的学科 三个主要理论领域的交叉人工智能运筹学控制理论课程情况概念&组成工作方式&分类研究内容&基本要求工作方式分类单击此处编辑母版标题样式研究内容 系统建模 描述系统变量之间关系的数学表