55018计算机控制技术电子课件新第1章绪论

1、第第1 1章章 绪论绪论第第1 1章章 绪论（一）绪论（一） 0.1 0.1 课程信息课程信息 0.2 0.2 自动化科技与社会进步自动化科技与社会进步 1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 1.2 1.2 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式 1.3 1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点 1.41.4计算机控制系统的发展概况和趋势计算机控制系统的发展概况和趋势 1.5 1.5 第一章第一章 小节小节 第第1 1章章 绪论（二）绪论（二） 计算机控制技术计算机控制技术：是自动化专业主干专业课程，：是自动化专业主干专业课程，是国家级精品课程。是

2、国家级精品课程。2.2.前续基础课程前续基础课程1.1.课程的性质课程的性质. .程序设计技术（汇编、程序设计技术（汇编、C/C+C/C+、VCVC、VBVB）. .自动控制理论（经典自动控制理论（经典/ /现代）现代）. .过程检测及仪表过程检测及仪表. .微机原理（单片机）与接口技术微机原理（单片机）与接口技术课程要求与说明课程要求与说明0.1 0.1 课程信息课程信息3.3.指定的课后阅读参考期刊杂志指定的课后阅读参考期刊杂志0.1 0.1 课程信息课程信息理论类期刊理论类期刊技术类期刊技术类期刊自动化学报自动化学报电气自动化电气自动化中国电机工程学报中国电机工程学报自动化仪表自动化仪表

3、电工技术学报电工技术学报电气传动电气传动控制理论与应用控制理论与应用控制工程控制工程控制与决策控制与决策机器人技术与应用机器人技术与应用信息与控制信息与控制测控技术测控技术机器人机器人电力电子技术电力电子技术模式识别与人工智能模式识别与人工智能传感技术学报传感技术学报6.6.主要教学内容主要教学内容本课程共本课程共4848学时（讲课学时（讲课4040学时学时, ,实验实验8 8学时）学时）。第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 输入输出接口与过程通道输入输出接口与过程通道第第3 3章章 数字控制技术数字控制技术第第4 4章章 常规及复杂控制技术常规及复杂控制技术第第5 5章章 现代控制技术现

4、代控制技术（本科生不学）（本科生不学）第第6 6章章 应用程序设计与实现技术应用程序设计与实现技术第第7 7章章 人机接口技术与监控组态软件人机接口技术与监控组态软件第第8 8章章 分布式测控网络技术分布式测控网络技术第第9 9章章 计算机控制系统设计与实现计算机控制系统设计与实现0.1 0.1 课程信息课程信息7.7.讨论课要求讨论课要求 （1 1）本学期在课程最后，有）本学期在课程最后，有2 2讲是讨论课。讲是讨论课。 （2 2）讨论课内容可以是与本课程相关的大学生）讨论课内容可以是与本课程相关的大学生创新训练项目、实验室开放项目、参加科研训练项创新训练项目、实验室开放项目、参加科研训练项

5、目、第二课堂的设计制作项目、自选项目等。目、第二课堂的设计制作项目、自选项目等。 （3 3）全班同学分成）全班同学分成6 6组，每组设一个组长，配组，每组设一个组长，配备指导教师（课程组老师）。课后报分组结果。备指导教师（课程组老师）。课后报分组结果。 （4 4）项目答辩。每组由组长代表本组汇报所做）项目答辩。每组由组长代表本组汇报所做工作（工作（1010分钟分钟PPTPPT），课程组老师提问，小组回答。），课程组老师提问，小组回答。 （5 5）答辩结果作为平时成绩一部分。）答辩结果作为平时成绩一部分。0.1 0.1 课程信息课程信息8.8.选一名课代表选一名课代表汽车自动焊接生产线汽车自动焊

6、接生产线 自动化是人类文明进步和社会现代化的标志。自动化是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是关于一切自动化是关于一切人造系统人造系统自动、智能、自主、高效自动、智能、自主、高效和安全运行的科学与技术。和安全运行的科学与技术。 计算机控制技术计算机控制技术是实现自动化的主要方法和手段。是实现自动化的主要方法和手段。 自动搬运机器人自动搬运机器人0.2 0.2 自动化科技与社会进步自动化科技与社会进步注塑机注塑机机器人足球比赛机器人足球比赛自动立体仓库自动立体仓库计算机集成制造系统计算机集成制造系统0.2 0.2 自动化科技与社会进步自动化科技与社会进步美国第一台火星探测器美国第一台火星探

7、测器SojournerSojourner在火星表面软着陆在火星表面软着陆(1996)(1996)旅行者旅行者VoyagerVoyager一号，二号走出太阳系，对茫茫太空进行探索一号，二号走出太阳系，对茫茫太空进行探索0.2 0.2 自动化科技与社会进步自动化科技与社会进步 中国航天载人飞船中国航天载人飞船中国运载火箭中国运载火箭0.2 0.2 自动化科技与社会进步自动化科技与社会进步1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.1.1 1.1.1 自动控制系统自动控制系统 自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，通过控制自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动

8、地按照预定的规律运行。器使生产过程自动地按照预定的规律运行。 自动控制系统原理框图如下：自动控制系统原理框图如下：典型的工业生产过程：典型的工业生产过程： 连续过程（连续过程（Continuous processContinuous process） 产品是流体产品是流体 离散过程（离散过程（Discrete processDiscrete process） 产品是固体、按件计量产品是固体、按件计量 批量过程（批量过程（Batch processBatch process） 连续、离散间歇性交替连续、离散间歇性交替1.1.2 1.1.2 计算机控制系统计算机控制系统 计算机控制系统：计算机控制

9、系统：就是利用计算机就是利用计算机( (通常称为工业控制计通常称为工业控制计算机，简称工业控制机算机，简称工业控制机) )来实现生产过程自动控制的系统。来实现生产过程自动控制的系统。 1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.1.计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理 计算机控制系统的工作原理：计算机控制系统的工作原理： 实时数据采集实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。瞬时值进行检测和输入。 实时控制决策实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处：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

10、控制行理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。为。 实时控制输出实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机：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。构发出控制信号，完成控制任务。 1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述2.2.在线方式和离线方式在线方式和离线方式 在线方式（在线方式（on-lineon-line）: : 离线方式离线方式(off-line):(off-line): 1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述3. 3. 实时的含义实时的含义1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.1.3 1.1.3 计算机控制系统的

11、组成计算机控制系统的组成 计算机控制系统由计算机计算机控制系统由计算机( (工业控制机工业控制机) )和生产过程两大部分组成。和生产过程两大部分组成。 1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述工业控制机工业控制机包括硬件和软件；包括硬件和软件； 生产过程生产过程包括被控对象、测量变送、包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。执行机构、电气开关等装置。 1.1.4 1.1.4 常用的计算机控制系统主机常用的计算机控制系统主机 1. 1. 可编程序控制器（可编程序控制器（PLCPLC） 2. 2. 工控机（工控机（IPCIPC） 3. 3. 嵌入式系统（嵌入式系统（MPUMP

12、U、单片机、单片机、DSPDSP、SOCSOC） 4. 4. 智能调节器智能调节器 5. 5. 其它类型主机其它类型主机1.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式1.2.1 1.2.1 操作指导控制系统操作指导控制系统 优点：结构简单，控制灵活和安全。优点：结构简单，控制灵活和安全。缺点：要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能缺点：要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能 控制多个对象。控制多个对象。1.2.2 1.2.2 直接数字控制（直接数字控制（DDCDDC）系统）系统闭环结构，控制的实时性好，可以控制多

13、个回路或对象。闭环结构，控制的实时性好，可以控制多个回路或对象。1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式1.2.3 1.2.3 监督控制（监督控制（SCCSCC）系统）系统1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式1.2.4 1.2.4 集散控制系统（集散控制系统（DCSDCS）-亦称分布式控制系亦称分布式控制系统统 1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式网络打印机网络打印机Max.8Max.8台台I/O NetI/O NetOPEN I/O ModuleOPEN I/O Module工程工程师师站站CESCES管理层管理

14、层 Information Net Information Net FL-NET( FL-NET(冗余冗余) )操作站操作站Max.16Max.16COS-2000COS-2000COS-2000COS-2000冗余数据库冗余数据库C CDS-2000DS-2000F FCS-2000 (CS-2000 (冗余冗余) )FCS-2000 FCS-2000 ( (冗余冗余) )F FCS-2000 (CS-2000 (冗余冗余) )10/100 10/100 MBPSMBPS100 100 MBPSMBPS过程过程控制站控制站( (冗余冗余) )Max.30Max.30Remote COSRem

15、ote COSEPAEPA 10 10 MBPSMBPSSB-BUS 128MBPSSB-BUS 128MBPSOPC SERVEROPC SERVEROPC ClientOPC ClientMax.8Max.8Max.8Max.8* *4 4全集成全集成DCSDCS 1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式 1.2.5 1.2.5 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS）1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式综合自动化系统的整体解决方案综合自动化系统的整体解决方案： 企业资源信息管理系统企业资源信息管理系统ERPERP (Enter

16、prise(EnterpriseResources Planning)Resources Planning)； 生产执行系统生产执行系统MESMES（Manufacturing Manufacturing Execution SystemExecution System）；）； 生产过程控制系统生产过程控制系统PCS (ProcessPCS (ProcessControl SystemControl System）。）。 计算机集成过程系统（计算机集成过程系统（CIPS-Computer Integrated CIPS-Computer Integrated Process SystemPro

17、cess System）1.2.6 1.2.6 综合自动化系统综合自动化系统1.2 1.2 计算机控制系统的典型型式计算机控制系统的典型型式工业计算机（工控机）：1.3 1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点工控机主板、母板及板卡：PCI-板卡板卡1.3 1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点ATX ATX 母板母板 嵌入式单板电脑嵌入式单板电脑 ISA-板卡板卡1.3.1 1.3.1 工业控制机的组成工业控制机的组成工业控制机包括硬件和软件两部分。工业控制机包括硬件和软件两部分。 1.1.工业控制机的硬件组成工业控制机的硬件组成 主机主机板板人机人

18、机接口接口系统系统支持支持磁盘磁盘系统系统通信通信接口接口模拟量模拟量输入通道输入通道(AI)(AI)模拟量模拟量输出通道输出通道(AO)(AO)数字量数字量输入通道输入通道(DI)(DI)数字量数字量输出通道输出通道(DO)(DO)外部总线外部总线内部总线内部总线 工业控制机的硬件组成结构工业控制机的硬件组成结构1.3 1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点2 2. .工业控制机的软件组成工业控制机的软件组成 软件是工业控制机的程序系统，它可分为系统软件、支持软件、应用软件三个部分。 (1)(1)系统软件系统软件 实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序 ，如Inte

19、l公司的iRMX86实时多任务操作系统；Ready System 公司的嵌入式实时多任务操作系统VRTX/OS；MS-DOS；Windows等。1.3 1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点2 2. .工业控制机的软件组成工业控制机的软件组成 (2)(2)支持软件支持软件 汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等 (3)(3)应用软件应用软件 系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。它包括过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印显示程序和公共子程序等。1.3 1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点1

20、.3.2 1.3.2 工业控制机的特点工业控制机的特点 (1)(1)可靠性高和可维修性好。可靠性高和可维修性好。 (2)(2)环境适应性强。环境适应性强。 (3)(3)控制的实时性。控制的实时性。 (4)(4)完善的输入输出通道。完善的输入输出通道。 (5)(5)丰富的软件。丰富的软件。 (6)(6)适当的计算机精度和运算速度。适当的计算机精度和运算速度。1.3 1.3 工业控制机的组成结构及特点工业控制机的组成结构及特点 1.4.1 1.4.1 计算机控制系统的发展概况计算机控制系统的发展概况 1.1.计算机技术的发展过程计算机技术的发展过程 （1 1）开创时期（）开创时期（19551955

21、19621962年）年） （2 2）直接数字控制时期（）直接数字控制时期（1962196219671967年）年） （3 3）小型计算机时期（）小型计算机时期（1967196719721972年）年） （4 4）微型计算机时期（）微型计算机时期（19721972年至今）年至今）1.4 1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势计算机控制系统的发展概况和趋势 2.2.计算机控制理论的发展过程计算机控制理论的发展过程 （1 1）采样定理）采样定理 （2 2）差分方程）差分方程 （3 3）Z Z变换法变换法 （4 4）状态空间理论）状态空间理论 （5 5）最优控制与随机控制）最优控制与随机控制 （6 6）代数系统理论）代数系统理论 （7 7）系统辨识与自适应控制）系统辨识与自适应控制 （8 8）先进控制技术）先进控制技术1.4 1.4 计算机控制系统的发展概况和趋势计算机控制系统的发展概况和趋势 1.4.2 1.4.2 计算机控制系统的