计算机控制技术授课教案.doc

计算机控制技术授课教案 1、 课程性质：专业必修课，工程实用性强，强调课程的重要性。 2、 先修课程及相关课程： 先修课程为微机原理、微机接口技术、自动控制原理。 相关课程有：过程控制、自动控制系统、毕业设计。 3、 本门课学习方法：①抓住主要矛盾； ②理论联系实际；③善于运用对照的方法。 第一章 绪论 第一节计算机控制系统概论 一、计算机控制系统的普通概念 1. 自动控制系统的结构 生产中的自动控制系统随控制对象、控制规律和所采用的控制器结构不同而有很大的差别，但普通可 归纳为两大类，即闭环控制系统和开环控制系统。由于开环控制系统控制性能较闭环控制系统差，因此在 控制要求较高时均采用闭环控制。闭环控制系统的典型结构如图1.1所示。 执行机构 执行机构 给定值 检测装置 被控对象 被控参数 控制器 图1. 1 闭环控制系统的典型结构图 2. 计算机控制系统 计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。将自动控制系统中的控制器的 功能用计算机来实现，就组成为了典型的计算机控制系统。如果计算机是微型计算机，就是微型计算机控制 系统。典型的计算机控制系统结构如图1.2所示。 被控量y 被控量y 执行机构 A/D 计算机系统 生产过程 测量变送 被控对象 给定量r 控制器 DNA 图1.2 计算机控制系统结构图 3. 计算机控制系统的工作步骤 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制 过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 4. 几个术语 (1)实时 所谓“实时”,是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足 够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制 也就失去了意义。 (2)"在线"方式 在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做 “联机”方式或者“在线”方式。 (3) “离线”方式 若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠 人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或者“离线”方式。 二、计算机控制系统的发展概况 计算机控制技术是自动控制理论与计算机技术相结合的产物，因此计算机控制系统的发展是与自动控 制理论与计算机的发展密不可分的。 1． 自动控制原理的发展 （1）经典控制理论 （2）现代控制理论 （3）智能控制理论 2．计算机技术的发展 1946 年第一台计算机问世至今，计算机技术迅速发展。 3．计算机控制技术的发展 （1）开创阶段 (1955 年—1965 年) 1952 年，开始把计算机用于生产过程，实现了自动测量和数据处理，为操作人员提供了对管理实用的 信息。 1954 年用计算机构成为了开环控制系统， 能够帮助操作人员对一部份被控参量进行正确调节。1957 年 采用计算机构成闭环控制系统， 最初应用于石油蒸馏过程的调节； 一年后，又在一个电站和一个炼油厂采 用直接数字控制方式，实现了计算机闭环定值控制， 这是计算机在线过程控制系统。 1960 年，在合成氨和 丙烯腈生产过程中完成为了计算机 督控制，计算机开始侧重于最优控制，并逐步向分级控制和网络控制方 向发展。 虽然每隔二、 三年计算机应用于生产过程控制就有一些新发展， 但在 1965 年以前基本上处于单项 工程试验阶段。 （2）小型计算机时期 (1965 年—1972 年) 在试验阶段用于控制的计算机基本上还是摹拟常规调节仪表所采用的调节规律，只在控制形式上由连 续变为离散，于是调节效果得不到明显改善。直到 60 年代后期浮现了小型机， 才使计算机控制得以普及。 由于小型机具有体积小、速度快、工作可靠、 价格较便宜等特点，所以使得计算机控制系统再也不只是大型 企业的工程项目，对于较小的工程问题也能利用计算机来控制了。 这一时期主要是计算机集中控制， 即用 一台计算机控制尽可能多的调节回路。在高度集中控制时，若计算机浮现故障，将对整个生产产生严重影 响。提高可靠性的措施就是采用多机并用的方案，即增加小型机数 目。因此 由于小型机的浮现，过程控制 计算机的台数迅速增长。这一时期为实用及普及阶段。 （3）微型计算机时期 (1972—现在) 随着计算机技术的发展， 浮现了微型机， 从而使计算机控制技术进入了斩新的阶段。 这一时期以微型 机为主体。在控制结构上，对于简单生产过程或者装置，采用单台微型机独立控制， 如以单片机、工业控制 机、可编程控制器为核心的计算机控制系统；