计算机控制系统(上) 课件 高金源 夏洁 清华出版社

计算机控制系统高金源 夏洁

北京航空航天大学 清华大学出版社 2009年3月

计算机控制系统 本书主要特点– 依<全国高等学校自动化专业系列教材编审委员会>审 定的教材大纲而编写，由清华大学出版社出版。 – 兼顾计算机控制基本理论、系统设计和实现技术三方 面的教学要求，系统地阐述数字计算机控制系统的设 计和工程实现方法。 – 在实施计算机控制系统分析、设计时，充分恰当地使 用现代的计算工具MATLAB及Simulink软件，并应 用了其中的符号语言工具箱，将有效地帮助学生完成 复杂计算，实现系统的分析和设计。

知识储备①自动控制理论(经典/现代) ②过程控制工程北京航空航天大学 清华大学出版社

主要内容除第1章绪论外，内容可分三大部分：

(1) 计算机控制的理论基础 (第2 4章) 在前修课的基础上，简炼、系统、深入地介绍一些基础性的 内容。

(2) 计算机控制系统设计 (第5 6章)– 遵循经典与现代设计方法并重的原则，重点讨论连续-离散 化设计、离散域根轨迹、W域设计 、解析设计和状态空间 设计等相关内容。

(3) 计算机控制系统工程实现技术(第7 10章) 第7章介绍一些基本的工程实现技术。 第8、9章分别讨论了嵌入式系统、可编程控制器、集散系 统、现场总线和网络控制等先进控制技术。 第10章介绍3个计算机控制系统实例。北京航空航天大学 清华大学出版社

1.1 计算机控制系统概述1.1.1 计算机控制系统组成 1.1.2 计算机控制系统特点 1.1.3 计算机控制系统优点

1.2 计算机控制系统的发展与应用1.2.1 计算机控制系统发展概述 1.2.2 计算机控制系统应用与分类

1.3 计算机控制系统的理论与设计问题1.3.1 计算机控制系统的理论问题 1.3.2 计算机控制系统的设计与实现北京航空航天大学 清华大学出版社

图1-1典型模拟式火炮位置控制 系统的原理结构图

北京航空航天大学 清华大学出版社

图1-2典型火炮位置计算机控制 系统的原理结构图

北京航空航天大学 清华大学出版社

1.1.1 计算机控制系统组成(1) 被控对象：本例为火炮炮身； (2) 执行机构：本例为直流电机； (3) 测量装置：本例为测量电位计及测速电机； (4) 指令给定装置：本例为火炮高低角及方位角的 指令生成装置； (5) 计算机系统：包括下述主要部件：– A/D变换器； – D/A变换器； – 数字计算机(包括硬件及相应软件，实现信号的变换 处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法产生相 应的控制指令)。

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计算机控制系统的控制过程 实时数据采集– 对被控量及指令信号的瞬时值进行检测和

输入；

实时决策– 按给定的算法，依采集的信息进行控制行为的 决策，生成控制指令；

实时控制– 根据决策实时地向被控对象发出控制信号。

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图1-3 计算机控制系统的典型 原理结构图

北京航空航天大学 清华大学出版社

1.1.2 计算机控制系统特点1. 系统结构特点： 是由模拟与数字部件组成的混合系统。 有多种(连续模拟、离散模拟、离散数字等)信号形 式，是一种混合信号系统。 可同时控制多个被控对象或被控量，即可为多个控制 回路服务。同一台计算机可以采用串行或分时并行方 式实现控制，每个控制回路的控制方式由软件来形成。

2. 信号形式特点 3. 系统工作方式特点

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1.1.3 计算机控制系统优点1. 运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功 能和大容量的存储能力，容易实现复杂的控制规 律，极大地提高系统性能。 2. 功能/价格的比值高。 3. 控制算法由软件程序实现，因此适应性强，灵活 性高。 4. 可使用各种数字部件，从而提高系统测量灵敏度 并可利用数字通信来传输信息。 5. 使控制与管理更易结合，并实现层次更高的自动 化。 6. 实现自动检测和故障诊断较为方便，故提高了系 统的可靠性和容错及维修能力。缺点与不足：抗干扰能力较低。北京航空航天大学 清华大学出版社

1.1 计算机控制系统概述1.1.1 计算机控制系统组成 1.1.2 计算机控制系统特点 1.1.3 计算机控制系统优点

1.2 计算机控制系统的发展与应用1.2.1 计算机控制系统发展概述 1.2.2 计算机控制系统应用与分类

1.3 计算机控制系统的理论与设计问题1.3.1 计算机控制系统的理论问题 1.3.2 计算机控制系统的设计与实现北京航空航天大学 清华大学出版社

1.2 计算机控制系统的发展与应用 1.2.1 计算机控制系统发展概述1. 开创时期(1955~1962年)– 主要任务是寻求最佳运行条件，从事操作指导和设定值的计 算工作，控制计算机仅按监督方式运行，并要求集中承担多 种任务。 DDC系统关注的是控制功能。 出现了各种类型适合工业控制的小型计算机。 微机的出现和发展，使计算机控制系统得到更为普及的应用。 网络技术、微机的发展和普及，促进发展了许多新型计算机 的控制方式。北京航空航天大学 清华大学出版社

2. 直接数字控制(DDC)时期(1962~1967年)– – –

3. 小型计算机时期(1967~1972年)

4. 微型计算机时期(1972年~至今)5. 集散型控制

1.2.2计算机控制系统应用与分类应用1: 各种用途的机器人系统

图1-4 焊接机器人系统 (核心为计算机控制系统 )

图1-5具

有视觉器件的机器人示意图北京航空航天大学 清华大学出版社

应用2:以计算机为核心的复杂飞行控制与飞行管理系统现代民用飞机座舱数字控制电子设备

飞机飞行高度计算机控制系统北京航空航天大学 清华大学出版社

应用3:现代工厂自动化中，广泛使用计算机 实现分散控制和集中监视系统

图1-9 分散控制集中管理的组成图北京航空航天大学 清华大学出版社