直接数字控制系统

D D C控制器直接数字控制系统(D i r e c t D i g i t a l C o n t r o l简称D D C),基本概述DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。

D DC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。

它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于PLC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。

DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。

DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。

同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。

工作原理所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。

这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。

DDC控制器是整个控制系统的核心。

是系统实现控制功能的关键部件。

它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。

功能介绍DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。

其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。

基本概述DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。

DDC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。

它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于P LC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。

DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。

DD C系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。

同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。

工作原理所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。

这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。

DDC控制器是整个控制系统的核心。

是系统实现控制功能的关键部件。

它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。

功能介绍DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。

其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。

各个厂家的基础软件基本上是没有多少差别的。

设置自检软件和保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修。

直接数字控制系统直接数字控制系统（Direct Numerical Control System，DNC系统）是一种机电一体化的计算机数控技术。

它是将数控技术与计算机技术相结合，形成的一种高级数控技术。

DNC是在输入数据时，利用计算机存储器的大容量，将机床所需磁带程序完全存储在计算机存储器中，而不是在磁带上，从而实现在较短时间内寻访、检索数据，避免磁带作业时间过长，提高了程序的使用效率和作业效率，缩短了生产周期。

DNC系统的优点与其他数控机床系统相比，DNC系统有以下优点：1.提高了生产效率：通过计算机的中央处理器，可以对多个机床进行远程控制，同时提高了机床的利用效率，缩短了生产周期。

2.降低了产品成本：DNC系统可以实现自动化生产，并对产品进行实时检测和控制，减少了人工时间和人工错误，从而降低了产品成本。

3.优化了生产结构：DNC系统可以实现工艺参数在线修改和实时监控，对工艺参数进行优化，从而优化了生产结构。

4.数据管理更加方便：通过计算机的存储，DNC系统可以存储历史数据，并实现数据的查询、统计和管理等功能。

DNC系统的应用DNC系统已经广泛应用于精密加工、航空航天、汽车制造、模具加工等领域。

比如在航空航天领域，DNC系统可以实现对机床进行远程控制和管理，可以远程对飞机的部件进行加工和检验，有效提高了生产效率和产品质量。

在汽车制造领域，DNC系统可以对机床进行在线控制和嵌套生产，确保了米质米量的生产需求，在汽车制造的各个环节都使用了DNC系统，实现了全面自动化生产，提高了工厂的生产效率和产品质量。

在模具加工领域，DNC系统可以实现加工过程的自动化、监控和管理，通过实时检测和控制，保证了模具的精度和质量。

通过对DNC系统的介绍，我们可以看出DNC系统的优点和应用。

DNC系统的出现，不仅提高了生产效率和产品质量，还为工程师们提供了更加方便的数据管理工具，可以帮助企业实现自动化生产和优化生产结构，是现代化工厂的重要技术手段之一。

DDC控制器介绍DDC是直接数字（Direct Digital Control)的简称，在DDC系统中计算机通过模拟量输入通道（AI)和开关量输入通道（DI）采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道（A0)和开关量输出通道（DO)直接控制生产过程。

DDC控制器控制系统的构成部分1、中央管理计算机。

中央管理计算机设置在中央监控室内，它将来自现场设备的所有信息数据集中提供给监控人员，并接至室内的显示设备、记录设备和报警装置等。

2、DDC（直接数字控制器，亦称下位机）。

DDC作为系统与现场设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。

3、通信网络。

中央管理计算机与DDC之间的信息传送，由数据传输线路（通信网络）实现，较小规模的BAS系统可以简单地使用屏蔽双绞线作为传输介质。

4、传感器与执行器。

BAS系统的末端为传感器和执行器，它被装置在被控传感元件和执行元件上。

DDC控制器主要功能DDC主要功能包括以下几个方面：1、对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。

2、对采集的数据进行调整和处理。

3、对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。

4、对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。

5、根据现场采集的数据执行预定的控制算法而获得控制数据。

6、通过预定控制程序完成各种控制功能，包括比例控制、比例加积分控制、比例加积分加微分控制、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和联锁控制。

7、向第三层的数据控制和执行设备输出控制和执行命令。

8、通过数据网关或网络控制器连接第一层的设备，与各上级管理计算机进行数据交换，向上传送各项采集数据和设备运行状态信息，同时接收各上级计算机下达的实时控制指令或参数的设定与修改的指令。

模块化设备控制器（MEC）是APOGEE现场管理和控制系统的组成部份，是一个高性能的直接数字控制器（DDC）。

1、数字控制：一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行编程控制的自动化方法。

2、数控机床：是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床3、加工中心：带有刀库和自动换刀装置的数控机床4、CNC：计算机数控系统以计算机为控制核心的数字控制系统5、DNC：直接数字控制系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统6、FMC：柔性制造单元是由加工中心与自动交换工件的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能7、FMS：柔性制造系统由加工、物流、信息流组成的系统8、CIMS：计算机集成制造系统是生产设备的集成、以信息为特征的技术集成和功能集成。

9、插补：是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法10、伺服系统：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统11、开环进给伺服系统：不需要对实际位移和速度进行测量，不需要将所测得的实际位移和速度反馈到系统的输入端与输入的指令位置和速度进行比较的系统12、闭环进给伺服系统：将检测元件装在执行部件上，直接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统13、半闭环进给伺服系统：将检测元件安装在进给伺服系统传动链中的某一个环节上，间接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统14、PWM：晶体管脉冲调宽调速系统，是通过改变脉冲宽度的方法来改变电枢回路的平均电压，达到电机调速的目的15、脉冲当量：单位脉冲下，进给伺服系统驱动元件所给的最小位移。

16、并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上任务处理的方法17、主从结构：CNC装机上的多机系统，以一个CPU对资源有控制权，而其他CPU对资源无控制权；18、MTBF：平均无故障时间，是CNC系统寿命范围内总工作时间和总故障次数之比。

19、系统增益：进给伺服系统时间常数的导数。

1.DDC系统的体系结构：1硬件结构分为主机单元，输入输出单元和人机接口单元，结构方式有模版式和模块式，安装方式有盒式台式柜式。

软件结构分为系统软件，控制运算软件，输入输出软件，人机接口软件和监控组态软件。

3网络结构分为I/O总线和通信网络。

2.DDC系统类型及发展：从单板机，STO总线模版机，PC总线工业控制机发展到工业PC机，即PCI总线和CompactPCI总线工业控制机。

3.PID算法的改进措施：积分项的改进，积分作用是消除残差，提高控制性能，包括积分分离，抗积分饱和，梯形积分和消除积分不敏感区。

2微分项的改进，尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。

包括偏差平均和测量值微分。

3变PID控制，对被控对象的自平衡能力，可以分段采用P,PI控制，其优点是减少超调，缩短调节时间，包括设定值改变的变PID控制和负荷改变的变PID控制4.无扰动切换：指在进行PID控制方式切换之前，例如从手动或者自动或者自动到手动的切换，无需人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，保证切换无扰动。

1，手动自动aPID控制块处于手动方式，尽管不进行PID计算，但在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E（n-1），E（n-2）,Ud(n-1)等清零，并将输出控制量赋给UC（n-1）b，PID控制块处于自动方式，为了实现从自动到手动的无平衡无扰动切换，在自动方式下，每个控制周期应将COV值赋给MOV 2输出跟踪a手动操作器处于手动HM工作状态PID控制块处于输出跟踪YT 状态，为了实现从输出跟踪到正常工作NT状态的无扰动切换，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将OTV值赋给UC（n-1）3,输出安全当PID 控制块处于输出安全YS状态时，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将输出安全值SOV赋给UC（n-1）4，输出保持当PID控制器处于输出保持状态，副条极限保持状态和PV坏保持PBH状态时，在每个周期应使设定值跟踪被控量，清零，还要使UC（n-1）保持不变5，回算输出和回算输入后级功能块的回算输出端和前级功能块的回算输入端连接，向前级功能块传送有关参数，是这2个功能块相互匹配，从而保证功能块工作方式的无扰动切换5.内部总线：计算机内部模块与模块之间进行通信的总线PC/XT PC/AT ISA DCI PCI6.外部总线：计算机外部通信的总线，RS-232 RS-422 RS -4857.干扰的来源，传播，抑制：来源，外部干扰是那些与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰，主要是空间电场或磁场，内部干扰是由系统结构，制造工艺决定的，内部零部件的分布电容，分布电感引起的耦合反映，多点接地造成的电位差引起干扰。

直接计算机控制系统（DDC）一。

实验目的：了解Matlab软件的基本功能；研究数字控制系统的结构及其组成原理；认识PCI—1711板卡的基本功能。

二．预习要求：1．理解三相桥式全控整流及双闭环控制系统的工作过程，画出控制系统方框图。

2．认识直流脉宽调速控制系统的工作原理，及双闭环控制系统的工作过程，画出控制系统方框图。

三。

实验线路图：如图所示（待画）四.实验内容：1．Advantech PCI—1711板卡性能测试。

（此型号只供参考实际型号由供货情况而定）2．计算机控制单闭环控制系统特性的测试。

3．计算机控制双闭环控制系统特性的测试。

4．计算机控制逻辑无环流控制系统特性测试及其性能研究。

5．计算机控制直流脉宽调速系统特性测试及其性能研究。

五.实验设备及仪器1．MCL—38直流调速系统计算机接口（包刮计算机板卡、数据线、接口板）。

2．MCL—31A（适合MCL--Ⅲ）低压控制电路及仪表或MCL--18（适合MCL--Ⅱ）。

3．MCL--32A（适合MCL--Ⅲ）电源控制屏或三相可调交流电源（适合MCL--Ⅱ）。

4．EEL—03三相可调电阻（或自配划线变阻器）。

5．电极导轨及转速计、直流发电机M01(或电极导轨及测功机、MEL—13组件)。

6．直流电动机M037．MCL—33挂件、MCL—10A挂件8．双踪示波器。

9．MEL—11挂件六．实验系统组成及工作原理随着计算机在工业控制领域中的广泛应用，计算机直接数字控制（DDC, Direct Digital Control ）早已应用于实际的工业控制系统。

现代控制系统的日益复杂，模拟的控制系统的缺点越来越明显。

主要表现在：不易实现复杂的控制规律；不易实现集中监控和操作；而且更改控制规律极其困难。

为了适应现代教学的要求，我公司特意开发了计算机直接数字控制调速系统。

我们根据自动化及计算机控制技术等相关专业的特点，特别开发了基于Matlab 的计算机直接数字控制调速系统，使学生可以在学习Matlab 的基础上使仿真与实时控制相结合，提高对控制理论及控制方法的理解。

一﹑名词解释⒈直接数字控制系统答：在实际控制中，当系统所选择的采样周期较大或对控制质量要求较高时，通常需要从被控对象的特性出发，直接根据采样理论来设计数字控制器，这种方法就是直接数字设计，所形成的控制系统就是直接数字控制系统。

⒉动态过程答：系统在外加信号作用下，被控量随时间变化而变化的过程称为控制系统的动态过程，反映了系统的动态特性。

⒊数字滤波答：数字滤波就是通过某种计算或判断程序来减少干扰信号在有用信号中的比重。

三﹑简答题⒈简述什么是自动控制。

答：采用控制装置自动地﹑有目的地对机器设备或生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能要求，这个过程就是自动控制。

⒉简述数字滤波中的算术平均滤波的滤波原理。

答：算数平均滤波就是把ｎ个采样值相加，然后取算术平均值作为本次有效的采样信号。

⒊简述PID调节器的基本原理。

答：PID调节器的基本原理是将被测参数由传感器变换成统一的标准信号送入调节器，与系统设定值进行比较，产生出的偏差经PID运算后送到执行机构，来改变系统的进给量，实现被测量的自动调节。

四﹑综合题微机控制系统中的基本组成中，主要的模块有：微型计算机主机、外部设备、I/O接口及输入输出通道、测量与执行机构及操作控制台。

试问：(1) 微型计算机主机的功能。

(2) I/O接口及输入输出通道的功能。

答：⑴微型计算机是系统的核心，它通过接口电路向系统中的各个部件发出控制命令，并对控制对象的现场参数进行巡回检测﹑数据处理﹑计算和逻辑判断等操作。

⑵I/O接口及输入输出通道是主机和被控对象之间进行信息交换的纽带，在微机控制的各个接口中，采用较多的是串行﹑并行和直接数据传送等可编程I/O接口。

输入输出通道主要完成外设信号到微机所需数字信号转换的模/数转换器，完成微机输出数字信号到外设所需信号转换的数/模转换器。

简答题（每小题4分，共40分）1、连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？答：与连续控制系统相比，计算机控制系统具有以下特点：(1) 计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。

直接数字控制系统的基本功能直接数字控制系统是一种现代化的自动化控制系统，在制造业中被广泛应用。

直接数字控制系统的主要特点是利用数字信号控制机床的运转，实现生产流水线上的自动化生产。

以下是直接数字控制系统的基本功能：1. 数字化操作直接数字控制系统具有数字化操作的特点，使用数字命令来控制机床的动作。

操作者可以在数控机床上进行直接输入，使用显示器显示操作结果，极大地提高了操作的可靠性和稳定性。

2. 报警提示直接数字控制系统具有报警提示功能，可以在机床发生异常情况时发出警报，即时提醒操作人员进行处理，避免了事故的发生。

3. 自动换刀直接数字控制系统还具有自动换刀的功能，可以根据不同的加工要求自动更换不同的刀具，从而提高生产效率和加工精度。

4. 自动编程5. 自动检测直接数字控制系统还具有自动检测的功能，可以对加工过程中的各种参数进行监测和控制，从而保证加工的精度和质量。

6. 故障诊断直接数字控制系统具有故障诊断的功能，可以根据故障现象自动定位故障位置和原因，并提供相应的解决方案，使得机床的故障处理更加简单和快速。

7. 数据存储直接数字控制系统具有数据存储的功能，可以将加工数据保存到设备的存储器中，方便日后的参考和分析，提高生产效率和管理水平。

8. 通信功能直接数字控制系统具有通信功能，可以与其他设备进行联网，实现数据的共享和协作，从而实现更加智能化和高效化的生产过程。

总之，直接数字控制系统的基本功能是将数字信号转化为机床的动作，具有数字化操作、报警提示、自动换刀、自动编程、自动检测、故障诊断、数据存储和通信功能等特点，使得机床加工更加精准和高效。

NC、CNC、MC、DNC、FMC、FMS、CIMS、AC1.加工中心（MC)，直接数字控制系统（DNC）,自适应控制系统（AC），柔性控制系统（FMS），计算机集成制造系统（CIMS）。

1.名词解释插补（是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法）并行处理是指软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上任务处理的方法。

模块化设计方法前后台结构分成两部分：前台程序和后台程序。

前者主要完成插补运算、位置控制实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。

后台程序则完成一些弱实时性的任务，是一个循环运行的程序刀具半径补偿就是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。

中断结构:主从结构:CNC装置上的多机系统，以一个CPU对资源有控制权，而其它CPU对资源无控制权。

分布结构:多主结构:故障自诊断:机器、生物对于自身出现的故障、错误进行诊断。

故障自诊断分为两种：故障码和故障提示以及故障指示PLC:可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程MTBF:全称是Mean Time Between Failure，即平均无故障工作时间。

就是从新的产品在规定的工作环境条件下开始工作到出现第一个故障的时间的平均值。

MTBF越长表示可靠性越高正确工作能力越强。

MTTR:全称是Mean Time To Repair，即平均修复时间。

是指可修复产品的平均修复时间，就是从出现故障到修复中间的这段时间。

MTTR越短表示易恢复性越好。

数控技术:指用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程的自动控制技术数控机床:是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床加工中心:带有自动换刀装置的数控机床。

点位直线控制系统:轮廓控制系统:开环伺服系统:不需要对实际位移和速度进行测量，不需要将所测得的实际位移和速度反馈到系统的输入端与输入的指令位置和速度进行比较的系统。