计算机控制原理与技术课件：第1章 计算机控制系统概述

第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。

近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。

本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。

1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。

2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。

一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。

目录第1章计算机控制系统概述 (1)1.1 引言 (1)1.2 计算机控制系统的基本概念 (2)1.2.1 计算机控制系统的组成 (2)1.2.2 计算机控制系统的应用要求 (3)1.2.3 计算机控制系统的性能指标 (4)1.3 计算机控制系统的通道和接口技术 (5)1.3.1 过程通道 (6)1.3.2 总线接口技术 (8)1.4 模拟与数字信号之间的相互转换 (10)1.4.1 D/A转换及其误差 (10)1.4.2 A/D转换及其误差 (12)1.5 计算机控制系统的理论问题 (14)1.5.1 信号变换问题 (14)1.5.2 对象建模与性能分析 (14)1.5.3 控制算法设计 (14)1.5.4 控制系统实现技术 (15)1.6 计算机控制系统的基本类型 (15)本章小结 (20)习题与思考题 (21)第1章计算机控制系统概述1.1 引言计算机控制是以控制理论与计算机技术为基础的一门新的工程科学技术，广泛应用于工业、交通、农业、军事等领域。

随着控制理论和计算机技术的发展，以及工程技术人员对计算机应用技术的不断总结和创新，使得计算机控制系统的分析设计理论和方法不断得以完善和发展，成为从事自动化技术工作的科技人员必须掌握的一门专业知识。

世界第一台数字计算机诞生于1946年，从此在科学技术上引起了一场深刻的革命。

20世纪50年代初产生了将数字计算机用于控制的思想，1955年美国TRW航空公司与美国一个炼油厂合作，开始进行计算机控制的研究，这一开创性工作为计算机控制奠定了基础；1962年英国的帝国化学工业公司应用计算机直接控制（DDC）被控过程的变量；1972年开始，微型计算机的出现和发展，推动计算机控制进入了崭新的发展阶段，并逐步取代模拟系统而成为主流控制系统。

20世纪80年代以后，微型处理器件的迅速发展对计算机控制产生了深远的影响，相互关联的微计算机组合、共同负担工作负荷的系统应运而生，计算机控制得到更为普及的应用，并快速向集散型、网络化的方向发展。

第一章计算机控制系统概述一、授课时间：年月日第1次二、教学目的：掌握计算机控制技术的应用和该课程对专业的帮助掌握计算机控制系统的组成掌握工业控制机的特点三、教学的重点和难点：重点：计算机控制系统的组成。

难点：工业控制机的特点。

四、教学的内容和过程：1.1 计算机控制系统的组成计算机控制系统是由计算机和工业对象两大部分组成的。

在工业领域中，自动控制技术已获得了广泛的应用。

图1-1(a)示出了按偏差进行控制的闭环控制系统图1-1 控制信号的一般形式(a) 闭环控制系统框图； (b) 开环控制系统框图图1-1(a)是闭环控制系统的原理框图，在闭环控制系统中，测量元件对被控对象的被控参数(如温度、压力、流量、转速、位移等)进行测量；变换发送单元将被测参数变成电压(或电流)信号，反馈给控制器；控制器将反馈回来的信号与给定值进行比较，控制器就根据偏差产生控制信号来驱动执行机构工作，使被控参数的值达到预定的要求。

图1-1(b)示出了开环控制系统的原理框图，它与闭环控制系统不同的是，它的控制器直接根据给定值去控制被控对象工作，被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。

它与闭环控制系统相比，因没有反馈环节，结构相对简单，但控制性能要差一些。

开环控制系统和闭环控制系统根据控制对象和控制要求的不同，分别用于不同的应用场合由图1-1可以看出，自动控制系统的基本功能是信号的传递、加工和比较。

这些功能是由测量元件、变换发送单元、控制器和执行机构来完成的。

控制器是控制系统中最重要的部分，它决定了控制系统的性能和应用范围。

如果把图1-1中的控制器用计算机来代替，这样就可以构成计算机控制系统，其基本框图如图1-2所示。

如果计算机是微型计算机，就组成微型计算机控制系统。

在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。

微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。

器。

图1-2 计算机控制系统基本框图计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下两个步骤：(1) 数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并将数据传送给计算机。