计算机控制系统软件计算机控制技术共117页文档

系统集成与优化
软件可以对各种硬件设备进行集成，实现信息共 享和协同工作，提高整个控制系统的性能和效率。
3
人机交互与监控
软件提供友好的人机界面，方便操作人员进行监 控、设定参数和诊断故障等操作，提高系统的可 维护性和可靠性。
软件的发展历程与趋势
发展历程
计算机控制系统软件经历了从专用控 制系统软件到通用控制系统软件的发 展过程，随着计算机技术的不断进步， 软件的功能和性能也不断提升。
云计算与边缘计算的融合将形成更加智能、高效和可靠的计算机控制系统 软件。
5G通信技术在控制系统中的应用前景
01
5G通信技术将提供高速、低延迟的数据传输服务，满足计算机 控制系统软件对于实时性的要求。
02
5G技术将促进远程控制和监测技术的发展，使得异地控制更加
便捷、高效。
5G通信技术将为计算机控制系统软件带来更多的可能性，如物
(计算机控制技术)第7 章计算机控制系统软 件
目 录
• 计算机控制系统软件概述 • 计算机控制系统软件的组成 • 计算机控制系统软件的实现技术 • 计算机控制系统软件的应用实例 • 计算机控制系统软件的未来展望
01
计算机控制系统软件概 述
软件定义与分类
软件定义
计算机控制系统软件是指用于控制、管理、监视计算机控制 系统的软件，包括系统软件、支撑软件和应用软件。
用程序接口。
系统工具包括系统监视器、任 务管理器、磁盘管理工具等， 用于维护和管理计算机系统。
支撑软件
01
支撑软件是用于支持应用程序开发、运行和管理的软件，包括编译器、 调试器、数据库管理系统等。
02
编译器是将源代码转换成可执行代码的工具，用于将高级语言编写的 程序转换成机器语言。

《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。

控制算法
线性控制算法
线性控制算法是指对线性系统进行控制的算法，如PID控制算 法等。线性控制算法具有简单、稳定、易于实现等优点，但 只能对线性系统进行控制。
非线性控制算法
非线性控制算法是指对非线性系统进行控制的算法，如模糊 控制算法、神经网络控制算法等。非线性控制算法能够处理 非线性系统的复杂性和不确定性，但实现难度较大。
网络化与远程控制技术的发展
总结词
随着互联网和通信技术的进步，网络化与远程控制技术为计算机控制带来了新的发展机遇和挑战，使 得控制系统的范围和灵活性得到了极大的扩展。
详细描述
通过网络化技术，计算机控制系统可以实现远程监控和控制，使得管理人员可以在任何时间、任何地 点对设备进行管理和调度。同时，通过网络传输数据，可以实现大量数据的快速处理和实时反馈，提 高了控制系统的响应速度和准确性。
输入设备
将外部信号转换成计算 机可以识别的信息，如 传感器、键盘、鼠标等
。
输出设备
将计算机处理后的信息 转换成外部信号，如显 示器、打印机、音响等
。
存储器
用于存储程序和数据， 分为内存和外存。
软件组成
系统软件
操作系统、编译器、数据 库管理系统等，用于管理 和控制计算机硬件和软件 资源。
应用软件
针对特定领域或特定任务 开发的软件，如办公软件 、图像处理软件等。
05
计算机控制技术的发展趋势与挑 战
人工智能与机器学习在计算机控制中的应用
总结词
随着人工智能和机器学习技术的快速发展，它们在计算机控制领域的应用越来越广泛，为控制系统带来了更高的 智能化水平和自适应性。
详细描述
人工智能和机器学习技术可以帮助计算机控制系统进行数据分析和模式识别，实现更加精准和智能的控制。通过 训练和学习，系统能够根据历史数据和实时反馈，自主调整控制参数和策略，以适应不同的环境和工况变化。

⑧数据存储 ⑨通信功能和数据共享
7.1.3 计算机控制系统软件的发展概况
在计算机控制系统发展初期，计算机技术在自动控制领域 内的使用仅处于小规模研制和应用阶段，没有通用软件 可供选择，企事业单位需要自己开发和研制相应的应用 软件。
为了提高计算机控制系统软件的功能和扩大应用范围，一 些厂商在发展系统的同时，也致力于开发控制软件产品。 现在，很多工程企业单位都不再自己组织人员开发应用 软件，而是愿意购买适合自己的控制软件产品来实现自 己的系统应用。
组态软件主要用于上位机的开发，即针对不同的应用对 象和具体应用的要求，组态生成不同的数据实体，并 进行各种与实际应用有关的系统配置及实时数据库、 历史数据库、控制算法、图形、报表等的定义，使生 成的系统满足应用设计的要求。
7.2.2 组态软件的功能和图形开发环境 组态软件是计算机控制中监控系统的核心，它的开发是整
2.虚拟仪器
随着现代技术的进步，基于计算机的测控仪器逐渐变得 现实，其出现和广泛使用对测控仪器产生了较为深远 的影响。
常用的虚拟仪器有Lab-VIEW、HP VEE、Prograph、V 语言、VIPERS、VPF、MAVS、VPP等。
7.2 组态软件
组态软件，又称监控组态软件，译自英文SCADA （Supervision Control and Data Acquisition（监视控 制与数据采集））。
2.应用软件
应用软件是由计算机控制系统设计人员针对生产过程中 特定任务而编写的控制和管理程序的总和。它以模块 结构形式进行设计，即一个模块就是一个子程序，然 后通过子程序的调用实现控制功能。
一般应用程序可分为:通用程序和专用程序。
7.1.2 计算机控制系统软件的功能
计算机控制系统的任务就是要实现企业对生产过程的实时监 控和在线管理，全方位多角度地把握整体生产，从而制定 出全面的控制策略扩大生产。

一 控制系统的静态、动态与过渡过程
静态：被控量保持不变的状态称为系统的静态。 静态是系统的相对稳定状态，也称稳态。
动态：被控量处于变化的状态称为系统的动态。 动态是控制系统的调节状态。
过渡过程：控制系统克服干扰的调节过程。
二 典型输入与过渡过程形式
r
t
y
单调衰减：无超调、调节过程缓慢 t
衰减振荡：具有一定的快速性和稳定性 y t
3 调整时间（过渡过程时间ts）：
从过渡过程开始直到被控量达到新 稳态值的5％(2％)所经历的时间。
4 静态偏差（余差）：C
过渡过程结束时被控量与设定值之差。
第二章 过程控制对象的特性
本章主要内容 §2-1 概述 §2-2 有自平衡能力对象的动态特性 §2-3 无自平衡能力对象的动态特性 §2-4 时域法辨识对象的动态特性 §2-5 频域法辨识对象的动态特性
xn
Wd (s) 为干扰通道传递矩阵
y
dn y11 y2 yn
§2-1 概述
五 对象的自平衡能力
对象受到扰动后平衡状态被破坏，无需外加任何控制作用， 依靠对象本身自动趋向平衡的特性，能自动达到新的平衡状态 的性质，称为对象的自平衡能力。
R1 Q1
x Δx
t T
h
h R2
Q2
t0
T 2T 3T 4T
●容量C的物理意义：引起被控量单位变化时，对象储存量变化的大小。 ●容量只反应动态过程，因此C只影响时间常数T。
t0 T 2T 3T 4T
t
§2-2 有自平衡能力对象的动态特性
二 有纯滞后单容对象的动态特性
纯滞后：对象输入发生变化后，输出并不立即跟随变化，经过一段时间
后输出才开始变化。这种现象叫纯滞后，相应的时间叫纯滞后 时间。一般用τ表示纯滞后时间。

生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
9
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1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )

1 s s( 1) a
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工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
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罝尵絿蜅揅鼻魮歮懷 瀳鎮殻梨姁佁垍缮鲟 铢闅罛槢醑鳟蜂戚运 庉裻怰鷲脆闞褠轛煿 闔蘹揙幵梁氌熽柕櫱 漞巈蚴禿孰挅要临曹 111111111 玌瘽錙聒抚巖诠唜璶 看看 閎飛憴氍沓壘蠰錏砙 慅叻乎糔袙顯隂鵑肱
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18
痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋

开环数字控制结构图
2. 闭环数字控制
执行机构多采用直流电机（小惯量伺服电机和宽调 速力矩电机）作为驱动元件，反馈测量元件采用光电 编码器（码盘）、光栅、感应同步器等，该控制方式 主要用于大型精密加工机床，但其结构复杂，难于调 整和维护，一些常规的数控系统很少采用。
3.1.5 数控系统的分类
1. 传统数控系统：零件程序的输入、运算、插 补及控制功能均由专用的封闭体系结构完成， 功能简单、柔性通用性差、设计研发周期长。
没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进 电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的 旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀 具是否到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检 查的，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电 机和传动装置来决定。
开环数字控制结构简单、可靠性高、成本低等特点，应 用广泛。由于采用了步进电机作为驱动元件，使得系统 的可控性变得更加灵活，更易于实现各种插补运算和运 动轨迹控制。本章主要是讨论开环数字程序控制技术。
所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条 近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的 折线近似于一条直线，并不是真正的直线。
所谓二次曲线插补是
指在给定的两个基点之间
y
用一条近似曲线来逼近，
也就是实际的中间点连线
(xe，ye) 是一条近似于曲线的折线
弧。常用的二次曲线有圆
弧、抛物线和双曲线等。
2. 开放式数控系统
（1）PC嵌入NC 结构式数控系统：基于传统 数控系统的半开放式数控系统。在传统的非 开放式NC上插入一块专门开发的个人计算 机模板。具有原数控系统工作可靠特点，提 高人机界面功能、使用更加方便。
（2）NC嵌入PC 结构式数控系统：以PC作 为系统核心，由PC和开放式运动控制卡构成。 开放式运动控制卡是一个可以单独使用的数

可编程控制器的特点与分类 可编程控制器的基本结构 可编程控制器产品
东北大学 秦皇岛分校
2.3
单片微型计算机
2.3.1
单片机的特点与发展趋势 单片机特性及应用系统 单片机产品与选择
2.3.2
2.3.3
东北大学 秦皇岛分校
2.1.1
工控机的组成与特点
工业控制计算机,简称工控机,也称为工业计算机IPC 工业控制计算机,简称工控机,也称为工业计算机IPC 。 Computer） （Industrial Personal Computer） 它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作 它主要用于工业过程测量、控制、 以工控机为核心的测量和控制系统， 以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入 信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构， 信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生 产过程，同时对生产进行监督和管理。 产过程，同时对生产进行监督和管理。 1
东北大学 秦皇岛分校
3
工控机的特点
⑴可靠性高； 可靠性高； ⑵实时性好； 实时性好； ⑶环境适应性强； 环境适应性强； ⑷丰富的输入输出模板； 丰富的输入输出模板； ⑸系统扩充性和开放性好； 系统扩充性和开放性好； ⑹控制软件包功能强； 控制软件包功能强； ⑺系统通信功能强； 系统通信功能强； ⑻冗余性。 冗余性。
东北大学 秦皇岛分校
⑶人-机接口 人-机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作显示台等。 通过人-机接口设备，操作员与计算机之间可以进行信息交换。 ⑷通信接口 通信接口是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传 送的通道。常用IEEE-488、RS-232C和RS485接口。为方便 主机系统集成，USB总线接口技术正日益受到重视。

计算机控制技术
会计学
第1页/共431页
1
课程总目录
绪论 输入输出接口与过程通道 数字控制技术 计算机控制系统数学基础 常规及复杂控制技术 现代控制技术 应用程序设计与实现技术
第2页/共431页
课程总目标
学完本课程后，你应具有以下能力： 熟悉计算机控制系统的组成原则 了解计算机控制系统结构 掌握计算机控制系统设计的方法 把握计算机控制系统的发展方向 灵活应用计算机控制技术解决一些
第5页/共431页
第1章 绪论
内容提要
计算机控制系统概述 计算机控制系统的典型形式 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及
趋势
第6页/共431页
本章要求、重难点
基本要求：了解计算机控制系统及 其基本组成。
教学重点：计算机控制系统的典型 形式。
教学难点：计算机控制系统的工作 原理。
DDC 计算 机
(b)
设定
值
计
算
机
SSC
工艺数据
记 录 显 示 打 印
工艺数据
记录 显示 打印
第21页/共431页
4．集散型控制系统 （Distributed Control System－
DCS）
第22页/共431页
5 ． 现 场 总 线 控 制 系 统 （ Fieldbus Control
System—FCS）
第9页/共431页
1.1.1 计算机控制系统及其组成
1. 计算机控制系统 （1）计算机控制系统的工作原理
给定 +
e
u
被控
量
控制
D/A
执行
被控
量y
-
器
机构

0 t≠0
求f(t)的Z变换。
1 k＝0
解： 因为： (kT)
0 k≠0
根据Z变换定义： F(z) £[ (t)] (kT)z k ＝1 k 0
March 30, 2021
第5章 数字控制器的设计
8
1、Z变换定义及表达式
(2)单位阶跃函数
f (t)
σ(t)=1 t≥ 0
0
t<0
求f(t)的Z变换。
n)
通过长除法得到幂级数展开式
F (z) f (0)z0 f (T )z 1 f (2T )z 2 ... f (kT )z k ...
March 30, 2021
第5章 数字控制器的设计
24
3、z反变换
2z 1 例题：求 z2 z 的z反变换，并写出前五项。
例题：求
z2 z3 4z2 5z 2
设定f(t)的Z变换F(z)存在，且对于t<0, f(t)=0 1）乘以常数 如果f(t)的£[aZf变(t)换] 为a £[Ff((zt))]， aaF是(z一) 个常数，则
March 30, 2021
第5章 数字控制器的设计
17
2、Z变换的重要性质和定理
2）线性性质 由Z变换的定义可知，Z变换是线性变换。 当f1(t)的Z变换为 F1(z)，f2(t)的Z变换为
f (kT )zk k 0
f*(t)的 Z变换
6
1、 z变换定义及表达式
在实际应用中，所遇到的采样信号的z变换
幂级数在收敛域内都对应有一个闭合形式，其表
达式是一个“z” 的有理式：
F(z)
K (zm zn
dm1z m1 ... d1z1 cn1z n1 ... c1z c0