课程总目录 绪论 计算机控制系统的数学描述 常规数字控制器的设计方法 高级数字控制器的分析与设计 数据输入输出通道的接口技术 计算机控制网络技术概论 计算机控制系统设计与实现

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 实际应用问题 课程安排共48个学时 48个学时理论教学40学时理论教学40学时实验8实验8学时 教学书目教材:计算机控制技术及应用王平等编著机械工业出版社2010年教学参考书:1. 《先进控制理论与方法导论 》，章卫国主编，西北工业大学出版社， 00年2.《数字和模拟集成电路电子学》，〔美〕理查得J.希金斯著，机械工 业出版社，87年3. 《智能控制技术》

易继锴等编著，北京工业大学出版社，99年4.期刊－－“工业控制计算机”、“测控技术”、“计算机自动测量与 第一章 计算机控制系统概述

计算机控制系统是自动控制理论、自动化技术与计算机技术紧密结合的产物 。 计算机为现代控制理论的应用提供了有力的工具。同时，计算机控制系统应用于工业控制领域提出来 系列理论与工程上的问题 又进

步推动了出来一系列理论与工程上的问题，又进一步推动了控制理论和计算机技术的发展。

计算机技术在控制领域中的应用，还有力地推动了自动控制技术的发展，大大扩展了控制技术在工业生产中的应用范围，特别是使复杂的、大规模的自动化系统与过程发展到了一个崭新的阶段。 1．1 自动化技术与信息技术的关系 信息链

当前，科技界较普遍认为，信息技术由四大部分组成，即信息获取、信息传输、信息处理与信息应用或信息利用。这四部分实际上组成了 个完整的信息链 如图

所示这四部分实际上组成了一个完整的信息链，如图1-1所示。 信息获取 信息传输 信息处理 信息应用 图1-1 信息技术的四个组成部分及其信息链

我们知道，一个基本的自动化系统至少包含信息获取、处理与应用三部分（如图1-2所示），而一个应用计算机网络或通信网络的自动化系统包含信息获取、传输、处理与应用的全部。这就是说，自动化技术涉及到信息技术的全部内容。

信息应用 执行器 计算与 机器 信息处理 或设 控制 备 信息获取 传感器 广义控制器 被控对象 图1-2 从信息角度看基本自动化系统的组成1．1 自动控制系统的基本结构

自动化控制系统要综合运用信息获取、信息传输、信息处理和信息集成等技术，并考虑人的因素、环境因素的相互作用与影响。

可以说自动化技术涉及到信息技术的全部，通信技术的重点是在信息的传输，计算机技术的重点是在信息的处理，而自动化技术的重点则在信息的控制应用上。 一般来说自动控制系统随着控制对象、控制规律、执行机构的不同而具有不同的特点，但可归纳为两种基本结构。 给定值 被控参数 控制器 执行机构 被控对象 变换发送单元 测量单元 （a） 给定值 被控参数 控制器 执行机构 被控对象 （b） 图1.1 自动控制系统的基本结构

自动控制系统的基本功能是进行信号的传递、加工和比较。这些功能是由检测单元、变换发送单元、控制器和执行机构来完成的。其中控制器是控制系统的关键部分，它决定了控制系统的控制性能和应用范围。 1．2 计算机控制系统基本原理

若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 微型计算机给定信号 被控参数 微处理器 DA转换器 执行机构 被控对象 AD转换器 图1.2计算机控制系统基本原理图

计算机控制系统的控制过程一般可归纳 为三个步骤 ： 1实时数据采集 对被控参数的瞬时值实时采集，并输入计算机。 2实时决策控制 对采集到的表征被控参数的状态量进行分析 并按已确定的控制规律

决定状态量进行分析，并按已确定的控制规律，决定进一步的控制行为。 3实时控制输出

根据作出的控制决策，适时地向执行机构发出控制信号，在线、实时地控制任务。 以上过程不断重复，使整个系统能按 照一定的动态性能指标工作。

计算机控制系统原理图 软件 变送器传感器 接口 AD 多路开关 显示终端 微 接口 DA 反多路开关 执行机构 生 型 产 计 对 算 接口 开关量输入 磁盘驱动器 象 机 接口 开关量输出 打印机 实时 操作 时钟 台通用外部设备主机及操作台 接口 外部通道 检测及变送 控制对象 1．3 几个典型的计算机控制系统 例1．1

啤酒罐计算机温度控制系统 D/A温度给定 转换器 保持器 执行机构 数字 控制器 啤 - D/A 转换器 保持器 执行机构 酒 A/D 多路 测量 罐 转 采样 换 保持 器 器 测量 图1.3 啤酒罐计算机温度控制系统例1．2

基于PROFIBUS的计算机分级控制系统例1．3 EPA过程控制系统例1．4 多总线集成控制系统1．4 计算机控制系统的分类1．4．1

按功能及结构分类1、操作指导控制系统 ---属于开环控制型结构 Operation guidance 数字计算机 CRT 打印机 报警 过程输入通道 人 测量变送 测量变送 执行机构 …… …… 工业对象 图1.6 操作指导控制系统组成框图

操作指导控制系统组成框图 A/D 测 采 转 量 样 工 换 元微 器 器 件 业型 对机 调节器 象 显示终端 打印机2、直接数字控制系统DDC

---计算机不仅能完全取代模拟调节器参加闭环控制过程，而且不需改变硬件，只通过改变程序就能有效地实现较复杂的控制规律。Direct digital Control A/D 测 CRT 采 转 量 样 换 单 器 工 器 元 计 打印机 业 算 采样地址 对 报警 机 A/D 输 执 转 出 行 象 换 扫 机 器 描 构 操作台 输出扫描地址

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