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1、计算机控制技术东南第一章1本讲稿第一页，共十六页第一章 计算机控制系统概述1.1计算机控制系统发展概况1.2计算机控制的分类操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统操作指导控制系统2计算机控制技术课件本讲稿第二页，共十六页1.2.1操作指导控制系统图图1-1 操作指导控制系统操作指导控制系统3计算机控制技术课件本讲稿第三页，共十六页1.2.2直接数字控制系统(DDC系统)图图1-2 直接数字控制系统直接数字控制系统4计算机控制技术课件本讲稿第四页，共十六页1.2.3 监督控制系统图图1-3 监督控制系统监督控制系统5计算机控制技术课件本讲稿第五页，共十六页1.2.4 分
2、级控制系统图图1-4 分级控制系统分级控制系统6计算机控制技术课件本讲稿第六页，共十六页1.2.5 分散控制系统（集散控制系统）图图1-5 分散控制系统分散控制系统7计算机控制技术课件本讲稿第七页，共十六页1.3 控制用计算机的特点1)可靠性高2)实时性好3)抗干扰能力强4)良好的通讯功能5)完善的软件配置8计算机控制技术课件本讲稿第八页，共十六页两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制只能控制一个回路可控制多个回路硬设备软设备模拟控制器数字控制器控制过程中算法不能改变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模拟控制系统结构图模拟控制系统结构图计算机控制系统结构图计算机控制系
3、统结构图模拟控制系统与计算机控制系统的比较9计算机控制技术课件本讲稿第九页，共十六页1.4计算机控制系统举例例 1-1 卫星姿态控制运行中的卫星经常要求对其姿态进行控制，以使它的天线和传感器相对于地球具有适当的方位。为此，计算机往往对三个轴分时地进行姿态控制。图1-6 画出了一个轴的运动情况。假设只允许绕垂直于本书页面的轴进行旋转，该系统的运动方程如下：图图1-7 卫星姿态控制系统框图卫星姿态控制系统框图式中：I是卫星围绕其质量中心的惯性矩；MC是由助推器加上的控制转矩；MD是扰动力矩；是卫星轴相对于基准线的角。10计算机控制技术课件本讲稿第十页，共十六页由运动方程求传递函数令可得上式的拉氏变
4、换为如果不考虑扰动(wd(s)=0)，则其传递函数为：11计算机控制技术课件本讲稿第十一页，共十六页例1-2 天线方位控制伺服系统卫星跟踪天线的仰角控制(见右图)假设天线及其可动部分具有惯性转矩J，由于直流驱动电机的反电势及由于轴承和空气动力摩擦产生了阻尼，其阻尼系数为B，则运动方程为：式中：Tc是驱动电机产生的纯转矩；Td是刮风时的扰动转矩。图1-8 天线示意图如果我们定义：B/J=a，u=Tc/B，w=Td/B，则方程化简为：12计算机控制技术课件本讲稿第十二页，共十六页其拉氏变换式为如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：13计算机控制技术课件本讲稿第十三页，共十六页例1-3 工
5、业炉控制图图1-9 工业炉的典型控制工业炉的典型控制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。为了提高炉子的热效率，还须对炉子排出的废气进行分析，一般是用氧化锆传感器测量烟气中的微量氧，
6、通过计算而得出其热效率，并用以指导燃烧控制。14计算机控制技术课件本讲稿第十四页，共十六页这是一个原料混合和加热的控制系统，该装置的任务是：(1)装入原料A，使液面达到贮槽的一半；(2)装入原料B，使液面进一步升到百分之七十五；(3)开始搅拌并加热到95，在此恒定温度上维持20min；(4)停止搅拌和加热，开动排料泵抽出混合液，一直到液位低于贮槽的5为止。上述过程由计算机自动控制，按照一定的顺序重复进行，完成原料混合和加热控制。例1-4 计算机用作顺序控制的例子图图1-11 计算机顺序控制计算机顺序控制15计算机控制技术课件本讲稿第十五页，共十六页16计算机控制技术课件本讲稿第十六页，共十六页