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1、计算机控制系统设计 北京邮电大学自动化学院学习内容n 绪论n 线性离散系统的数学描述n 数字PID控制n 数字调节器直接设计方法n 模糊控制技术n 神经网络控制技术n 基于遗传算法的控制技术n 现场总线技术n 微机控制系统的设计 书目n 教材：微型计算机控制新技术,曹承志,机械工业出版社.n 参考书：1.计算机控制系统-原理与设计（3th ed.）,瑞典Karl J.Astrom&Bjorn Wittenmark编著，电子工业出版社。2.微型计算机控制系统，赖寿宏，华中理工大学出版社。3.计算机控制系统，何克忠，李伟，清华大学出版社。微机控制系统概述n 控制技术基本组成n 微机控制系统基本概念
2、n 微机控制系统的组成n 典型计算机控制系统举例n 微机控制系统的分类n 微机控制技术及其系统的发展控制技术基本组成（1）Classical Control TheoryModern Control Theory Computer Control Tech.控制技术基本组成（2）n 经 典 控 制 理 论：简单的控制系统设计，适用于SISO、线性定常控制系统n 现 代 控 制 理 论：为复杂控制规律的实现、构造高性能的控制系统系统的最优化、可靠性提供理论依据n 计 算 机 技 术 与 现 代 控 制 理 论 的 结 合：极大地推动了控制技术的发展计算机控制系统计算机控制系统是在自动控制技术和计
3、算机技术飞速发展的基础上产生的。设定值反馈量A/D控制规律计算程序D/A执行机构被控对象检测装置被控量模拟温控系统计算机温控系统计算机控制系统特点n 模拟数字混合系统n 数学工具采用z变换n 系统通用性和灵活性大大增强n 可同时控制多个回路n 便于实现控制与管理一体化计算机控制系统的组成 硬件计算机控制系统软件主机人机对话系统 通用外围设备I/O接口和I/O通道传感器及变送器系统软件应用软件典型计算机控制系统组成框图典型计算机控制系统举例n 计算机过程控制系统 n 微型计算机控制的电动机调速系统 n 计算机数字程序控制系统 n 工业机器人 计算机过程控制系统燃料空气锅炉压力测量温度测量废气废气
4、分析仪燃烧效率计算微型计算机控制的电动机调速系统隔离放大M+-测速 发电机垂直+-A/D速度调节器电流调节器晶体管调节器三相交流电同步电流互感器A/D计算机数字程序控制系统控制台光电隔离并行I/O口CPURAMEPROM驱动电路x轴步进电动机Y轴步进电动机传动机构机床工作台工业机器人中央计算机知识库摄像图象处理机多关节手臂控制计算机行走机构控制计算机话筒语言识别机扬声器语言合成器显示计算机显示器微机控制系统的分类n 数据处理系统n 操作指导控制系统n 直接数字控制系统(DDC)n 微机监督控制系统(SCC)SCC+模拟调节器控制系统 SCC+DDC控制系统n 分级控制系统n 集散控制系统n 微
5、机控制网络生产过程测量变换测量变换采样器A/D变换器主计算机行式打印机 报警外存储器 CRT控制台数据处理系统管理命令 报告操作指导计算机输出数据 测量数据显示打印A/D多路开关测量变换生产过程操作指导控制系统生产过程检测元件多路开关A/DDDC微机人工监督 给定值 测量值报告 管理命令D/A反多路开关DDC控制系统原理图生产过程测量变换模 拟调节器模 拟调节器多路开关A/DSCC计算机给定值 测量值报告 管理命令SCC+模拟调节器控制系统原理图生 产过 程检测元件多路开关A/D DDCSCC计算机给定值 测量值报告 管理命令D/A反多路开关SCC+DDC控制系统原理图企业级经营管理计算机管理
6、指令销售订货等数据 经济动向等数据来自其他工厂的生产和库存数据 工厂级集中监督计算机车间级监督计算机装置级DDC计算机输出通道控 制 对 象输入通道测量车间级监督计算机装置级监督计算机输出通道控 制 对 象输出通道测量到其他工厂的生产数据运输指令到主管部门的数据显示分级控制系统高速数据通道监督计算机 CRT操作站基本调节器控制对象基本调节器控制对象集散控制系统CC中 央计算机SC1SC2SC3SC4SC5SC6SCN 卫星计算机微机控制网络按控制规律分类 n 程序和顺序控制 n 比例积分微分控制（PID）n 有限拍控制 n 复杂规律的控制 n 智能控制 微机控制技术的发展方向n 系统辨识:工业
7、过程的数学模型可通过过程的机理分析或试验测试的方法获得，前者为激励模型，后者为实验模型。n 最优估计:以过程数学模型为基础，依据输入输出的在线测量数据来估计不可测的状态变量称为状态估计。由于测到的输入输出信息和模型本身都会被噪声污染，这种过程成为随机过程，其真实状态的估计就是最优状态估计，卡尔曼滤波器便是状态估计的最有效工具。n 最优控制:生产过程中，常会要求以最少的消耗（能量或物料）得到最大的实效。一个典型的高级控制系统结构输出Y(k)输入U(k)过 程在线辨识卡 尔 曼滤波状态估计基本的过程模型X(0)X(k)计算机控制模式一个典型的高级控制系统结构输入U(k)hw1有一Bang-Bang温控系统，要求T50度时，加热电炉丝；T50度时，不加热；直至T又45度时，重新开始加热。1）试用逻辑电路及继电器设计一控制器，并画出完整的系统框图。2）试用计算机作控制器，画出完整的系统框图，并编写相应的汇编程序。设定温度反馈量控制器温箱检测装置被控量