计算机控制系统优秀PPT.ppt

第一章 绪 论q 1.1 计算机限制系统概述 q 1.2 计算机限制系统的类型q 1.3 计算机限制理论q 1.4 计算机限制系统应用实例q 1.5 计算机限制系统的发展 q 1 1.1 计算机限制系统概述q 1.计算机限制系统的一般概念 q 2.计算机限制系统的组成 q 3.计算机限制系统的特点21.计算机限制系统的一般概念 在连续限制系统框图1.1中，给定值与反馈值经过比较器比较产生偏差，限制器对偏差进行限制运算，产生限制信号驱动执行机构。系统内信号通常是模拟信号。将连续限制系统中的比较器和限制器的功能用计算机来实现，就组成了一个典型的计算机限制系统（见图1.2）。计算机限制系统通常是模拟信号和数字信号的混合系统。因此，在系统内部，须要进行模拟信号和数字信号之间的相互转换（A/D 和D/A 转换）。计算机限制系统的限制过程为数据采集及处理和实时限制。图1.1 连续限制系统的典型结构图1.2 计算机限制系统基本框图3 2.计算机限制系统的组成 图1.3 计算机限制系统的组成框图4 3.计算机限制系统的特点 模拟、数字混合系统 便于修改限制规律 可实现困难的限制规律 离散限制 可分时限制多个回路 便于实现限制与管理一体化5 1.2 计算机限制系统的类型 依据计算机在限制系统中的限制功能和限制目的，可将计算机限制系统分为以下几种类型。操作指导限制系统 干脆数字限制系统 监督计算机限制系统 分级计算机限制系统6 操作指导限制系统 所谓操作指导是指计算机的输出不干脆用来限制被控对象，只是每隔确定时间，计算机进行一次数据采集，将系统的一些参数经A/D转换后送入计算机进行计算及处理，然后进行报警、打印和显示。操作人员依据这些结果去变更调整器的给定值或干脆操作执行机构。图1.4 操作指导系统结构图7 干脆数字限制系统 干脆数字限制（DDC）系统是计算机用于工业过程限制最普遍的一种方式。计算机通过检测元件对一个或多个系统参数进行巡回检测，并经过输入通道送入计算机。计算机依据规定的限制规律进行运算，然后发出限制信号干脆去限制执行机构，使系统的被控参数达到预定值。图1.5 干脆数字限制系统8 监督计算机限制系统 监督计算机限制（SCC）系统结构如图1.6所示。在SCC系统中，由计算机依据描述生产过程的数学模型，计算出最佳限制输出送给模拟调整器或者DDC计算机，最终由模拟调整器或者DDC计算机限制生产过程，从而使生产过程始终处于最佳工作状态。图1.6 监督计算机限制系统9 分级计算机限制系统装置限制级（DDC级）工厂集中限制级 车间监督级（SCC级）企业管理级图1.7分级计算机限制系统10 1.3 计算机限制理论 对计算机限制系统的分析和设计，不只是简洁地推广连续系统的理论，同时也须要一些特地理论来对它进行探讨。计算机限制系统理论主要包括离散系统理论、采样系统理论及数字系统理论。离散系统理论 采样系统理论 11离散系统理论 差分方程及z变换理论 常规设计方法 极点配置设计法 最优设计方法 系统辨识及自适应限制 12采样系统理论 采样系统理论除了包括离散系统的理论外，还包括以下一些内容：采样理论 连续模型及性能指标的离散化 采样限制系统的仿真 采样周期的选择 数字信号整量化效应的探讨，如量化误差、非线性特性的影响等131.4 计算机限制系统应用实例q 卫星模型q 直流伺服电机模型q 工业机器人模型14卫星模型 卫星模型常应用于卫星姿态限制系统中。卫星常要求进行姿态限制，以使它的天线和传感器相对于地球具有适当的方位。为此，须要利用推动器对三个轴进行姿态限制，分别限制卫星的偏离角、倾斜角和转动角。图1.9 卫星结构图15直流伺服电机模型 直流伺服电机最常用的限制方式是电枢限制，即励磁绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加限制电压，当负载转矩恒定时，电枢的限制电压上升，电动机的转速就上升；反之，减小电枢限制电压，电动机的转速就降低；变更限制电压的极性，电机就反转；限制电压为零，电机就停转，故可实现对被控对象的机械运动的快速限制。图1.10 直流伺服电机结构图16工业机器人模型 工业机器人被广泛应用于工业过程限制，成为制造业生产自动化中特别重要的机电一体化设备。图1.11工业机器人结构示意图17工业机器人模型 工业机器人可以理解为：拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。图1.12 机械臂关节结构示意图图1.13 机械臂关节模型18 1.5 计算机限制系统的发展q 计算机限制系统的发展过程q 计算机限制系统的发展趋势19计算机限制系统的发展过程 1946年，世界上第一台电子计算机 20世纪50年头末，计算机限制系统投入实际应用 20世纪60年头末，小型计算机 1972年，微型计算机，以单片机为代表 分级计算机限制、集散限制系统、集成制造系统（CIMS）基于网络的限制技术（简称网络限制）20计算机限制系统的发展趋势q 可编程限制器 q 嵌入式系统q 集散限制系统 q 现场总线限制系统q 计算机集成制造系统 q 网络限制系统21可编程限制器 在制造业的自动化生产线上，各道工序都是按规定的时间和条件依次执行的，对这种自动化生产线进行限制的装置称为依次限制器。随着大规模集成电路和微处理器在依次限制器中的应用，依次限制器起先接受类似微型计算机的通用结构，把程序存储在存储器中，用软件实现开关量的逻辑运算、延时等过去用继电器完成的功能，形成了可编程逻辑限制器PLC。22嵌入式系统 嵌入式系统（Embedded System）以计算机技术为基础，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和Internet网络技术与具体应用对象相结合的产物。嵌入式系统嵌入的本质是将一个微型计算机嵌入到一个具体应用对象体系中去。23集散限制系统 目前，在过程限制领域，集散限制系统技术已日趋完善而渐渐成为被广泛运用的主流系统。集散限制系统发展初期是以实现分散限制为主，而进入20世纪80年头以后，集散限制系统的技术重点转向全系统信息的综合管理，因其具有分散限制和综合管理两方面特征，故称为分散型综合限制系统，简称为集散限制系统。24现场总线限制系统 现场总线限制是工业设备自动化限制的一种计算机局域网络。它是依靠具有检测、限制、通信实力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散限制，并以这些现场分散的测量、限制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线限制系统。25计算机集成制造系统 计算机集成制造系统CIMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将工厂中的全部生产环节，包括产品设计、生产规划、生产限制、生产设备、生产过程等所需运用的各种分散的自动化系统有机地集成起来，消退“自动化孤岛”，实现多品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的智能制造系统。26网络限制系统 网络限制（Internet Based Control）系统是以网络为媒介对被控对象实施远程遥限制、遥操作的一种新兴的计算机限制系统。网络限制技术的发展与网络技术、计算机应用技术、嵌入式应用技术和限制理论与应用技术的发展休戚相关。网络限制已经引起了各方面的广泛关注。27