第1章微型计算机控制系统概述资料教程.ppt

引言第一章微型计算机控制系统的概述1.1微型计算机控制系统的结构原理加工和比较。这些功能是由测量元件，变换发送单元，控制器和执行机构来完成的。控制器是控制系统中最重要的部分，它从质和量的方面决定了控制系统的性能和应用范围。
闭环控制是自动控制中广泛采用的一种控制方式。当控制精度要求较高，干扰影响较大时，一般都采用闭环控制。但设计比较麻烦，结构也比较复杂，因而成本比较高。
二、微型计算机控制系统
如果把图1.2中的控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机控制系统，其基本框图如图1.3所示。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。
1、控制过程
从本质上看，微型计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四点：
（1）实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并且将采样结果输入计算机；
（2）实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后，按照预先规定的控制规律进行运算，则称为实时决策，或简称决策；
（3）实时控制：根据决策结果，实时地对控制机构发出控制信号；
（4）信息管理：随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也介入到控制系统之中。
上述测、算、控和管的过程不断重复，使整个系统能够按一定动态品质指标进行工作,并能对被控参数和设备是否出现异常情况进行监督,以便作出迅速处理.
实时:微机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量,计算和控制输出,即要求微机对输入信号要以足够快的速度进行测量与处理,并在一定的时间内作出反应或产生相应的控制。
在线/联机：生产设备直接与计算机控制系统连接而不通过其它介质来间接进行控制决策的方式。
脱机/离线：生产设备不直接与计算机控制系统连接的方式。
2、特点
（1）可以消除常规模拟调节器的许多难以克服的缺点，如不存在模拟调节器的漂移问题，参数整定范围宽，比例、积分和微分系数可以单独调节，而且可以在整个控制范围内实行多参数调节。当信号噪声大时，数字低通滤波器与模似滤波器相配合，对高频的脉冲
噪声有较好的滤波效果，特别是数字滤波可抑制甚低频的周期干扰。
（2）使用灵活，便于实现特殊的控制规律，如修改部分程序就能改变调节规律，而无需改变硬件设备，甚至可以在线改变控制方案。因而可以在不增加硬件设备的情况下逐步提高控制水平。
（3）具有增加控制回路而不会显著地增加费用的特点，还可实现打印、制表、报警、显示等附加功能。

1.1微型计算机控制系统的结构原理于线性离散系统理论，直接设计数字控制器，它存在的问题是忽视了两采样点之间系统的动态过程，可能导致在各采样点系统满足性能指标要求，而实际系统的输入/输出特性很差。为了能设计出高性能的计算机控制系统，现在国际上流行的研究方法是使用连续信号指标函数，考虑采样点之间系统的动态特性，直接对具有混合结构的系统进行优化设计。显然，这种方法最能反映系统的实际物理过程。
（7）对于连续控制系统，控制规律越复杂，所需要的硬件也往往越多，越复杂。模拟硬件的成本几乎和控制规律复杂程度成正比。并且，若要修改控制规律，一般必须改变硬件结构，而在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，修改一个控制规律，无论复杂还是简单，只需修改软件，一般不需对硬件结构进行变化，因此便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大的灵活性和适应性。（8）在连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路，而计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算处理能力，一个控制器（控制计算机）经常可采用分时控制的方式而同时控制多个回路。通常，它利用依次巡回的方式实现多路分时控制。
（9）采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、微机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。在现代化的生产中，计算机不仅担负生产过程的控制任务，而且还可负责工厂企业管理任务。收集商品信息、情报资料、制定生产计划、生产调度、仓库管理和人事工资管理等均可实行计算机管理。早期，计算机控制与管理各自独立地发展，现在随着生产管理水平的提高，两者开始互相渗透、结合，以便实现全生产过程的协调和全局优化。1.2微型计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成一、硬件组成
微型计算机控制系统硬件主要由主机，I/O接口，过程输入输出通道（设备），通用外部设备，通信设备，操作台（设备），系统支持功能等组成,如图1.4所示。
1、主机（CPU）
由微处理器，内贮存器（RAM和ROM）和系统总线构成的主机是控制系统的核心。主机根据过程输入通道发送来的，反映生产过程工况的各种信息和已定的控制规律，作出相应的控制决策，并通过输出通道发出控制命令，达到预定的控制目的。
2、I/O接口与过程（输入/输出）通道
过程通道是在微机和生产过