燕山大学自动化系

—计算机控制系统—2019/8/1第一章绪论1第一章绪论Introduction燕山大学自动化系—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论2本章主要内容•计算机控制系统的一般概念•计算机控制系统的组成及特点•计算机控制系统的分类•计算机控制系统的发展概况与趋势—计算机控制系统—2019/8/1第一章绪论3第一节Unit1计算机控制概述IntroductionofComputerControlSystem燕山大学自动化系—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论4本节主要内容•计算机控制系统的一般概念•计算机控制系统的组成—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论51-1-1概述（1）•常规控制系统的工作原理模拟调节器执行机构被控对象测量变送器设定值reu被调参数y图a单回路常规控制系统示意图ym按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论61-1-1概述（2）•计算机控制系统的工作原理u计算机保持器广义对象测量变送器e(kT)u(kT)被调参数y图b单回路计算机控制系统示意图ym采样器A/DD/A计算机系统设定值r—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论71）在线方式和离线方式★在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。★离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。2）实时的含义★实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成。★实时控制系统必定是在线系统。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论81-1-2信号特点（1）•计算机控制系统的信号形式•连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如y(t)、u(t)•离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t)•离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)采样器A/D计算机A/D保持器y(t)y*(t)y(kT)u(kT)u*(kT)u(t)—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论91-1-2信号特点（2）•计算机控制系统的采样过程y(t)t采样器y(t)y*(t)y*(t)2T4Ttτ原始过程信号信号通过采样器采样后的信号过程信号采样过程示意图—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论101-1-2信号特点（3）•信号的保持–目的：是将离散采样信号恢复为被控对象能够感知的连续模拟信号–方法：采用保持器–常用的保持器：零阶、一阶及高阶—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论111-1-2信号特点（4）•零阶保持器恢复信号的示意图6T4T2Tty采样信号y(kT)原信号y(t)恢复信号yh(t)零阶保持器算式yh(kT+t)=y(kT)0≤t＜T,k=0,±1,±2,…由于它只是简单地外推，故只有当T足够小时，零阶保持器才能较好地恢复原信号。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论121-1-3计算机控制系统的组成及作用软件部分计算机控制系统硬件部分控制计算机主机、外设、系统总线生产过程输入输出通道人—机联系设备、通信设备现场仪表（测量传感器、执行机构等）操作系统、汇编或高级语言、过程控制语言通信网络软件、诊断程序等系统软件应用软件过程输入/输出程序、过程控制程序、人机接口程序、打印显示程序、各种公共子程序、历史数据库、实时数据库计算机控制系统的组成示意图—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论13图1-4微型计算机控制系统原理图—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论14★主机中央处理器（CPU）内存储器(RAM和ROM)★接口电路:主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁★过程输入/输出通道模拟量输入通道模拟量输出通道开关量输入通道开关量输出通道★外部设备★操作台输入设备输出设备外存储器（CRT）显示器或(LED)数码显示器键盘（功能键和数字键）—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论15•高可靠性和可维护性•环境的适应性强•控制的实时性•较完善的输入输出通道•较丰富的软件1-1-4工业控制机的特点—计算机控制系统—2019/8/1第一章绪论16第二节Unit2计算机控制系统的分类及典型系统简介浙江大学控制科学与工程学系—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论17本节主要内容•操作指导系统•直接数字控制系统•监督控制系统•分级计算机控制系统•典型的计算机控制系统—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论18操作指导系统1-2-1计算机控制系统的分类优点:控制安全,具有一定智能.缺点:速度慢,误差大.适用:新的算法的设计—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论19直接数字控制（DDC）系统1-2-2计算机控制系统的分类直接数字控制(DDC)计算机CRT打印机报警操作台过程输入通道测量变送测量变送被控生产过程过程输出通道执行机构执行机构………………特点:取代模拟器,使用复杂的控制规律要求:计算机实时性好,可靠性高,适应性强—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论201-2-3计算机监督系统（SCC）•计算机监督系统（SupervisoryComputerControl）简称SCC系统。SCC系统有两种不同的结构形式。一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。（1）SCC+模拟调节器控制系统（2）SCC+DDC控制系统—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论21监督控制（SCC）系统计算机控制系统的分类监督控制计算机(SCC)CRT打印机报警DDC计算机或调节器输入通道输出通道被控生产过程操作台输入通道—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论223．监督控制系统（SupervisoryComputerControl—SCC）DDC计算机生产过程SSC计算机记录显示打印调节测量设定值(b)工艺数据模拟调节器生产过程SSC计算机记录显示打印调节测量设定值(a)工艺数据—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论23操作指导控制系统、DDC、SCC比较系统类别结构特点计算机功能给定值系统状态操作指导控制系统输入通道处理数据DDC输入/输出通道直接参与控制预先设定不在最优工况SCC两级计算机直接参与控制在线修改最优工况—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论241-2-4．分级计算机控制系统•分级计算机控制系统是一个四级系统，各级计算机的功能如图所示。装置控制级（DDC级）车间监督级（SCC级）工厂集中控制级（MIS）企业管理级（MIS）—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论25图分级计算机控制系统企业级经营管理计算机工厂级集中控制计算机车间级监控计算机（SCC）车间级监控计算机（SCC）装置控制级（DDC）装置控制级（DDC）装置控制级（DDC）工厂对象A工厂对象B工厂对象C工厂对象D至其它工厂至其它工厂装置控制级（DDC）返回本节—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论261-2-5．典型的计算机控制系统•1.计算机过程控制系统对温度,压力,质量,液面,速度等生产过程参数进行测量与控制的,这种系统称为过程控制系统,主控设备采用计算机则为计算机过程系统.大多数的化工生产过程均属于这类系统.—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论27•2.微机控制的电动机调速系统•3.采用微机的顺序控制系统顺序控制是使生产机械或生产过程按预先规定的时序或事序,而顺序进行控制的自动控制系统.如:PLC控制系统•4.计算机数字程序控制系统常用的数控机床:点控和线控•5.工业机器人—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论28现代所说的机器人大多指的是工业机器人，是一种能自动定位控制，可重复编程、多功能、多自由度的操作机。1954年美国的Devol最早提出了工业机器人思想，并申请了专利，该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人实行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现，这就是所谓的示教再现机器人。在此基础上，1958年美国Consolidated公司制作了第一台工业机器人，作为机器人产品出售的最早的实用机型是1962年美国的AMF公司推出的Verstran和Unimation公司推出的UNIMATE（如图所示）。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论29第一台工业机器人UNIMATE—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论30•1970年以后机器人的研究得到了迅速广泛的普及，1970年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议，1973年在意大利召开了第一届RMS，辛辛那提.米拉克隆公司于1973年制成了第一台由小型计算机控制的工业机器人T3，它是液压驱动的，能提升的有效负载达45Kg。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论31工业机器人T3—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论321979年Unimation公司推出了Puma系列工业机器人，它是全电驱动关节式结构，多CPU两级微机控制，采用VAL专用语言并可配置视觉、触觉、力觉传感器，是技术较为先进的机器人.—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论33工业机器人Puma—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论34同年日本山梨大学的牧野洋研制成具有平面关节的SCARA型机器人，由于简单、精确，在插装电子元器件等许多工作上得到了广泛的应用。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论35SCARA型机器人—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论36计算机技术和人工智能技术的迅速发展使机器人在功能和技术层次上有了很大提高。到目前为止，机器人已进入了第三代：智能化的高级机器人，具有感觉、思考、决策和动作能力的机器人系统，这类机器人目前还处于研究开发阶段；第一代工业机器人主要是指示教再现控制的操作机器人，目前国内外工业应用中的机器人绝大多数都是这一类；第二代工业机器人具有感受功能，是具有光觉、视觉、力觉、触觉、声觉、语音识别等功能的工业机器人，—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论37此时工业机器人可以根据感受信息调整控制算法，这类工业机器人已经在实验室内研制成功并开始得到试用，但由于成本较高，其工业应用的普及还要有一个过程。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论38我国工业机器人我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。70年代世界上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种背景下，我国于1972年开始研制自己的工业机器人。80年代，我国完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019/8/1第一章绪论391986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。90年代初期我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。—计算机控制系统—燕山大学自动化系2019