自動(dòng)化檢測(cè)儀表第11講

1、 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)第四編系統(tǒng)控制技術(shù)第四編系統(tǒng)控制技術(shù)第15章 計(jì)算機(jī)儀表控制系統(tǒng)15.1 儀表控制系統(tǒng)15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)15.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng) 所有儀表單元之間及其與被控對(duì)象之間都是通過(guò)信號(hào)線直接相連的。15.1 儀表控制系統(tǒng)（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng) 回路中給定值信號(hào)u與被控變量y之間的傳遞函數(shù)：00( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )ACTSACY sW sU sWsWsWsWsWsWsWsWs15.1 儀表控制系統(tǒng)（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng) 回路中給定值信號(hào)u與顯示信號(hào)z之間的傳遞函數(shù)：00( )(

2、 )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )ACDTSACZ sW sU sWsWsWsWsWsWsWsWsWs15.1 儀表控制系統(tǒng)（1）閉環(huán)回路控制系統(tǒng) 回路控制系統(tǒng)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化具有如下特點(diǎn)： 具有嚴(yán)格意義上的回路結(jié)構(gòu) 單元間信息的直接傳送 控制算法的集中計(jì)算15.1 儀表控制系統(tǒng)（2）閉環(huán)回路連續(xù)特性分析 除調(diào)節(jié)控制單元外，其他儀表單元作用類(lèi)似于低通濾波器，可以近似為常數(shù)：( ),( ),( ),( )SSTTAADDWsKWsKWsKWsK15.1 儀表控制系統(tǒng)（2）閉環(huán)回路連續(xù)特性分析 因此，u與y，u與z之間的傳遞函數(shù)可簡(jiǎn)化為：00( )( )( )( )

3、( )1( )( )ACATsCKW s WsY sW sU sKKKW s Ws00( )( )( )( )( )( )( )1( )( )DACDDSATSCK K W s WsZ sW sWsK WsU sK K K W s Ws15.1 儀表控制系統(tǒng)（2）閉環(huán)回路連續(xù)特性分析 回路控制系統(tǒng)的時(shí)域特性可采用最常見(jiàn)的階躍擾動(dòng)動(dòng)態(tài)特性分析方法進(jìn)行分析。 簡(jiǎn)化后，回路中存在調(diào)節(jié)控制單元與被控對(duì)象，因此，回路系統(tǒng)一般不再是二階系統(tǒng)。Bode圖的分析方法是控制系統(tǒng)頻域分析的常用方法。15.1 儀表控制系統(tǒng)（3）閉環(huán)回路數(shù)字化離散分析 控制系統(tǒng)中當(dāng)用數(shù)字儀表代替模擬儀表后，控制系統(tǒng)的特性分析需要從離

4、散化角度進(jìn)行。 回路系統(tǒng)的采樣周期為T(mén)，回路控制系統(tǒng)的截止頻率為 則當(dāng)采樣周期T滿(mǎn)足條件： 離散過(guò)程可保證控制系統(tǒng)的主要特性不變。實(shí)際應(yīng)用中，常取：00002422TT0(510)TT15.1 儀表控制系統(tǒng)（4）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，多種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在工業(yè)控制中的得到應(yīng)用； 常規(guī)傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器、顯示器發(fā)展成網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品； 基本實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)、變送、顯示、調(diào)節(jié)控制和執(zhí)行單元的網(wǎng)絡(luò)化過(guò)程。15.1 儀表控制系統(tǒng)（4）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析 電氣信息的傳輸不再是點(diǎn)到點(diǎn)的直接方式，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字量方式進(jìn)行，實(shí)際的物理回路不再存在。15.1 儀表控制系統(tǒng)（4）

5、閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，反饋控制回路從物理上的回路系統(tǒng)變成了知識(shí)邏輯上的回路系統(tǒng)15.1 儀表控制系統(tǒng)（4）閉環(huán)回路控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化分析 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)總線技術(shù)引入回路控制系統(tǒng)后，可獲得如下優(yōu)點(diǎn)： 連線大大減少，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜性； 系統(tǒng)整理可靠性增加； 數(shù)據(jù)通訊交互性增強(qiáng)，便于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算； 控制系統(tǒng)扁平化，便于底層與上層控制的溝通，便于協(xié)調(diào)控制技術(shù)的應(yīng)用。15.1 儀表控制系統(tǒng)（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展和評(píng)價(jià) 通過(guò)以下幾個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)： 對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的評(píng)價(jià) 對(duì)系統(tǒng)工程化的評(píng)價(jià) 對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的評(píng)價(jià) 對(duì)系統(tǒng)可靠性的評(píng)價(jià) 對(duì)系統(tǒng)可擴(kuò)展性的評(píng)價(jià) 對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)15.2 計(jì)算

6、機(jī)控制系統(tǒng)（2）集中控制系統(tǒng) 用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多被控對(duì)象或參數(shù)進(jìn)行控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（2）集中控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制（DDC控制）：使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)代替若干個(gè)調(diào)節(jié)控制回路的功能。集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：便于各種運(yùn)算的集中處理；各通道或回路的耦合關(guān)系在控制計(jì)算機(jī)中可以得到很好的反映；由于系統(tǒng)沒(méi)有分層，所有控制規(guī)律可直接實(shí)現(xiàn)； 15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（3）集散控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)又稱(chēng)分散型控制系統(tǒng)； 它是一個(gè)為滿(mǎn)足大型工業(yè)生產(chǎn)要求，從綜合自動(dòng)化的角度，按功能分散、協(xié)調(diào)集中的原則設(shè)計(jì)； 具有高度可靠性，用于生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過(guò)程控制。15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（3）集散控

7、制系統(tǒng) 典型的集散控制系統(tǒng)具有兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，下層負(fù)責(zé)完成各種現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制任務(wù)，上層負(fù)責(zé)完成各種管理、決策和協(xié)調(diào)任務(wù)。15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（3）集散控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（3）集散控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)考慮了各子系統(tǒng)控制要求的協(xié)調(diào)關(guān)系，具有控制作用的分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（4）分布式控制系統(tǒng) 分布式控制系統(tǒng)是在集散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要而產(chǎn)生的更新一代的控制系統(tǒng)。 分布式控制系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)各子系統(tǒng)間的協(xié)作關(guān)系，具有明確的分解策略和算法。15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（4）分布式控制系統(tǒng) 分布式控制系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意15.2 計(jì)算機(jī)控

8、制系統(tǒng)（4）分布式控制系統(tǒng) 分布式控制系統(tǒng)的分層、分解和結(jié)構(gòu)劃分遵循下述三原則： 縱向分層 橫向分解 多級(jí)結(jié)構(gòu)與分布結(jié)構(gòu)15.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（1）控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)化 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將所有的網(wǎng)絡(luò)接口移到了各種儀表單元中，從而使得儀表單元均具有了直接的通訊功能，這事控制網(wǎng)絡(luò)化的最基本實(shí)現(xiàn)。 各種儀表單元是控制網(wǎng)絡(luò)化的最小實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié) 各種儀表單元分別獨(dú)立完成各自的工作，然后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行彼此間的信息交換和組織，并相互協(xié)作最終實(shí)現(xiàn)預(yù)定的完整控制任務(wù)。15.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（1）控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化后，會(huì)給控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)的構(gòu)成帶來(lái)如下一些特點(diǎn)： 儀表網(wǎng)絡(luò)化 計(jì)算分散化 控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化促成了控制系統(tǒng)的扁平化15.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（2）控制系統(tǒng)的扁平化 隨著企業(yè)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，新一代計(jì)算機(jī)控制逐步形成兩層網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 上層負(fù)責(zé)玩策劃那個(gè)高層管理功能，下層負(fù)責(zé)完成所有的具體控制任務(wù)。15.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（2）控制系統(tǒng)的扁平化 新一代計(jì)算機(jī)儀表控制系統(tǒng)兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意15.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)（2）控制系統(tǒng)扁平化 兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)出現(xiàn)