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國(guó)家級(jí)一流本科課程
國(guó)家級(jí)精品課程
國(guó)家級(jí)精品資源共享課程
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第1講
第1章緒論(一)第1章緒論(一)0.1課程信息
0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式
1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)
《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》:是自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)主干專(zhuān)業(yè)課程,是國(guó)家級(jí)精品課程、國(guó)家級(jí)精品資源共享課程。2.前續(xù)基礎(chǔ)課程1.課程的性質(zhì).程序設(shè)計(jì)技術(shù)(C/C++、VC).自動(dòng)控制理論(經(jīng)典/現(xiàn)代).過(guò)程檢測(cè)及儀表.微機(jī)原理(單片機(jī))與接口技術(shù)課程要求與說(shuō)明0.1課程信息3.教材
(1)國(guó)家級(jí)“十一五”規(guī)劃教材,國(guó)家級(jí)一流本科課程,國(guó)家級(jí)精品課程配套教材,國(guó)家級(jí)精品資源共享課程配套教材
于海生等,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)(第3版),機(jī)械工業(yè)出版社,2023
4.參考書(shū)
(1)國(guó)家級(jí)“十二五”規(guī)劃教材,國(guó)家級(jí)一流本科課程,國(guó)家級(jí)精品課程配套教材,國(guó)家級(jí)精品資源共享課程配套教材于海生等,微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)(第4版),清華大學(xué)出版社,2023
(2)孫增圻.計(jì)算機(jī)控制理論與應(yīng)用(第2版).北京:清華大學(xué)出版社,2008(3)楊根科,謝劍英.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)(第4版).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2016(4)王錦標(biāo).計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第3版).北京:清華大學(xué)出版社,20180.1
課程信息4.參考書(shū)(續(xù))(5)K.J.?str?m,B.Wittenmark.Computercontrolledsystemstheoryanddesign.ThirdEdition.PrenticeHall,1998(6)G.F.Franklin,J.D.PowellandM.Workman.Digitalcontrolofdynamicsystems,ThirdEdition.AddisonWesleyLongman,Inc.,1998(7)M.SamiFadali,A.Visioli.Digitalcontrolengineering.3rded.ElsevierInc.,AcademicPress,2020.0.1
課程信息0.1
課程信息本課程組編著出版的教材0.1
課程信息本課程組編著出版的教材
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是人類(lèi)文明進(jìn)步和社會(huì)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是關(guān)于一切人造系統(tǒng)自動(dòng)、智能、自主、高效和安全運(yùn)行的科學(xué)與技術(shù)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是指使用機(jī)器部分或全部代替人的體力或腦力勞動(dòng),甚至完成人類(lèi)依靠自身體力和腦力無(wú)法直接完成的任務(wù)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低原材料和能源消耗,創(chuàng)造前所未有的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步汽車(chē)自動(dòng)焊接生產(chǎn)線(xiàn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要方法和手段。
自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步注塑機(jī)機(jī)器人足球比賽自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步美國(guó)第一臺(tái)火星探測(cè)器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)旅行者Voyager一號(hào),二號(hào)走出太陽(yáng)系,對(duì)茫茫太空進(jìn)行探索0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步
中國(guó)航天載人飛船中國(guó)運(yùn)載火箭0.2計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)
自動(dòng)控制:就是在沒(méi)有人直接參與的情況下,通過(guò)控制器使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖如下:典型的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程:連續(xù)過(guò)程(Continuousprocess)產(chǎn)品是流體離散過(guò)程(Discreteprocess)產(chǎn)品是固體、按件計(jì)量批量過(guò)程(Batchprocess)連續(xù)、離散間歇性交替1.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng):就是利用計(jì)算機(jī)(通常稱(chēng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)控制機(jī))來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理:
①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。
②實(shí)時(shí)控制決策:對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理,并按已定的控制規(guī)律,決定將要采取的控制行為。
③實(shí)時(shí)控制輸出:根據(jù)控制決策,適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào),完成控制任務(wù)。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述2.在線(xiàn)方式和離線(xiàn)方式
在線(xiàn)方式(on-line):
生產(chǎn)過(guò)程和計(jì)算機(jī)直接連接,并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱(chēng)為在線(xiàn)方式或聯(lián)機(jī)方式。
離線(xiàn)方式(off-line):
生產(chǎn)過(guò)程不和計(jì)算機(jī)相連,且不受計(jì)算機(jī)控制,而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱(chēng)為離線(xiàn)方式或脫機(jī)方式。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述3.實(shí)時(shí)的含義
實(shí)時(shí)(real-time):指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成,亦即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息,以足夠快的速度進(jìn)行控制,超出了這個(gè)時(shí)間,就失去了控制的時(shí)機(jī),控制也就失去了意義。
這個(gè)時(shí)間范圍的大小與被控對(duì)象關(guān)系非常緊密,不同的被控對(duì)象,對(duì)時(shí)間范圍的要求不同。1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述一個(gè)在線(xiàn)的系統(tǒng)不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng),但一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)必定是在線(xiàn)系統(tǒng)。1.1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))和生產(chǎn)過(guò)程兩大部分組成。
1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述工業(yè)控制機(jī)包括硬件和軟件;生產(chǎn)過(guò)程包括被控對(duì)象、測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開(kāi)關(guān)等裝置。
1.1.4常用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主機(jī)
1.可編程序控制器(PLC)2.工控機(jī)(IPC)3.嵌入式系統(tǒng)(MPU、單片機(jī)、DSP、SOC)4.智能調(diào)節(jié)器5.其它類(lèi)型主機(jī)1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式1.2.1操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制靈活和安全。缺點(diǎn):要由人工操作,開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu),控制的實(shí)時(shí)性差,不能控制多個(gè)對(duì)象。1.2.2直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu),控制的實(shí)時(shí)性好,可以控制多個(gè)回路或?qū)ο蟆?.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式1.2.3監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制(SCC)系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式生產(chǎn)過(guò)程模擬調(diào)節(jié)器SCC計(jì)算機(jī)DDC調(diào)節(jié)器SCC計(jì)算機(jī)記錄顯示打印工藝數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程工藝數(shù)據(jù)設(shè)定值設(shè)定值調(diào)節(jié)測(cè)量調(diào)節(jié)測(cè)量(b)SCC+DDC系統(tǒng)(a)SCC+模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)記錄顯示打印1.2.4集散控制系統(tǒng)(DCS)--亦稱(chēng)分布式控制系統(tǒng)
1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式■網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)Max.8臺(tái)■■■■■I/ONetOPENI/OModule工程師站CES管理層InformationNetFL-NET(冗余)操作站Max.16COS-2000COS-2000冗余數(shù)據(jù)庫(kù)CDS-2000FCS-2000(冗余)FCS-2000(冗余)FCS-2000(冗余)10/100MBPS100MBPS■過(guò)程控制站(冗余)Max.30RemoteCOSEPA10MBPSSB-BUS128MBPS■OPCSERVEROPCClientMax.8Max.8*4全集成DCS
1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式
1.2.5現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)(FCS)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的整體解決方案:企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)ERP
(EnterpriseResourcesPlanning);生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES
(ManufacturingExecutionSystem);生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)PCS(ProcessControlSystem)。1.2.6綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式綜合自動(dòng)化系統(tǒng):
1.CIMS
計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem)——制造業(yè);
2.CIPS計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)(CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem)——流程工業(yè)。
3.CPS
中國(guó)制造2025、德國(guó)工業(yè)4.0、美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略,其核心是信息物理系統(tǒng)(CPS,Cyber-PhysicalSystems)。信息物理系統(tǒng)(CPS)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)有機(jī)融合的產(chǎn)物,能對(duì)任何工程系統(tǒng)與信息交互系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知與動(dòng)態(tài)控制,并提供相應(yīng)的信息服務(wù)。1.2.6綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式
1.3.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況
1.計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程
(1)開(kāi)創(chuàng)時(shí)期(1955~1962年)(2)直接數(shù)字控制時(shí)期(1962~1967年)(3)小型計(jì)算機(jī)時(shí)期(1967~1972年)(4)微型計(jì)算機(jī)時(shí)期(1972年至今)1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)
2.計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過(guò)程(1)采樣定理(2)差分方程(3)Z變換法(4)狀態(tài)空間理論(5)最優(yōu)控制與隨機(jī)控制(6)代數(shù)系統(tǒng)理論(7)系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制(8)先進(jìn)控制技術(shù)1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)
1.3.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)(1)普及應(yīng)用可編程序控制器(PLC)(2)廣泛使用智能調(diào)節(jié)器(3)采用新型的DCS和FCS2.大力研究和發(fā)展先進(jìn)控制技術(shù)模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、專(zhuān)家控制技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、預(yù)測(cè)控制技術(shù)、內(nèi)模控制技術(shù)、分層遞階控制技術(shù)、魯棒控制技術(shù)、學(xué)習(xí)控制技術(shù)已成為先進(jìn)控制的重要研究?jī)?nèi)容。1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢(shì)
3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
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