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計算機控制技術第1講

第1章緒論（一）第1章緒論（一）0.1課程信息

0.2計算機控制技術與社會進步1.1計算機控制系統概述1.2計算機控制系統的典型形式

1.3計算機控制系統的發展概況和趨勢

《計算機控制技術》：是自動化專業主干專業課程，是國家級精品課程、國家級精品資源共享課程。2.前續基礎課程1.課程的性質.程序設計技術（C/C++、VC）.自動控制理論（經典/現代）.過程檢測及儀表.微機原理（單片機）與接口技術課程要求與說明0.1課程信息3.教材

(1)國家級“十一五”規劃教材，國家級一流本科課程，國家級精品課程配套教材，國家級精品資源共享課程配套教材

于海生等，計算機控制技術(第3版)，機械工業出版社,2023

4.參考書

(1)國家級“十二五”規劃教材，國家級一流本科課程，國家級精品課程配套教材，國家級精品資源共享課程配套教材于海生等，微型計算機控制技術(第4版)，清華大學出版社，2023

(2)孫增圻．計算機控制理論與應用（第2版）.北京：清華大學出版社，2008(3)楊根科,謝劍英.微型計算機控制技術（第4版）.北京：國防工業出版社，2016(4)王錦標.計算機控制系統（第3版）.北京：清華大學出版社，20180.1

課程信息4.參考書（續）(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

計算機控制技術是人類文明進步和社會現代化的重要標志。計算機控制技術是關于一切人造系統自動、智能、自主、高效和安全運行的科學與技術。計算機控制技術是指使用機器部分或全部代替人的體力或腦力勞動，甚至完成人類依靠自身體力和腦力無法直接完成的任務。計算機控制技術可大幅度提高生產效率和產品質量，減輕勞動強度、降低原材料和能源消耗，創造前所未有的社會和經濟效益。0.2計算機控制技術與社會進步汽車自動焊接生產線計算機控制技術是實現自動化的主要方法和手段。

自動搬運機器人0.2計算機控制技術與社會進步注塑機機器人足球比賽自動立體倉庫計算機集成制造系統0.2計算機控制技術與社會進步美國第一臺火星探測器Sojourner在火星表面軟著陸(1996)旅行者Voyager一號，二號走出太陽系，對茫茫太空進行探索0.2計算機控制技術與社會進步

中國航天載人飛船中國運載火箭0.2計算機控制技術與社會進步1.1計算機控制系統概述1.1.1自動控制系統

自動控制：就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產過程自動地按照預定的規律運行。自動控制系統原理框圖如下：典型的工業生產過程：連續過程（Continuousprocess）產品是流體離散過程（Discreteprocess）產品是固體、按件計量批量過程（Batchprocess）連續、離散間歇性交替1.1.2計算機控制系統

計算機控制系統：就是利用計算機(通常稱為工業控制計算機，簡稱工業控制機)來實現生產過程自動控制的系統。1.1計算機控制系統概述1.計算機控制系統的工作原理

計算機控制系統的工作原理：

①實時數據采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。

②實時控制決策：對采集到的被控量進行分析和處理，并按已定的控制規律，決定將要采取的控制行為。

③實時控制輸出：根據控制決策，適時地對執行機構發出控制信號，完成控制任務。1.1計算機控制系統概述2.在線方式和離線方式

在線方式（on-line）:

生產過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯機方式。

離線方式(off-line):

生產過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯系并做相應操作的方式稱為離線方式或脫機方式。1.1計算機控制系統概述3.實時的含義

實時(real-time)：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內完成，亦即計算機對輸入信息，以足夠快的速度進行控制，超出了這個時間，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。

這個時間范圍的大小與被控對象關系非常緊密，不同的被控對象，對時間范圍的要求不同。1.1計算機控制系統概述一個在線的系統不一定是一個實時系統，但一個實時控制系統必定是在線系統。1.1.3計算機控制系統的組成計算機控制系統由計算機(工業控制機)和生產過程兩大部分組成。

1.1計算機控制系統概述工業控制機包括硬件和軟件；生產過程包括被控對象、測量變送、執行機構、電氣開關等裝置。

1.1.4常用的計算機控制系統主機

1.可編程序控制器（PLC）2.工控機（IPC）3.嵌入式系統（MPU、單片機、DSP、SOC）4.智能調節器5.其它類型主機1.1計算機控制系統概述1.2計算機控制系統的典型型式1.2.1操作指導控制系統

優點：結構簡單，控制靈活和安全。缺點：要由人工操作，開環結構，控制的實時性差，不能控制多個對象。1.2.2直接數字控制（DDC）系統閉環結構，控制的實時性好，可以控制多個回路或對象。1.2計算機控制系統的典型型式1.2.3監督計算機控制（SCC）系統1.2計算機控制系統的典型型式生產過程模擬調節器SCC計算機DDC調節器SCC計算機記錄顯示打印工藝數據生產過程工藝數據設定值設定值調節測量調節測量(b)SCC+DDC系統(a)SCC+模擬調節器系統記錄顯示打印1.2.4集散控制系統（DCS）--亦稱分布式控制系統

1.2計算機控制系統的典型型式■網絡打印機Max.8臺■■■■■I/ONetOPENI/OModule工程師站CES管理層InformationNetFL-NET(冗余)操作站Max.16COS-2000COS-2000冗余數據庫CDS-2000FCS-2000(冗余)FCS-2000(冗余)FCS-2000(冗余)10/100MBPS100MBPS■過程控制站(冗余)Max.30RemoteCOSEPA10MBPSSB-BUS128MBPS■OPCSERVEROPCClientMax.8Max.8*4全集成DCS

1.2計算機控制系統的典型型式

1.2.5現場總線控制系統（FCS）1.2計算機控制系統的典型型式綜合自動化系統的整體解決方案：企業資源信息管理系統ERP

(EnterpriseResourcesPlanning)；生產執行系統MES

（ManufacturingExecutionSystem）；生產過程控制系統PCS(ProcessControlSystem）。1.2.6綜合自動化系統1.2計算機控制系統的典型型式綜合自動化系統：

1.CIMS

計算機集成制造系統(CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem)——制造業；

2.CIPS計算機集成過程系統（CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem）——流程工業。

3.CPS

中國制造2025、德國工業4.0、美國工業互聯網戰略，其核心是信息物理系統（CPS，Cyber-PhysicalSystems）。信息物理系統（CPS）是計算機技術、通信技術、控制技術有機融合的產物，能對任何工程系統與信息交互系統進行實時感知與動態控制，并提供相應的信息服務。1.2.6綜合自動化系統1.2計算機控制系統的典型型式

1.3.1計算機控制系統的發展概況

1.計算機技術的發展過程

（1）開創時期（1955～1962年）（2）直接數字控制時期（1962～1967年）（3）小型計算機時期（1967～1972年）（4）微型計算機時期（1972年至今）1.3計算機控制系統的發展概況和趨勢

2.計算機控制理論的發展過程（1）采樣定理（2）差分方程（3）Z變換法（4）狀態空間理論（5）最優控制與隨機控制（6）代數系統理論（7）系統辨識與自適應控制（8）先進控制技術1.3計算機控制系統的發展概況和趨勢

1.3.2計算機控制系統的應用現狀和發展趨勢

1.推廣應用成熟的先進技術（1）普及應用可編程序控制器（PLC）（2）廣泛使用智能調節器（3）采用新型的DCS和FCS2.大力研究和發展先進控制技術模糊控制技術、神經網絡控制技術、專家控制技術、自適應控制技術、預測控制技術、內模控制技術、分層遞階控制技術、魯棒控制技術、學習控制技術已成為先進控制的重要研究內容。1.3計算機控制系統的發展概況和趨勢

3.計算機控制系統的發展趨勢