第五章-计算机控制技术

1第五章：计算机控制技术一、教学建议通过文字教材了解计算机控制系统的组成、控制算法、常用类型及特点、计算机控制系统的设计；流媒体课件也详细讲解了本章的重难点内容——数字PID计算机控制算法；由在学习的过程中，如果有学习的心得和体会，请在课程论坛上和大家分享；如果有什么疑惑，也可以在课程论坛寻找帮助。二、教学要求：熟悉计算机控制技术1．计算机控制系统的组成计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成。硬件是由计算机主机、接口电路、输入输出通道及外部设备等组成，如图1所示。计算机是整个控制系统的核心。它接收从操作台来的命令，对系统的各参数进行巡回检测，执行数据处理、计算和逻辑判断、报警处理等，并根据计算的结果通过接口发出输出命令。计算机控制系统的特点主要体现在以下四个方面：具有完善的输入/输出通道；具有实时控制功能；可靠性高，对环境适应性强，以保证在生产现场应用的要求；具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统。2．数字PID控制算法按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器（简称为PID调节器），是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。模拟PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值w与实际输出值y进行比较构成控制偏差ywe，将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，如图2所示，所以简称为P（比例）I（积分）D（微分）调节器。其中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；积分调节能消除静差，改善系统静态特性；微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。此三作用配合得当，可使调节过程快速、平稳、准确，收到较好的效果。在实际应用中，根据对象的特性和控制要求，可以灵活地改变其结构，取其中一部分环节构成串行通信口操作台键盘显示器打印机计算机多路D/A转换器开关量输入开关量输出控制对象A/D多路开关变送器变送器传感器传感器执行机构外部设备计算机外部通道检测及变送控制对象图1计算机控制系统的组成2控制规律。例如，比例（P）调节器、比例积分（PI）调节器、比例微分（PD）调节器等。模拟PID调节的微分方程式为])()(1)([)(0dttdeTdtteTteKtudtip。式中)(te为调节器的输入，即给定量与输出量的误差；)(tu为调节器的输出；pK为比例系数；iT为积分时间常数；dT为微分时间常数。3．计算机控制系统的常用类型控制装置比较项目普通计算机系统工业控制机可编程序控制器单片系统PC扩展系统STD总线系统工业PC系统小型PLC（256点以内）大型PLC控制系统的组成自行研制（非标准化）配备各类功能接口板选购标准化STD模板整机已成系统，外部另行配置按使用要求选购相应的产品系统功能简单的逻辑控制或模拟量控制数据处理功能强，可组成功能完整的控制系统可组成从简单到复杂的各类测控系统本身已具备完整的控制功能，软件丰富，执行速度快逻辑控制为主,也可组成模拟量控制系统大型复杂的多点控制系统通信功能按需自行配置已备一个串行口，再多，另行配置选用通信模板产品已提供串行口选用RS-232C通信模块选取相应的模块硬件制作工作量多稍多少少很少很少程序语言汇编语言汇编和高级语言均可汇编和高级语言均可高级语言为主梯形图编程为主多种高级语言软件工作开发量很多多较多较多很少较多执行速度快很快快很快稍慢很快输出带负载能力差较差较强较强强强抗电干扰能力较差较差好好很好很好可靠性较差较差好好很好很好环境适应性较差差较好一般很好很好应用场合智能仪器，单机简单控制实验室环境的信号采集及控制一般工业现场控制较大规模的工业现场控制一般规模的工业现场控制大规模的工业现场控制，可组成监控网络价格最低较高稍高高高很高例1：计算机控制系统的采样周期越小，其控制精度就越高。（）说明：从计算机的精度看，过短的采样周期是不合适的。这是因为工业控制用的微型机字长一般较短，且为定点机，如果采样周期过短，前后两次采样的数值之差可能因计算机精度不高而反映不出来，使调节作用因此而减弱。故本题的论述时错误的，括号内应填入“×”。34.计算机控制系统的设计计算机控制系统的设计包括确定系统整体控制方案，确定控制算法，选择微型计算机，进行系统总体设计、软件设计和系统调试等几个方面。例2：以下除了（），均是由硬件和软件组成。A．计算机控制系统B．PLC控制系统C．嵌入式系统D．继电器控制系统说明：计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成。A、B、C三个选项均是计算机控制系统，因此由硬件和软件两大部分组成。继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联等组合形成控制。故本题应选择“D”。例3：计算机控制系统设计完成后，首先需要对整个系统进行系统调试，然后分别进行硬件和软件的调试。（）说明：计算机控制系统设计完成以后，要对整个系统进行调试。调试步骤为硬件调试→软件调试→系统调试。故本题的论述时错误的，括号内应填入“×”。