1、计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系第一章第一章 绪论绪论Introduction燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系10/2/1第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第1页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系本章主要内容本章主要内容计算机控制系统普通概念计算机控制系统普通概念计算机控制系统组成及特点计算机控制系统组成及特点计算机控制系统分类计算机控制系统分类计算机控制系统发展概况与趋势计算
2、机控制系统发展概况与趋势10/2/2第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第2页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系第一节第一节 Unit 1计算机控制概述计算机控制概述Introduction of Computer Control System燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系10/2/3第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第3页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系本节主要
3、内容本节主要内容计算机控制系统普通概念计算机控制系统普通概念计算机控制系统组成计算机控制系统组成10/2/4第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第4页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-1 概述（概述（1）常规控制系统工作原理常规控制系统工作原理常规控制系统工作原理常规控制系统工作原理模拟调整器模拟调整器执行机构执行机构被控对象被控对象测量变送器测量变送器设定值设定值reu被调参数被调参数 y图图a 单回路常规控制系统示意图单回路常规控制系统示意图ym 按偏差e进行控制，目是减少或消除偏差。
4、10/2/5第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第5页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-1 概述（概述（2）计算机控制系统工作原理计算机控制系统工作原理计算机控制系统工作原理计算机控制系统工作原理u计算机计算机保持器保持器广义对象广义对象测量变送器测量变送器e(kT)u(kT)被调参数被调参数 y图图b 单回路计算机控制系统示意图单回路计算机控制系统示意图ym采样器采样器A/DD/A计算机系统计算机系统设定值设定值r10/2/6第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第6页计算机控
5、制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1 1）在线方式和离线方式）在线方式和离线方式 在线在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制方式。计算机控制方式。离线方式或脱机方式：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，而是靠人进行联络并作计算机控制，而是靠人进行联络并作对应操作方式。对应操作方式。2 2）实时含义）实时含义 实时：是指信号输入、计算和输出都要在一定时间范围内实时：是指信号输入、计算和输出都要在一
6、定时间范围内完成。完成。实时控制系统必定是在线系统。实时控制系统必定是在线系统。10/2/7第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第7页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-2 信号特点（信号特点（1）计算机控制系统信号形式计算机控制系统信号形式连续模拟信号连续模拟信号连续模拟信号连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如时间与幅值上均连续，如时间与幅值上均连续，如时间与幅值上均连续，如 y(t)y(t)、u(t)u(t)离散模拟信号离散模拟信号离散模拟信号离散模拟信号:时间是离散，幅值上连续，如时间
7、是离散，幅值上连续，如时间是离散，幅值上连续，如时间是离散，幅值上连续，如y y*(t)(t)、u u*(t)(t)离散数字信号离散数字信号离散数字信号离散数字信号:时间离散，幅值为数字量，如时间离散，幅值为数字量，如时间离散，幅值为数字量，如时间离散，幅值为数字量，如y(kT)y(kT)、u(kT)u(kT)采样器采样器 A/D计算机计算机 A/D保持器保持器y(t)y*(t)y(kT)u(kT)u*(kT)u(t)10/2/8第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第8页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学
8、自动化系1-1-2 信号特点（信号特点（2）计算机控制系统采样过程计算机控制系统采样过程计算机控制系统采样过程计算机控制系统采样过程y(t)t采样器采样器y(t)y*(t)y*(t)2T4Tt原始过程信号原始过程信号信号经过采样器信号经过采样器采样后信号采样后信号过程信号采样过程示意图过程信号采样过程示意图10/2/9第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第9页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-2 信号特点（信号特点（3）信号保持信号保持目目目目标标标标：是是是是将将将将离离离离散散散散采采
9、采采样样样样信信信信号号号号恢恢恢恢复复复复为为为为被被被被控控控控对对对对象象象象能能能能够感知连续模拟信号够感知连续模拟信号够感知连续模拟信号够感知连续模拟信号方法：采取保持器方法：采取保持器方法：采取保持器方法：采取保持器惯用保持器：零阶、一阶及高阶惯用保持器：零阶、一阶及高阶惯用保持器：零阶、一阶及高阶惯用保持器：零阶、一阶及高阶 10/2/10第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第10页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-1-2 信号特点（信号特点（4）零阶保持器恢复信号示意图零阶保持
10、器恢复信号示意图 6T 4T 2Tt y采样信号采样信号y(kT)原信号原信号y(t)恢复信号恢复信号yh(t)零阶保持器算式零阶保持器算式yh(kT+t)=y(kT)0tT,k=0,1,2,因为它只是简单地因为它只是简单地外推，故只有当外推，故只有当T T足够小时，零阶保足够小时，零阶保持器才能很好地恢持器才能很好地恢复原信号。复原信号。10/2/11第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第11页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系 1-1-3 计算机控制系统组成及作用计算机控制系统组成及作用软软件
11、件部部分分计计算算机机控控制制系系统统 硬件部分硬件部分控制计算控制计算机机主机、外设、系统总线主机、外设、系统总线生产过程输入输出通道生产过程输入输出通道人人机联络设备、通信设备机联络设备、通信设备 现现场场仪仪表表（测测量量传传感感器器、执执行行机机构等）构等）操操作作系系统统、汇汇编编或或高高级级语语言言、过程控制语言过程控制语言 通信网络软件、诊疗程序等通信网络软件、诊疗程序等 系系统统软软件件 应应 用用 软软件件 过过程程输输入入/输输出出程程序序、过过程程控控制制程程序序、人人机机接接口口程程序序、打打印印显显示示程程序序、各各种种公公共共子子程程序序、历史数据库、实时数据库历史
12、数据库、实时数据库计算机控制系统组成示意图计算机控制系统组成示意图计算机控制系统组成示意图计算机控制系统组成示意图10/2/12第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第12页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系图图1-4 微型计算机控制系统原理图微型计算机控制系统原理图10/2/13第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第13页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系 主机主机中央处理器（中央处理器（CPU）内存
13、放器内存放器(RAM和和ROM)接口电路接口电路:主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换桥梁主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换桥梁过程输入过程输入/输出通道输出通道模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输出通道模拟量输出通道开关量输入通道开关量输入通道开关量输出通道开关量输出通道外部设备外部设备 操作台操作台输入设备输入设备输出设备输出设备外存放器外存放器（CRT）显示器或）显示器或(LED)数码显示器数码显示器 键盘（功效键和数字键）键盘（功效键和数字键）10/2/14第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第14页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学
14、自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系高可靠性和可维护性高可靠性和可维护性环境适应性强环境适应性强控制实时性控制实时性较完善输入输出通道较完善输入输出通道较丰富软件较丰富软件1-1-4 工业控制机特点工业控制机特点10/2/15第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第15页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系第二节第二节 Unit 2计算机控制系统分类及经典系统计算机控制系统分类及经典系统介绍介绍浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控
15、制科学与工程学系10/2/16第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第16页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系本节主要内容本节主要内容操作指导系统操作指导系统直接数字控制系统直接数字控制系统监督控制系统监督控制系统分级计算机控制系统分级计算机控制系统经典计算机控制系统经典计算机控制系统10/2/17第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第17页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系w操作指导系统操作指导系统1
16、-2-1 计算机控制系统分类计算机控制系统分类优点:控制安全,含有一定智能.缺点:速度慢,误差大.适用:新算法设计10/2/18第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第18页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系w直接数字控制（直接数字控制（DDC）系统）系统1-2-2 计算机控制系统分类计算机控制系统分类直接数字控制直接数字控制直接数字控制直接数字控制(DDC)(DDC)计算机计算机计算机计算机CRT打印机打印机打印机打印机报报报报 警警警警操作台操作台过程输入通道过程输入通道 测量变送测量变送 测量
17、变送测量变送被被 控控 生生 产产 过过 程程过程输出通道过程输出通道 执行机构执行机构 执行机构执行机构 特点:取代模拟器,使用复杂控制规律要求:计算机实时性好,可靠性高,适应性强10/2/19第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第19页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-2-3 计算机监督系统（计算机监督系统（SCC）计算机监督系统（计算机监督系统（Supervisory Computer Control）简称）简称SCC系统。系统。SCC系统有两种不系统有两种不一样结构形式。一个是一样结构
18、形式。一个是SCC+模拟调整器，另模拟调整器，另一个是一个是SCC+DDC控制系统。控制系统。（1）SCC+模拟调整器控制系统模拟调整器控制系统（2）SCC+DDC控制系统控制系统10/2/20第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第20页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系w监督控制（监督控制（SCC）系统）系统计算机控制系统分类计算机控制系统分类监督控制计算机监督控制计算机(SCC)CRTCRT打印机打印机报警报警DDCDDC计算机或调整器计算机或调整器计算机或调整器计算机或调整器输入通道输入通道
19、 输出通道输出通道被被 控控 生生 产产 过过 程程操作台操作台输入通道输入通道10/2/21第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第21页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系 3 3监督控制系统监督控制系统（Supervisory Computer Control SCC）DDC DDC计算机计算机生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算 机机统计统计显示显示打印打印调整调整测量测量设定值设定值(b)(b)工艺数据工艺数据模模 拟拟调整器调整器生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算
20、 机机统计统计显示显示打印打印调整调整测量测量设定值设定值(a)(a)工艺数据工艺数据10/2/22第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第22页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系操作指导控制系统、操作指导控制系统、DDC、SCC比较比较系统类别系统类别 结构特点结构特点 计算机功效 给定值给定值 系统状态系统状态 操作指导操作指导控制系统控制系统 输入通道输入通道 处理数据处理数据 DDC 输入输入/输输出通道出通道 直接参加控制预先设预先设定定 不在最优不在最优工况工况 SCCSCC 两级计算两
21、级计算机机 直接参加控制 在线修在线修改改最优工况最优工况 10/2/23第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第23页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-2-4分级计算机控制系统分级计算机控制系统 分分级级计计算算机机控控制制系系统统是是一一个个四四级级系系统统，各各级级计计算算机机功功效效如如图图所所表表示。示。装置控制级（装置控制级（DDC级）级）车间监督级（车间监督级（SCC级）级）工厂集中控制级（工厂集中控制级（MIS）企业管理级（企业管理级（MIS）10/2/24第一章 绪 论计算机控
22、制系统的分类与典型系统介绍第24页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系图图 分级计算机控制系统分级计算机控制系统返回本节10/2/25第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第25页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-2-5经典计算机控制系统经典计算机控制系统1.计算机过程控制系统计算机过程控制系统 对温度对温度,压力压力,质量质量,液面液面,速度等生产过程速度等生产过程参数进行测量与控制参数进行测量与控制,这种系统
23、称为过程这种系统称为过程控制系统控制系统,主控设备采取计算机则为计算主控设备采取计算机则为计算机过程系统机过程系统.大多数化工生产过程均属于大多数化工生产过程均属于这类系统这类系统.10/2/26第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第26页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系2.微机控制电动机调速系统微机控制电动机调速系统3.采取微机次序控制系统采取微机次序控制系统次序控制是使生产机械或生产过程按预先次序控制是使生产机械或生产过程按预先要求时序或事序要求时序或事序,而次序进行控制自动而次序进行控制自
24、动控制系统控制系统.如如:PLC控制系统控制系统4.计算机数字程序控制系统计算机数字程序控制系统惯用数控机床惯用数控机床:点控和线控点控和线控5.工业机器人工业机器人 10/2/27第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第27页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系当代所说机器人大多指是工业机器人，是一当代所说机器人大多指是工业机器人，是一种能自动定位控制，可重复编程、多功效、多自种能自动定位控制，可重复编程、多功效、多自由度操作机。由度操作机。1954年美国年美国Devol最早提出了工最早提出了工业机
25、器人思想，并申请了专利，该专利关键点是业机器人思想，并申请了专利，该专利关键点是借助伺服技术控制机器人关节，利用人手对机借助伺服技术控制机器人关节，利用人手对机器人实施动作示教，机器人能实现动作统计和器人实施动作示教，机器人能实现动作统计和再现，这就是所谓示教再现机器人。在此基础再现，这就是所谓示教再现机器人。在此基础上，上，1958年美国年美国Consolidated企业制作了第一台工企业制作了第一台工业机器人，作为机器人产品出售最早实用机业机器人，作为机器人产品出售最早实用机型是型是1962年美国年美国AMF企业推出企业推出Verstran和和Unimation企业推出企业推出UNIMAT
26、E（如图所表示）。（如图所表示）。10/2/28第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第28页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系第一台工业机器人UNIMATE 10/2/29第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第29页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1970年以后机器人研究得到了快速广泛年以后机器人研究得到了快速广泛普及，普及，1970年在美国召开了第一届国际年在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议
27、，工业机器人学术会议，1973年在意大利年在意大利召开了第一届召开了第一届RMS，辛辛那提，辛辛那提.米拉克隆米拉克隆企业于企业于1973年制成了第一台由小型计算年制成了第一台由小型计算机控制工业机器人机控制工业机器人T3，它是液压驱动，它是液压驱动，能提升有效负载达能提升有效负载达45Kg。10/2/30第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第30页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系工业机器人T3 10/2/31第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第31页计算机控制系统计算机控制系统计
28、算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1979年Unimation企业推出了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，采取VAL专用语言并可配置视觉、触觉、力觉传感器，是技术较为先进机器人.10/2/32第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第32页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系工业机器人Puma 10/2/33第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第33页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控
29、制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系同同年年日日本本山山梨梨大大学学牧牧野野洋洋研研制制成成含含有有平平面面关关节节SCARA型型机机器器人人，因因为为简简单单、准准确确，在在插插装装电电子子元元器器件件等等许许多多工工作作上上得得到到了了广泛应用。广泛应用。10/2/34第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第34页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系SCARA型机器人 10/2/35第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第35页计算机控制系统计算机控制系
30、统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系 计算机技术和人工智能技术快速发展使机器人计算机技术和人工智能技术快速发展使机器人在功效和技术层次上有了很大提升。到当前为止在功效和技术层次上有了很大提升。到当前为止，机器人已进入了第三代：智能化高级机器人，机器人已进入了第三代：智能化高级机器人，含有感觉、思索、决议和动作能力机器人系，含有感觉、思索、决议和动作能力机器人系统，这类机器人当前还处于研究开发阶段；第一统，这类机器人当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操作机器代工业机器人主要是指示教再现控制操作机器人，当前国内外工
31、业应用中机器人绝大多数都人，当前国内外工业应用中机器人绝大多数都是这一类；第二代工业机器人含有感受功效，是是这一类；第二代工业机器人含有感受功效，是含有光觉、视觉、力觉、触觉、声觉、语音识别含有光觉、视觉、力觉、触觉、声觉、语音识别等功效工业机器人，等功效工业机器人，10/2/36第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第36页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系此时工业机器人能够依据感受信息调整控此时工业机器人能够依据感受信息调整控制算法，这类工业机器人已经在试验室内制算法，这类工业机器人已经在试验室
32、内研制成功并开始得到试用，但因为成本较研制成功并开始得到试用，但因为成本较高，其工业应用普及还要有一个过程。高，其工业应用普及还要有一个过程。10/2/37第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第37页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系我国工业机器人我国工业机器人我国工业机器人起步于我国工业机器人起步于70年代早期，经过年代早期，经过20多年多年发展，大致经历了发展，大致经历了3个阶段：个阶段：70年代萌芽期，年代萌芽期，80年代开发期和年代开发期和90年代适用化期。年代适用化期。70年代世年代世界
33、上工业机器人应用掀起一个高潮，尤其在日本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，它补充了日益短缺劳动力。在发展更为迅猛，它补充了日益短缺劳动力。在这种背景下，我国于这种背景下，我国于1972年开始研制自己工业年开始研制自己工业机器人。机器人。80年代，我国完成了示教再现式工业机年代，我国完成了示教再现式工业机器人成套技术开发，研制出了喷涂、点焊、弧器人成套技术开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。焊和搬运机器人。10/2/38第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第38页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山
34、大学自动化系燕山大学自动化系1986年国家高技术研究发展计划年国家高技术研究发展计划(863计划计划)开始开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术前实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术前沿，经过几年研究，取得了一大批科研结果，沿，经过几年研究，取得了一大批科研结果，成功地研制出了一批特种机器人。成功地研制出了一批特种机器人。90年代早期我年代早期我国工业机器人又在实践中前进一大步，先后研国工业机器人又在实践中前进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途工业机器人，并实施了一包装码垛等各种用途工业机器人，并实施了一批
35、机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业腾飞奠定了基础。地，为我国机器人产业腾飞奠定了基础。10/2/39第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第39页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系在工业机器人方面，我国已含有独立设计在工业机器人方面，我国已含有独立设计和开发机器人本体和控制器能力，又经和开发机器人本体和控制器能力，又经历历“八五八五”攻关，逐步开展机器人应用工攻关，逐步开展机器人应用工程开发，开始了机器人喷漆线、机器人点程开发，开始
36、了机器人喷漆线、机器人点焊、弧焊工作站开发和应用。在智能机焊、弧焊工作站开发和应用。在智能机器人和特种机器人研究和开发方面，国器人和特种机器人研究和开发方面，国家家“863”计划在第一阶段作为高技术跟踪计划在第一阶段作为高技术跟踪目标，重点发展了在恶劣环境下工作机目标，重点发展了在恶劣环境下工作机器人、精密装配机器人及装配系统。器人、精密装配机器人及装配系统。10/2/40第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第40页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系研制了水下研制了水下1000米无缆机器人和米无缆
37、机器人和6000米无米无缆机器人，进行了太平洋洋底探测试验；缆机器人，进行了太平洋洋底探测试验；开发了用于核工业遥控移动机器人和爬开发了用于核工业遥控移动机器人和爬壁机器人，以及在室外恶劣环境下进行探壁机器人，以及在室外恶劣环境下进行探测机器人。这些机器人都是在良好人测机器人。这些机器人都是在良好人机界面下，以遥控为主，含有一定自主机界面下，以遥控为主，含有一定自主能力。能力。10/2/41第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第41页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系在装配机器人方面，研制了高精度
38、装配机器人和实用机器人，研制了风扇电机装配系统，这些系统研究和开发，使我国在智能机器人方面技术向前前进了一大步。从第一台机器人问世，至今已经有40多年历史，伴随时代脉搏，机器人在经历了70年代进入工业应用，80年代初中期快速发展之后，80年代后期和90年代进入了新发展阶段，到服役机器人约100万台，机器人学依然保持很好发展势头，满怀希望跨入了二十一世纪。10/2/42第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第42页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系第三节第三节 Unit 3微型计算机控制系统发展趋势微
39、型计算机控制系统发展趋势燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系10/2/43第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第43页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-3-1 DCS1-3-1 DCS特点特点特点特点(分散型控制系统（Distributed Control Systems）独立性独立性协调性协调性友好性友好性适应性、灵活性和可扩充性适应性、灵活性和可扩充性实时性实时性可靠性可靠性10/2/44第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第44页计算机控制系统计算
40、机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系10/2/45第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第45页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系集散控制系统是分散型综合控制系统（Total Distributed Control Systems）或分散型 微 处 理 器 控 制 系 统（Distributed Microprocessor Control Systems）简称。图是集散控制系统组成框图。1-3-1 分散性综合控制系统分散性综合控制系
41、统1-3-1 分散性综合控制系统分散性综合控制系统10/2/46第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第46页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系图图 分散性综合分散性综合分散性综合分散性综合组成框图组成框图返回本节它它以以微微型型计计算算机机为为关关键键，把把微微型型机机、工工业业控控制制计计算算机机、数数据据通通信信系系统统、显显示示操操作作装装置置、输输入入/输输出出通通道道、模模拟拟仪仪表表等等有有机机地地结结合合起起来来，采采取取组组合合组组装装式式结结构构组组成成系系统统，为为实实现现工工
42、程程大大系系统统综综合合自自动动化创造了条件。化创造了条件。10/2/47第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第47页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系1-3-2 计计算算机机集集成成控控制制系系统统 （CIMS/CIPSCIMS/CIPS）经营决议经营决议企业管理企业管理生产调度生产调度过程优化过程优化过程控制过程控制第五层：企业决议，生产规划第五层：企业决议，生产规划第四层：供销第四层：供销,财务财务,计划计划,管理等管理等第三层：生产调度，系统优化第三层：生产调度，系统优化第二层：先进控制，
43、过程优化第二层：先进控制，过程优化第一层：单元自动化第一层：单元自动化,简单控制简单控制生生 产产 过过 程程 流程流程CIMS递阶控制示意图递阶控制示意图10/2/48第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第48页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系计算机控制系统举例计算机控制系统举例例例 1-1 卫星姿态控制卫星姿态控制运行中卫星经常要求对其姿态进行控运行中卫星经常要求对其姿态进行控制，以使它天线和传感器相对于地球制，以使它天线和传感器相对于地球含有适当方位。为此，计算机往往对含有适当方位。为此，
44、计算机往往对三个轴分时地进行姿态控制。图三个轴分时地进行姿态控制。图1-6 画出了一个轴运动情况。假设只允许画出了一个轴运动情况。假设只允许绕垂直于本书页面轴进行旋转，该系绕垂直于本书页面轴进行旋转，该系统运动方程以下：统运动方程以下：卫星姿态控制系统框图卫星姿态控制系统框图式中：式中：I是卫星围绕其质量中心惯性矩；是卫星围绕其质量中心惯性矩；MC是由助推器加上控制转矩；是由助推器加上控制转矩；MD是扰动力矩；是扰动力矩；是卫星轴相对于基准线角。是卫星轴相对于基准线角。10/2/49第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第49页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统
45、燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系由运动方程求传递函数由运动方程求传递函数令可得上式拉氏变换为假如不考虑扰动(wd(s)=0)，则其传递函数为：10/2/50第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第50页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系天线方位控制伺服系统天线方位控制伺服系统卫星跟踪天线仰角控制卫星跟踪天线仰角控制(见右图见右图)假设天线及其可动部分含有惯假设天线及其可动部分含有惯性转矩性转矩J，因为直流驱动电机反电，因为直流驱动电机反电势及因为轴承和空气动力摩擦产生
46、势及因为轴承和空气动力摩擦产生了阻尼，其阻尼系数为了阻尼，其阻尼系数为B，则运动，则运动方程为：方程为：式中：Tc是驱动电机产生纯转矩；Td是刮风时扰动转矩。天线示意图假如我们定义：B/J=a，u=Tc/B，w=Td/B，则方程化简为：10/2/51第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第51页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系其拉氏变换式为假如不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：10/2/52第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第52页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统
47、计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系工业炉控制工业炉控制工业炉经典控制工业炉经典控制工业炉控制经典情况。工业炉控制经典情况。为了确保燃料在炉膛内正常燃为了确保燃料在炉膛内正常燃烧，必须保持燃料和空气比值烧，必须保持燃料和空气比值恒定。它能够预防空气太多时，恒定。它能够预防空气太多时，过剩空气带走大量热量；也可过剩空气带走大量热量；也可预防当空气太少时，因为燃料预防当空气太少时，因为燃料燃烧不完全而产生许多一氧化燃烧不完全而产生许多一氧化碳或碳黑。碳或碳黑。为了保持所需炉温，将测得炉为了保持所需炉温，将测得炉温送入计算机计算，进而控制温送入计算机计算，进
48、而控制燃料和空气阀门开度。燃料和空气阀门开度。为了保持炉膛压力恒定，防止为了保持炉膛压力恒定，防止在压力过低时从炉墙缝隙处吸在压力过低时从炉墙缝隙处吸入大量过剩空气，或在压力过入大量过剩空气，或在压力过高时大量燃料经过缝隙逸出炉高时大量燃料经过缝隙逸出炉外，必须采取压力控制回路。外，必须采取压力控制回路。测得炉膛压力送入计算机，进测得炉膛压力送入计算机，进而控制烟道出口挡板开度。而控制烟道出口挡板开度。为了提升炉子热效率，还须对为了提升炉子热效率，还须对炉子排出废气进行分析，普通炉子排出废气进行分析，普通是用氧化锆传感器测量烟气中是用氧化锆传感器测量烟气中微量氧，经过计算而得出其热微量氧，经过
49、计算而得出其热效率，并用以指导燃烧控制。效率，并用以指导燃烧控制。10/2/53第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第53页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系这是一个原料混这是一个原料混合和加热控制系统，合和加热控制系统，该装置任务是：该装置任务是：(1)装入原料装入原料A，使液，使液面到达贮槽二分之一；面到达贮槽二分之一；(2)装入原料装入原料B，使液，使液面深入升到百分之七面深入升到百分之七十五；十五；(3)开始搅拌并加热到开始搅拌并加热到95，在此恒定温度，在此恒定温度上维持上维持20min
50、；(4)停顿搅拌和加热，停顿搅拌和加热，开动排料泵抽出混合开动排料泵抽出混合液，一直到液位低于液，一直到液位低于贮槽贮槽5为止。为止。上述过程由计算机自上述过程由计算机自动控制，按照一定次动控制，按照一定次序重复进行，完成原序重复进行，完成原料混合和加热控制。料混合和加热控制。计算机用作次序控制例子计算机用作次序控制例子计算机次序控制计算机次序控制10/2/54第一章 绪 论计算机控制系统的分类与典型系统介绍第54页计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系燕山大学自动化系本章小结本章小结计算机控制系统普通概念计算机控制系统普通概念
