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1.2 计算机控制系统的组成
2012-12-01 09:13:23     我来说两句
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本文所属图书 > 计算机控制:理论与设计

本书着重介绍了计算机控制系统中控制器设计的理论与方法,涵盖了经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论的核心内容,侧重从方法论的角度介绍基于精确模型和基于非精确模型两类系统的控制器设计方法。全书共分...  立即去当当网订购

计算机控制系统由工业控制计算机主体(包括硬件、软件和网络)和被控对象两大部分组成。工业生产过程中的自动控制系统因被控对象、控制算法及采用的控制器结构不同而有所区别。从工业生产过程来看,常规连续控制系统结构如图1-2所示。


 

从图1-2可以看出,该系统通过测量传感器对被控对象的被控量(如温度、压力、流量、成分、位移等物理量)进行测量,再由变送器将测量元件的输出变换成一定形式的电信号,反馈给控制器。控制器将与反馈信号对应的工程量和系统的给定值比较,根据误差产生控制信号来驱动执行机构进行工作,使被控参数的值与系统给定值相一致。

用计算机系统来代替图1-2中的控制器,就构成了计算机控制系统,如图1-3所示。


 

在计算机控制系统中,计算机处理的都是数字量,因此,需要有将模拟信号转换为数字信号的模/数(A/D)转换器,以及将数字信号转换为模拟信号的数/模(D/A)转换器。

计算机控制系统执行控制程序的过程如下:

1)实时数据采集:对被控参数在一定的采样间隔上进行测量,并将采样结果输入计算机。

2)实时计算:对采样到的被控参数进行处理后,按预先规定的控制律进行控制律的计算,或称决策,决定当前的控制量。

3)实时控制:根据实时计算结果,将控制信号送往执行机构。

4)信息管理:随着网络技术和控制策略的发展,信息共享和管理也介入到控制系统中。

上述测量、计算、控制、管理的过程不断重复,使整个系统按照一定的动态品质指标进行工作,并对被控参数或控制设备出现的异常状态及时监督且迅速做出处理。

在前面的分析中,多次提及“实时”这个术语。所谓实时,指的是计算机控制系统能及时响应某一事件。在计算机控制系统中要求对外界信息的获取、控制决策的计算和控制量的输出都要在规定的某一时间段内完成,也就是计算机应有较快的运算速度,能在给定的时间内(通常为采样周期)完成一次对被控对象的控制。根据被控对象的性质不同,有些系统的采样周期要以毫秒计,而另一些系统可以用秒计等。只要在给定的采样周期内完成相应的控制任务,这些系统都是实时系统。

相对于模拟控制,计算机控制的主要特点可以归纳为:

1)计算机控制利用计算机的存储记忆、数字运算和CRT显示功能,可以同时实现模拟变送器、控制器、指示器、手操作器以及记录仪等多种模拟仪表的功能,并且便于监视和操作。

2)计算机控制利用计算机快速运算能力,通过分时工作可以用一台计算机同时控制多个回路,并且还可以同时实现DDC、顺序控制、监督控制等多种控制功能。

3)计算机控制利用计算机强大的信息处理能力,可以实现模拟控制难以实现的各种先进复杂的控制策略,如最优控制、自适应控制、多变量控制、模型预测控制以及智能控制等,从而不仅可以获得更好的控制性能,而且还可实现对于难以控制的复杂被控对象(如多变量系统、大滞后系统以及某些时变系统和非线性系统等)的有效控制。

4)计算机控制系统调试、整定灵活方便,系统控制方案、控制策略以及控制算法及其参数的改变和整定,只通过修改软件和键盘操作即可实现,不需要更换或变动任何硬件。

5)利用网络分布结构可以构成计算机控制、管理集成系统,即DCS,实现工业生产与经营的管理、控制一体化,大大提高了工业企业的综合自动化水平。

6)计算机控制系统中同时存在连续型和离散型两类信号,系统中必有A/D和D/A转换器实现连续信号与离散信号相互转换,连续系统控制理论不能直接用于计算机控制系统分析和设计。

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