重庆大学微型计算机控制第1章.

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1、第一章第一章 微型计算机控制系统概论微型计算机控制系统概论 第一节第一节 微型计算机控制系统的结构原理微型计算机控制系统的结构原理 第二节第二节 微型计算机控制系统的分类微型计算机控制系统的分类 第三节第三节 微型计算机控制系统的组成微型计算机控制系统的组成 第四节第四节 微型计算机控制系统的发展概况及趋势微型计算机控制系统的发展概况及趋势 第一节第一节 微型计算机控制系统的结构原理微型计算机控制系统的结构原理 一、常规控制系统一、常规控制系统不管是人工控制还是自动控制，所谓控制仍是指不管是人工控制还是自动控制，所谓控制仍是指“某个主体使其他的对象按一定的目的来动作某个主体使其他的对象按一定的

2、目的来动作”。控制控制: :在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械、或生产过程工作机械、或生产过程（被控对象）（被控对象）的某一个的某一个物理量物理量（被控量）（被控量）按预定的规律按预定的规律（给定量）（给定量）运运行。行。 自动控制自动控制: :由被控对象及控制装置构成的能自动按预由被控对象及控制装置构成的能自动按预定要求运行的定要求运行的整体整体，称为自动控制系统。称为自动控制系统。自动控制系统自动控制系统: : 对于没有采用微型计算机控制的系统一般为连续控制对于没有采用微型计算机控制的系统一般为连续控制系统，即常规控制系统。在常规的自动

3、控制系统中，最基系统，即常规控制系统。在常规的自动控制系统中，最基本的控制系统为闭环负反馈控制系统。本的控制系统为闭环负反馈控制系统。常规控制系统常规控制系统控制器控制器执行机构执行机构被控对象被控对象测量元件测量元件变换发送单元变换发送单元给定值给定值被控量被控量闭环负反馈控制系统框图闭环负反馈控制系统框图偏差偏差控制作用控制作用操纵变量操纵变量测量值测量值rezuqy开环控制系统与闭环控制系统的比较开环控制系统与闭环控制系统的比较 ? ?问题问题: : 什么是开环控制系统什么是开环控制系统? ?什么是闭环控制系统什么是闭环控制系统? ? 开环控制与闭环控制各有优缺点，应对其优缺点有所了解。

4、本课程主开环控制与闭环控制各有优缺点，应对其优缺点有所了解。本课程主要讨论和研究闭环控制系统。要讨论和研究闭环控制系统。 开环控制系统不能自动消除被控参数偏离给定值所带来的误差。控制开环控制系统不能自动消除被控参数偏离给定值所带来的误差。控制系统中产生的误差全部反映在被控参数上。系统中产生的误差全部反映在被控参数上。与闭环控制系统相比，它的控与闭环控制系统相比，它的控制性能较差。制性能较差。开环控制系统开环控制系统：结构比较简单，成本较低。缺点是控制精度不高，：结构比较简单，成本较低。缺点是控制精度不高，抑抑制干扰能力差制干扰能力差，而且，而且对系统参数变化比较敏感对系统参数变化比较敏感。一般

5、用于可以不考虑外界。一般用于可以不考虑外界影响或精度要求不高的场合，如洗衣机、交通灯的控制等。影响或精度要求不高的场合，如洗衣机、交通灯的控制等。闭环控制系统闭环控制系统：不论是输入信号的变化，或者干扰的影响，或者系统：不论是输入信号的变化，或者干扰的影响，或者系统内部的变化，只要是被控量偏离了规定值，都会产生相应的作用去消除内部的变化，只要是被控量偏离了规定值，都会产生相应的作用去消除偏差。因此，闭环控制偏差。因此，闭环控制抑制干扰能力强抑制干扰能力强，与开环控制相比，与开环控制相比，系统对参数系统对参数变化不敏感变化不敏感，可以选用不太精密的元件构成较为精密的控制系统，获得，可以选用不太精

6、密的元件构成较为精密的控制系统，获得满意的动态特性和控制精度。但是采用反馈装置需要添加元部件，造价满意的动态特性和控制精度。但是采用反馈装置需要添加元部件，造价较高，同时也增加了系统的复杂性，如果系统的结构参数选取不适当，较高，同时也增加了系统的复杂性，如果系统的结构参数选取不适当，控制过程可能变得很差，甚至出现振荡或发散等不稳定的情况，因此，控制过程可能变得很差，甚至出现振荡或发散等不稳定的情况，因此，如何分析系统，合理选择系统的结构参数，从而获得满意的系统性能，如何分析系统，合理选择系统的结构参数，从而获得满意的系统性能，是自动控制理论必须研究解决的问题。是自动控制理论必须研究解决的问题。

7、 反馈控制只有在外部作用反馈控制只有在外部作用( (输入信号或干扰输入信号或干扰) )对控制对象产对控制对象产生影响之后才能做出相应的控制。尤其生影响之后才能做出相应的控制。尤其当控制对象具有较大延当控制对象具有较大延迟时间迟时间时，反馈控制不能及时地影响输出的变化，会影响系统时，反馈控制不能及时地影响输出的变化，会影响系统输出的平稳性。输出的平稳性。前馈控制能使系统及时感受输入信号前馈控制能使系统及时感受输入信号，使系统，使系统在偏差即将产生之前就注意纠正偏差。在偏差即将产生之前就注意纠正偏差。将前馈控制和反馈控制将前馈控制和反馈控制结合起来，构成复合控制结合起来，构成复合控制，可以有效提高

8、系统的控制精度。，可以有效提高系统的控制精度。复合控制复合控制 ？ 工作原理：工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，过温度控制器，开大阀门

9、，使蒸汽量增加，提前进行控制提前进行控制，实现按冷，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中，其中，热交换器热交换器是被控对象，是被控对象，实际热水温度实际热水温度为被控量，给定量（希为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；望温度）在控制器中设定；冷水流量冷水流量是干扰量。是干扰量。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 控制器控制器执行机构执行机构被控对象被控对象测量元件测量元件变换发送单元变换发送单元给定值给定值被控量被控量偏差偏差控制作用控制作用操纵变量操纵变量测量

10、值测量值rezuqy微型计算机微型计算机什么是微型计算机控制系统什么是微型计算机控制系统二、微型计算机控制系统二、微型计算机控制系统+re偏偏差差计计算算机机D/A执执行行器器被被控控对对象象uqyA/D测测量量变变送送器器z测测量量值值给给定定值值控控制制计计算算机机生生产产过过程程控控制制作作用用操操纵纵变变量量被被控控量量图图1 1- -3 3 计计算算机机控控制制系系统统原原理理框框图图- 微型计算机闭环控制系统的原理组成微型计算机闭环控制系统的原理组成-是把常规控制系统中的控是把常规控制系统中的控制器用微型计算机及制器用微型计算机及A/DA/D（模（模/ /数）转换接口与数）转换接口

11、与D/AD/A（数（数/ /模）转换接口模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而常规控制系统中多采用代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而常规控制系统中多采用模拟信号传递，因此需要有模拟信号传递，因此需要有A/DA/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及入信号，以及D/AD/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。 微型计算机闭环控制系统原理组成微型计算机闭环控制系统原理组成微型计算机控制系统与常规控制系统微型计算机控制系统与常规控制系统 常规控制系统是连续控制系统，它连续不断地测量，经过反