第1章 绪论

2020-03-01 117浏览

  • 1.“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 国家精品课程教材 计算机控制系统（第2版） 第一章 绪论
  • 2.第一章 绪论 学习目标： l掌握计算机控制系统的基本概念 l熟悉计算机控制系统的常见类型 l掌握计算机控制系统的基本组成 l了解计算机控制系统的发展趋势 2019-9-2 2
  • 3.第一节 计算机控制系统概述 一、计算机控制系统的一般概念 连续控制系统典型结构图 如果将连续控制系统的控制器用计算机来实现，就构成了计算 机控制系统。 2019-9-2 计算机控制系统基本框图 3
  • 4.计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤： （1）实时数据采集：对被控量进行采样测量，形成反馈信 号。 （2）实时控制计算：根据反馈信号和给定信号，按一定的 控制规律，计算出控制量。 （3）实时控制输出：向执行机构发出控制信号，实现控制 作用。 所谓“实时”的，即信号的输入、计算和输出都是在一 定时间范围内即时完成的，超出这个时间就会失去控制时机， 控制也就失去了意义。 2019-9-2 4
  • 5.二、计算机控制系统的特点 计算机控制系统与连续控制系统相比，具有如下特点： （1）控制规律的实现灵活、方便。 （2）控制精度高。 （3）控制效率高。 （4）可集中操作显示。 （5）可实现分级控制与整体优化，可通过计算机网络系统与 上下位计算机相通信，进行分级控制，实现生产过程控制与生 产管理的一体化与整体优化，提高企业的自动化水平。 （6）存在着采样延迟。 2019-9-2 5
  • 6.第二节 计算机控制系统的分类 一、操作指导控制系统 这种系统的优点是结构简单，并且安全可靠。缺点是靠人 工操作进行生产过程控制，操作速度难以提高。 2019-9-2 6
  • 7.二、直接数字控制系统（DDC） DDC系统是一种单机控制系统，具有规模小，结构简单， 实用性强，价格低等优点，适合于比较简单的被控对象或 分布式控制系统的最小基本控制单元。缺点是可靠性差。 2019-9-2 7
  • 8.三、监督计算机控制系统（SCC） SCC系统采用两级控制方式：（a）下一级为模拟调节器； （b）当下一级采用DDC系统。当SCC计算机出现故障时，可 由DDC或模拟调节器独立完成操作。这显然提高了整个系统 的可靠性。 2019-9-2 8
  • 9.四、分布式控制系统（DCS） 图1.9 分布式控制系统结构图 在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测 量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理 功能相对集中。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性。 2019-9-2 9
  • 10.五、现场总线控制系统（FCS） 从控制的角度看，FCS具有两个显著特点：（1）信号传输实 现了全数字化。（2）实现了控制的彻底分散。 2019-9-2 10
  • 11.第三节 计算机控制系统的组成 一、计算机控制系统的硬件组成 2019-9-2 11
  • 12.二、计算机测控系统的软件组成       操作系统  语言加工系统 系统软件    诊断系统 编辑程序 编译程序 连接、装配程序 调试程序 子程序库   控制程序 软件  数据采集及处理程序     应用软件 巡回检测程序 2019-9-2  数据管理程序             数据可靠性检查程序 A／D转换及采样程序 数字滤波程序 线性化处理程序 数据采集程序 越限报警程序 事故预告程序 画面显示程序 12
  • 13.第四节 计算机控制系统的发展 一、计算机控制系统的发展过程 第一个阶段是1965年以前的试验阶段。 第二个阶段是1965年至1972年的实用阶段。在试验阶段用 于控制的计算机基本上还是采用模拟常规调节仪表的调节规律， 只在控制形式上由连续变为离散，因而调节效果得不到明显改 善。 第三阶段是从1972年开始到现在的发展阶段。1972年出现 了微型计算机，由于它优越的性能价格比，使得计算机的应用 真正地进入了普及和深入的阶段。 2019-9-2 13
  • 14.二、计算机控制系统的发展趋势 1.应用成熟的先进技术 （1）可编程控制器的应用。 （2）智能化调节器的应用。 （3）分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS） 的应用。 2.智能控制系统 （1）分级递阶智能控制技术。 （2）模糊控制技术。 （3）专家控制技术。 （4）机器学习技术。 2019-9-2 14
  • 15.3. 嵌入式的应用将更加深入 （1）嵌入式控制系统。 （2）智能化仪器。 （3）微机集散控制系统。 （4）网络控制系统。 2019-9-2 15
  • 16.第五节 本课程的特点及学习方法 一、课程特点： 集中描述了自动化学科的知识体系 具有综合性、应用性和实践性 二、学习方法： 注意实践练习：课上实验+综合实验 注意联系综合：四年主要专业课程的综合 2019-9-2 16
  • 17.本章内容结束 2019-9-2 17
  • 18.o 焊接机器人 o 我国自主研制的月球车
  • 19.1.6 机器人学的研究内容 o 空间结构学：空间机构在机器人中的应用体现在：机器 人机身和臂部机构的设计、机器人手部机构设计、机器 人行走机构的设计、机器人关节部机构的设计，即机器 人机构的型综合和尺寸综合。 o 机器人运动学：机器人的执行机构实际上是一个多刚体 系统，研究要涉及到组成这一系统的各杆件之间以及系 统与对象之间的相互关系，为此需要一种有效的数学描 述方法。 o 机器人静力学：机器人与环境之间的接触会在机器人与 环境之间引起相互的作用力和力矩，这种力和力矩的输 入和输出关系在机器人控制中是十分重要的。静力学主 要讨论机器人手部端点力与驱动器输入力矩的关系。
  • 20.o 机器人动力学：机器人是一个复杂的动力学系统，要研 究和控制这个系统，首先必须建立它的动力学方程。动 力学方程是指作用于机器人各机构的力或力矩及其位置、 速度、加速度关系的方程式。 o 机器人控制技术：机器人的控制技术是在传统机械系统 的控制技术的基础之上发展起来的。两者之间无根本的 不同。但机器人控制系统也有许多特殊之处。它是有耦 合的、非线性的多变量的控制系统。其负载、惯量、重 心等随时间都可能变化，不仅要考虑运动学关系还要考 虑动力学因素，其模型为非线性而工作环境又是多变的 等。主要研究的内容有机器人控制方式和机器人控制策 略。
  • 21.o 机器人传感器：机器人的感觉主要通过传感器来实现。 机器人所研究的传感器分为两大类：外部传感器和内部 传感器。外部传感器又包括远距离传感器（如视觉传感 器、听觉传感器等）、非接触传感器和接触传感器（如 触觉传感器、力传感器等）。它是为了对环境产生相适 应的动作而取得环境信息。内部传感器包括加速度传感 器、速度传感器、位置传感器、姿态传感器等。她是根 据指令而进行动作，检测机器人各部状态。
  • 22.o 机器人语言：机器人语言分为通用机器人语言和专用机 器人语言。 o 通用机器人语言的种类很多，主要采用计算机语言。例 如汇编语言、FORTRAN、FORTH、BASIC、C等。随 着作业内容的复杂化，利用程序来控制机器人显得越来 越困难。为了寻求用简单的方法描述作业，控制机器人 动作，人们开发了一些机器人专用语言，如AL、VAL、 IML、PART、AUTOPASS等。
  • 23.1.7 机器人学的国内外研究现状 o 目前，机器人的发展已经由单纯的工业机器人走向多样 化、高智能方向。机器人技术正逐步向着具有行走能力、 多种感觉能力以及对作业环境的较强自适应能力的方面 发展。对全球机器人技术发展最有影响的国家应该是美 国和日本。美国在机器人技术的综合研究水平上仍处于 领先地位。而日本生产的机器人在数量、种类方面则居 世界首位。 o 我国的机器人技术起步较晚，大约于20世纪70年代末、 80年代初开始。20世纪90年代中期，6000米以下深水 作业机器人实验成功。以后的近10年中，在步行机器 人、精密装配机器人、多自由度关节机器人的研制等国 际前沿领域逐步缩小了与世界先进水平的差距。
  • 24.o 目前最有影响的国际会议是IEEE每年举行的机器人学 与自动化国际会议（ICRA），此外还有国际工业机器 人会议（ISIR）和国际工业机器人技术会议（CIRT） 等。出版的相关刊物有“IEEE Transactions on Robotics”、“Robotics Research”、“Robotics and Automation”等多种。