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数字控制系统又称为计算机控制系统,它是在自动控制技术和计算机技术高速发展的基础上产生的。20世纪50年代中期,经典控制理论已经发展得十分成熟,而且在很多工程技术领域中得到成功应用。 具体的来说,数字控制系统是指采用数字技术实现各种控制功能的自动控制系统。其主要类型是以计算机为核心的控制系统,包括计算机监控系统、直接数字控制系统、计算机多级控制系统和分散控制系统。
数字程序控制系统(numerical control systems),是指用代表加工顺序、加工方式和加工参数的数字码作为控制指令的数字控制系统,简数字程序控制系统称数控(NC)系统。在数控系统中通常配备专用的电子计算机,反映加工工艺和操作步骤的加工信息用数字代码预先记录在穿孔带、穿孔卡、磁带或磁盘上。系统在工作时,读数机构依次将代码送入计算机并转换成相应形式的电脉冲,用以控制工作机械按照顺序完成各项加工过程。数控系统的加工精度和加工效率都较高,特别适合于工艺复杂的单件或小批量生产。它广泛用于工具制造、机械加工、汽车制造和造船工业等。

数控系统由信息载体、数控装置、伺服系统和受控设备组成。信息载体采用纸带、磁带、磁卡或磁盘等,用以存放加工参数、动作顺序、行程和速度等加工信息。数控装置又称插补器,根据输入的加工信息发出脉冲序列。每一个脉冲代表一个位移增量。插补器实际上是一台功能简单的专用计算机,也可直接采用微型计算机。插补器输出的增量脉冲作用于相应的驱动机械或系统用来控制工作台或刀具的运动。如果采用步进电机作为驱动机械,则数控系统为开环控制。对于精密机床,需要采用闭环控制的方式,以伺服系统为驱动系统。
数字控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应软件组成。
1.计算机
计算机是数字控制系统的核心,通过接口可以向系统的各个部分发出各种控制指令,同时对被控对象的被控参数进行实时检测和处理。其功能是完成程序存储、数值计算、逻辑判断、数据处理。
2.过程输入、输出通道
过程输入、输出通道是计算机和被控对象之间设置的信息传递和转换的连接通道。输入通道把被控对象的被控参数转换成计算机可以认知的数字代码,这一般需要采样、量化和编码三步完成。输出通道把计算机输出的控制指令和数据转换成可以对被控对象进行控制的控制信号。输入、输出通道一般包括:模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。
3.外部设备
外部设备是实现计算机和外界信息交换的设备,简称外设。外部设备包括人机通信设备,输入、输出设备和外存储器等。
输入设备:键盘、扫描仪、光电输入机等,用来输入程序和数据。
输出设备:打印机、记录仪、显示器等,主要用来向操作人员提供信息和数据,以便及时了解控制过程。
外存储器:包括磁带、磁盘等,用来存储系统程序和数据。
4.检测装置
为了对被控对象进行控制,必须首先对被控对象的被控参数进行数据采集,例如温度、压力、液位、速度等,它是由检测装置来完成的,检测装置即传感器,可以将非电量参数转换成电量参数,再送到计算机。
5.执行机构
执行机构是计算机控制系统的一个重要组成部分,它是控制任务的执行者,如电机等。
6.操作台
操作台是操作人员和计算机控制系统进行对话的装置,主要包括:
(1)显示装置:显示屏幕、荧光数码显示器、显示操作人员要求显示的内容和报警信号。
(2)功能键:复位键、启动键、打印键、显示键、中断键。
(3)数字键:输入某些数据或修改控制系统的某些参数。

作用
在传统的模拟控制系统中,控制器的控制规律或控制作用是由仪表或电子装置的硬件电路完成的,而在计算机控制系统中,除了计算机装置以外,更主要的体现在软件算法上,即数字控制器的设计上。
按设计特点分类
计算机控制系统的描述方法分为:一是将连续的被控对象离散化--等效的离散系统数学模型,然后在离散系统的范畴内分析整个闭环系统;二是将数字控制器等效为一个连续环节,然后采用连续系统的方法来分析与设计整个控制系统。相应地,在设计方法上就可以分为:模拟化设计方法和离散化设计方法。

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