《物联网控制》第一章：自动控制与物联网控制概述详解

1.1 自动控制系统

第一个自动控制系统：飞球调节器（推动了社会进步）

自动控制：是在没有人参与的情况下，系统的控制器自动地按照人预定的要求控制设备或过程，使之具有一定的状态和性能。

 自动控制系统：具有自动控制功能的系统。

基本功能单元：传感器、控制器、执行器

（反馈控制系统方框图）

1.2 反馈控制的概念

控制的两种方式:：

①开环控制：如果控制系统的被控量对系统没有控制作用

②闭环控制（反馈控制）：系统的被控量直接或间接地参与控制

1.3 物联网控制系统的概念

物联网控制系统是以物联网为基础的计算机控制系统。 

物联网是由各种具备联网能力的设备经由相互连接构成复杂网络结构。

根据控制策略的生成是否在本地控制回路中，物联网控制系统结构可以分为两大类，直接网络控制结构和间接网络控制结构。

1.4 计算机控制系统的基本组成

计算机系统：数字计算机、A/D、D/A转换器等

作用：根据受控对象及外界信息，按选定算法进行变换处理并产生必要控制指令输出作用于被控对象。

1.4.1 计算机控制系统硬件组成

硬件组成：计算机、外部设备、测量装置以及执行装置

1.4.2 计算机控制系统软件组成

①系统软件：计算机通用软件，实时操作系统及一些公共服务系统

②应用软件：：应用功能专用程序，包括控制算法程序、输入输出接口程序、监控程序

1.5 计算机控制系统的类型

计算机控制系统所采用的形式与它所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的被控对象和不同的要求，应有不同的控制方案。

1.5.1 操作指导控制系统

开环控制，起决定作用的是操作人员。

每隔一段时间，计算机进行数据采集，将数据处理，进行报警、打印和显示。

1.5.2 直接数字控制系统

闭环控制

计算机通过模拟量输入通道和开关量输入通道实施采集数据

按照规律计算，发出控制信息

通过模拟量输出通道和开关量输出通道直接控制生成过程

 要求实时性好、可靠性高和适应性强

1.5.3 监督控制系统

计算机根据原始工艺信息和其他参数，自动地改变模拟/数字调节器或以直接数字控制方式工作的计算机中的给定值。（闭环）

从而使生产过程始 终处于最优工况（如保持高质 量、高效率、低消耗、低成本 等等）。

1.5.4 集散控制系统

简称DCS，采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则

形成分级分布式控制

1.5.5 分级计算机控制系统

集中控制方式任务过于集中， 一旦计算机出现故障，将会影响全局。

分级计算机控制系统又代替集中控制系统的趋势。

该系统的特点是将控制任务分散， 用多台计算机分别执行不同的任务， 既能进行控制又能实现管理。  是一个四级系统。

1.6 物联网远程控制技术

物联网的灵活性与开放性， 基于物联网的控制具有多种模式：

①远程控制模式

②本地控制模式

③调度控制模式

移动通信远程控制

移动通信是指通信的双方中至少有一方是在运动过程中实现信息交换的通信。

GPRS

GPRS是一种基于GSM无线分组交换技术，GPRS无线通信系统由发射设备、传输介 质、接收设备等组成。

网络摇操作

物联网络远程控制的一个经典实例是遥操作系统，操作者在本地进行操作，由远程设备完成远程复杂或危险环境下的任务。

在网络环境下，遥操作机器人实验系统的工作原理如下图所示，它 由操作者、主机械手、Internet通信环节、从机械手和环境构成。

应用：①远程会诊 ②远程医疗教学 ③远程医疗会议 ④远程手术

1.7 自动控制系统性能的基本要求

稳态性能：稳态误差

暂态性能：上升时间、超调量

1.7.1 稳定性

系统正常工作首要条件

定义：系统受到干扰后仍能回到平衡点

条件：系统全部特征根(极点)的实部小于零

1.7.2 准确性

1.7.3 快速性