2 计算机控制系统概述(二)、控制系统信号类型.
计算机控制系统PPT_1
生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制， 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。
②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的 速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时 机，控制也就失去了意义。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入数字量输出I/O 通道传感器及 变送器工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
2019/11/22
计算机控制系统的组成框图
第一章 绪 论
15
—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量
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第一章 绪 论
36
—计算机控制系统—
1-2-5 计算机控制系统的分类
现场总线控制系统 工作站 — 现场智能仪表-智能电磁流量计
结构模式为：“工作 站一现场总线智能仪 表”二层结构，降低 了成本，提高了可靠 性，并且在统一国际 标准下可实现真正的 开放式互连系统结构。
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第一章 绪 论
25
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（7）
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t＜T, k=0, ±1,
第一章 计算机控制系统概述
第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。
2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
第一章 计算机控制系统概述
3.按照控制方式分类
按照控制方式的不同，计算机控制系统 可分为开环控制系统和闭环控制系统。
第三节 计算机控制系统中的计算机
（1）一台SCC计算机可监督多台DDC或模拟调节器， 而一台DDC可控制多个回路和参数，使多台DDC或模拟调节 器能协调工作。
（2）当系统中模拟调节器或DDC控制器出了故障，可 用SCC系统代替调节器进行调节，提高了系统的可靠性。
四、集散控制系统
集散控制系统（Total Distributed Control—TDC） 也称为分布式控制系统或分散式控制系统（Distributed Control System—DCS），采用了分散控制、集中操作、 分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，形成具有层 次化体系结构的分级分布式控制。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地 对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
计算机 控制系统
硬件：计算机、接口电路、外围 设备和生产对象等组成。
软件：系统程序和应用程序
一、计算机控制系统的硬件组成
主机
过程通道
硬件
I/O接口 常用外部设备
操作控制台
计算机控制系统的硬件组成
1 .主机
主机，即我们说的计算机，是整个系统的核心部分， 它的功能、性能直接影响到系统的优劣。 单片机 PLC 工业PC
PROFIBUS (process field bus 过程现场总线)
HATR总线（可寻址远程传感器数据网络）
FF总线（基金会现场总线）
2.按照控制规律分类
（1）数字程序和顺序控制 （2）比例积分微分控制（PID控制） （3）最小拍控制 （4）复杂规律的控制 （5）智能控制 ……
（1）程序和顺序控制
PID控制是现在应用最广、最为广大工程 技术人员熟悉的技术。PID控制结构简单、参 数容易调整，因此，无论模拟调节器或者数 字调节器，多数使用PID调节规律。
计算机学科专业基础综合组成原理-计算机系统概述(二)
计算机学科专业基础综合组成原理-计算机系统概述(二)(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、{{B}}单项选择题{{/B}}(总题数：44，分数：100.00)1.对有关数据进行分类、统计、分析是计算机的______应用。
∙ A.数值计算∙ B.辅助设计∙ C.数据处理∙ D.实时控制（分数：4.00）A.B.C. √D.解析：[解析] 数值计算主要研究如何利用计算机更好地解决各种数学问题，包括连续系统离散化和离散形方程的求解，并考虑误差、收敛性和稳定性等问题。
计算机辅助设计是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，英文缩写名为CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。
数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。
数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据(区别于数值计算)。
实时控制以直接监督工作方式，在工作进行中便执行控制，同时修正行动，改正问题偏差，如飞机的定位系统。
2.冯·诺依曼型计算机的基本工作方式是______。
∙ A.微程序方式∙ B.多指令流多数据流方式∙ C.控制流驱动方式∙ D.数据流驱动方式（分数：4.00）A.B.C. √D.解析：[解析] 冯·诺依曼型计算机的基本工作方式(控制流驱动方式)：·事先编制程序。
·事先存储程序。
·自动、连续执行程序。
以控制流(也就是指令)驱动程序执行，信息流(也就是数据)被调用处理，用程序计数器(PC)存放当前指令的地址。
冯·诺依曼机早期以运算器为中心，且是单处理器，故B错误。
用数据流驱动明显不对，D错误。
微程序设计技术指的是用软件技术来实现硬件设计的一种技术，与工作方式无关。
也可以从微程序设计技术出现时间来判断。
冯·诺依曼计算机出现时间为1945年，而微程序设计技术的概念是1947年才出现的，故可排除A。
计算机控制技术课后习题详解答案.
第一章计算机控制系统概述习题参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。
(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
图1.1微机控制系统组成框图(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
第1章微型计算机控制系统概述
PIO：并行I/O接口
接口电路
SIO：串行I/O接口 中断控制器
DMA
的
操作设备：由显示器、键盘、指示灯等组成
组
成
系统软件：OS、编译诊断程序、监控程序
软件 应用软件：针对过程编写的控制、管理程序
包括输入、控制、输出及显示打印程序
第一章 微型计算机控制系统概述
1.2 微型计算机控制系统的组成
4、检测元件及执行机构
在微机控制系统中，为了对生产过程进行控制，首先必须对各种数据，如 温度、压力、流量、液位、成分等进行采集。为此，必须通过检测元件，即 传感器，把非电量参数转换成电量。此外，为了控制生产过程，还必须有执 行机构。它们的作用就是控制各参数的流入量。
5、通用外部设备
主要为了扩大主机的功能而设置的，是实现微机和外界交换信息的功能的设备。 常规外部设备可分为输入设备，输出设备和存储设备，并根据控制系统的规 模和要求来配置。
第一章 微型计算机控制系统概述
1.1 微型计算机控制系统的结构原理
给定信号
微型计算机 微处理器
D\A转换器
执行机构
被控参数 被控对象
A\D转换器
1、控制过程 图1.3 计算机控制系统基本框图
从本质上看，微型计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四 点： （1）实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并且将采样 结果输入计算机； （2）实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后， 按照预先规定的控制规律进行运算，则称为实时决策，或简称决策；
（3）保护重要数据的后备存贮体
Watchdog和掉电保护功能均要有能保存重要数据的存贮体支持， 后备存贮体容量不大，在系统掉电时数据不会丢失，故常采用 NOVRAM，EEPROM或常有后备电池的SRAM，为了保证可靠、安 全，系统存贮器工作期间，后备存贮体应处于上锁状态。
计算机控制系统概述
第十章 计算机控制系统概述
直接数字控制（Direct Digital Control，简称DDC）系统的构成 如图所示。计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关 量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道 （AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。DDC 系统属于计算机闭环控制系统，是计算机在工业生产过程 中最普遍的一种应用方式。
设定值 调节 生产 过程 模拟调 节器
工艺数据
调节 生产 过程 DDC计 算机 测量
设定值
工艺数据
测量
SSC 计 算 机
记录 显示 打印
SSC 计算 机
记录 显示 打印
监督控制系统的两种结构形式 （a）SCC+模拟调节器系统 （b）SCC+DDC系统
第十章 计算机控制系统概述
4.分散型控制系统 分散型控制系统（Distribute Control System—DSC），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， 把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监督级、综合 信息管理级，形成分级分布式控制，其结构如图所示。
第十章 计算机控制系统概述
目录
10.1 计算机控制系统组成 10.2 计算机控制系统特点 10.3计算机控制系统的优点 10.4计算机控制系统的典型形式 10.5计算机控制系统的发展方式
第十章 计算机控制系统概述
随着科学技术的进步，人们越来越多地利用计算机来实现控 制系统，近几年来，计算机技术，自动控制技术，检测与 传感技术，CRT显示技术，通信与网络技术等给计算机控 制技术带来了巨大的变革。人们利用这种技术可以完成常 规控制技术无法完成的任务，达到常规控制技术无法达到 的性能指标。随着计算机技术，高级控制策略，现场总线 智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平必将大 大提高。采用计算机对系统进行控制，不仅在工业、交通、 农业、军事等部门得到了广泛应用，而且在经济管理等领 域得到应用。与常规模拟控制系统相比，计算机控制系统 具有许多的有点。计算机参与控制，对控制系统的性能、 系统的结构以及控制理论等多方面都产生了极为深刻的影 响。
计算机控制系统(要点)
1.简述计算机控制系统的一般控制过程。
答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理。
(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。
2.计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。
优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制系统（DDC ），实时性好，可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SSC ），是生产过程始终处于最优工况。
（4）分型控制系统（DCS ），分散控制，集中操作，分级管理。
（5）现场总线控制系统（FCS ），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构。
3. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？简述采样定理的基本内容。
答(1) 周期采样 (2) 同步采样(3) 非同步采样 (4) 多速采样 (5) 随机采样采样定理: 如果连续信号)(t f 具有有限频谱，其最高频率为max ω, 则对)(t f 进行周期采样且采样角频率s m ax 2ωω≥时，连续信号)(t f 可以由采样信号)(*t f 唯一确定，亦即可以从)(*t f 无失真地恢复)(t f 。
4.采用周期的选择 （1）按系统的闭环频带选取（2）按系统的开环传递函数选取 （3）按系统开怀阶跃响应的上升时间选取（4）根据生产过程控制的经验选取5.何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。
不足之处：只针对某种典型输入进行设计，当输入形式改变时，系统性能变坏，输出响应不一定理想6. 试凑法确定PID 调节参数其中在实践中总结出如下规律◆ Kp 增大,系统响应加快,静差减小,但过大的比例系数回使系统有较大的超调，并产生振荡，系统稳定行变坏;Ti 增大,系统超调减小,振荡减弱,但系统静差的消除也随之减慢; Td 增大,调节时间减小,快速性增强 ,但系统对扰动的抑制能力减弱。
微型计算机控制技术PPT课件
优点是结构简单，控制灵活和安全。 缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能 控制多个对象。
主要用于生产初期实验，过程模型获取
1.2.2 直接数字控制（DDC）系统
计算机通过检测单元对过程参数进行巡回检测，并经过输入 通道将检测数据输入计算机，计算机按照一定的控制规律进行 运算，得到相应的控制信息，并通过输出通道去控制执行机构， 从而使系统的被控参数达到期望的要求
地址
译码
C
DB
数据
P
缓冲
U
CB
控制
电路
数据端口
外
状态端口
控制端口
设
(1)从编程角度看,接口内部主要包括一个或多个CPU可 以进行读/写操作的有地址的寄存器,又称为I/O端口. (2)数据端口:双向的数据端口具有锁存和三态缓冲功能. 状态端口:只读端口,包含三态缓冲器. 控制端口:只写端口,包含锁存器.
接口的必要性： 外设是用来实现人机交互的一些机电设备.外设处理信息的类
型、速度、通信方式与CPU不匹配,不能直接挂在总线上,必须 通过接口和系统相连.
CPU与外设之间交换信息的种类
通常有三类信息：
数据信息
状态信息 控制信息
数字量 模拟量 开关量
数据
CPU
状态
外部 设备
控制
接口的构成
AB
第2章 输入输出接口与过程通道
2.1 IO端口及地址译码技术 2.2 数字量输入输出接口与过程通道 2.3 模拟量输入接口与过程通道 2.4 模拟量输出接口与过程通道 2.5 硬件抗干扰技术
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信 息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 接口的含义： 狭义上：连接计算机和I/O设备的部件； 广义上：还包括接口电路的管理驱动程序； 接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换 信息的技术。
计算机控制系统概述汇总
+ -
e
控制器
u
D/A
执行机构
被控对象
y
给定量
被控量
A/D
测量变送 生产过程
控制计算机
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图1 计算机控制系统基本结构
3
1．2 计算机控制系统的组成和特点
计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。 硬件组成：主要由计算机系统（包括主机和外部设 备）和过程输入输出通道、被控对象、执行器、检
1
本章主要内容：
本章主要介绍计算机控制系统的基本概 念、结构组成、特点、分类以及计算机控制 系统的发展概况和趋势。
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1．1 计算机控制系统的基本概念
计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程 自动控制的系统。 自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过
控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
4. 分散型控制系统
至其它局域网 管理 综合信息管理级 计算机 网间 联接器 局部网络 （ LAN） 集中操作监控级 工程师 操作台 操作员 操作台 监控 计算机 网间 联接器 通信联络 现场 分散过程控制级 控制站 智能 调节器 其它测 控装置
PLC
图7
DCS结构示意图
采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计
工艺数据 生 产 过 程 调节 测量 模拟 调节器 设定值
S CC 计 算 机
记录 显示 打印
（a) 调节 测量 工艺数据
DDC 控制器
生 产 过 程
设定值
SCC 计 算 机
记录 显示 打印
(b)
图6
监督控制系统的两种结构形式
其作用是改变给定值，又称设定值控制 。它的任务着重
计算机控制系统
实现“管理集中、控制分散”
6、现场总线控制系统（FCS） 上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系 统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新 型的控制系统。 定义：是指将现场智能设备（如数字传感器、变送 器、仪表与执行机构等）与工业过程控制单元、现 场操作站等互连而成的计算机网络（局域网）。 作用：主要用于现场的智能化仪表、控制器、执行 机构、I/O模块等现场设备间的信息传递。 特点： ◆具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点， 是工业控制网络向现场级发展的产物。
3、模拟控制系统与计算机控制系统的比较 （1）模拟控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
设定值r e u 模拟调节器 执行器 被控对象 被控参数 y
ym
测量变送器 图a 单回路常规模拟控制系统方框图
（2）计算机控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
二、计算机控制系统的分类 1、数据采集和数据处理系统（DAS）
DAS(Data Acquisition System) 结构如下图：
CRT 打印机 报警
数字计算机
过程输入通道
测量变送
……
人
执行机构
……
测量变送
被 控 生 产 过 程
DAS作用：数据采集系统的工作是对大量的 过程状态参数实现巡回检测、数据存贮记录、 数据处理(计算、统计、整理)、进行实时数据 分析以及数据越限报警等功能。
计算机控制系统与模拟控制系统不同之处： ◆在计算机控制系统中，计算机代替了模拟 控制器；对控制对象的参数、状态信息的检 测和控制结果的输出在时间上是断续（离散） 的；对检测信号的分析计算是数字化的，而 在模拟控制系统中则是连续的。 ◆在常规控制系统中，系统的控制规律是用 硬件电路实现的，改变控制规律就要改变硬 件；而在微型计算机控制系统中，控制规律 是用程序实现的，改变控制规律只需改变程 序。
计算机控制技术01 计算机控制系统概述
9）通信或网络功能。利用计算机的数据通 信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功 能和数据传输功能。采用网络功能的测控系统 则将拓展一系列新颖的功能。
10）自我诊断功能。采用计算机技术后， 可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即 进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原 因，对排除故障的方法进行提示。
计算机控制系统是以微机为核心，单纯 以程序“控制”为目的的系统。
计算机
输出信号 调理器
执行机构
控 制 非电量 对 象
计算机测控系统
以微机为核心，以“监测”和“控制”为
目的、测控一体化的系统。
这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的
测量结果决定的。一般称为“计算机控制系统”
测 控 非电量 对 象
传感器
执行机构
输入信号 调理器
输出信号 调理器
计算机 显示器
计算机集中监控室
测控系统微机化的重要意义
传统的测控系统主要由“测控电 路”组成，所具备的功能较少，也比 较弱。随着计算机技术的迅速发展， 使得传统的测控系统发生了根本性变 革，即采用微型计算机作为测控系统 的主体和核心，替代传统测控系统的 常规电子线路，从而成为新一代的微 机化测控系统。
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
现代检测系统
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 块
执行机构
显示仪表
现代手动控制系统
被
测
控
参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
控制电路 模块
电气自动控制系统
计算机控制系统ppt课件
Harmony 控制 单元HCU
ControlWay1 MHz,32 站
Harmony 控制 单元 HCU
控制技术基础_项目五_过程控制系统_任务二
量化：采用一组数码（如二进制编码）来逼近离散模拟量
信号的幅值，并将其值用该数码表示出来。
模拟量输入通道——采样保持器
X*(t) X(nT)
X(t)
Xh(t)
t S T 采样器 X(nT)
t H0 Xh(t)
t
零阶保持器
零阶保持器把当前采样时刻nT的采样值X（nT），简单地保持到下一个采
样时刻（n+1）T，即零阶保持器仅仅是根据nT时刻的采样值按常数往外推，直 到下一个采样时刻（n+1）T，然后换成新的采样值X[(n+1)T]再继续外推。
t
(b) X(nT)
001001 001011 001110 001101 001010 001001 001000 000111 000111 000111 001000
0
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T
9T 10T 11T
t
(c) 图2 1 采样前后信号波形的变化 模拟信号 b 离散模拟售号 (c)数字信号
8
译码驱动电路
VEE －15V
7 3 Sm 4 2 5 1 12 15 14 13
INH 0 0 0 0 0 0 0 0 1
C 0 0 0 0 1 1 1 1 ×
B 0 0 1 1 0 0 1 1 ×
A 0 1 0 1 0 1 0 1 ×
所选通道 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S0～S7 均未选中
输入设备
输出设备
外存储器
常用的输入设备是键盘，用来输入程序
、数据和操作命令，可以通过并行或串
行接口与计算机连接，根据键码的安排 ，可分为标准键盘和专用键盘两种。
常用的输出设备是CRT显示器、打印机 、绘图仪等，它们以字符、曲线、表格 和图形等形式来反映生产过程的工况和
计算机控制技术期末复习试题附答案
第一章计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。
2、计算机系统由哪些部分组成并画出方框图。
计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。
3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些各项连续控制系统计算机控制系统信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化5、计算机控制系统是怎样分类的按功能和控制规律可分为几类一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统DCS⑥现场总线控制系统FCS二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID 控制 ③最少拍控制 ④复杂规律的控制 ⑤智能控制第二章 离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。
则采样角频率只有满足下面的关系： ωs ≥2ωmax采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。
自动控制原理-第10章 计算机控制系统
第10章计算机控制系统从控制系统中信号的形式来划分控制系统的类型，可以把控制系统划分为连续控制系统和离散控制系统，在前面各章所研究的控制系统中，各个变量都是时间的连续函数，称为连续控制系统。
当控制系统中有一部分信号不是时间的连续函数，而是一组离散的脉冲序列或数字序列，这样的系统称为离散控制系统。
离散控制系统又分为采样控制系统和数字控制系统两种类型。
如果系统中的离散信号是由采样器经采样获得的脉冲序列，则这样的离散系统就是采样控制系统；如果离散信号是由数字元件产生的数字序列，则这样的离散系统就是数字控制系统。
一般来说，在采样控制系统中，控制器信号是离散的脉冲序列，而受控对象信号是连续的模拟信号。
因此，在这类系统中，必然存在着从连续模拟信号到离散脉冲信号和从离散脉冲信号到连续模拟信号的变换过程。
从连续模拟信号到离散脉冲序列信号的变换过程称为信号的采样过程，简称采样，实现采样的元件称为采样器或采样开关。
从离散脉冲信号到连续模拟信号的变换过程称为信号的复现过程，信号的复现过程是由被称为保持器的元件完成的。
数字控制系统是以计算机为控制器的闭环控制系统，又称为计算控制系统。
在数字控制系统中，控制器信号是离散的数字序列，而受控对象信号是连续的模拟信号。
因此，在这类系统中，必然存在着从连续模拟信号到离散数字信号和从离散数字信号到连续模拟信号的变换过程。
从连续模拟信号到离散数字信号的转换过程称为模/数（A/D）转换，用A/D转换器完成。
从离散数字信号到连续模拟信号的变换过程称为数/模（D/A）转换，用D/A转换器完成。
离散系统与连续系统相比，有许多分析研究方面的相似性。
利用z变换法研究离散系统，可以把连续系统中的许多概念和方法，推广应用于离散系统。
本章首先给出线性离散控制系统的组成、信号采样和保持、离散系统的数学描述，然后介绍z变换理论和脉冲传递函数，最后研究线性离散系统稳定性、稳态误差、动态性能的分析与综合方法。
计算机控制系统习题参考答案
1
计算机控制系统习题参考答案
2) 直接数字控制系统：可完全取代模拟调节器，实现多回路的 PID 控制，而且只要改变 程序就可实现复杂的控制规律。
3) 监督控制系统：可考虑许多常规调节器不能考虑的因素，如环境温度和湿度对生产过 程的影响，可以进行在线过程操作的在线优化；可以实现先进复杂的控制规律，可靠性 好。
第二章 线性离散系统的数学描述和分析方法 P42
2-1 简述离散控制系统中信号变换的原理。 先经过采样过程，即采样开关按一定的周期进行闭合采样，使原来在时间上连续的 信号 f(t) 变成时间上离散、幅值上连续的离散模拟信号 f * (t) 。再经过量化过程，采用一组 数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。 2-2 已知函数 f(t) ，求取 Z 变换 F(z) 。
10 ，采样周期 T=1s，采用零阶保持器，单位负反馈系 s(0.1s+1)
7
计算机控制系统习题参考答案
G(z)=Z[
1-e-Ts 10 10 9z -1 (1+0.11z -1 ) ]=(1-z −1 )Z[ 2 ]= ⋅ s s(0.1s+1) s (0.1s+1) (1-z -1 )(1-e-10 z -1 )
1)
f(t)=a mt
* -k mT -1 2mT -2 Z [ f(t) ] =Z f (t) = ∑ f(kT)z =1+a z +a z +... k=0 ∞
①ห้องสมุดไป่ตู้
①-① ⋅a mT ⋅ z -1 得：
Z[f(t)]=
1 1-a z
mT -1
2)
f(t)=1-e-at
1 1 (1-e-aT )z -1 F(z)=Z[1-e ]= -1 - -aT -1 = 1-z 1-e z (1-z -1 )(1-e-aT z -1 )
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可编程控制器（PLC）
可编程控制器
Programmable Controller
可编程逻辑控制器
Programmable Logic Controller
工作过程
现场可编程门阵列
Field Programmable Gate Array，FPGA
工业PC机
Industrial Personal Computer，IPC
嵌入式系统（EMS）
嵌入式系统（EMS）
嵌入式DSP处理器
适用于执行DSP算法的处理器
对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执 行 DSP 算法，编译效率较高，指令执行速度也较高 数字滤波、FFT、谱分析等 DSP 算法正大量进入嵌入 式领域
嵌入式片上系统
通用处理器内核将作为标准器件，用VHDL语言描述， 存储在器件库中，用户只需定义出其整个应用系统， 仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作。 系统PCB简洁，功耗小，体积小，可靠性高
信号类型多种多样
系统工作方式
同一计算机可以同时控制多个回路
计算机控制系统的优点
易实现复杂控制规律
计算机控制系统的性价比高
适应性强、灵活性高
系统测量灵敏度高
控制与管理容易结合并实现层次更高的自动化 系统可靠性和容错能力高
计算机控制系统的缺点
抗干扰能力较低 信号复杂，给设计实现带来困难
计算机控制系统的发展概 况及趋势
专门为工业现场而设计的计算机，也叫“工控机”、 “产业电脑”或“工业电脑”
技术特点
采用全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力 采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块 皆使用插板式结构，可视需要选配I/O模板 机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网 配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护 吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应 用软件 可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行
分散的系统结构
• DCS中采用“操作站-控制站-现场仪表”的三层主从结构 • FCS中把I/O单元、控制站的功能分散到智能化现场仪表， 每个仪表都含有CPU，具有测量、校正、调节、诊断等 功能
计算机控制系统的特点及优缺点
计算机控制系统的特点
系统结构
通常是由模拟部件与数字部件组成的混合系统
信号形式
嵌入式系统（EMS）
现场总线控制系统（FCS）
控制器与现场的输入输出器件之间采用一对一的 I/O 接线方 法，传递4-20mA（模拟量）或 24VDC（开关量）信号。
现场总线控制系统（FCS）
主要特征是采用数字式通信方式取代现场的420mA/24VDC信号，使用一根电缆连接所有设备
现场总线控制系统（FCS）
FCS（Fieldbus Control System）
于20世纪90年代兴起，将网络通信与管理的观念引 入工业控制领域，改变了传统的信息传送方式。 是DCS的更新换代产品。
特点
数字化的信息传输
• DCS（Distributed Control Systems）中，底层到控制站之 间用4—20mA电流传送信息
计算机控制技术
第2讲 计算机控制系统概述（二） 控制系统信号类型
计算机控制系统的分类（续）
嵌入式系统（EMS）
定义和组成
以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可 裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、 功耗严格要求的专用计算机系统。 它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式 操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用 于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
单片机特点
集成度高，功能强 结构合理——哈佛结构（相对于冯诺依曼结构） 抗干扰能力强 指令丰富 低功耗
可编程控制器（PLC）
PLC
是继电器逻辑控制系统与微型计算机技术相结合的 产物 主控制器：微处理器 存储器和I/O接口：大规模集成电路
特点
可靠性高 编程容易 输入／输出功能模块齐全 安装方便 运行速度快
计算机控制系统的发展概况及趋势
主要用于工业控制领域
根据被控对象的规模
• 数据通信要求 • 被控变量数量 微型机控制系统
单片微型计算机 可编程逻辑控制器 现场可编程门阵列 工业PC机
选用方法
根据控制算法的复杂程度
• 回路多少 • 计算复杂度
单片微型计算机
微型计算机
单片机 多片机——普通PC、工控机…
计算机控制系统的发展趋势
应该了解的几种先进控制方法
• • • • 模糊控制 神经网络控制 自适应控制 鲁棒控制
单片机的应用将更加深入
单片机的功能将更加完善 单片机的应用将深入理器是由通用计算机中的CPU演变而来的 具有32位以上的处理器，具有较高的性能 去除通用CPU冗余功能部分，以最低的功耗和资源实 现应用要求 典型芯片：ARM
嵌入式微控制器
典型代表——单片机 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单 片化，体积小，功耗和成本低、可靠性高。
工业PC机
工业PC机
工业PC与一般PC机比较
计算机控制系统的发展趋势
大力推广应用成熟的先进技术
普及应用可编程控制器 广泛使用智能化调节器 采用新型的 DCS 和 FCS FPGA将成为微型计算机控制技术的新宠
大力研究和发展智能控制系统
分级递阶智能控制系统——可用于自主控制 模糊控制系统——隶属函数、模糊关系 专家控制系统——专家经验的获取、知识表示 学习控制系统——辨识、自组织
特征
系统内核小、专用性强、系统精简、实时操作系统、 需要专门的开发工具和开发环境
嵌入式系统（EMS）
嵌入式微处理器特点
对实时多任务有很强的支持能力 具有很强的存储区保护功能 可扩展的处理器结构 功耗低
嵌入式计算机分类
嵌入式微处理器 嵌入式微控制器 嵌入式DSP处理器 嵌入式片上系统
嵌入式系统（EMS）