第十章 计算机控制系统
计算机控制技术与应用 第10章
适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、 电磁干扰和低电位差干扰；
第五节
DCS与FCS的集成技术
1.现场总线与DCS输入/输出总线的集成 2.现场总线与DCS网络的集成 3.FCS与DCS的集成
集散控制系统的现状 当今DCS向综合化、开放化发展。工厂自动化要求 各种设备(计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间 的通信能力加强,以便构成大系统。
操作员站 打印机
系统网络 SNET
I/O #1
I/O #2
I/O #3
I/O #4
工程 师站
打印机
DCS 结 构 图
第二节 集散控制系统的控制站
现场控制站的主要功能有六种：
数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感变送器的模拟信号进行数 据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。
DDC控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的 偏差，并对偏差进行PID控制运算，最后求出新的控制量，并将此控制 量转换成相应的电流送至执行器驱动被控对象。
操作站的基本结构
XL操作站的硬件结构：面向总线的结构
6
通用通信卡 通用通信卡 RM81内存卡 LC81/LC82 RL总线接口卡 DP88 显示卡 CP81B/CP81C CPU卡
通用通信卡选件： RS81—RS232C通信卡 HF81—HF总线通信卡 GB83—GP IB 通信卡 EN82—Ethernet通信卡
第二代产品在原来产品的 基础上,进一步提高了可靠性 ,新开发的多功能过程控制站、 增强型操作站、光纤通信等 更完善了DCS。其基本结构由 六部分组成,即局域网络、多 功能现场控制站、增强型操 作站、主计算机、网络连接 器和系统管理站等。第二代 产品的特点是采用模块化、 标准化设计,数据通信向标准 化迁移,板级模块化,单元结 构化,使之具有更强适应性和 可扩充性。控制功能更加完 善,它能实现过程控制、数据 采集、顺序控制和批量控制 功能。
化工自动化及仪表第十章计算机控制系统 第三节可编程控制器
AO
DO
10-6 一体化PLC结构示意图
测量 仪表
执行器
另一类（模块化结构）：各种模块在结构上是相互独 立的，在实际使用的过程中可根据具体的应用要求选 择合适的模块，安装在固定的机架或导轨上，构成一 个完整的PLC应用系统，如下图所示。大、中型PLC 系统一般采用此类结构。增强了数据处理能力和网络 通信能力，可构成大规模的自动化控制系统，主要用 于复杂程度较高的自动控制，并在相当程度上可以替 代DCS以实现更广泛的自动化功能。
10.3.3 PLC的基本工作原理
PLC的CPU采用分时操作的原理，其工作方 式是一个不断循环的顺序扫描过程，即周期扫描 方式。
PLC的整个扫描过程可以概括地归纳为上电 初始化、一般处理扫描、数据I/O操作、用户程序 的扫描、外设端口服务五个阶段。每一次扫描所 用的时间称为一个工作周期（扫描周期）。PLC 的扫描周期与PLC的硬件特性和用户程序的长短 有关。
电源 模块
CPU 模块
通信 接口 模块
I/O 模块
系统总线
I/O 模块
……
智能 I/O 模块
电源线
10-7 模块化PLC结构示意图
在模块化PLC系统中，一组基本的功能模块可以构 成一个机架，CPU模块所在的机架通常称为中央机架， 其他机架称为扩展机架。
根据安装位置的不同，机架的扩展方式又分为本地 连接扩展和远程连接扩展两种。前者要求所有机架都集 中安装在一起，机架与机架间的连接距离通常在数米之 内；后者一般通过光缆或通信电缆实现机架间的连接， 连接距离可达几百米到数千米，通过中继环节还可以进 一步延伸。远程扩展机架也称为分布式I/O站点，这是一 种介于模拟信号传输技术和现场总线技术的中间产品。
(3)数据I/O操作：
计算机控制系统
计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统是指利用计算机的高速运算、存储、传输、处理等能力，在工业自动化或其他领域中对生产流程、设备设施等进行监测、控制、管理和优化的系统。
它被广泛应用于制造业、能源、交通、环保、医疗等领域，是现代社会的重要技术基础。
1.计算机控制系统的组成计算机控制系统由计算机硬件、软件和外围设备三个方面构成。
其中，计算机硬件主要包括中央处理器、内存、外部存储器、输入/输出设备等；计算机软件主要包括操作系统、应用软件和控制程序等；外围设备主要包括传感器、执行器、通信设备等。
这三个方面相互协同工作，构成了一个具有高度智能化和精密控制的系统。
2.计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理可以概括为三个步骤：获取信息、处理信息和控制执行。
获取信息是指通过传感器等外围设备将生产现场的各种参数和信号收集起来并传输到计算机系统中。
这些参数和信号包括温度、湿度、压力、流量、速度、位置等物理量和状态信息。
通过对这些信息的采集和处理，计算机控制系统可以实时了解生产现场的状态、变化和异常等情况，从而进行精细化管理和优化控制。
处理信息是指通过计算机软件对采集到的信息进行实时处理和分析。
计算机软件可以根据事先编程的控制算法和逻辑规则，对生产流程进行预判和预测，并作出相应的控制决策。
处理信息的过程中，计算机系统不仅要具备高速的计算能力和精密的逻辑处理能力，还要具备稳定的存储能力和高效的通信能力，从而确保生产控制的精确度和韧性。
控制执行是指通过输出信号控制执行器、调节器等外围设备，实现生产流程的预定目标。
控制执行的方式多种多样，其中常见的包括开关控制、比例控制、逻辑控制、模糊控制、PID控制等。
在控制执行的过程中，计算机系统要考虑操作环境的复杂性、设备的工作状态以及人机交互等因素，从而调整控制策略和参数，确保生产过程的稳定性和高效性。
3.计算机控制系统的应用计算机控制系统在制造业、能源、交通、环保、医疗等领域均有广泛的应用。
计算机控制系统课后答案
计算机控制系统课后答案1. 概述计算机控制系统是指利用计算机进行控制的系统，它采用计算机硬件和软件的协同作用，对被控对象进行监测、测量、判断以及控制操作的任务。
本文将回答计算机控制系统课后习题，以帮助读者加深对该课程的理解。
2. 习题答案2.1 什么是计算机控制系统？计算机控制系统是指利用计算机硬件和软件的协同作用，对被控对象进行监测、测量、判断以及控制操作的系统。
其核心是计算机的控制程序，通过对输入信号的处理和对输出信号的控制，实现对被控对象的精准控制。
2.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：•输入设备：用于采集被控对象的状态信息，将其转化为数字信号输入到计算机中。
•输出设备：将计算机产生的控制信号转化为可被被控对象接受的信号。
•中央处理单元（CPU）：负责执行控制程序，对输入信号进行处理和判断，并产生相应的控制信号。
•存储器：用于存储控制程序和控制数据。
•总线：用于传输控制信号和数据，连接CPU、存储器和输入输出设备。
2.3 计算机控制系统的特点•精确性：计算机控制系统能够对被控对象进行精确的控制，实时调整控制参数，确保控制过程的稳定性和准确性。
•灵活性：通过编写不同的控制程序，可以实现对不同对象的控制，具有很高的灵活性。
•可靠性：计算机控制系统具有自主诊断和故障处理能力，当出现故障时，能够自动检测、定位和修复错误，提高了系统的可靠性。
•扩展性：计算机控制系统可以根据需要增加或替换硬件设备，增加系统的功能和性能。
•可维护性：计算机控制系统通常使用模块化设计，方便对系统进行维护和升级。
2.4 计算机控制系统的应用领域计算机控制系统广泛应用于工业自动化领域，例如：•工业生产线控制：计算机控制系统可以对生产线上的各个环节进行监控和控制，提高生产效率和产品质量。
•交通信号控制：计算机控制系统可以对交通信号灯进行精确控制，实现交通流量的调度和优化。
•智能家居系统：计算机控制系统可以对家庭设备进行智能控制，实现远程操控和自动化管理。
计算机控制系统
计算机控制系统随着科技的飞速发展，计算机控制系统已经成为现代生产过程中不可或缺的一部分。
计算机控制系统结合了计算机技术和自动化控制理论，通过在工业生产中引入计算机实现对生产过程的实时监控和调整，以追求最佳性能和生产效率。
一、计算机控制系统的基本构成计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分包括计算机、输入输出设备、控制对象和传感器等。
软件部分则包括操作系统、控制算法程序和其他支持软件等。
通过硬件和软件的协同工作，计算机控制系统可实现对生产过程的精确控制。
二、计算机控制系统的主要优点1、自动化：计算机控制系统能根据预设程序自动监控和调整生产过程，减轻了人工操作负担，提高了生产效率。
2、精确性：计算机控制系统可以通过传感器实时获取生产数据，通过算法程序进行精确计算和控制，避免了人为误差。
3、优化性能：计算机控制系统可以通过优化算法不断优化生产过程，提高产品质量和性能。
4、远程监控：通过互联网技术，计算机控制系统可以实现远程监控，方便管理人员随时了解生产状况并进行调整。
三、计算机控制系统在各行业的应用1、制造业：在制造业中，计算机控制系统被广泛应用于生产线的控制、工艺过程的优化、设备故障的预测和维护等。
2、能源行业：在能源行业中，计算机控制系统负责对电力、石油、煤炭等能源的生产、传输和分配进行实时监控和控制。
3、交通运输业：在交通运输业中，计算机控制系统用于对交通信号灯、地铁列车、航空交通等的管理和控制。
4、农业：在农业领域，计算机控制系统已开始用于大棚种植、畜牧业和渔业等，通过精准控制提高农业生产效率。
四、未来发展趋势随着、物联网和大数据等技术的发展，计算机控制系统将迎来更多的发展机遇。
未来，计算机控制系统将更加智能化、自适应和协同化，能够更好地满足复杂多变的生产需求。
随着绿色环保理念的深入人心，计算机控制系统也将更加注重节能减排和环保，助力实现可持续发展目标。
计算机控制系统在自动化和效率方面具有显著优势，广泛应用于各行业领域。
计算机控制系统知识点
计算机控制系统知识点一、计算机控制系统的定义计算机控制系统是一种利用计算机技术进行控制的系统，通过计算机对被控制对象进行监测、分析、控制和调度，实现自动化生产和运行。
计算机控制系统广泛应用于工业生产中的自动化设备、交通运输系统、医疗设备等领域。
二、计算机控制系统的组成1. 控制器：控制器是计算机控制系统的核心部件，负责对整个系统进行控制和监测。
控制器通常由计算机主机、输入输出设备、运算器、存储器等组成。
2. 输入输出设备：输入设备用于将外部系统中的数据传输到计算机控制系统中，输出设备则将计算机处理后的数据传输到外部系统中。
3. 运算器：运算器是计算机控制系统的“大脑”，负责进行各种数学运算和逻辑运算。
4. 存储器：存储器主要用于存储程序和数据，包括内存和外存两种形式。
三、计算机控制系统的工作原理计算机控制系统通过输入设备获取外部信息，经过运算和逻辑判断后，通过输出设备输出控制指令，实现对被控制对象的自动控制。
整个过程中，计算机控制系统需要经历输入、运算、输出三个基本过程。
四、计算机控制系统的应用1. 工业生产领域：计算机控制系统广泛应用于各种自动化生产设备中，提高了生产效率和生产质量。
2. 交通运输领域：交通信号灯、地铁列车调度系统等都是计算机控制系统的应用案例，提高了交通运输效率和安全性。
3. 医疗设备领域：医用X射线机、B超仪、电子胃镜等医疗设备都采用了计算机控制系统，提高了医疗诊断的准确性和效率。
五、计算机控制系统的发展趋势随着计算机技术的不断发展和进步，计算机控制系统将更加智能化、网络化和集成化。
未来，计算机控制系统将更加便捷、高效、智能，为人类社会的发展和进步提供更大的帮助和支持。
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。
计算机控制系统
计算机控制系统是当前自动控制系统的主流方向。
它是利用计算机的硬件和软件代替了自动控制系统的控制器，以自动控制技术、计算机技术、检测技术、计算机通信与网络为基础，利用计算机快速强大的数值计算、逻辑判断等信息加工能力来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一般来说，自动控制系统随着控制对象、控制规律和执行机构的不同而具有不同的特性，但可归纳为以下两种形式闭环控制系统开环控制系统该系统通过测量元件对被控对象的被控参数进行测量，再由变送单元将被测参数变成一定形式的电信号，反馈给控制器。
控制器将反馈信号对应的工程量与给定值进行比较，如有误差，则控制器按照预定的控制规律产生控制信号来驱动执行机构工作，使被控参数的值达到预定的要求开环控制系统，它的控制器直接根据给定值去控制被控对象工作，被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响计算机控制系统概述计算机控制系统指的是采用了数字控制器的自动控制系统计算机控制系统 控制计算机 （硬件、软件和网络）生产过程（被控对象、检测传感器、执行机构）⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩计算机闭环控制系统的原理组成--是把图1-1中的控制器用控制计算机即微型计算机及A/D（模/数）转换接口与D/A（数/模）转换接口代替，由于计算机采用的是数字信号传递，而一次仪表多采用模拟信号传递，因此需要有A/D转换器将模拟量转换为数字量作为其输入信号，以及D/A转换器将数字量转换为模拟量作为其输出信号。
计算机控制系统执行控制程序的过程1. 实时数据采集：对被控参数按一定的采样时间间隔进行检测，并将结果输入计算机。
2. 实时计算：对采集到的被控参数进行处理后，按预先设计好的控制算法进行计算，决定当前的控制量3. 实时控制：根据实时计算得到的控制量，通过D/A转换器将控制信号作用于执行机构4. 实时管理：根据采集到的被控参数和设备的状态，对系统的状态进行监控与管理系统的典型结构1. 操作指导控制系统（ODC）计算机根据一定的算法，根据检测仪表测得的信号数据，由数据处理系统对生产过程的大量参数做巡回检测、处理、分析、记录以及参数的超限报警等。
计算机控制系统概述
计算机控制系统概述引言计算机控制系统是现代工业和科学领域中的重要组成部分，它使用计算机技术来实现对生产过程、机械设备、工业自动化系统等的控制。
本文将对计算机控制系统的概念、原理、组成以及应用进行综述。
概念计算机控制系统是指通过计算机技术实现对某个对象或系统的控制。
它将计算机作为核心元素，通过数学模型和算法来监测、计算和控制对象或系统的行为。
计算机控制系统通常由硬件和软件组成。
硬件包括传感器、执行器、通信设备等，而软件则是实现控制逻辑和算法的程序。
原理计算机控制系统的工作原理基于反馈控制原理。
它通过传感器检测系统的状态或参数，然后将这些数据传输给计算机进行处理。
计算机根据预先设定的控制算法对数据进行分析和计算，并生成相应的控制信号。
这些控制信号通过执行器作用于系统，调节系统参数以实现控制目标。
反馈环节可以实时监测系统的实际状态，并根据实际情况调整控制策略，从而实现更加精确的控制。
组成计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：1. 传感器与执行器传感器用于检测系统的状态或参数，并将其转化为电信号或数字信号，传递给计算机进行处理。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光学传感器等。
执行器则用于将计算机生成的控制信号转化为机械动作，对系统进行实际的控制。
例如，电机、阀门、泵等都是常见的执行器。
2. 控制算法控制算法是计算机控制系统的核心部分，它决定了计算机如何根据传感器数据生成控制信号。
常见的控制算法包括比例积分微分（PID）控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些算法根据不同的控制需求和对象特性进行选择和优化，以实现最优的控制效果。
3. 通信设备通信设备用于实现计算机与传感器、执行器之间的信息传输。
常见的通信设备有串口、以太网、无线通信等。
通过通信设备，计算机可以接收传感器的数据，并发送控制信号给执行器。
4. 人机界面人机界面是计算机控制系统与人的交互界面。
它提供了人们与控制系统进行沟通、参数设定和状态监测的手段。
计算机控制系统
1.DDC系统的体系结构：1硬件结构分为主机单元，输入输出单元和人机接口单元，结构方式有模版式和模块式，安装方式有盒式台式柜式。
软件结构分为系统软件，控制运算软件，输入输出软件，人机接口软件和监控组态软件。
3网络结构分为I/O总线和通信网络。
2.DDC系统类型及发展：从单板机，STO总线模版机，PC总线工业控制机发展到工业PC机，即PCI总线和CompactPCI总线工业控制机。
3.PID算法的改进措施：积分项的改进，积分作用是消除残差，提高控制性能，包括积分分离，抗积分饱和，梯形积分和消除积分不敏感区。
2微分项的改进，尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。
包括偏差平均和测量值微分。
3变PID控制，对被控对象的自平衡能力，可以分段采用P,PI控制，其优点是减少超调，缩短调节时间，包括设定值改变的变PID控制和负荷改变的变PID控制4.无扰动切换：指在进行PID控制方式切换之前，例如从手动或者自动或者自动到手动的切换，无需人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，保证切换无扰动。
1，手动自动aPID控制块处于手动方式，尽管不进行PID计算，但在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E（n-1），E（n-2）,Ud(n-1)等清零，并将输出控制量赋给UC（n-1）b，PID控制块处于自动方式，为了实现从自动到手动的无平衡无扰动切换，在自动方式下，每个控制周期应将COV值赋给MOV 2输出跟踪a手动操作器处于手动HM工作状态PID控制块处于输出跟踪YT 状态，为了实现从输出跟踪到正常工作NT状态的无扰动切换，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将OTV值赋给UC（n-1）3,输出安全当PID 控制块处于输出安全YS状态时，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将输出安全值SOV赋给UC（n-1）4，输出保持当PID控制器处于输出保持状态，副条极限保持状态和PV坏保持PBH状态时，在每个周期应使设定值跟踪被控量，清零，还要使UC（n-1）保持不变5，回算输出和回算输入后级功能块的回算输出端和前级功能块的回算输入端连接，向前级功能块传送有关参数，是这2个功能块相互匹配，从而保证功能块工作方式的无扰动切换5.内部总线：计算机内部模块与模块之间进行通信的总线PC/XT PC/AT ISA DCI PCI6.外部总线：计算机外部通信的总线，RS-232 RS-422 RS -4857.干扰的来源，传播，抑制：来源，外部干扰是那些与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰，主要是空间电场或磁场，内部干扰是由系统结构，制造工艺决定的，内部零部件的分布电容，分布电感引起的耦合反映，多点接地造成的电位差引起干扰。
计算机控制系统的原理
计算机控制系统的原理嘿，朋友们！今天咱就来唠唠计算机控制系统的原理。
这玩意儿啊，就像是一个超级聪明的大脑在指挥着各种机器设备干活呢！你想啊，计算机控制系统就好比是一个厉害的指挥官，它能精准地控制着每一个环节。
它接收各种信息，就像我们的眼睛和耳朵在收集情报一样。
然后呢，它会快速地分析这些信息，做出最明智的决策，这可比我们人类思考得快多啦！这不就像是一个超级学霸，啥题都能快速解出来嘛！计算机控制系统还特别可靠呢！它不会像我们人一样会累会犯错。
它可以一直稳定地工作，时刻保持警惕。
如果把一个生产过程比作一场比赛，那计算机控制系统就是那个永不失误的运动员，一直向着胜利冲刺。
它的反应速度也是惊人的呀！一旦有啥情况，它能在瞬间做出反应，调整各种参数，让一切都保持在最佳状态。
这就好像是一个武林高手，面对敌人的攻击，能迅速出招应对，丝毫不含糊。
而且哦，计算机控制系统还能实现很多复杂的控制策略呢！它能根据不同的需求和情况，灵活地调整控制方式。
这就跟我们人一样，面对不同的场景会有不同的应对方法，可机灵啦！比如说，在一些对精度要求特别高的生产中，它就能精确地控制每一个步骤，确保产品的质量。
那它是怎么做到这些的呢？这就得说说它的几个关键部分啦。
传感器就像是它的侦察兵，到处去收集信息；控制器呢，就是那个智慧的大脑，分析和决策都靠它；而执行器呀，就是那个听话的小兵，按照大脑的指示去行动。
它们三个配合得那叫一个默契，缺一不可啊！你说要是没有计算机控制系统，那我们的生活得变成啥样啊？很多自动化的设备都没法正常工作啦，那多不方便呀！所以说呀，这计算机控制系统可真是个了不起的发明，给我们的生活带来了太多的便利和进步。
咱再想想，未来的计算机控制系统会发展成啥样呢？是不是会更加智能，更加厉害呢？说不定以后它都能自己学习和进化啦，那可就太牛啦！哎呀，真让人期待呀！总之呢，计算机控制系统就是这么一个神奇又重要的东西，它在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
计算机控制系统
计算机控制系统计算机控制系统是指利用计算机技术对实际工作场景进行自动化控制的系统。
这种系统利用计算机的高速计算和精确控制的特性，通过对输入信号进行采集、处理以及对输出信号进行控制，实现对设备、机器或工艺过程的控制和监测。
计算机控制系统广泛应用于生产、交通、医疗等领域，为人类带来了极大的便利和效益。
组成计算机控制系统主要由以下几个部分组成：1. 传感器与执行器传感器负责将实际工作场景中的物理量、参数转化为电信号，然后将电信号传递给计算机系统。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
执行器则负责将计算机系统输出的信号转化为相应的动作或工作状态。
常见的执行器有电动阀门、电机、继电器等。
2. 硬件接口硬件接口是连接计算机系统和传感器、执行器之间的纽带，它负责控制信号的输入和输出。
硬件接口通常由模拟输入/输出和数字输入/输出两部分组成。
模拟输入/输出接口主要用于处理连续变化的信号，而数字输入/输出接口则用于处理离散的开关信号。
3. 控制器控制器是计算机控制系统的核心部分，它负责对采集到的信号进行处理和计算，根据事先设定的控制算法生成控制信号，并将控制信号发送给执行器。
控制器通常由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括中央处理器、存储器和输入/输出接口，软件部分则包括控制算法和运行在计算机系统上的控制程序。
4. 人机界面人机界面是计算机控制系统与操作人员进行交互的界面，通过人机界面，操作人员可以监控和调整计算机控制系统的工作状态和参数设置。
常见的人机界面包括显示屏、键盘、鼠标、触摸屏等。
应用领域计算机控制系统广泛应用于各个领域，以下是几个常见的应用领域：1. 工业自动化在工业生产领域中，计算机控制系统可以对生产线进行自动化控制，实现物料的输送、加工、包装等环节的自动化操作。
这不仅提高了生产效率和产品质量，还减少了人力成本和人为错误带来的问题。
2. 交通运输在交通运输领域中，计算机控制系统可以用于交通信号控制、车辆导航、智能交通管理等方面。
计算机控制系统知识点
计算机控制系统知识点计算机控制系统是指利用计算机作为中央控制器来控制工业过程、交通运输、机械制造等领域中的各种控制系统的一种系统。
计算机控制系统知识点众多，其中包括计算机控制系统的基本组成、控制系统的分类、控制系统的特点、控制系统的控制方法、控制系统的优化等诸多内容。
一、计算机控制系统的基本组成计算机控制系统由输入、输出、控制器、执行机构四个部分组成。
其中输入部分通常包括传感器、信号调理电路、模数转换器等；输出部分通常包括数字信号输出器、模拟信号输出器、执行机构等。
控制器一般是指由微处理器、可编程逻辑控制器（PLC）或船用控制器等构成的控制模块，执行机构一般指各种电动机、泵、阀门等用来控制操作对象的机构。
二、控制系统的分类根据控制对象的特点，控制系统可以分为连续型系统和离散型系统。
连续型系统是指控制对象运动过程中的时间是连续的，例如温度、压力、流量等都是连续的；离散型系统指控制对象运动过程中的时间是离散的，例如工艺流程、机具动作等都是离散的。
根据控制系统的算法，控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指没有反馈信号或反馈信号量不参与控制算法的控制系统。
例如，定时器就是一个开环控制器。
闭环控制系统是指反馈信号量参与控制算法的控制系统，也称为反馈控制系统。
三、控制系统的特点控制系统的特点包括：系统的控制目标明确、控制精度高、响应速度快、稳定性好、可靠性高、可编程性强等特点。
四、控制系统的控制方法根据控制系统的特点和用途不同，控制系统的控制方法也各有不同。
常见的控制方法包括：1、比例控制：比例控制是指控制输出量与输入量呈比例关系的控制方法。
比例控制在工业生产中广泛应用，例如机床加工中的主轴脉冲控制就采用了比例控制技术。
2、积分控制：积分控制是指控制器对偏差信号进行积分运算后输出控制信号的控制方法。
积分控制常用于工业自动化中的流量控制、温度控制等方面。
3、微分控制：微分控制是指控制器对偏差信号进行微分运算后输出控制信号的控制方法。
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。
计算机控制系统总结
计算机控制系统总结计算机控制系统是一种以计算机为核心的自动化系统，它通过采集、处理和控制相关的信息和信号，以实现对不同系统的自动化控制和管理。
计算机控制系统在现代工业生产和日常生活中起着至关重要的作用。
本文将对计算机控制系统进行总结，并介绍它的应用和发展。
首先，计算机控制系统的核心是计算机。
计算机是一台能够进行数据处理、运算和控制的电子设备。
在计算机控制系统中，计算机通过采集传感器获取的各种信号，并进行数据处理和计算，然后通过执行器实现对被控对象的控制。
计算机控制系统通常分为硬件和软件两个部分，硬件包括计算机主机、输入设备、输出设备、传感器和执行器等，而软件则包括控制算法、数据处理程序和人机交互界面等。
其次，计算机控制系统的应用涉及到多个领域。
在工业生产中，计算机控制系统被广泛应用于自动化生产线、机械设备、机器人等，能够提高生产效率和质量，降低成本和风险。
在交通运输领域，计算机控制系统可以实现对交通信号、电梯和航空器等的智能化控制，提高交通安全和效率。
在家庭生活中，计算机控制系统可以实现智能家居的自动化管理，如智能灯光、温控系统和安防系统等。
此外，计算机控制系统的发展也日益迅猛。
随着计算机技术、通信技术和传感器技术的不断进步，计算机控制系统的功能不断增强。
现代计算机控制系统具有更高的计算能力、更强大的感知和响应能力，能够处理更多的数据和更复杂的控制任务。
同时，计算机控制系统也面临着一些挑战，如对实时性、安全性和稳定性的要求不断提高，对控制算法和硬件设备的优化需求增加等。
总之，计算机控制系统在现代社会中起着至关重要的作用。
它通过计算机技术和自动化技术的结合，实现对不同系统的自动化控制和管理，使得生产和生活更加便捷、高效和安全。
随着技术的发展和创新，计算机控制系统将继续向更广泛的领域渗透，为人们带来更多的便利和创造更大的价值。
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高可靠性，友好的人机对话界面，方便的显示打印功能，灵 活的控制规律。
直接数字控制 (Direct Digital Control，简称DDC)
CRT 打印机 计 算 报警 机 操作台
输入通道 （AI，DI） 生 产 输出通道 （AO，DO） 过 程
直接数字控制系统框图 该控制系统的特点是实时性好、可靠性高和适应性强。 实现集中控制，代替常规控制仪表控制算法,单回路及常用复杂控制系统,由于 集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低,未能普及。
生产管理级 过程管理级 工程师操作站 管理计算机 中央操作台 LAN局域网 操 作 员 站 监控计算机
网间连接器 网间连接器
高速数据公路 过 程 控 制 级
DDC直接数 字控制站 数据 采集站 多功能 控制站 可编程逻辑 控制站 单回路调节 控制站
过程控制级（Process Control Unit ）
每一现场控制站场均用双相交流电源供电，两相 互为冗余。 如果附近有经常开关的大功率用电设备，应采用 超级隔离变压器，将其初级、次级线圈间的屏蔽 层可靠接地。这样能很好的隔离共模干扰。
对控制连续性要求特别高的场合，应装设不间断 供电电源UPS 。
电源
柜内直流稳压电源：
统一的主电源单元将交流电整流成直流电（一 般为24V）供给柜内直流母线。各层机架内设 有子电源单元，将母线上送来的单一直流电压 转变成机架所需的各种电压（+5V、± 12V、 ± 15V等）。
系统硬件
控制站（CONTROL STATION, 简称CS）: 由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元组成 通过不同的硬件配置和软件设置可构成不同功能的控制站 过程控制站PCS 逻辑控制站 LCS 数据采集站DAS 核心部件是主控制卡，它能进行多种过程控制运算和数字 逻辑运算，并能通过下一级通信总线（SBUS)获得各种 I/O卡件的信息。
2、功能分散。
“集”：集中监视、集中管理。
集散控制系统的定义
DCS系统是一个为满足大型工业生产日益复杂的过程控 制的要求，从综合自动化角度出发，按功能分散、管理集中 的原则构成。它具有高可靠性指标，不断以新的技术成果充 实和研制，以微处理器、微型计算机技术为核心, 与数据通 信技术、CRT显示、人机接口、输入输出技术相结合的，用 于生产管理、数据采集和各种过程控制的处于新技术前沿的 新型计算机控制系统。
计算机控制系统的组成
CPU/MEM 模拟量输入(AI)通道 内 部 总 线 模拟量输出(AO)通道 测量变送 被 控 对 象
人-机接口
执行机构
系统支持板
数字量输入(DI)通道 数字量输出(DO)通道
电气开关 电气开关 生产过程
磁盘适配器
工业控制机 计算机控制系统的组成框图
计算机内部结构原理图
ROM EPROM CPU I/O CRT PRN KB MOUSE NET I/O RAM
给定值 ━
数字 控制器
数/模 转换器
被控变量 保持器 执行器 对象
模/数 转换器 数字计算机
采样 保持 器
多路 开关
测量变送
图10-2 计算机控制系统典型结构图
组成：被控对象、测量变送、控制器及执行器 连续控制系统 相似点： 不同点： 组成相同 模拟控制器 数字控制器 多路开关、采样保持器、A/D、D/A 计算机控制系统
生产管理级
控制管理级
过程控制级
集散控制系统的特点
每一级由若干子系统组成，形成金字塔结构。同 一级的各决策子系统可同时对下级施加作用，同 时又受上级的干预，子系统可通过上级互相交换 信息。
过程控制级：根据上层决策直接控制生产。 控制管理级：对生产过程实现集中操作和统一管 理。 生产管理级：承担最优化任务
工作原理：该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信 息通过通信网络由上位管理机监控，实现最优化控制，通过CRT 装置、通信总线、键盘、打印机等进行集中操作、显示和报警。
集散控制系统发展历史
与常规控制仪表相比较， 优点 控制功能齐全，可实现复杂控制、最优控制 便于信息的综合和分析。 存在问题 1、危险集中 2、性能问题：单机负荷过载 3、开发周期 解决方法 选用高可靠性能的计算机 引入双重化，增加后备装置
扩展期：
该时期的DCS系统增加了第三层——综合信息管理层，把过程控制、 监督控制、管理调度有机结合在一起，采用专家系统、MAP标准 （一种ISO开放互连OSI结构基础上的加工自动化协议）以及引入计 算机集成制造系统CIMS等，扩展期DCS的特点是综合化算机控制系统
概 述
定义：计算机控制就是利用计算机实现工业生产过程的自动控制。
计算机控制系统=自动化技术+计算机技术
工业控制计算机的特点：
可靠性强，抗干扰能力强； 与用户设备联结方便；
可以使用单一的计算机语言，或通用语言。
计算机控制基本原理：
计算机中，所有数据均以高低电平表示—有电、无电；
经营管理级
生产管理级
控制管理级
经营管理级：全面的综合型经营管理和决策
过程控制级
图10-4 DCS的 结构层次
集散控制系统的特点
(2) 采用微机智能技术 DCS采用了以微处理器为基础的“智能技 术”，成为计算机应用最完善、最丰富的领域。现场控制单元、过 程输入输出接口、数据通信等均采用微处理器，可以实现自适应、 自诊断和自检测等“智能”控制过程。 (3) 丰富的功能软件包 DCS具有丰富的功能软件包，它能提供控制 运算、过程监视、组态、报表打印和信息检索等功能。 (4) 采用局部网络通信技术 DCS的数据通信采用工业局域网络技术进行 通信，传输实时控制信息，进行全系统信息综合管理，并对分散的现场 控制单元、人机接口进行控制和操作管理。大多采用光纤传输媒质，通 信的可靠性和安全性大大提高。通信协议已开始向标准化前进，如采用 IEEE802.3、IEEE802.4等。 (5) 友善的人机接口 (6) 高可靠性 硬件、软件采用冗余技术
计算机控制系统的发展
DDC DCS FCS CIMS CIPS
PLC
图10-3 计算机控制系统的发展 最初：DDC——直接数字控制系统（集中控制系统） 20世纪70年代：DCS——集散控制系统（集中管理、分散控制） 20世纪60年代：PLC——可编程逻辑控制器 20世纪末：FCS——现场总线控制系统 目前及未来：CIMS——计算机集成制造系统 CIPS——计算机集成过程系统
(2)在线方式和离线方式 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，反之称为离线方式。 (3)实时的含义 实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的 时间内对外来事件做出反应的特性。 2个要素：其一：根据工业生产过程出现的事件能够保持多 长的时间； 其二：该事件要求计算机在多长的时间以内必须 做出反应， 一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系 统必定是在线系统。
所有数据存在位置都以地址表示；
计算机通过指定地址（包括接口位置）对数据读、写。
概 述
外围设备的电信号（开关量或数字量）转换成一定的 计算机数据码后，CPU经过接口地址就可以获得外部 信息，通过相反途径就可以将计算结果输出到外部设 备。 计算机与外部设备的联结部件称为计算机输入/输出
（I/O）模块。
计算机控制系统的工作原理 给定 量r
+
e 控制 器 D/A u 执行机 构 测量变 送 被控对象
被控 量y
工业控制 机
A/D
生产过 程
图1.1 计算机控制系统原理图
计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：
①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进 行检测和输入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按 预定的控制规律，决定将要采取的控制策略。 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。
过程计算机控制的发展概况
1959年世界上第一台过程控制计算机在美国德克萨斯州的一个炼油厂 正式投入运行。该系统控制有26个流量、72个温度、3个压力和3个成份.主 要用于数据处理和操作指导。 1962年英国的帝国化学工业公司实现了一个DDC系统，其中数据采集 量为244个，它控制129个阀门。 70年代从传统的集中控制系统革新为分散控制系统(DCS)。世界上几个 主要的计算机和仪表制造厂于1975年几乎同时生产集散控制系统。例如， 美国Honeywell公司的TDC-2000，日本横词公司的CENTUM等。 80年代推出具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控制和管理融为一 体的新型分散控制系统。 90年代，在流程工业中，计算机管控一体化系统，从生产过程的全局 出发，通过对生产活动所需的各种信息的集成，实现常规的过程控制、先 进控制、在线优化、生产调度、企业管理、经营决策等功能。
集散控制系统的发展
第一个集散控制系统——TDC2000：1975年，美国 Honeywell 三个时期： •初创期（1975~1980） •成熟期（1980~1985）
•扩展期（1985年以后）
初创期：
该时期的DCS系统是一个具有许多微处理机的分级控制系统，它 采用分散的控制设备来适应分散的生产过程，通过高速数据通道 将系统各个单元联系起来。其通信系统是一初、中级的局部网络， 全系统由一个通信指挥器指挥和协调。 初创期具有代表性的DCS系统有Spectrum (Foxboro公司)、 Network(贝利公司)、Centum(日本横河公司)
I/O 单 元 机 笼
I/O 单 元 机 笼
机柜结构
机柜内部装有多层机架，安装电源及多种模件 外壳采用金属材料以提供电磁屏蔽。 为保证散热降温，柜内装有风扇。 柜内大多设有温度自动控制装置
机柜示例