计算机控制技术 第4章 数据采集系统设计
计算机控制技术(曹立学)1-4章 (1)
第1章 绪论
2. (1) 串级调节。 在简单调节回路中， 选取干扰影响特别 明显的一个中间变量， 附加一个调节器， 组成内调节回路 (或副调节回路) ， 用来初步克服干扰的影响， 同时用原回 路(称主回路) 中的调节器(主调节器) 的输出作为副调节器的 给定值， 使副调节器跟随此值达到进一步的精细调节。 这是 用一个内回路对主要干扰影响进行初调的控制系统。
第1章 绪论
3. 设备管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、 管 理信息、 设备(包括智能仪表)运行状态信息、 厂商提供的设 备制造信息。 例如， Fisher Rosemoune公司推出的AMS管理 系统， 它安装在主计算机内并完成管理功能， 可以构成一个 现场设备的综合管理系统信息库， 在此基础上实现设备的可 靠性分析以及预测性维护， 将被动的管理模式改变为可预测 的管理维护模式。 AMS软件是以现场服务器为平台的T型结构， 在现场服务器上支撑模块化， 功能丰富， 为用户提供一个图 形化界面。
第1章 绪论
DDC控制系统中常使用小型计算机或微型机的分时系统来 实现多个点的控制功能。 实际上属于用控制机离散采样， 实 现离散多点控制。 这种DDC计算机控制系统已成为当前计算机 控制系统中的主要控制形式之一, DDC系统原理图如图1.2所示。
第1章 绪论 图 1.2 DDC系统原理图
第1章 绪论
第1章 绪论
(4) 分程调节。在需用不同的手段分阶段地控制一个参数 时， 采用这种调节。 例如:一个反应器的温度调节， 在正常 温度范围内用水冷却即可， 但温度达高限后需用冷冻水冷却， 低于低限时需用蒸汽加热， 方能保持正常反应。 满足这种需 要的调节称分程调节。 在分程调节中， 由一个测量元件、 一 个调节器及三个调节阀组成系统， 由三个调节阀分别控制冷水、 冷冻水和蒸汽的流量。 冷水阀通常调整到当温度在低限时全关， 高限时全开； 冷冻水阀在温度高限时全关， 温度超过高限时 开启； 蒸汽阀在温度低限时全关， 再低时开启。 为了避免冷 水阀及冷冻水阀在超高限时同时开启， 还要增加一个冷水阀超 高限自动关闭装置， 这样就可以进行分程调节了。 分程调节 系统的调节质量类似简单调节， 若需提高， 宜采用串级调节、 前馈调节等改进措施。
《计算机控制技术》课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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。
图1.1微机控制系统组成框图(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。
(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。
微型计算机控制技术
微型计算机控制系统课后题答案第一章微型计算机控制系统的概述puter在微型控制中的作用？他的信息从何处来？其输入信息有用于何处？答：1）完成数据的采集把生产过程参数采集，供人为控制和其他控制系统作用2）将生产过程参数转换为数字量，引进控制程序进行计算把控制经过转换输入计算机。
I从生产过程中来，O都作为控制命令。
2.什么是微机控制的实时性？为什么要强调微机控制的实时性？怎样才能保证微机实时控制作用？答：1）时间越短越好，不影响控制2）因为要求用微机能够在规定的时间范围内完成规定操作要使微机控制具有实时性3）在微机方面还是配备具有实时时钟和优先级中断信息处理电路，在软件方面应具备有完善的时钟管理，中断处理的程序，实时时钟和优先级中断系统这保证微机系统实时的必要性，3.微机在控制系统中的在线操作和离线操作的区别是什么?答：在线是直接交换信息离线是不直接对生产装置进行控制。
4.微机控制系统的硬件一般有哪几个主要部分组成？各部分是怎样互相联系的？其中过程通道和系统中起什么作用？他有那几种类型？答：1）生产过程，过程通道，微型计算机，人机联系设备，控制操作台。
2）各部分通道和计算机相连3）过程通道将生产过程参数转换并传输到计算机中去，将计算机的控制传输到被控对象中。
4）过程输入(模拟量，开关量)过程输出（模拟量，开关量）5..直接控制数字控制系统的硬件由哪几部分组成？他们的基本功能是什么？直接数字控制系统和监督控制系统的区别在哪里？答：1）生产过程，过程通道，计算机接口。
2）过程通道：将生产过程的参数取进来，控制程序计算，结果送给控制对象。
计算机：信息优化将模拟控制器的给定值。
借口：连接输入端与计算机3）一个直接参与控制，一个不直接参与控制。
6.微机控制系统按功能分类主要有哪几种？按使用的控制规律分类有主要有哪几种？答：1）按功能：数据采集和数据处理直接数字控制系统监督控制系统集散控制系统现场总线控制系统2）按控制规律：程序和顺序控制PID控制复杂规律控制智能控制第二章过程输入输出通道1.微型计算机的对存储器和I/O接口是如何寻址的？它们各用哪些控制信号线和地址信号线？答：1）用mov X访问外部接口和RAM 用,mov指令取RAM信号2）读、写信号线2.试用两个CD4051扩展成16路的多路开关，并说明其工作原理。
《计算机控制技术》课后习题答案(于海生)
课 (3)采样保持器：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免
造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。 (4)A/D 转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模 /数转换器 (Analog/Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC)。
图 1.2 操作指导控制系统原理框图 (2)直接数字控制系统(DDC 系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测， 经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被 控参数达到预定的要求。DDC 系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图 1.3 所 示。
1
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。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动 器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要 求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
网图 2.1 光电耦合器电路图 案 5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 答 模拟量输入通道一般由 I/V 变换、多路转换器、采样保持器、A/D 转换器、接口及控制逻辑电路组成。 后 (1)I/V 变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。
计算机控制技术课后题答案整理版（1到5章基本都有了）
第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。
答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。
1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。
2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。
3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。
2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导控制系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。
（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。
（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。
（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。
附加：计算机控制系统的发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。
为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
计算机控制技术第4章数据处理方法
可视化分析与解释性探究
通过可视化分析，可以深入探索数据的内在结构 和关系，发现隐藏的模式和趋势。
可视化分析有助于理解数据中的异常值、识别数 据中的类别和集群，以及探索变量之间的关系。
解释性探究是可视化分析的重要部分，通过解释 性探究可以深入理解数据的含义和背后的原因。
THANKS
感谢观看
性。
1. 收集数据
02
从各种来源收集相关数据。
2. 数据清洗
03
去除异常值、缺失值和重复值。
特征选择的准则与流程
3. 特征提取
运用适当的算法和技术从数据中提取特征。
4. 特征选择
根据设选特征进行评估和优化，确保其能够满 足后续分析的需求。
特征评估与优化
数据处理在计算机控制技术中的应用还包括故障诊断、预测维护等领域。通过对 设备运行数据的分析，可以及时发现设备的异常情况，预测设备的维护需求，提 高设备的使用寿命和可靠性。
02
数据的采集与预处理
数据采集的方法与设备
数据采集方法
数据采集频率
传感器法、网络爬虫法、日志法等。
根据实际需求和设备性能确定，一般 以秒为单位。
数据处理的重要性在于它能够将无序、杂乱的数据转化为有 序、有用的信息，提高数据的使用价值。通过数据处理，人 们可以更好地理解数据，发现其中的规律和趋势，为决策提 供支持。
数据处理方法的分类
按照处理方式分类
数据处理方法可分为批处理和流处理。批处理是将数据分批进行处理，适合于大 规模数据的处理；流处理则是实时处理数据流，适用于需要快速响应的应用场景 。
Excel、Python、R、Tableau等数据分析 工具广泛应用于数据分析与挖掘领域，提 供了丰富的数据处理和分析功能。
单片机数据采集控制系统
单片机数据采集控制系统
单片机数据采集控制系统是一种利用单片机进行数据采集和控制的系统。
它通
常由单片机、传感器、执行器和外围电路组成。
在系统中，传感器用于采集环境或者物体的各种参数，例如温度、湿度、光强等。
传感器将采集到的摹拟信号转换为数字信号，并通过接口与单片机进行通信。
单片机作为系统的核心部件，负责接收传感器的信号，并进行数据处理和控制。
它可以根据采集到的数据进行各种算法运算，实现对环境或者物体的监测和控制。
同时，单片机还可以通过与执行器的通信，控制执行器的动作，实现对系统的控制。
外围电路主要包括供电电路、通信接口电路、显示电路等。
供电电路为系统提
供稳定的电源，通信接口电路实现单片机与外部设备的通信，显示电路用于显示系统的数据或者状态。
单片机数据采集控制系统在工业自动化、环境监测、智能家居等领域具有广泛
的应用。
它可以实时采集和处理数据，提高系统的自动化程度和智能化水平，提高工作效率和质量。
第4章 计算机控制系统的开发软件及其实训2(监控组态软件Kingview)
历史趋势曲线变量
这是工程人员在制作画面时通过定义历史趋势
曲线时生成的，在历史趋势曲线定义对话框中
有一选项为：“历史趋势曲线名”， 工程人员在 此处键入的内容即为历史趋势曲线变量(区分大 小写)。此变量在数据词典中是找不到的，是组 态王内部定义的特殊变量。工程人员可用命令
语言编制程序来设置或改变历史趋势曲线的一
可用于记录一些有特定含义的字符串， 如名称，密码等，该类型变量可以进行 比较运算和赋值运算。字符串长度最大 值为128个字符。
内存长整数变量、I/O长整数变量 类似一般程序设计语言中的有符号长整数 型变量，用于表示带符号的整型数据，取 值范围 －2147483648～2147483647。
报警窗口变量
量，就可以设置成"内存变量"。
I/O变量
“I/O变量”担负着“组态王”与下位机设备 或其 它应用程序（包括I/O服务程序）交换数据的 重任。这种数据交换是双向的、动态的，就是
说：在“组态王”系统运行过程中，每当I/O
变 量的值改变时，该值就会自动写入远程应用程 序；每当远程应用程序中的值改变时，“组态 王“系统中的变量值也会自动更新。所以，那
从应用角度讲，组态软件是完成系统硬件与软件沟 通、建立现场与控制层沟通的人机界面的软件平台，它 主要应用于工业自动化领域，但又不仅仅局限于此。在 工业过程控制系统中存在着两大类可变因素：一是操作 人员需求的变化；二是被控对象状态的变化及被控对象 所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行 代码不变的基础上，通过改变软件配置信息（包括图形 文件、硬件配置文件、实时数据库等）适应两大不同系 统对两大因素的要求，构建新的控制系统的平台软件。 以这种方式构建系统既提高了系统的成套速度，又保证 了系统软件的成熟性和可靠性，使用起来方便灵活，而 且便于修改和维护。
计算机控制技术复习资料教学内容
计算机控制技术复习资料教学内容计算机控制技术部分答案1.1 什么叫微型计算机控制系统？微型计算机在微型计算机控制系统中起哪些作⽤？解：微型计算机控制是集控制⼯程、微型计算机技术、电⼦技术、传感与检测技术、通信技术等多门学科于⼀体的综合型学科，具有很强的理论性和实践性。
1.2 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的硬件结构特征表现在哪些⽅⾯？解：表现在系统控制器由微型计算机担当，系统参数分析和驱动量值计算等均由微型计算机运⾏程序完成。
1.3 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的功能特征表现在哪些⽅⾯？解：1）以软件代替硬件 2）数据保存 3）显⽰设备、⽅法与内容 4）多系统互联1.4 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的时限特征表现在哪些⽅⾯？解：“实时”，即指在规定的时间内完成规定的任务。
（1）实时数据采集；（2）实时决策运算；（3）实时控制输出。
1.5 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的⼯作⽅式特征表现在哪些⽅⾯？解：控制器在控制系统中的⼯作⽅式有在线、离线两种。
微型计算机在线⼯作⽅式：微型计算机在控制系统中直接参与控制或交换信息。
微型计算机离线⼯作⽅式：微型计算机不直接参与对被控对象的控制（或不直接与被控对象交换信息，⽽是仅将有关的控制信息记录或打印出来，再由⼈来联系，按照微机提供的信息完成相应的操作控制。
1.8微型计算机控制系统硬件结构⼀般由哪⼏部分组成？各部分相互关系如何？解：（1）⼯业⽣产过程；（2）过程通道；（3）接⼝；（4）主机（核⼼内容—控制程序）（5）⼈机交互通道与操作控制台。
关系：过程通道处于⼯业⽣产过程和主机接⼝之间，担负着⽣产过程与主机交换信息的任务，接⼝处于过程通道与主机之间，起着信息传递的作⽤。
主机起着决策作⽤，可由操作控制台控制。
1.11 微型计算机DDC系统由哪⼏部分构成？试述其基本⼯作原理，解：基本⼯作原理：微型计算机根据决策算法计算出的驱动量直接⽤于调节⽣产过程中的被控参数3.1 ⽤于过程通道接⼝的电路有何结构特征？解：它必须深⼊到过程通道内部对过程通道中各⼦环节，如多路转换、可编程放⼤、采样/保持、A/D 转换、D/A转换等进⾏关系上、功能上、时间上等的有序控制。
《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)
《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1．填空题(1) 闭环控制系统，开环控制系统(2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出(3) 计算机，生产过程(4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道(5) 系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。
计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
(2)操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。
直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。
监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。
SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。
集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。
缺点是系统比较复杂。
计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
计算机控制技术(第二版)课后习题答案(王建华主编)
计算机控制技术课后习题答案第一章绪论1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2(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：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。
2 .计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。
P3答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。
（2）方块图如下图1.1所示：图1.1 计算机控制系统的组成框图作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。
其中系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序；②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。
③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？P2(1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
(2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，将对生产过程造成影响甚至造成损害。
4. 计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？P4~7（1）操作指导系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制系统(DDC)优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。
《计算机控制技术》PPT课件：课程分析
二、课程内容与重点、难点
二、课程内容与重点、难点
本课程所用辅助参考教材包括： 1) 孙增圻．计算机控制理论及应用．北京：清华大学出版社，
1989 2) 谢剑英. 微型计算机控制技术. 北京：国防工业出版社，
二、课程内容与重点、难点
（二）理论课程的重点、难点及解决办法
2. 解决办法 1）抓住计算机控制系统的核心内容进行深入讲授，讲授过程强调深入 浅出和理论联系实际，注重基本概念和基本分析方法。 2）针对不同内容，合理利用多种媒体的优势，如实物展示、软件仿真、 现场实验等手段，加深学生的感性认识，帮助学生更深入地理解工程控制 系统的分析、控制与实现，提高课堂教学质量。 3）理论课讲授紧密联系工程实际，如适时介绍工程案例，结合教师科 研介绍最新成果，介绍主流技术等。这些教学法的使用使得学生对课程的 理解更加深刻、全面。 4）合理分配理论课和实验课的学时，精心选择典型例题，及时巩固理 论课所学知识点，进一步加深对基本概念、控制算法与设计原理的理解。
后续任务：课程设计、综合自动化技术。
一、课程性质、定位与教学目标
教学目标
知识目标： 了解计算机控制系统及其组成，计算机控制系统的典型型
式、发展概况和趋势；掌握计算机控制系统的硬件设计技术； 掌握数字程序控制的基本原理和程序编制；掌握常规及复杂 控制策略、应用程序设计与实现技术；了解现代控制技术和 先进控制技术；学会计算机控制系统的软件设计技术与研制 方法；了解分布式测控网络技术；了解计算机控制系统设计 与实现。
2.基本任务：通过本课程的学习，使学生掌握基本的计 算机控制系统分析方法、软硬件的设计、工程实现技术。通 过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的理论与技术， 受到较好的工程实践基本训练，具有分析、设计、开发和研 究计算机控制系统的基本能力。
计算机控制技术
计算机控制技术计算机控制技术是指利用计算机作为控制装置来实现对各种设备、系统或过程的控制和调节的一种技术手段。
在现代工业生产、交通运输、能源调控等领域，计算机控制技术已经得到广泛应用，并起到了至关重要的作用。
一、概述计算机控制技术是利用硬件和软件手段，实现对设备、系统或过程的自动控制和调节。
它由硬件和软件两个层面构成，具体应用根据不同的需求和控制对象进行调整和设计。
二、基本原理计算机控制技术基于控制理论，利用计算机进行数据采集、处理和控制指令的执行。
其基本原理包括以下几个方面：1. 信号采集：利用传感器或检测设备将控制对象的不同参数转换成电信号，并通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
2. 数据处理：通过采集到的数字信号进行数据处理，包括滤波、放大、处理等操作。
3. 控制算法：根据预定的控制算法，利用计算机进行逻辑判断和计算，得出控制指令。
4. 控制执行：将计算机计算得到的控制指令转化为控制信号，通过执行器或执行机构对控制对象进行控制。
三、应用领域计算机控制技术在各个领域都有广泛的应用，特别是在工业自动化控制、交通运输和能源调控方面。
1. 工业自动化控制：在工业生产过程中，计算机控制技术能够实现生产线的自动化控制，提高生产效率和质量。
例如，通过计算机控制技术可以实现对机械手臂的精确控制，完成自动装配任务。
2. 交通运输：在交通运输领域，计算机控制技术可以用于交通信号控制、智能交通系统等方面，提高交通运输的效率和安全性。
例如，通过计算机控制技术可以实现对交通信号灯的智能控制，根据实时交通情况进行信号灯的调整。
3. 能源调控：计算机控制技术在能源领域的应用尤为重要。
通过对能源系统进行精确的监测和控制，可以提高能源利用效率，减少能源浪费。
例如，在电力系统中，计算机控制技术可以对电网进行实时监测和调控，确保电力的稳定供应。
四、发展趋势计算机控制技术正朝着智能化和网络化方向发展。
随着人工智能和物联网等技术的不断发展，计算机控制技术将更加智能化地应用于各个领域。
数据处理与滤波ppt课件
|y(k)-y(k-1)| ≤Δy0, 则 y(k)=y(k)
• 关键
>Δy0, 则 y(k)=y(k-1)
– 正确选择Δy0。故该法又叫限速(变化率)滤波法
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第4章 数据采集系统设计
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2 数字滤波
—计算机控制技术—
• 各种滤波方法的特点与应用
– 平均值滤波适用于周期性干扰； – 加权平均递推滤波适用于纯滞后较大的过程； – 中值滤波和程序判断滤波适用于偶然出现的
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第4章 数据采集系统设计
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2 数字滤波（又称软件滤波）
—计算机控制技术—
• 数字滤波的必要性及优点
– 与RC滤波器结合使用，可抑制大多数引入过程的干 扰
– 不需要增加硬设备 – 稳定性好, 且一种滤波程序可以反复调用 – 使用灵活、方便, 便于修改
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第4章 数据采集系统设计
常数 ai 的选取是多种多样的，满足
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第4章 数据采集系统设计
m 1
ai 1
i0
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—计算机控制技术—
2 数字滤波—中值滤波法（1）
• 中值滤波的基本原理
– 在某采样瞬间对被测参数连续采样3次,选择大小居
中的数据作为有效信号。 • 适用范围
– 能有效地去除由于偶然因素引起的波动或因采样器 的不稳定造成的误码等脉冲性干扰。
图4―25 分段线性插值法
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第4章 数据采集系统设计
—计算机控制技术—
xn
x
5
一． 线性化处理
—计算机控制技术—
例如，设x在(xi，xi+1 )区间内，则其对应 的逼近值为
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2) 采样定理
从信号的采样过程可知，采样后得到的离散模拟
信号没有包括全部时间上的信号值，而只是取了某些
时间点上的值。这样处理后的信号会造成信号的丢失
吗？显然，采样周期T的合理选取是重要的，采样周期 T越短，采样信号f*(t)就越接近连续信号f(t)。
采样后得到的离散模拟信号f*(t)，可以用下述数学 表达式来描述：
量化就是用一组数码(如二进制码)来逼近离散模拟 信号的幅值，将其转换为数字信号的。将离散采样信 号转换为数字信号的过程称为量化过程，其中进行量 化处理的装置为模/数(A/D)转换器。
模拟信号的特点是具有无穷多的数值，而一组数 码的值却是有限的，因此用一定位数的数码来逼近模 拟信号是一种近似的表示。如果用一个有n位的二进制 数来逼近在fmin ~fmax 范围内变化的采样信号，得到的 数字量在0～2 n-1之间，其最低有效位(LSB)所对应的 模拟量q称为量化单位，
第4章 数据采集系统设计
4.1 概述 4.2 模拟量输入通道 4.3 模拟量输出通道 4.4 数字量输入输出通道 4.5 数据处理与滤波
4.1 概 述
4.1.1 数据采集系统的构成 数据采集与处理是每个计算机控制系统都必须具
备的基本功能。对于数据采集系统而言，它的主要任 务是把生产过程中反映生产状态的各种工艺参数(如温 度、压力、流量等)送入计算机进行计算、处理。所得 结果不仅作为操作指导信息输出显示，还可进行打印、 存储、传送等操作。此外，数据采集系统还可以根据 计算结果判断生产状态是否正常，如果发现异常，还 会自动进行报警。
4―3所示。
F*(j)
－ 2s
－s
0
s
s
Hale Waihona Puke 图4―3 离散信号F*(jω)的频谱图
香农(Shannon)采样定理：为了使采样信号f*(t)能反
映连续信号f(t)的变化规律，采样频率ωs(ωs=2πfs=2π/T) 至少应该是信号f(t)频谱最高频率ωmax
ωs≥2ωmax
(4―3)
当采样周期满足采样定理时，图4―3中的采样信
过程通道根据信息的来源和类型不同，可以分为 模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、 数字量输出通道四种。
过程输入通道是为了检测生产过程的状态而设置 的检测通道。一般，反映生产过程状态的各种参数(如 压力、流量、温度、速度、位置等)都是随时间变化的 模拟量，它们可以过检测元件和变送器转换成相应的 模拟电流或电压信号。
4.2 模拟量输入通道
4.2.1 信号的采样和量化 在计算机控制系统中，要将各种模拟信号输入计
算机，就必须先将其转换为数字信号。将模拟信号转 换成数字信号的过程，是通过信号采样和量化实现的。
1.信号采样 1)采样过程 信号采样就是将连续的模拟信号，通过采样开关 按一定时间间隔的闭合和断开，将其抽样成一连串离 散脉冲信号的过程，如图4―2所示。这一过程也称为 离散化过程。
q
fmax fmin 2n 1
(4―4)
量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值大小 的小数归整过程，采用的是四舍五入，因而存在量化 误差，量化误差的最大值为±q/2。
生 产 过 程
数字量输入通道
显示
接
计
口 电
算
打印
路
机
报警
图4―1 计算机数据采集与处理系统
4.1.2 过程通道的作用与分类 在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控
制，需要及时对被控对象的各种参数进行检测，并将 其转换成计算机可以接收的数据形式送入计算机进行 处理；处理后的结果还需变换成合适的控制信号输出 至被控对象，以控制执行机构的动作。因此在计算机 和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转换的连 接通道，即过程通道。
号频谱就不会发生重叠效应，这时就可以通过理想的
低通滤波器从采样信号f*(t)中完全恢复出f(t)来。
事实上，由于理想滤波器不存在，所以要完全恢 复出原来的信号是不可能的，工程上只要满足一定的 要求即可。实际应用中，常取ωs≥(4～10)ωmax ，过程惯 性越大，倍数可取得越大。
2. 量化 因为采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟 信号，不能直接送入计算机，故还需经过量化，变成 数字信号后才能被计算机接收和处理。
数据采集系统根据其任务，一般应由以下几个部 分组成：用于系统控制的计算机，完成数据输入输出 任务的过程通道，连接计算机与过程通道的接口电路， 实现数据显示、打印、存储等功能的输出与报警装置， 用于系统控制与数据处理的应用软件等。计算机数据 采集与处理系统的一般结构框图如图4―1所示。
模拟量输入通道
f (t) f (nT ) (t nT ) f (t) (t nT )
n0
n
(4―1)
式中，δ(t-nT)为t=nT处的单位脉冲函数(即δ函数)。
F ( j ) 1
T n
F[ j( ns )]
其中,ωs为采样角频率，ωs=2πfs=2π/T。这就是说
离散信号的频谱以采样频率ωs为周期无限重复，如图
但是由于计算机只能输入数字量，不能直接输入 模拟量，所以它们必须通过模拟量输入通道转换成相 应的数字信号后才能送入计算机。至于生产过程中的 一些开关量、电平信号、脉冲量，以及一些数字传感 器等产生的数字信号等，则应通过数字量输入通道。
过程输出通道是控制信号的输出通道。由于计算 机输出的控制信号是数字量，而很多生产过程的执行 机构却要求提供模拟电压或电流，这就必须采用模拟 量输出通道，将数字量转换成模拟电压或电流。如果 执行机构只要求提供数字量(如开关量、脉冲量或其他 形式的数字量)，则应采用数字量输出通道。
f (t)
f * (t)
f (t)
S
f * (t)
O
t
(a) 被采样信号
(b) 采样开关
0 T 2T 4T 6T t (c) 采样信号
图4―2 采样过程
图4―2中f(t)是被采样的模拟信号，它是时间和幅值 都连续的函数。采样后的f(t)被以时间间隔T为周期闭合、 断开的采样开关S分割成图中所示的时间上离散而幅值 上连续的离散模拟信号f*(t)。离散模拟信号f*(t)是一连串 的脉冲信号，又称为采样信号。采样开关两次采样(闭 合)的间隔时间T称为采样周期，采样开关的闭合时间τ称 为采样时间，0、T、2T…各时间点称为采样时刻。