计算机控制技术第1章 绪论
计算机控制技术-计算机控制技术绪论(一)
即時(real-time)： 指信號的輸入、計算和輸出都 要在一定的時間範圍內完成，亦即電腦對輸入資訊，以足 夠快的速度進行控制，超出了這個時間，就失去了控制的 時機，控制也就失去了意義。
這個時間範圍的大小與被控對象關係非常緊密，不同 的被控對象，對時間範圍的要求不同。
一個線上的系統不一定是一個即時系統，但一個即時 控制系統必定是線上系統。
1.1 電腦控制系統概述
1.1.3 電腦控制系統的組成
電腦控制系統由電腦(工業控制機)和生產過程兩大部分組成。
工業控制機包括硬體和軟體； 生產過程包括被控對象、測量變送、 執行機構、電氣開關等裝置。
1.1 電腦控制系統概述
1.1.4 常用的電腦控制系統主機
1. 可編程序控制器（PLC） 2. 工控機（IPC） 3. 嵌入式系統（MPU、單片機、DSP、SOC） 4. 智能調節器 5. 其他類型主機
《電腦控制技術》
第1講 第1章 緒論（一）
第1章 緒論（一）
0.1 課程資訊 0.2 自動化科技與社會進步 1.1 電腦控制系統概述
1.2 電腦控制系統的典型形式
自動化科技與社會進步
自動化是人類文明進步和社會現代化的標誌。 自動化是關於一切人造系統自動、智能、自主、高效 和安全運行的科學與技術。 電腦控制技術是實現自動化的主要方法和手段。
1.1 電腦控制系統概述
1.1.2 電腦控制系統
電腦控制系統：就是利用電腦(通常稱為工業控制電腦， 簡稱工業控制機)來實現生產過程自動控制的系統。
1.1 電腦控制系統概述
1.電腦控制系統的工作原理
電腦控制系統的工作原理： ①即時數據採集：對來自測量變送裝置的被控量的 暫態值進行檢測和輸入。 ②即時控制決策：對採集到的被控量進行分析和處 理，並按已定的控制規律，決定將要採取的控制行 為。 ③即時控制輸出：根據控制決策，適時地對執行機 構發出控制信號，完成控制任務。
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。
计算机控制技术基础知识复习
计算机控制技术基础知识复习第一章绪论自动控制系统：在没有人参与的状况下，经过控制器使消费进程自动地依照预定规律运转的系统。
开环控制系统：指无被控量反应的控制系统，即需求控制的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量关于控制造用没有任何影响的系统。
闭环控制系统：指有被被控量反应的控制系统，即系统的输入信号沿反应通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。
典型工业消费进程：延续进程〔流体〕、团圆进程〔固体〕、批量进程〔延续进程和团圆进程交替停止〕。
计算机控制系统：应用计算机〔通常称为工业控制计算机，简称工业控制机〕来完成消费进程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机〔工业控制机〕和消费进程。
工业控制机是指按消费进程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。
硬件包括主机板、外部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通讯接口、输入输入通道。
软件包括系统软件和运用软件，系统软件包括实时多义务操作系统、引导顺序、调度执行顺序，运用软件是系统设计人员针对某个消费进程而编制的控制和管理顺序，包括进程输入顺序、进程控制顺序、进程输入顺序、人机接口顺序、打印显示顺序和公共子顺序等。
消费进程包括被控对象和测质变送、执行机构、电气开关等装置。
计算机控制系统的任务原理：①实时数据采集：对来自测质变送装置的被控量的瞬时值停止检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量停止剖析和处置，并按已定的控制规律，决议将要采取的控制行为。
③实时控制输入：依据控制决策，适时地对执行机构收回控制信号，完成控制义务。
计算机控制系统的任务进程：测量、计算、控制、管理。
在线方式：消费进程和计算机直接衔接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；离线方式：消费进程和睦计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人停止联络并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
实时：指信号的输入、计算和输入都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度停止控制，超出了这个时间，就失掉了控制的机遇，控制也就失掉了意义。
计算机控制技术课件第1章绪论资料
被控对象
变换发送
测量元件
（1）闭环控制系统框图
开环控制系统
给定值
控制器 执行机构 被控对象 被控参数
（2）开环控制系统框图
开环控制系统与闭环控制系统不同，它 的控制器直接根据给定信号去控制被控 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。与闭环控制系统 相比，它的控制性能较差。
2.
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； .离线方式(off-line): 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。
..实时(real-time)： 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。
不是在线系统! 但却是实时系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。 缺点：开环控制。由人操作，实时性差，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制(DDC)
管理命令
报告
计算机首先通过模拟量输 人工监管 控制决策 给定值 测量值 入通道、开关量输入通道 实时采集数据，然后按照 D/A DDC微型机 A/D 一定的控制规律进行计算， 反多路开关 多路开关 最后发出控制信息，并通 控制实施 过模拟量输出通道、开关 检测元件 量输出通道直接控制生产 生产 生产过程 过程 过程。
计算机控制技术
主讲教师:都洪基
南京理工大学 . 自动化学院 2012.9
《计算机控制技术》课程说明
1、课程的性质
《计算机控制技术》是电气工程及自动化 专业的主干专业课之一。
2、前续基础课程
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。
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PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
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• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• 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， 把系统从上到下分为分散过程控制级、 集中操作监控级、综合信息管理级，形 成分级分布式控制。
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• （5）现场总线控制系统
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3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
第一章 绪论
一.计算机控制系统概论 二.工业控制机的组成结构及特点 三.计算机控制系统的发展概述 •
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一 计算机控制系统概论
1.计算机控制系统及其组成 图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控 制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。 偏差 控制量
给定量 + r-
e
u
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二.工业控制机的组成结构及特点
《计算机控制技术》第1章
普及的应用。
第二十页，编辑于星期五：点 十八分。
（5）. 集散型控制
微型计算机性能提高，价格下降以及计算机通信和网络的发 展，促使发展一种许多相关联的微计算机组合共同负担工作 负荷的系统，形成了目前广泛应用的集成分散型控制系统
（DCS）。 • 微型计算机的发展和普及，促进发展了许多新
本章小结
• 注意以下几点： • 计算机控制系统中的控制器是用数字计算机和
A/D及D/A转换器来实现的。 • 计算机控制系统重要的特点.注意计算机控制系统
是一个混合信号系统。 • 计算机控制系统具有许多优点．是一种柔性和智
能化的系统 。广泛用于国民经济各个领域中不可 替代的各种系统。 • 计算机控制系统的理论分析和设计具有许多不同 的特点 。（第二章介绍）
（1）. 开创时期（1955－1962年） 难于直接参与系统的闭环控制。 计算机的主要任务是寻求最佳运行条件。
（2）. 直接数字控制时期（1962－1967年）
计算机直接控制被控过程的变量，取代了原来的模拟控制，因
而被称为直接数字控制（DDC)。 （3）. 小型计算机时期（1967－1972年）
各种类型适合工业控制的小型计算机。 许多小型工程项目、设备采用计算机控制系统。 （4）. 微型计算机时期（1972年至今）
和生产过程两大部分组成。
第十五页，编辑于星期五：点 十八分。
图1-3 计算机控制系统原理图
第十六页，编辑于星期五：点 十八分。
1.硬件组成
（1）计算机
控制系统的核心。
（2）接口
计算机与被控对象进行信息交换的纽带。
（3）输入和输出通道
信息传输和转换的连接通道 （4）通用外部设备
计算机控制技术第1章 绪论.详解
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上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的 动态品质指标工作，并且对被控参数和设备本身出现 的异常情况进行及时监督，同时迅速做出处理。 计算机控制系统的“实时性”，是指信号的输入、 计算和输出必需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。
（3）外部设备：（输入、输出设备，打印设备）
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硬件组成 ：
（4）检测与执行机构 ①
测量变送单元
在自动控制系统中，往往需要对温度、湿度、压力、流量 与物位等参量进行检测和控制，使之处于最佳工作状态。因此必 须掌握描述它们特性的各种参数，需要测量这些参数的值。为了 收集和测量各种参数，需要根据不同的控制任务采用各种检测元 件及变送器，其功能是将被检测参数的非电量转换成电量。例如， 热电偶可以把温度转换成电压信号，压力传感器可以把压力转换 为电信号，再通过A/D转换器送入计算机。
图1-2 计算机控制系统基本框图
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计算机控制系统的控制步骤：
计算机控制系统通常按照以下几个步骤完成控制任务： (1) 实时数据采集：测量元件对生产过程中被控参数值进行检 测，A/D转换器将所检测的连续模拟信号转换为数字量二进制 信号，输送给计算机。
(2) 实时决策：计算机对所采集到的表征被控参数的状态量进 行分析，按照内部存储的相关算法或控制规律决定下一步的 控制过程，计算出控制量。 (3) 实时控制：计算机输出的数字量控制信号通过D/A转换器 转换为连续模拟信号，并传送给执行机构，使之执行相应的 操作，对被控设备加以控制，完成控制任务。
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（5）现场总线控制系统
计算机控制技术第1章绪论
控制器的性能指标
包括稳定性、准确性、快 速性等，这些指标决定了 控制系统的性能优劣。
传感器与执行器
传感器的作用
传感器与执行器的类型
将被控对象的物理量转换为电信号， 以便控制器进行处理。
根据被控对象和控制需求的不同，可以选 择不同类型的传感器和执行器，如温度传 感器、压力传感器、电动执行器等。
执行器的作用
。
各类系统的特点与适用范围
程序控制系统
按照预先设定的程序进行控制，适用于固定程序的自动化 生产线等。
顺序控制系统
按照预先设定的顺序进行控制，适用于需要按一定顺序执 行的控制任务，如自动装配线等。
比例--积分--微分(PID)控…
通过计算误差的比例、积分和微分进行控制，适用于对控 制精度要求较高的场合，如温度、压力、流量等控制。
系统稳定性分析
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
劳斯判据
通过计算系统特征方程 的劳斯表，判断系统是 否稳定的代数方法。若 劳斯表中第一列元素均 大于零，则系统稳定； 否则，系统不稳定。
奈奎斯特判据
利用复平面上的奈奎斯 特曲线来判断系统的稳 定性。若奈奎斯特曲线 不包围临界点（-1,j0）， 则系统稳定；否则，系
数字滤波技术
数字滤波器的类型
数字滤波器可以分为线性滤波器和非线性滤波器两种类型。 线性滤波器包括移动平均滤波器、指数平滑滤波器等；非线 性滤波器包括中值滤波器、限幅滤波器等。
数字滤波器的设计
数字滤波器的设计需要根据实际需求选择合适的滤波器类型 ，并确定滤波器的阶数、截止频率等参数。常用的设计方法 包括窗函数法、频率抽样法等。
直接数字控制系统(DDC)
直接对生产过程进行控制，具有快速响应、高精度和高可 靠性等特点，适用于连续生产过程控制。
《计算机控制技术》第1章
WebField JX-300X
WebField ECS-100X
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云南昭通卷烟厂 动力锅炉计算机控制系统
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自动化科技与社会进步
自动化是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是关于一切人造系统自动、智能、自主、高效 和安全运行的科学与技术。 计算机控制技术是实现自动化的主要方法和手段。
• 随着自动化技术、计算机技术、通信技术 、网 络技术、管理技术等的发展,计算机控制技术将 这些技术融合起来,呈现开放性、集散性 、智能 化 、网络化等特点,并以日新月异的速度发展.
• 以计算机控制技术为基础的控制系统在军事 、航 天技术 、工业 、农业、交通运输 、经济管理 、 能源开发与利用等各个领域都获得了广泛的应用. （小到CD player、disk driver, 大到航空航天领 域，无处不在）
以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的 控制指令。
• 计算机控制系统的控制过程可以归结为：
．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬 时值进行检测和输入；
．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制 行为的决策，生成控制指令；
． 实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对 象输出控制信号。
• 不同的应用场合
– 工业生产、农业生产、日常生活等
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• 广泛地用于各种不同的工业生产； • ---各种用途的机器人系统；
各种用途的机器人系统
焊接机器人系统 （核心为计算机控制系统 ）
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具有视觉器件的机器人示意图
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数控机床
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广泛用于海陆空和航天等国防现代化的各种武器装备中；
微型计算机控制技术第二版于海生期末复习资料精选全文完整版
第一章：绪论1、计算机控制系统组成（作业）2、工作原理：（作业） （1）实时数据采集 （2）实时控制决策 （3）实时控制输出 （4）实时显示和数据保存 （5）联网通信（测控管一体化）失败：一、若控制时间间隔取的太长，则控制效果可能变差。
二、若控制时间间隔取的太短，计算机在这个采样时间间隔内不能完成前三项工作，也会引起控制质量下降。
3、 （1）在线方式：在SCC 中，生产过程与计算机连接，且受计算机控制的方式称为在线方式。
离线方式：生产过程不与计算机连接，即不受计算机控制，或称为脱机方式（2）实时的含义：是指被控量的检测，控制信号的计算，控制信号的输出都必须在一定的时间间隔内完成。
由计算机中断自动产生，或采用查询方式产生，或由用户自行设定 一个在线的系统不一定是一个实时系统，但是一个实时系统必定是在线系统。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字（开关）量输入输出通道。
4、按完成的功能和结构（6种典型形式：···，DDC 、SCC 、DCS 、FCS 、····） 按照控制规律分类（填空）（1）数字程序和顺序控制（2）PID 控制：调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分的函数 （3）最小拍控制：要求设计的系统在尽可能短的时间内完成调节过程 （4）复杂规律的控制 （5）智能控制计算机控制装置生产过程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。
5、常用的典型机型（1）单片微型计算机: 内含有微处理器的特殊超大规模集成电路，专用性强、内存容量小，本身不具备自开发功能（2）PLC：可靠性高、编程容易、功能完善、扩展灵活、安装调试简单方便（3）工业PC：小板结构模块化设计；标准化及兼容性；完善的I/O通道；环境适应能力强、可靠性高；软件丰富(组态软件）6、计算机控制系统的发展趋势一、单片机（微处理器）组成的控制系统日趋先进二、可编程逻辑控制器（PLC）得到广泛应用三、推广使用新型的集散控制系统（DCS）四、大力发展和采用现场控制总线技术五、大力研究和发展智能控制系统第二章：过程输入输出通道技术1、模拟量输入信道（A/D信道或AI信道）的任务是把被控对象的过程参数的模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号.2、多路模拟信号集中采集式一、集中式数据采集系统的典型结构：(1)多路共享采集电路分时采集；(2)多路同步取样共享A/D分时采集(3)多通道同步采样A/D，分时传输数据；多信道独立取样A/D，有通道缓存二、分布式采集3、典型模拟调理电路的组成框图4、传感器的主要技术指标：（将被测量→转换后续电路可用电量）（填空） 1）测量范围：与被测量实际变化范围相一致。
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计算机监督控制系统框图
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SCC系统有两种结构形式，其原理框图如图1-6所示。 SCC+模拟调节器 该形式是由计算机对各物理量进行检测，并按一定的数 学模型对生产工况进行分析、计算得出生产过程中各参数最 优给定值后送给模拟调节器，使工况保持在最优状态。当 SCC计算机出现故障时，可由模拟调节器独立完成操作。 SCC+DDC控制 这种形式实际上是一个二级控制系统，SCC可采用高档 微型机，SCC计算机与DDC之间通过通信接口进行通信。 SCC计算机完成工段、车间等高一级的最优化分析与计算， 并给出最优给定值送给DDC级进行过程控制。当DDC级计算 机发生故障时，SCC级计算机可以完成DDC的控制功能，从 而提高了系统可靠性。
常用执行器的特点
电动执行器 气动执行器 液压执行器
构造
体积 配管配线 推力 动作滞后 维护检修 使用场所 价格 频率响应 温度影响
复杂
小 简单 小 小 复杂 隔烛型适用于防 火防爆 高 宽 较大
简单
中 较复杂 中 大 简单 适用防火防爆 低 窄 较小
简单
大 复杂 大 小 简单 要注意火花 高 窄 较大
计算机控制技术
教材：《计算机控制技术》 主编：廖道争，施保华
机械工业出版社
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第 1章 绪 论
• 1.1 计算机控制系统的基本概念
• 1.2 计算机控制系统的组成 • 1.3 计算机控制系统的分类 • 1.4 计算机控制系统的发展
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1.1
计算机控制系统的基本概念
控制系统由调节器和被控对象两大部分组成。
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（2）直接数字控制系统
在直接数字控制(Direct Digital Control，简称 DDC)系统中，计算机的运算和处理结果直接作用 于生产过程。系统通过检测元件对一个或多个被控 参数进行巡回检测，经输入通道送给计算机，计算 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，是计算 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1-5所示。
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（4） 集散控制系统
集散控制系统(DCS)也叫分布式控制系统。DCS系统结构如 图1-6所示。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，把系统从上而下分为生产管理级、控 制管理级和自动控制级等若干级，形成分级分布式控制。随着 计算机技术、控制技术、通信技术和屏幕显示技术的发展而不 断更新和提高，集散控制系统已广泛应用于石油、化工、电力 、冶金、轻工、制药和智能建筑等的自动化控制。
1.2.2 计算机控制系统的软件组成
计算机控制系统的硬件是完成控制任务的 设备基础，而软件关系到控制系统运行和控制 效果的好坏以及硬件功能的发挥。整个计算机 系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的。 计算机控制系统的软件通常由系统软件和应用 软件组成。
1.2.3 计算机控制系统的特点
系统结构特点 计算机能够处理的是数字信号。然而多数系统的 被控对象及执行部件、测量部件是连续模拟式的，因 此，计算机控制系统通常是模拟与数字部件的混合系 统。在信号形式上，计算机是数字设备，只能接收和 输出数字信号。而被控对象(或生产过程)通常是模拟系 统，被控参数(如温度、压力、流量、料位和成分等)通 过传感器或变送器输出后是模拟信号，因此两者间必 须有信号转换设备（AD、DA）。
图1-2 计算机控制系统基本框图
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计算机控制系统的控制步骤：
计算机控制系统通常按照以下几个步骤完成控制任务： (1) 实时数据采集：测量元件对生产过程中被控参数值进行检 测，A/D转换器将所检测的连续模拟信号转换为数字量二进制 信号，输送给计算机。
(2) 实时决策：计算机对所采集到的表征被控参数的状态量进 行分析，按照内部存储的相关算法或控制规律决定下一步的 控制过程，计算出控制量。 (3) 实时控制：计算机输出的数字量控制信号通过D/A转换器 转换为连续模拟信号，并传送给执行机构，使之执行相应的 操作，对被控设备加以控制，完成控制任务。
2.
3、
系统工作方式上的特点
在连续控制系统中，控制器通常都是由不同的电路构成的， 并且一台控制器仅为一个控制回路服务。在计算机控制系统中， 一台计算机可同时控制多个被控量或被控对象，即可为多个控 制回路服务。每个控制回路的控制方式由软件设计。同一台计 算机可以采用串行或分时并行方式实现控制。 由常规仪表组成的连续控制系统获得了广泛的应用，并具 有可靠、易维护等优点，但随着生产的发展、技术的进步，对 自动化的要求越来越高，这种常规连续控制系统的应用受到了 极大的限制。例如，难于实现多变量复杂系统的控制，难于实 现自适应控制等。由于计算机具有强大的计算、逻辑判断和信 息存储能力，因此计算机控制系统可以实现各种先进、复杂的 控制策略，如自适应控制、预测控制、智能控制等，从而更好 地满足日益复杂化的工业过程的控制要求。
1.3 微型计算机控制系统分类
1.数据采集处理系统 2.直接数字控制系统（DDC） 3.计算机监督系统（SCC） 4.集散控制系统 5.现场总线控制系统
（1） 数据采集处理系统 在这种应用方式下，计算机不直接参与控制，对生产过程不直接产生影响 。
图1-4 数据采集处理系统 数据采集处理系统主要是利用计算机对整个生产过程进行集中监视和对大 量输入数据进行集中加工和处理，从而为操作人员提供操作指导信息，由 操作人员依据给出的建议实现对生产过程的控制。 数据采集处理系统的优点是结构简单，控制灵活和安全可靠。缺点是要由 人工进行操作，操作速度受到了人为的限制。该系统常用在计算机控制系 统设计与调试阶段，用于进行数据检测、处理及试验新的数学模型、调试 新的控制程序等。
图 1-1给出了按偏差进行控制的闭环控制系统框图。
图1-1 闭环控制系统框图
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如果把图1-1中的控制器用计算机来代替，就可以 构成计算机控制系统，其基本框图如图1-2所示。在计 算机控制系统中，只要运用各种指令，就可以编出符 合某种控制规律的程序。微处理器执行这些程序，就 能实现对被控对象的自动控制。
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② 执行机构 执行机构是计算机控制系统中的重要部件，其功能 是根据计算机输出的控制信号，直接控制能量或物料等 被测介质的输送量。例如，在温度控制系统中，计算机 根据温度误差调用控制算法计算出相应的控制量，输出 给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量 以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和 气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及等进行 控制。
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在计算机控制系统中，如果计算机对被控对象 或被控生产过程，能够直接进行控制，不需要 人工干预，这种方式叫做“联机”方式或“在 线”方式。如果计算机不直接参与控制被控对 象或受控生产过程，只完成被控对象或被控过 程的状态检测及检测数据的处理，制定出控制 方案和输出控制指示,然后操作人员参考控制 指示，人工手动操作使控制部件对被控对象或 受控过程进行控制，这种控制形式称为计算机 “离线”控制。
（3）外部设备：（输入、输出设备，打印设备）
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硬件ห้องสมุดไป่ตู้成 ：
（4）检测与执行机构 ①
测量变送单元
在自动控制系统中，往往需要对温度、湿度、压力、流量 与物位等参量进行检测和控制，使之处于最佳工作状态。因此必 须掌握描述它们特性的各种参数，需要测量这些参数的值。为了 收集和测量各种参数，需要根据不同的控制任务采用各种检测元 件及变送器，其功能是将被检测参数的非电量转换成电量。例如， 热电偶可以把温度转换成电压信号，压力传感器可以把压力转换 为电信号，再通过A/D转换器送入计算机。
计算机控制系统的优点：
(1) 计算机的运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功能和大容量的 存储能力，因此，能实现复杂的控制规律，如最优控制、自适应控制及自学 习等，从而可达到较高的控制质量。
(2) 计算机控制系统的性能价格比值(性价比)高。尽管一台计算机最初投资较 大，但增加一个控制回路的费用却很少。对于连续系统，模拟硬件的成本几 乎和控制规律的复杂程度、控制回路的多少成正比。 (3) 由于计算机控制系统的控制律是由软件程序实现的，并且计算机具有强 大的记忆和判断能力，极易实现工作状态的转换，实现不同的控制功能，因 此，它的适应性强，灵活性高。此外，计算机是一种可编程的智能元件，易 于修改系统功能和特性，构成了一种柔性(弹性)系统。 (4) 随着微电子技术的发展，大规模集成电路的出现，微处理器的体积减小、 重量减轻、成本下降，这使计算机用于自动控制的优点更为突出。
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上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的 动态品质指标工作，并且对被控参数和设备本身出现 的异常情况进行及时监督，同时迅速做出处理。 计算机控制系统的“实时性”，是指信号的输入、 计算和输出必需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。
1.2.4计算机控制系统的可靠性要求
可靠性主要是系统的无故障运行能力，常用的指标是“平均 无故障间隔时间”。计算机控制系统的可靠性包括硬件可靠性 和软件可靠性两个方面。 提高计算机控制系统硬件可靠性，要求采用可靠性高的元部 件及先进的工艺及设计，另外，采用多机并行运行的冗余结构 也是一个重要措施。如对系统可靠性起关键作用的元件“二重 化”，使得即使坏了一个元件，系统仍可运行。 除了硬件可靠性外，软件可靠性也十分重要。好的软件可以 减小出错的可能性，保证系统正常运行。因此，要求计算机控 制系统软件具有较强的自诊断、自检测以及容错功能，即对运 算过程中偶然出现的数据超界、运算溢出及未曾定义过的操作 指令或其他事先不曾预料的运算错误能进行适当处理，改善和 提高计算机控制系统的实用性。