计算机控制理论1
计算机控制系统课后习题答案1
第一章课后参考答案1-1简述计算机控制系统的控制过程。
计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤：1)实时数据采集：对被控量进行采样测量，形成反馈信号；2)实时控制计算：根据反馈信号和给定信号，按一定的控制规律，计算出控制量；3）实时控制输出，向执行机构发出控制信号，实现控制作用。
1-2什么是实时性？有哪些因素影响系统的实时性？硬件：1）控制器计算速度2）传感器采集速度3）执行器反应时间4）A/D、D/A转换速度软件：1）操作系统调度2）中断响应处理方式（包括定时器）3）延时函数的设置实时性：即信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内即时完成的，超出这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
1-3计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。
主机：主机是计算系统的核心，通过接口向系统的各个部分发出各种指令，对被控对象进行检测和控制。
输入输出通道：输入输出通道是计算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计算机可以接收的数字信号，过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据，转化成可以对生产对象进行控制的的信号。
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。
外部设备：外部设备是实现计算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，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，还应有按键或开关，完成系统的启、停等功；操作台还要保证操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
1-4计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机控制系统软件分为系统软件、应用软件及数据库。
系统软件是有计算机生产厂家提供的专门用来使用和管理计算机的程序。
对用户来说，系统软件只是用来开发应用软件的工具，不需要自己设计。
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
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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,
《计算机控制技术》课程简介(1)
计算机控制技术
(ComputerContro1Technique)
总学时：48学时理论：48学时实验（上机、实习等）：。
学时
学分：3
课程主要内容：
计算机控制技术主要应用于工业控制和各种电器控制，是一门理论与实际相结合的课程。
其主要内容包括计算机控制系统类型简介、输入通道接口技术、输出通道接口技术、顺序控制与数字程序控制、数字控制器的设计、模糊控制技术、多微处理器控制系统以及计算机控制系统的设计等章节。
学习计算机控制系统中的常用控制算法，计算机控制系统的各组成部分及其工作原理以及计算机控制系统的设计方法,其目的在于能设计出基本的计算机控制系统以及能解决在计算机控制系统实施过程中的实际问题。
先修课程：
《数字电子技术》、《计算机组成原理》、《计算机接口技术》等。
适用专业：
计算机科学与技术专业
教材：
朱玉玺等.《计算机控制技术》（第2版）.北京：电子工业出版社，2010
教学叁考书：
[1]潘新民，王燕芳.《微型计算机控制技术》.北京：高等教育出版社，2002
[2]涂时亮.《单片微机控制技术》.上海：复旦大学出版社，2001
[3]谢剑英.《微型计算机控制技术》.北京：国防工业出版社，2001。
第一章计算机控制系统组成和特点
2） 软件组成 ）
软件： 能完成各种功能的计算 软件 ： 机程序的总和。 机程序的总和。整个系统的工作都 是在程序的指挥下协调工作的。 是在程序的指挥下协调工作的。 软件通常分为两大类： 软件通常分为两大类 ： 一类是 系统软件，另一类是应用软件。 系统软件，另一类是应用软件。
37
1-2-1 系统组成
本节主要内容
计算机控制系统的概述 工作原理 计算机控制系统的经济效益
22
1-1-1 概述
常规自动控制系统的工作原理
按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。 按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。
23
典型工业生产工程 1. 连续过程 连续过程也称为流程工业。 连续过程也称为流程工业。流程工业主要通过对原材料进 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法， 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法，使原材料增 值。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 通常以批量或连续的方式进行生产。 通常以批量或连续的方式进行生产。 2. 离散过程 离散过程也称为制造业。 离散过程也称为制造业。生产过程中基本上没有发生物质 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 最终产品由各种物料装配而成。 最终产品由各种物料装配而成。产品与所需物料有确定的 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、家 电制造业等。 电制造业等。
可靠性好， 可靠性好，可维修 性好，软件丰富， 性好，软件丰富，运 算处理能力强。 算处理能力强。
计算机控制系统第1章.
计算机体积减小，重量轻、成本下降；
随着对自动控制系统功能要求的不断提高，计算
机控制系统的优越性表现得越来越突出。
1.2 系统的典型类型
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。 或者说：由于A/D、 D/A通道的形式不同以及计 算机在系统中的地位、作用不同，计算机控制系统的 形式也是多种多样。
内容简介：
第一部分：计算机控制系统的概论 第二部分：硬件基础（输入/输出接口与过程通道） 第三部分：计算机控制系统的数学基础 第四部分：计算机控制系统的间接设计方法（数字 控制算法）
第五部分：计算机控制系统的直接设计方法（软件 设计方法） 第六部分：计算机控制系统的设计与实现
第一章பைடு நூலகம்绪论
何谓计算机控制？
• 操作指导控制系统 • 直接数字控制系统 • 计算机监督控制系统 • 集散控制系统 • 现场总线控制系统
• 工业过程计算机集成制造系统
1．操作指导控制系统（Operational Guide Control---OGC）
图1.4 操作指导系统结构图
它主要是侧重数据采集、处理，并为操作人员提供反映 生产过程工况的各种数据以及操作指导信息。
1.1.2. 计算机控制系统的工作原理
工作原理主要为：（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，实时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
在连续控制系统中，控制器通常都是由不同的电 路构成，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
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。
第1章 计算机控制系统概述
与RS232相比：速度快、传输距离远。
3.MODBUS总线
是MODICON公司为生产的PLC与外界通信而设计的一种通信协议。
（可通过24总线命令实现）
特点（3） ： 1）应用广泛：凡具有RS232/485接口的MODBUS协议设备都可以使 用本产品实现与过程现场总线（PROFIBUS）的互连。
监督计算机控制系统（Supervisory Computer Control, SCC）有两种不 同的结构形式：一种是SCC＋模拟调节器，另一种是SCC＋DDC控制系统。 1.SCC＋模拟调节器 如图1-6（a）所示，在该系统中，计算机对工业对象的各个物理量进行巡 回检测，并按生产过程的数学模型计算出最佳给定值，送给模拟调节器。 检测元件获得的测量值与该给定值进行比较后，得到的偏差经模拟调节器 分析计算后输出至执行机构，从而实现控制生产过程的目的。 2.SCC＋DDC控制系统 如图1-6（b）所示，该系统可看成是一种二级控制系统，SCC监督级的作 用是计算最佳给定值，送给DDC直接控制生产过程，它与DDC级计算机之 间通过接口进行信息交换。当DDC级计算出现故障时，可由SCC级计算代 替，因此，大大提高了系统的可靠性。
2）应用简单：用户不必了解PROFIBUS和MODBUS技术细节以及复 杂编程，用户只需参考本手册及提供的应用实例，根据要求完成配置， 即可在短时间内实现连接通信。 3）透明通信：用户可以依照PROFIBUS通信数据区和MODBUS通信 数据区的映射关系，实现PROFIBUS到MODBUS之间的数据透明通 信。
(4) 通信网络为开放式互连网络，可极其方便地实现数据共享；
(5) 技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户。
1.4 计算机控制系统的控制规律
计算机控制系统(1)
计算机控制系统席爱民编著第1章绪论1.1 概述可以这样说，没有计算机的参与，现代化的自动化系统是不可能实现的。
随着微电子学、计算机技术革命性的发展，当今所构成的自动控制系统都是建立在计算机基础之上的。
要获得比模拟控制系统更好的控制性能，使控制系统具备新的功能，只有使用计算机控制系统。
计算机具有信息储存记忆、逻辑判断推理和快速数值计算功能，是一种强大的信息处理工具，其应用己经渗透到人类活动的各个领域，强有力地推动着技术与科学的全面进步。
随着计算机技术的迅猛发展，计算机在工业控制中的应用也越来越广泛。
如今计算机控制已广泛应用于各行各业技术工程和各类工业生产制造过程的控制中。
学习本书的目的：本书将侧重系统讲述有关计算机控制系统的分析及设计的基本理论和方法，以及一些较为实用的计算机先进控制算法。
实际上目前全部的控制系统都是基于计算机控制，因此懂得计算机控制是很重要的。
如果将计算机控制系统仅仅看作模拟控制系统的近似是很不够的。
因为那是没有看到计算机控制的全部潜在能力。
很好地掌握计算机控制系统，就能够充分发挥计算机控制的全部潜能。
计算机控制系统存在着一些模拟控制系统所没有的相应现象，本书的主要目标就提供了解、分析和设计计算机控制系统扎实的基础理论知识，这对于从事控制系统方面的工程技术人员来说是很重要的。
本章概述：计算机控制系统的组成、类型、特点、任务以及计算机控制的发展概况及趋势；了解过程自动化的任务，进一步明确计算机控制系统的类型、特点。
1.1.1计算机控制系统典型计算机反馈控制系统如图1.1所示。
系统中存在着两种截然不同的信号，即模拟连续信号及数字离散信号。
因而对于计算机控制系统的分析和设计就不能完全采用连续控制理论，需要有相应的离散控制理论与之相适应。
不同类型信号混合的分析有时是困难的，然而，在大多数的情况下，描述系统在采样点上的表现就足够了。
1.1.2计算机控制系统组成计算机控制系统是由硬件和软件两部分组成的。
《计算机控制技术》教材习题解答1
《计算机控制技术》习题解答第一章1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统由哪几部分组成？答：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，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。
1.2、微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度1.3 计算机控制系统结构有哪些分类？指出这些分类的结构特点和主要应用场合。
答：（1）操作指导控制系统优点：结构简单，控制灵活，安全。
缺点：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（DDS）优点：实时性好，可靠性高，适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最优工况。
（4）分散控制系统（DCS）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（FCS）优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。
国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。
1.4.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。
1.5.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？答：所谓实时，是指信号的输入、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。
在计算机控制系统中，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。
计算机控制系统课件第一章(10下)
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
常规控制系统和计算机控制系统的比 前者连续不断地测量， 较：前者连续不断地测量，经过反馈及 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 补偿后对生产过程产生连续不断的控制。 后者是采样控制系统， 后者是采样控制系统，微机每隔一个采 样周期T才对被控参数进行一次测量， 样周期T才对被控参数进行一次测量，根 据一定控制规律计算出控制量后， 据一定控制规律计算出控制量后，去控 制生产过程。在两次采样时刻之间， 制生产过程。在两次采样时刻之间，微 机对被控制参数不测量， 机对被控制参数不测量，其输出控制量 自然也保持不变。 自然也保持不变。
1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
上述过程不断重复， 上述过程不断重复，使系统能够按 一定的动态品质指标进行工作， 一定的动态品质指标进行工作，并对被 控参数和设备是否出现异常情况进行监 以便作出迅速处理。 督，以便作出迅速处理。 所谓“实时”是指信号的输入、 所谓“实时”是指信号的输入、运 算处理和输出能在一定的时间内完成。 算处理和输出能在一定的时间内完成。 即要求微机对输入信号要以足够快的速 度进行测量和处理， 度进行测量和处理，并在一定的时间内 作出反应或产生相应的控制。 作出反应或产生相应的控制。超出了这 个时间就会失去控制时机。 个时间就会失去控制时机。
第一章 绪论 本章的主要内容： 本章的主要内容： 1.1 计算机控制系统概述 1.2 计算机控制系统的分类 1.3 计算机控制系统的发展方向 1.4 计算机控制理论
—计算机控制技术—
1.1 计算机控制系统概述 本节的主要内容： 本节的主要内容： 1.1.1 计算机控制系统的基本组成
—计算机控制技术—
它与闭环控制系统不同， 它的控制器直 它与闭环控制系统不同 ， 接根据给定信号去控制被控对象工作。 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， 产生影响 。 与闭环控制系统相比 ， 它的 控制性能较差。 控制性能较差。
计算机控制系统：第1章 计算机控制系统概述
采样——将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程。
量化——采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转
2021/1/10 换成数字信号。
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1．3 计算机控制系统的典型形式
1. 数据采集和监视系统
模拟量输入（AI）通道
计 算
数字量输入（DI）通道
生 产
机
过
CRT
程
打印机
操作
调节器
人员
图4 数据采集和监视系统
图9 过渡过程的4种情况
13
2 . 计算机控制系统的能控性和能观测性
能控性和能观性从状态的控制能力和状态的测 辨能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。
能控性
系统控制的主要目的是驱动系统从某一状态到达指 定的状态。如果系统不能控，就不可能通过选择控制作 用，使系统状态从初始状态到达指定状态。
能观性
4. 分散型控制系统
管理 综合信息管理级 计算机
集中操作监控级
工程师 操作台
操作员 操作台
网间 联接器
监控 计算机
至其它局域网
局部网络 （LAN） 网间 联接器 通信联络
现场
分散过程控制级 控制站
PLC
智能 调节器
其它测 控装置
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
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。
2021/1/10
2
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。
计算机控制技术课后习题答案 (1)
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。
计算机控制理论答案
第一讲1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。
计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成；计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。
其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成；三个步骤原理：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，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。
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。
2、实时、在线方式、离线方式的含义是什么？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。
在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。
离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指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。
3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。
计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。
第二讲1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。
数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号；数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号；模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号；模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。
2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。
计算机控制系统第1章课件
1.1.2 计算机控制系统的组成
1．计算机控制系统硬件
2．计算机控制系统软件
(1) 系统软件 (2) 应用软件
1.1.3 计算机控制系统的典型结构
1．操作指导控制系统
2．直接数字控制系统
3．计算机监督控制系统
4. 集散控制系统
5. 现场总线控制系统
6. 工业过程计算机集成制造系统
1.2 计算机控制系统性能 及其指标
1.2.1 计算机控制系统性能指标
计算机控制系统的性能分析和要求与连续 控征， 衡量系统优劣的指标通常用稳定裕量、动态指 标、稳态指标和综合指标等。
1.2.2 控制对象对控制性能的影响
1.3 计算机控制系统的发展 概况与趋势
1.3.1 计算机控制系统的发展概况
1.3.2 计算机控制系统的发展趋势
1.先进计算机控制系统得到大力推广与普及 2.智能控制系统得到深入研究与开发 3.大力加强企业综合自动化系统的研究、开
发与应用
第1章完
如今计算机控制系统已经广泛地用于工 业、国防和民用的各个领域。
1.1 计算机控制系统概述
1.1.1 计算机控制系统一般概念
过程通道的主要任务是将生产过程中的各 种参量和状态通过检测器件转换成计算机所能 接收的信息送入计算机，计算机按确定算法计 算后，又将计算结果以数字量或转换成模拟量 的形式输出给执行机构，从而对被控对象进行 自动控制。
计算机控制系统是当前自动控制系统的 主流方向。
计算机控制系统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 通信与网络技术为基础，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， 使得计算机控制系统可以实现常规控制以外 更复杂、更全面的控制方案。
控制论_1
– 第3章“时间序列、信息和通信”，把系统信息看作为时间序列， 提出了时间序列的统计力学问题。
– 第4章“反馈和振荡” ，提出了自动控制系统稳定性问题。
– 第5章“计算机和神经系统”，指出计算机的记忆、运算与控制实 现，分析了神经系统的机制。
2021年7月16日星期五
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维纳生平介绍
• 维纳自幼才智过人，3岁开始学习读写，8岁到中 学3年级就读。
• 1906年进塔夫茨学院数学系学习，1913年获得 哈佛大学哲学博士学位，年仅18岁。
• 毕业后赴英国剑桥、德国格丁根和美国哥伦比亚 3所大学进修，接受罗素、哈代、希尔伯特和杜 威等哲学家和数学家的指导。
• 1945年维纳把反馈概念推广到一切控制系统﹐把反馈理解为从受控对 象的输出中提取一部分信息作为下一步输入﹐从而对再输出发生影响的 过程。
• 巴甫洛夫条件反射学说证明了生命体中也存在着信息和反馈问题。
2021年7月16日星期五
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控制论的产生
• 1943-1944年，维纳和冯.诺伊曼(1903-1957)发起，在普 林斯顿召开了有工程师、生物学家、心理学家、数学家参加 的交叉学科的学术讨论会。
控制论
Cybernetics
授课教师：宋执环 教授 杨春节 教授
2021年7月16日星期五
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联系方式
宋执环
玉泉校区控制系老楼108 工业控制研究所
杨春节
玉泉校区控制系老楼104 工业控制研究所
计算机控制原理
计算机控制原理计算机控制原理是指计算机系统中的控制部分所遵循的基本原理。
计算机控制系统是指在计算机内部或外部通过控制器控制各种设备和过程的系统。
计算机控制原理是计算机科学和工程中的一个重要基础知识，它涉及到计算机系统的结构、功能、工作原理等方面的内容。
首先，计算机控制原理的基本概念包括了控制系统、控制器、被控对象等。
控制系统是由控制器和被控对象组成的，控制器通过对被控对象的监测和控制来实现系统的稳定运行。
控制器是控制系统的核心部分，它通过对输入信号的处理和分析来产生控制信号，从而实现对被控对象的控制。
被控对象是控制系统需要控制的对象，它可以是各种设备、机器人、生产过程等。
其次，计算机控制原理涉及到的内容包括了控制系统的建模与分析、控制器的设计与实现、控制系统的性能评价等。
控制系统的建模与分析是指通过对控制系统进行数学建模，分析系统的稳定性、性能等特性。
控制器的设计与实现是指根据控制系统的需求，设计合适的控制器并实现控制算法。
控制系统的性能评价是指对控制系统进行性能测试和评估，从而得到系统的性能指标。
此外，计算机控制原理还涉及到了控制系统的稳定性、鲁棒性、性能优化等内容。
控制系统的稳定性是指系统在受到外部扰动时能够保持稳定的特性，鲁棒性是指系统对参数变化、测量误差等不确定性的抵抗能力，性能优化是指通过对控制系统进行优化设计，使系统的性能达到最优。
总的来说，计算机控制原理是计算机科学和工程中的重要理论基础，它涉及到控制系统的建模与分析、控制器的设计与实现、控制系统的性能评价、稳定性、鲁棒性、性能优化等内容。
掌握计算机控制原理对于理解和设计计算机系统、控制系统具有重要意义，也是计算机科学和工程领域的基础知识之一。
第一章微型计算机控制系统概述
DSP 处理器的长处
向量运算、
指针线性寻址等
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
4、嵌入式片上系统 ( System On Chip ) • 随着 EDI 的推广和 VLSI 设计的普及化，及半
导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个 更为复杂的系统的时代已来临，这就是
System On Chip ( SOC )。
• TI 公司亦将其 TMS320C2XXX 系列 DSP 作为 MCU 进行推广。
微机控制技术
1.2.4 嵌入式系统
3、嵌入式 DSP 处理器
( Embedded Digital Signal Processor, EDSP )
（１）ＤＳＰ处理器的特点 DSP 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。
• 具有软件代码少、高度自动化、响应速度快等特点， 特别适合于要求实时和多任务的体系。
微机控制技术
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器特点:
（1）对实时多任务有很强的支持能力。能完成多任务并且有较 短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核的执行时间 减少到最低限度。
（2）具有很强的存储区保护功能。 由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件 模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保 护功能，同时也有利于软件诊断。
理器。 如：Intel 的 MCS-296
Infineon ( Siemens ) 的 TriCore。
1.2.4 嵌入式系统
（３）推动嵌入式 DSP 处理器发展的因素：
嵌入式系统的智能化。
如：各种带有智能逻辑的消费类产品
生物信息识别终端
计算机控制基础复习题1
一、填空题（每空2分，共20分）
1．闭环控制系统是使被控量有较高的 精度
。
2．控制系统常常按其开环传送函数中所含 积分
环节个
数来分类，分为“0”型，“I”型系统等。
3．在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母 相
同
4、按照微机的应用方式，计算机控制系统可分为：操作指导控制
6. 给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。 答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下： (1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约 束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数。 (2)确定数字控制器脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程 序。
7. 采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是什 么？
针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统, 并画出系统的输出 波形图。
解：由已知条件，被控对象含有一个积分环节，有能力产生单位斜 坡响应。
求广义对象脉冲传递函数为 可以看出，G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、
0.368(单位圆内)，故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。根据稳定性要 求，G(z)中z=1的极点应包含在Φe(z)的零点中，由于系统针对等速输 入进行设计，故p=2。为满足准确性条件另有Φe(z)=(1－z1)2F1(z),显 然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设
解得 。 闭环脉冲传递函数为 则
计算机控制系统试卷三答案
1、 简答题 （每小题4分，共40分） 1. 简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。 答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具 有电平转换功能。
3. 什么是采样或采样过程？ 答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列 过程，有时也称为离散化过程。
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1.4.5 计算机集成制造系统 CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）
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。 系统按其功能自上而下可以分成过程直接控制层、过程优 化监控层、生产调度层、企业管理层和经营决策层等。 系统除了常见的过程直接控制、先进控制与过程优化控制 功能以外，还具有生产管理、收集经济信息、计划调度和产品 订货、销售、运输等非传统控制的各种功能。因此计算机集成 制造系统所要解决的不仅是局部最优问题，而是一个工厂、一 个企业乃至一个区域的总目标或总任务的全局多目标最优，即 企业综合自动化问题。
（6）自动化仪表
自动化仪表主要包括测量元件、检测仪表、调节仪表、 执行机构等。直接将输入和输出通道与工业对象发生联系。
2. 软件组成
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）系统软件 系统软件完成人机交互、资源管理和系统维护等功能。 通常包括操作系统、编译程序和诊断程序等，具有一定的 通用性，一般由计算机生产商提供。 （2）应用软件 应用软件则是专门开发用来完成程序控制、数据采集及处 理、巡回检测及报警等规定任务的各种程序。 一般是由计算机控制系统设计人员根据所确定的硬件系统 和软件环境来开发编写。
进行控制调节。当SCC计算机出现故障时，可由模拟调节器
独立完成操作。
2．SCC+Байду номын сангаасDC的控制系统 该系统实际上是一个两级控制系统。SCC计算机可完成 顶级的最优化分析和计算，并给出最佳控制值送给DDC级执 行控制过程。两级计算机之间通过通信接口进行信息联系。 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，使系统可靠性得到了提高。 在监督计算机控制系统中，监督计算机（SCC计算机） 按照生产过程的数学模型及原始工艺信息，计算出最佳给定 值，送给模拟调节器或以直接数字控制方式工作的计算机 （DDC计算机），最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产 过程，从而使生产过程始终处于最优工况。
4. 互操作性 不同厂商生产的设备，只要其遵守的是一个协议标准，则 可以相互操作，打破了传统的DCS产品互不兼容的缺点，方便 了用户。 5. 风险分散性 现场总线是一种全新的分布式控制系统的体系结构。从根 本上改变了集中式计算机控制系统和现有的DCS集中、分散相 结合的集散控制系统的体系结构，减轻了主计算机的负担和风 险，现场单元具有更高的智能特性，因此，简化了结构，提高 了可靠性。 6. 环境适应性强 现场总线对现场环境的适应性优于其他系统。它工作在生 产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境 而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、 电力线等传输介质，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实 现供电与通信，可满足安全防暴要求等。
现场总线控制系统特点 1. 全数字化 无论是现场底层的传感器、执行器、控制器之间的信号传 输，还是与上层工作站之间的信息交换，全部采用数字信号。 2. 开放性 开放是指系统对某种标准的一致、公开和对该标准的共同 遵守程度。现场总线是开放的，从总线的标准、产品检验到信 息发布都是公开的，面向所有的产品制造商和用户。因此，它 可以和任何厂商生产的同一标准的系统、设备相连，进行信号 传递和通讯，用户可以共享网络资源。 3. 智能化 由于现场总线设备具有内置高性能的微处理器，因此它具 有测量、变送、信号调理、运算、控制、通讯等功能，是一种 底层智能设备，可完成自动控制系统的各种功能，且具有逻辑 判断能力。
2. 控制的实时性好 工控机对生产过程进行实时控制和监测，因此要求它必 须实时地响应控制对象各种参数的变化，当发生异常时能及 时处理和报警。因此需要配有实时操作系统和中断系统。
3. 环境适应性强 工控机一般来说都安装在控制现场，所处的环境往往比 较恶劣。这就要求工控机具有防尘、防潮、防腐蚀、耐高温 以及抗震动等能力。 4. 输入和输出通道配套好 工控机要有丰富的输入和输出通道配套模板，如模拟量、 开关量、脉冲量、频率量等输入和输出模板。具有多种类型 的信号调理功能，如各类热电偶、热电阻信号的输入调理等。
1.4.2 直接数字控制系统 DDCS（Direct Digital Control System）
系统特点: 1. 计算机巡回检测、采集被控对象的多个参数, 处理后输出相 关数据； 2. 计算机将检测结果与设定值进行比较，按一定的控制规律 进行运算；操作人员根据计算机的输出数据进行控制操作； 3. 计算机根据运算结果直接控制执行机构； 4. 计算机重复上述过程，使被控参数达到预定要求。 直接数字控制系统为闭环控制结构。 计算机不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的参数 调节，而且不需要改变硬件，只通过改变程序就能有效地实 现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等，因此直接数 字控制系统设计灵活方便，经济可靠。
（2） I/O接口 I/O接口是计算机与被控对象进行信息交换的纽带。 计算机通过I/O接口与外部设备进行数据交换。目前大多 数I/O接口电路都是可编程的。比如常用的并行接口8155和 8255，定时器/计数器8253等。
（3）输入和输出通道 又称为过程通道。 工业对象的过程参数一般是非电物理量，必须经过传感 器（一次仪表）变换为电信号。为了实现计算机对生产过程 的控制，必须在计算机和生产过程之间设置信息传输和转换 的连接通道。 输入和输出通道一般分为模拟量输入通道、模拟量输出 通道、数字量输入通道和数字量输出通道。 （4）通用外部设备 主要是为了扩大计算机的功能而设置的。 它们用来显示、打印、存储及传送数据。目前已经有各 种各样的通用外部设备可以选择，如打印机、显示器、声光 报警器、光盘驱动器及扫描仪等。
1.4.6 现场总线控制系统 FCS（Fieldbus Control System）
现场总线控制系统的结构模式为“工作站—现场总线智能
仪表”二级结构模式，这样就可以将原DCS系统中处于控制室
的控制模块、各种输入输出模块置入测控现场，充分利用现场 总线设备所具有的数字通信能力，安装于现场的测量变送器直 接与阀门等执行机构进行信号传输，因而控制系统可以脱离位 于控制室内的主计算机而工作，直接在现场完成测量与控制信 号的传递，彻底实现了系统的分散控制。
1.1 自动控制系统的一般形式
1.2 计算机控制系统的一般概念与组成
1.3 工业控制计算机的特点 1.4 计算机控制系统的分类
1.5 计算机控制系统的发展概况与趋势
1.1 自动控制系统的一般形式
从系统基本结构可以看出，自动控制系统的基本功能是信 号的传递、加工和比较。这些功能是由检测元件、变送装置、 控制器和执行机构来完成的。其中，控制器是控制系统中最重 要的部分，它决定了控制系统的性能和应用范围。
1.4.3 监督计算机控制系统 SCCS（Supervisory Computer Control System）
1．SCC+模拟调节器的控制系统
计算机系统对各个信号进行巡回检测，按给定的数学模
型及工艺信息计算出最佳给定值并送给模拟调节器，由模拟 调节器与检测值进行比较并输出结果，然后输出到执行机构
根据实时计算的结果，适时地向执行机构发出控制信号， 实施控制。
“实时性”是指计算机控制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。
在确定限定时间时，主要考虑两个因素：
1 根据工业生产过程出现的事件能够保持多长时间。 2 该事件要求计算机在多长的时间内必须做出反应，否 则，将对生产过程造成影响甚至造成损害。 “实时性”一般都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，加速程序执 行速度。
2. 计算机监督控制级 对生产过程进行监控和操作。该级根据生产管理级的技术 要求和通过分散过程控制级获得的生产过程的数据，对分散过 程控制级进行最优控制。从计算机监督控制级能全面地反映各 工作站的情况，提供充分的信息，因此本级的操作人员可以据 此直接干预系统的运行。 3. 综合信息管理级 整个系统的中枢，它根据监控级提供的信息及生产任务的 要求，编制全面反映整个系统工作情况的报表，审核控制方案， 选择数学模型，制定最优控制策略，并对下一级下达命令。
1.2.2 计算机控制系统的组成
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。
1. 硬件组成
（1）计算机 计算机是控制系统的核心。 它按照预先存放在存储器中的程序、指令，不断通过过程 输入通道获取反映被控对象运行工况的信息，并按程序中规定 的控制算法，或操作人员通过键盘输入的操作命令自动地进行 运算和判断，及时地产生并通过过程输出通道向被控对象发出 相应控制命令，以实现对被控对象的自动控制。
1.4 计算机控制系统的分类
1.4.1 操作指导控制系统 OIS （Operational Information System）
系统特点: 1. 计算机采集被控对象的参数, 处理后输出相关数据； 2. 操作人员根据计算机的输出数据进行控制操作； 3. 计算机输出不直接用来控制被控对象。 OIS是一种开环控制结构。 优点：控制过程简单，并且即使计算机发生故障，也不会影 响正常生产过程，因而比较安全。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。 缺点：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。
1.2 计算机控制系统的一般概念与组成
1.2.1 计算机控制系统的一般概念
如果把系统基本结构中的控制器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，如下图所示。
计算机控制系统的控制过程