计算机控制系统
简述计算机控制系统基本组成
简述计算机控制系统基本组成计算机控制系统是指对计算机硬件和软件进行有效管理、协调和控制的系统，以实现计算机正常运行和完成特定任务。
计算机控制系统的基本组成包括以下几个方面：1. 中央处理器（Central Processing Unit, CPU）：-功能：CPU是计算机的大脑，负责执行指令、进行算术和逻辑运算。
-组成：包括控制单元（Control Unit）和算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit）。
2. 存储器（Memory）：-功能：存储器用于存放程序和数据，分为主存储器（RAM）和辅助存储器（如硬盘、固态硬盘）。
-作用：主存储器用于存放当前运行的程序和数据，辅助存储器用于永久性存储数据和程序。
3. 输入设备（Input Devices）：-功能：输入设备用于向计算机输入数据，例如键盘、鼠标、触摸屏等。
-作用：通过输入设备，用户可以与计算机进行交互，向计算机提供操作指令和数据。
4. 输出设备（Output Devices）：-功能：输出设备用于将计算机处理的结果显示给用户，例如显示器、打印机、音响等。
-作用：通过输出设备，计算机可以向用户呈现运算结果、图形、声音等信息。
5. 系统总线（System Bus）：-功能：系统总线是连接计算机内部各个组件的数据通道，包括地址总线、数据总线和控制总线。
-作用：系统总线负责在各个硬件组件之间传递数据、地址和控制信号。
6. 输入/输出控制器（I/O Controller）：-功能：输入/输出控制器负责管理输入和输出设备的数据传输。
-作用：控制器将数据从输入设备传输到主存储器，或者将主存储器中的数据传输到输出设备。
7. 系统时钟（System Clock）：-功能：系统时钟用于同步计算机中的各个部件的工作。
-作用：时钟信号驱动CPU执行指令，确保各个部件协调一致地工作。
8. 操作系统（Operating System）：-功能：操作系统是计算机控制系统的核心，负责管理和协调计算机硬件和软件资源，提供用户界面和执行应用程序的环境。
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
计算机控制系统第一章1计算机控制系统的组成：计算机，I/O接口电路，通用外部设备，工业生产对象。
2按功能计算机控制系统可分为：直接数字控制系统，操作指导控制系统，计算机监督控制，分布式控制系统，计算机集成制造系统。
3 操作指导系统工作原理：计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。
在这种系统中，每隔一定的时间，经A/D转换后送入计算机进行加工处理，然后再进行报警、打印或显示操作。
特点：计算机不直接参与过程控制，而是由操作人员（或别的控制装置）根据测量结果来改变设定值或者进行必要的操作。
4直接数字控制系统（DDC）工作原理：用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，结果与设定值相比较，按PID规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执行机构，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值。
特点：计算机直接参与控制，系统经计算机构成了闭环。
5计算机监督控制系统（SCC）工作原理：在DDC系统中，用计算机代替模拟调节器进行控制，而在SSC系统中，则由计算机按照描述生产过程的数学模型计算出最佳给定值后，送给模拟调节器或DDC计算机，并由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程，使生产过程处于最优工作状态。
特点：SCC系统就结构来讲有两种：一种是SCC+模拟调节器控制系统，另一种是SCC+DDC控制系统。
第二、三章1 模拟量输入通道包括信号测量部分，信号调理电路，模拟多路开关，A/D转换器，输入控制接口。
2模拟量输出通道包括计算机控制接口，D/A转换器，驱动电路，执行机构。
3 A/D转换后得到的数据要经过数字滤波和标定变换环节才能得到准确结果。
4采样保持器有采样和保持两种状态。
5常采用的数字滤波方法：程序判断滤波，中值滤波，算术平均值滤波，加权平均值滤波，滑动平均值滤波，低通滤波，复合数字滤波。
6键盘分为独立式键盘和行列式键盘。
7 LED显示方法有动态显示和静态显示。
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。
计算机控制系统实验报告
一、实验目的1. 理解计算机控制系统的基本原理和组成；2. 掌握计算机控制系统的基本操作和调试方法；3. 通过实验，加深对计算机控制理论的理解和应用。
二、实验仪器1. PC计算机一台；2. 计算机控制系统实验箱一台；3. 传感器、执行器等实验设备。
三、实验内容1. 计算机控制系统组成与原理；2. 传感器信号采集与处理；3. 执行器控制与调节；4. 计算机控制系统调试与优化。
四、实验步骤1. 熟悉实验设备，了解计算机控制系统实验箱的组成及功能；2. 连接实验设备，检查无误后启动实验软件；3. 根据实验要求，进行传感器信号采集与处理；4. 根据实验要求，进行执行器控制与调节；5. 对计算机控制系统进行调试与优化，观察系统响应和性能；6. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 计算机控制系统组成与原理实验过程中，我们了解了计算机控制系统的基本组成，包括传感器、控制器、执行器等。
传感器用于采集被控对象的物理量，控制器根据采集到的信号进行计算、处理，然后输出控制信号给执行器，执行器对被控对象进行调节。
2. 传感器信号采集与处理在实验中，我们使用了温度传感器采集环境温度信号。
通过实验，我们掌握了如何将模拟信号转换为数字信号，以及如何对采集到的信号进行滤波处理。
3. 执行器控制与调节实验中，我们使用了继电器作为执行器，根据控制器输出的控制信号进行开关控制。
通过实验，我们学会了如何设置执行器的参数，以及如何对执行器进行调节。
4. 计算机控制系统调试与优化在实验过程中，我们对计算机控制系统进行了调试与优化。
通过调整控制器参数，使得系统在满足控制要求的同时，具有良好的动态性能和稳态性能。
六、实验总结本次实验使我们对计算机控制系统有了更深入的了解，掌握了计算机控制系统的基本原理和操作方法。
通过实验，我们提高了动手能力和实际操作能力，为今后从事相关领域工作奠定了基础。
七、实验报告1. 实验名称：计算机控制系统实验2. 实验日期：XXXX年XX月XX日3. 实验人员：XXX、XXX4. 实验指导教师：XXX5. 实验内容：计算机控制系统组成与原理、传感器信号采集与处理、执行器控制与调节、计算机控制系统调试与优化6. 实验结果与分析：详细描述实验过程中遇到的问题、解决方法及实验结果7. 实验心得体会：总结实验过程中的收获和体会（注：以上实验报告仅供参考，具体实验内容和结果可能因实际情况而有所不同。
计算机控制系统概述
“外部”设备是人机联系设备，通常由视频显示器、 打印机磁盘和键盘等组成。通过它可把操作人员的指 令送给计算机执行，例如启动或停止操作、查询结果、 修改程序等；并且把生产过程的运行状态和计算机的 运行状态报告给操作人员。
工业自动化仪表包括检测仪表、显示仪表和执行 器等。过程输入输出设备必须通过这些仪表才能与被 控对象联系。
计算机控制系统概述
一. 计算机控制系统基本概念 二. 计算机控制系统的组成 三. 计算机控制系统的基本类型
一.1 计算机控制系统基本概念
利用计算机参与生产 过程控制的系统,可称之 为计算机控制系统。在计 算机参与控制 以前,人们 所利用的常规的模拟控制 系统越来越表现出它的局 限性,例如图1.1所示电阻 炉炉温控制系统。
当生产工艺要求炉温 设定的炉温不为一恒 定值,而是如图1.2所示 的曲线时,要求在第一 段时间t1里均匀地将温 度7调到T2,并且斜度不 变,为此,必须时不时调 整设定值, 这种控制是 不容易实现的。
由此看出模拟量控制系统有其缺点：
1.难以实现复杂规律的词节和控制； 2.模拟量仪表盘的数目越来越多，不易实现集中监视和集中操作； 3.各分系统之间不便于实现通讯联系，因而不易实现分级控制和综合自动化； 4.控制方案的更改比较困难。
二.计算机控制系统的组成
• 计算机控制系统由两部分组成,即控制计算机和被控对象,如图1.4所示。控制计算机 又由硬件和软件两部分组成。
二.1.硬件组成
• 硬件由过程通道、主机、外部设备和工业自动化仪表等组成。
• 如图1.5是计算机控制过程的输入输出通道，输入通道具有模 拟量输入通道和数字量输入通道。通过它，计算机把运算的 结果及发出的各种控制命令转换成操作执行机构的控制信号， 以便通过执行机构去控制生产过程。
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3篇
计算机控制系统第一篇：计算机控制系统的基本概念和特点计算机控制系统是指将计算机技术应用于工业控制中，将工业过程中的自动化、智能化和信息化相结合的控制系统。
它是现代工业控制中的一种重要手段，已经成为工业现代化的关键技术之一。
计算机控制系统具有如下特点：1. 实时性强计算机控制系统可以实时监测和控制生产过程，实时处理传感器信号和执行器指令。
相对于其他工业控制系统，计算机控制系统的响应速度更快、精度更高、灵敏度更强。
2. 稳定性好计算机控制系统可以消除因温度、噪声等环境因素而引起的误差，从而保证了系统的稳定性和可靠性。
3. 灵活性高计算机控制系统可以对不同的生产工艺、产品进行多样化的控制，同时也可以根据生产过程的变化进行自适应调整，具有更高的灵活性。
4. 信息处理能力强计算机控制系统可以处理海量的数据，并将数据转化为生产控制的指令，从而可以更加有效地管理生产过程和提高生产效率。
5. 维护保养容易计算机控制系统的硬件和软件可以进行模块化设计，便于维护保养和升级扩展。
总之，计算机控制系统是一种高效、精密、灵活、可靠的工业控制手段，可以满足现代工业对于自动化、高效率、高质量的要求，因此在工业控制应用领域得到了广泛的推广和使用。
第二篇：计算机控制系统的基本结构和工作原理计算机控制系统主要包括硬件系统和软件系统两个部分。
硬件系统包括计算机、输入输出设备、传感器、执行器等多个部分。
其中，计算机作为中央处理器，负责控制和管理整个系统，输入输出设备用于输入控制指令和输出控制结果，传感器用于测量生产过程中各种物理量，执行器用于执行控制指令，并将控制结果反馈给控制系统，以实现生产过程的控制。
软件系统是指控制系统中的程序和算法，用于对采集的数据进行处理，并产生控制指令，控制整个生产过程。
软件可以分为应用软件和系统软件两个层次。
应用软件用于完成特定的应用目标，例如生产线的调度、质量控制、设备管理等。
系统软件包括操作系统、编译器、调试工具等，用于支持应用软件的开发和运行，保障了整个计算机控制系统的有效工作。
计算机控制系统的概念
计算机控制系统的概念
计算机控制系统是一种系统化的电子系统，通过电子设备和计算机控制软件的相互作用，控制工业、商业、军事和其他应用领域中的各种过程。
计算机控制系统通常由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括各种传感器、执行器、运动控制器等设备。
软件部分则包括编程语言、算法、数据结构等编程技术。
计算机控制系统旨在通过对各种过程的自动化控制，提高生产效率和质量，同时减少人员操作和减少错误发生率。
计算机控制系统有很多应用，其中最常见的是工业生产自动化，例如制造业中的自动加工设备、汽车生产线以及衣物生产线等。
计算机控制系统还广泛应用于军事和航空航天领域，如导弹控制系统和航空器自动驾驶系统。
此外，计算机控制系统在商业、医疗、交通等行业也有着诸多应用，如自动售货机、医疗器械，智能交通信号灯等。
计算机控制系统主要优点是精准性和稳定性，能在多种环境条件下对过程进行精确控制和实时反馈。
计算机控制系统还能帮助减少员工的劳动强度和错误率，提高生产效率和产品质量，降低运营成本。
另外，它也可以进行协同控制，实现多个设备、程序和系统之间的有效通信，从而使得整个控制过程更加高效和协调。
总之，计算机控制系统是一个广泛的概念，它有助于将各种流程自动化、精确化和优化化。
随着计算能力逐渐提高，计算机控制系统也将不断进行创新发展，为人类生产生活带来更多的便利和利益。
计算机控制系统概述
过程接口单元（PIU）：又称为过程输入输出单元、 数据采集单元、现场监视站、I/O扩展单元等。
它的组成与过程控制单元类似，是以微处理器为核心 的数据采集设备，负责采集非控制变量数据，并将其 数据经过通信系统传递给CRT操作站或上位管理计算 机。
CRT操作站：是DCS的人-机接口，由CRT、微机、键 盘、打印机、存储器、通信控制器等组成。可以显示： 生产总貌和系统主要参数、每个回路的详细控制情况、 当前的和历史的数据、曲线等。
第九章 计算机控制系统
华东理工大学信息学院自动化系
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
本章主要内容：
10.1 概述 10.2 集散控制系统 10.3 可编程控制器 10.4 现场总线控制系统 10.5 综合自动化系统
10.1 概述 10.1.1 计算机控制系统的组成
目前，绝大多数PLC不属于开放系统，寻求开放 型的硬件或软件平台成了当今PLC的主要发展目标。
10.3.2 PLC基本组成
PLC基本组成包括：CPU、通信接口、外设接 口、I/O接口等。模块化PLC的应用更广泛，它在 系统配置上更灵活，用户可以根据规模和设计要求 进行配置，模块与模块之间通过外部总线连接，如 下图所示
②扩展阶段：20世纪70年代中期到20 世纪70年代末期。 扩展了数据传送、数据的比较和运算、模拟量的运算 等功能。
③通信阶段：20世纪70年代末期到20 世纪80年代中期。 PLC在通信方面得到了发展，形成了分布式的通信网 络系统。缺点是产品互通难。
④开放阶段： 20世纪80年代中期以后。
(2)可编程序控制器的特点（优点）
①高可靠性：PLC的主要特点。它在软、硬件方面采 取了一些提高系统可靠性的措施。
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：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。
7
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。
第六章计算机控制系统
⊥ a2
an ⊥
Uo
+
倒R-2R型
早期的D/A集成芯片
只具有从数字量 到模拟电流输出量转 换的功能。
使用时必须在外 电路中加数字输入锁 存器（I/O或扩展I/O 口、参考电压源以及 输出电压转换电路
中期的D/A集成芯片 近期的D/A集成芯片
增加了一些与 计算机接口相关的 电路及引脚，具有 数字输入所存功能 电路，能和CPU数 据总线直接相连。
脉冲个数的检测 脉冲频率与周期的检测 脉冲宽度的检测
测频法原理
(a)
(b)
(c)
被测信号fx
脉冲形 成电路
脉冲信号
闸门
(e)
T
fx
N T
门控 电路
(d)
时基信号 发生器
测周法原理
计数器 振荡器
脉冲 形成电路
闸门
被测信号fx
脉冲
形成电路
门控 电路
计数器
6.4.4 计算机测试系统的设计
主机选型
设计任务 输入通道结构
多
电信号经过处理并转换成计算机能
工 业
。 。
道 开 关
识别的数字量，输入计算机中。
对 象
计算机将采集来的数字量根据
需要进行不同的判识、预算，得出
所需要的结果。
A/D
显示
计
算
打印
机
采
样
报警
控
制
直接数字控制系统
分时地对被控对象的状态参数进行测试，根据测试的结果与给定值
的差值，按照预先制定的控制算法进行数学分析、运算后，控制量输出
企业级经营管理计算机
到其他工厂的生 产数据运输指令
工业级集中监督计算机
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。
计算机控制系统的组成及其工作原理
计算机控制系统的组成及其工作原理大家好，今天我要给大家讲解一下计算机控制系统的组成及其工作原理。
我们要明白什么是计算机控制系统。
简单来说，计算机控制系统就是用计算机来控制其他设备的一种方法。
它可以实现对各种设备的精确控制，提高生产效率和质量。
那么，计算机控制系统到底由哪些部分组成呢？它的工作原理又是怎样的呢？接下来，我将从以下几个方面给大家详细讲解。
一、计算机控制系统的组成1.1 控制器硬件计算机控制系统的核心是控制器，它负责接收输入信号，经过处理后输出控制信号。
控制器硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出接口等部分。
其中，中央处理器是控制器的大脑，负责执行各种指令；存储器用于存储程序和数据；输入输出接口用于与被控设备进行通信。
1.2 传感器和执行器传感器是计算机控制系统的眼睛，负责感知外部环境的变化。
它可以将物理量转换成电信号，供控制器处理。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、位置传感器等。
执行器则是计算机控制系统的手和脚，负责根据控制器发出的控制信号执行相应的操作。
常见的执行器有电机、电磁阀、开关等。
二、计算机控制系统的工作原理2.1 信号采集和处理计算机控制系统的工作开始于信号采集。
传感器将外部环境的物理量转换成电信号，通过输入输出接口传输给控制器。
控制器收到信号后，进行采样、量化和编码处理，将其转化为数字信号。
这一过程需要用到一些专门的芯片和技术，如模数转换器(ADC)和数字信号处理器(DSP)。
2.2 控制策略设计控制策略是计算机控制系统的灵魂，它决定了系统如何根据输入信号进行控制。
常见的控制策略有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些控制策略都有各自的优缺点，需要根据具体应用场景进行选择。
在设计控制策略时，需要考虑系统的稳定性、响应速度、鲁棒性等因素。
2.3 控制算法实现控制算法是将控制策略具体化为一系列指令的过程。
这些指令需要通过中央处理器来执行。
在实现控制算法时，需要注意算法的复杂度、可读性和可维护性。
简述计算机控制系统的特点
简述计算机控制系统的特点1. 计算机控制系统那可太牛啦！你想想看，工厂里的那些大型设备，它能精准地控制着每一个动作，就好像有一双无形的大手在稳稳地操控着一切。
比如说自动生产线，计算机控制系统让整个生产过程有条不紊地进行着，这效率多高啊！2. 它的反应速度简直绝了呀！当出现问题时，它能迅速响应，比你眨眼还快呢！就像你在玩游戏时，它能立马察觉并做出应对，保障整个系统的顺畅运行。
比如一些智能交通系统，能快速处理各种情况，是不是超厉害？3. 计算机控制系统的准确性那是没得说！简直像个一丝不苟的数学家，分毫都不会差。
比如在医疗设备中，它可以精确地控制药物的投放剂量，这可关系到病人的生命安全呀，能不厉害吗？4. 哇塞，它还很智能呢！可以像个聪明的小精灵一样不断学习和进化。
比如智能家居系统，能越来越了解你的生活习惯，给你提供更加贴心的服务，这难道不神奇吗？5. 计算机控制系统的适应性超强的哟！不管在啥环境下，它都能顽强地工作着。
就如同一个坚强的战士，不惧任何艰难险阻。
像一些恶劣环境下的监控系统，不照样稳定运行嘛！6. 它的可扩展性也很棒呀！能像搭积木一样不断增加新的功能和模块。
比如说我们的电脑系统，可以根据需要添加各种软件和硬件，多方便呀！7. 嘿，计算机控制系统还超级稳定呢！就如同磐石一般，稳稳地保障着一切。
在一些关键领域，比如航空航天，它的稳定可是至关重要的呀，这多让人安心！8. 它还能进行远程控制呢！就好像你有了千里眼和顺风耳，可以在很远的地方掌控一切。
比如远程控制家里的电器，这也太酷了吧！9. 总之呀，计算机控制系统真的是厉害得不得了！在我们的生活中无处不在，给我们带来了巨大的便利和进步。
它就是现代科技的神奇产物，我们真应该好好利用它呀！。
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1.1 计算机控制系统的概念
1.1.1 常规控制系统
工业生产而有所区别。 从常规来看，控制系统为了获得控制信号，要将被控量y 与给定值r相比较，得到偏差信号e=r-y。然后，利用e直接 进行控制，使系统的偏差减小直到消除偏差，被控量接近 或等于给定值。 对于这种控制，由于控制量是控制系统的输出，被控量的 变化值又反馈到控制系统的输入端，与作为系统输入量的 给定值相减，所以称为闭环负反馈系统，其结构如图1-1 所示。
1.3.1 数据采集系统（DAS）
显示
打印
计 算 机
A/D转换器
采样
测 量 … 元 件
…
工 业 对 象
并行接口 报警
图1-5 数据采集系统
数据采集系统主要是对大量的过程参数进行巡回检测、数 据记录、数据计算、数据统计和处理、参数的越限报警及 对大量数据进行积累和实时分析。这种应用方式，计算机 不直接参与过程控制，对生产过程不直接产生影响。
1.2.1 计算机控制系统的硬件
微控制器或 微处理器 ROM RAM
人机接口 网络通信 接口 系
接口
A/D
模拟 开关 模拟 开关
变 送 器
传感器 …
传感器 工 业 生 产 对 象
…
统 总 线
接口
D/A
执行 机构
…
接口
数字量输入
…
实时时钟 电源
接口
数字量输出
…
图1-4 计算机控制系统硬件框图
1.3 计算机控制系统的分类
计算机控制系统与其所控制的生产对象密切相关，控制对 象不同，控制系统也不同。根据应用特点、控制方案、控 制目标和系统构成，计算机控制系统一般可分为以下几种 类型。 数据采集系统是计算机应用于生产过程控制最早的一种类 型。把需要采集的过程参数经过采样、A/D转换变为数字 信号送入计算机。计算机对这些输入量进行计算处理（如 数字滤波、标度变换、越限报警等），并按需要进行显示 和打印输出，如图1-5所示。
1.3.4 集散控制系统（DCS）
集散控制系统（DCS），又称分布式控制系统。它以微处 理器为核心，实现地理上和功能上的控制，同时通过高速 数据通道把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视 和操作，并实现复杂的控制和优化。DCS的设计原则是分 散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。 集散控制系统由微处理器为核心的基本数字控制器，高速 数据通道、CRT操作站和监督计算机等组成，其结构如图 1-9所示。
计算机控制系统的运行操作台应该具备如下功能： 要有屏幕或数字显示器，以显示过程参数、状态、画面和 报警； 要有一组简单功能键进行控制操作； 要有一组数字键进行数据操作； 采用硬保护和软保护措施，保证键盘的误操作不致引起严 重的后果。 6．网络通信接口 当多个计算机控制系统之间需要相互传递信息或与更高层 计算机通信时，每一个计算机控制系统就必须设置网络通 信接口。如一般的RS-232C、RS-485通信接口；TCP/IP 以太网接口；现场总线接口等。计算机控制系统的网络结 构可以分为两大类：一类为对等式网络结构（Peer-toPeer）；另一类为客户/服务器结构（Client/Server）。这 种分类主要是按照各网络节点之间的关系确定。
管理计算机
监督计算机
CRT操作站
高速数据通道
基本控制器 … …
基本控制器
…
…
工业对象
工业对象
图1-9 集散控制系统
集散控制系统较之过去的集中控制系统具有以下特点： 1．控制分散、信息集中 采用大系统递阶控制的思想，生产过程的控制采用全分散 的结构，而生产过程的信息则全部集中并存储于数据库， 利用高速公路或通信网络输送到有关设备。这种结构使系 统的危险分散，提高了可靠性。 2．系统模块化 在集散控制系统中，有许多不同功能的模块，如CPU模块、 AI和AO模块、DI和DO模块、通信模块、CRT模块、存储 器模块等。选择不同数量和不同功能的模块可组成不同规 模和不同要求的硬件环境。同样，系统的应用软件也采用 模块化结构，用户只需借助于组态软件，即可方便地将所 选硬件和软件模块连接起来组成控制系统。 3．数据通信能力较强 利用高速数据通道连接各个模块或设备，并经通道接口与 局域网络相连，从而保证各设备间的信息交换及数据库和 系统资源的共享。
1.3.2 直接数字控制系统（DDC）
直接数字控制系统DDC是计算机在工业中应用最普遍的一 种方式。它是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测， 检测结果与给定值进行比较，并按预定的数学模型（如 PID控制规律）进行运算，其输出直接控制被控对象，使 被控参数稳定在给定值上，如图1-6所示。
给定值
1.2.2 计算机控制系统的软件
计算机控制系统的硬件是完成控制任务的设备基础，而计 算机的操作系统和各种应用程序是履行控制系统任务的关 键，通称为软件。 软件的质量关系到计算机运行和控制效果的好坏、硬件功 能的充分发挥和推广应用。 软件主要分系统软件和应用软件： 系统软件提供计算机运行和管理的基本环境，如Windows， WinNT，UNIX等以及网络平台； 应用软件有语言加工软件，如汇编、编译软件和控制系统 的编程软件，如Siemens公司的STEP7等，由于属于专业 化的软件，它们非常方便用户的二次开发，同时也保证了 软件的安全性。
工艺数据 记录 显示 打印
设定值
SCC 计 算 机
模 拟 调 节 器
调节 测量 工 业 对 象
图1-7 SCC+模拟调节器系统
2．SCC+DDC控制系统 该系统结构形式如图1-8所示。
工艺数据 设定值 D D C
控制
测量
记录 显示 打印
SCC 计 算 机
工 业 对 象
图1-8 SCC+DDC系统
1.2 计算机控制系统的组成
计算机控制系统由两大部分组成：一部分为计算机及其输 入输出通道，另一部分为工业生产对象（包括被控对象与 工业自动化仪表）。 计算机控制系统的硬件主要包括：微处理器或微控制器、 存储器（ROM/RAM）、数字I/O接口通道、A/D与D/A转 换器接口通道、人机接口设备（如显示器、键盘、鼠标 等）、网络通信接口、实时时钟和电源等。它们通过微处 理器或微控制器的地址总线、数据总线和控制总线（亦称 系统总线）构成一个系统，其硬件框图如图1-4所示。
给定值r ＋
偏差e
控制器 －
执行机构
被控对象
被控量y
变送器
图1-1 闭环控制系统结构图
测量元件
控制系统的另一种结构如图1-2所示，该系统为开环控制 系统。
给定值r 被控量y
控制器
执行机构
被控对象
图1-2 开环控制系统结构图
该系统与闭环控制系统的区别在于它不需要被控对象的反 馈信号。
1.1.2 计算机控制系统
第1章 绪 论
随着现代化工业生产过程复杂性与集成度的提高，计算机 控制系统得到了迅速的发展。计算机控制系统是自动控制 系统发展中的高级阶段，是自动控制系统中非常重要的一 个分支。计算机控制系统利用计算机的软件和硬件代替自 动控制系统中的控制器，它以自动控制理论和计算机技术 为基础，综合了计算机、自动控制和生产过程等多方面的 知识。由于计算机控制系统的应用，许多传统的控制结构 和方法被代替，工厂的信息利用率大大提高，控制质量更 趋稳定，对改善人们的劳动条件起着重要作用，因此，计 算机控制技术受到越来越广泛的重视。当前，计算机控制 系统已成为许多大型自动化生产线不可缺少的重要组成部 分。生产过程自动化的程度以及计算机在自动化中的应用 程度已成为衡量工业企业现代化水平的一个重要标志。
计算机系统 给定值r ＋ 偏差e － A/D 变送器
生产过程 被控量y
控制器
D/A
执行机构
被控对象
测量元件
图1-3 计算机控制系统的典型结构
计算机控制系统在结构上也可以分为开环控制系统和闭环 控制系统两种。 在计算机控制系统中，计算机处理的输入和输出信号都是 数字化量。因此，在这样的控制系统中，需要有将模拟信 号转换为数字信号的模/数（A/D）转换器，以及将数字控 制信号转换为模拟输出信号的数/模（D/A）转换器。
计算机控制系统执行控制程序的过程如下。 实时数据采集：对被控参数在一定的采样间隔进行测量， 并将采样结果输入计算机。 实时计算：对采集到的被控参数进行处理后，按一定的预 先规定的控制规律进行控制率的计算，或称决策，决定当 前的控制量。 实时控制：根据实时计算结果，将控制信号送往控制的执 行机构。 信息管理：随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和 管理也介入到控制系统中。 上述测量、控制、运算、管理的过程不断重复，使整个系 统能够按照一定的动态品质指标进行工作，并且对被控参 数或控制设备出现的异常状态及时监督并迅速作出处理。
1．主机（计算机） 主机由CPU和存储器构成。它通过过程输入通道发送来的 工业生产对象的生产工况参数，按照人们预先安排的程序， 自动地进行信息的处理、分析和计算，并作出相应的控制 决策或调节，以信息的形式通过输出通道，及时发出控制 命令。 2．常规外部设备 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。 常用的输入设备有：键盘、鼠标等，主要用来输入程序和 数据等。 常用的输出设备有：显示器、打印机等。输出设备将各种 数据和信息提供给操作人员，使其能够了解过程控制的情 况。 存储设备用来存储数据库和备份重要的数据，主要有磁盘 等。