计算机控制系统第一章总结
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。
第一章 计算机控制系统绪论new
计算机控制系统
教材及参考书 《计算机工业控制》杨劲松 《现场总线控制》周明 《计算机控制系统》吴坚
中国电力出版社 中国电力出版社 武汉理工大学出版社
制造与自动化技术，能源技术，资源与环境技术 介入：课题申请指南，探索性强专题，以增强集成
创新能力和形成战略产品原型或技术系统为目标的 项目
2、学科地位与现实意义
(2)本课程在专业培养中的地位
“计算机控制系统”(计算机测控技术)是 自动化专业的一门主要专业课,课程涉及 面很广,知识集成度高,可以说其浓缩了自 动化专业的知识精华,在专业课程体系中 具有承上启下的作用，在专业课程体系 中起到中流砥柱的核心地位。
学好本课程的意义（2）
(2)知识体系：“计算机控制系统息[Information]
＋
控制[Control]；
＋
系统[System]！
（计算机是信息获取、处理、传输、利用、存储的重要手段 和工具）；
学好本课程的意义（3）
(3) 在专业培养中的地位：如前所述， “计算机控制系统”是自动化专业的一 门主要专业课,课程涉及面很广,知识集成 度高,可以说其浓缩了自动化专业的知识 精华,在专业课程体系中具有承上启下的 作用，在专业课程体系中起到中流砥柱 的核心地位。
计算机控制系统
(计算机测控技术)
1、课程体系结构与技术要点
前言
（1）计算机控制系统的理论、方法。
人机接口或 +
上一层控制器 -
信息控制
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。
第一章 计算机控制系统概述
第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地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、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。
2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：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。
第一章 计算机控制系统概述
3.按照控制方式分类
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。
第三节 计算机控制系统中的计算机
（1）一台SCC计算机可监督多台DDC或模拟调节器， 而一台DDC可控制多个回路和参数，使多台DDC或模拟调节 器能协调工作。
（2）当系统中模拟调节器或DDC控制器出了故障，可 用SCC系统代替调节器进行调节，提高了系统的可靠性。
四、集散控制系统
集散控制系统（Total Distributed Control—TDC） 也称为分布式控制系统或分散式控制系统（Distributed Control System—DCS），采用了分散控制、集中操作、 分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，形成具有层 次化体系结构的分级分布式控制。
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。
计算机 控制系统
硬件：计算机、接口电路、外围 设备和生产对象等组成。
软件：系统程序和应用程序
一、计算机控制系统的硬件组成
主机
过程通道
硬件
I/O接口 常用外部设备
操作控制台
计算机控制系统的硬件组成
1 .主机
主机，即我们说的计算机，是整个系统的核心部分， 它的功能、性能直接影响到系统的优劣。 单片机 PLC 工业PC
PROFIBUS (process field bus 过程现场总线)
HATR总线（可寻址远程传感器数据网络）
FF总线（基金会现场总线）
2.按照控制规律分类
（1）数字程序和顺序控制 （2）比例积分微分控制（PID控制） （3）最小拍控制 （4）复杂规律的控制 （5）智能控制 ……
（1）程序和顺序控制
PID控制是现在应用最广、最为广大工程 技术人员熟悉的技术。PID控制结构简单、参 数容易调整，因此，无论模拟调节器或者数 字调节器，多数使用PID调节规律。
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
关于计算机控制技术的考试重点
关于计算机控制技术的考试重点计算机控制技术考试重点第一章重点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：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。
(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“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“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？答：由四部分组成。
(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。
(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。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备。
(4)检测与执行机构a.测量变送单元：其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量。
b.执行机构：其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。
4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。
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
第1章微型计算机控制系统概述
PIO：并行I/O接口
接口电路
SIO：串行I/O接口 中断控制器
DMA
的
操作设备：由显示器、键盘、指示灯等组成
组
成
系统软件：OS、编译诊断程序、监控程序
软件 应用软件：针对过程编写的控制、管理程序
包括输入、控制、输出及显示打印程序
第一章 微型计算机控制系统概述
1.2 微型计算机控制系统的组成
4、检测元件及执行机构
在微机控制系统中，为了对生产过程进行控制，首先必须对各种数据，如 温度、压力、流量、液位、成分等进行采集。为此，必须通过检测元件，即 传感器，把非电量参数转换成电量。此外，为了控制生产过程，还必须有执 行机构。它们的作用就是控制各参数的流入量。
5、通用外部设备
主要为了扩大主机的功能而设置的，是实现微机和外界交换信息的功能的设备。 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。
第一章 微型计算机控制系统概述
1.1 微型计算机控制系统的结构原理
给定信号
微型计算机 微处理器
D\A转换器
执行机构
被控参数 被控对象
A\D转换器
1、控制过程 图1.3 计算机控制系统基本框图
从本质上看，微型计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四 点： （1）实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并且将采样 结果输入计算机； （2）实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后， 按照预先规定的控制规律进行运算，则称为实时决策，或简称决策；
（3）保护重要数据的后备存贮体
Watchdog和掉电保护功能均要有能保存重要数据的存贮体支持， 后备存贮体容量不大，在系统掉电时数据不会丢失，故常采用 NOVRAM，EEPROM或常有后备电池的SRAM，为了保证可靠、安 全，系统存贮器工作期间，后备存贮体应处于上锁状态。
第一章 计算机控制系统概述
—— 积分时间；
—— 微分时间。
8 、什么叫积分分离？什么叫微分先行？
答：积分分离是指在 PID 控制中，当被控制量开始跟踪时，取消积分作用；而当被控制量接近给定值时，才将积分作用投入以消除静差。
微分先行是指在 PID 控制中，只对被控变量求导，而不对设定值求导。这样，在改变设定值时，输出不会突变，而被控变量的变化，通常总是比较和缓的。
4 、简述集散控制系统的组成与特点。
答： 集散控制系统分为多个层次，每层由多个计算机组成，分别行使不同的功能，主要由数据采集站、控制站、数据通信系统、操作站、工程师站、监控计算机、输入输出通道等部分组成。其特点是集中监视、集中操作，分散控制、分散危险。
5 、简述现场总线控制系统的组成与特点。
答：现场总线控制系统由工作站、服务器、现场总线通信网络、智能仪表等组成；
(2) 半双工方式 信息可以沿着两个方向传输，但在指定时刻，信息只能沿一个方向传输的通信方式称为半双工方式。
(3) 全双工方式 信息可以同时沿着两个方向传输的通信方向称为全双工方式。
串行传输与并行传输
(1) 串行传输是把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。如图 2.4(a) 所示。
(2) 并行传输是把数据多位同时在信道上进行传输的方式。
9 、什么是集散控制系统 ? 其基本设计思想是什么 ?
答： 集散控制系统是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、局部网络通信的计算机综合控制系统。其基本设计思想是集中管理、分散控制。
10 、简述集散控制系统的体系结构及各层次的主要功能。
答：集散控制系统分为四个层次，每个层次由多个计算机组成，分别行使不同的功能， 自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。
第1章计算机基础知识知识点总结1
第1章计算机基础知识1、信息是在自然界、人类社会和人类思维活动中普遍存在的一切物质和事物的属性。
信息技术是指人们获取、存储、传递、处理、开发和利用信息资源的相关技术。
2、数据，是指存储在某种媒体上可以加以鉴别的符号资料。
这里的符号包括文字、字母、数字、图形、音像、音频与视频等多媒体数据。
数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，而信息是对数据进行加工得到的结果。
3、观念和价值是文化的核心部分，文化不是一个空洞的概念，它是经济基础、上层建筑和意识形态的复合体。
4、文化具有的基本属性：1、广泛性。
2、传递性。
3、教育性。
4、深刻性。
5、计算机文化：以计算机为核心，集网络文化、信息文化、多媒体文化于一体，并对社会生活和人类行为产生广泛、深远影响的新型文化。
6、计算机是一种具有计算、记忆和逻辑判断功能的机器设备。
它能接收数据，保存数据，按照预定的程序对数据进行处理，并提供和保存处理结果。
7、计算机的发展电子管计算机—晶体管计算机—集成电路计算机—超大规模集成电路计算机—新一代计算机。
8、计算机的特点：存储性、通用性、高速性、自动性和精确性。
9、计算机的分类：根据处理的对象划分模拟计算机、数字计算机和混合计算机根据用途划分专用计算机和通用计算机根据规模划分巨型机、大型机、中型机小型机、微型机和工作站（１）按处理对象划分：模拟计算机：专用于处理连续的电压、温度、速度等模拟数据的计算机。
数字计算机：用于处理数字数据的计算机。
混合计算机：模拟技术与数字计算灵活结合，输入和输出可以是数字数据或模拟数据。
（２）根据计算机的用途划分：通用计算机：适用于解决一般问题，其适应性强，应用面广。
专用计算机：用于解决某一特定方面的问题，应用于如自动化控制、工业仪表、军事等领域。
（３）根据计算机的规模划分：巨型机：用于承担重大的科学研究、国防尖端技术和课题及数据处理任务等。
如大范围天气预报、核能探索、研究洲际导弹和宇宙飞船等都离不开巨型机。
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。
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。
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。
计算机控制系统总结
什么是采样定理？其物理意义是什么
如果一个连续信号不包含高于频率 的频率分量，连续信号中所包含频率分量的最高频率为 ，那么就完全可以用周期T< 的均匀采样值来描述，或者说，如果采样频率 2 ，那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号。
如果选用的采样频率 ，对连续信号中所包含的最高频率的正玄分量来讲，能够做到在一个振荡周期内采样两次以上，那么经采样所得的脉冲序列，就包含了连续信号的全部信息，如采样次数太少，采样所得的脉冲序列就不能无失真地反映连续信号的特性。
8执行器分为哪些类，电动执行器的输入信号范围是多大？
执行器分为电动执行器、气动执行器和液动执行器。
电动执行器的输入信号范围是：连续信号为0-10mA或4-20mA
9传感器分为哪些类？
温度传感器、压力传感器、流量传感器、液面传感器、力传感器
10简述数字调节器及输入输出通道的结构和信息传递过程，并画出示意图？
前置滤波器的主要作用是什么？
前置滤波器是串在采样开关前的模拟低通滤波器，主要作用是防止采样信号产生频谱混叠，因此又称为抗混叠滤波器。
什么是信号恢复？信号恢复的过程是怎么的？
指将采样信号还原成连续信号的问题.
信号恢复的过程，从时域来说，就是要由离散的采样值求出所对应的连续时间函数，从频率上说，就是要出去采样信号频谱的旁带，保留基频分量。
数字调节器以数字计算机为核心，控制规律由编制的计算机程序实现。输入通道包括多路开关、模-数转换器、采样保持器，输出通道包括模-数转换器、保持器。
传递过程：连续信号由多路开关采样保持器将模拟信号转为离散信号，离散信号由模-数转换器转变为数字信号，数字信号由数字调节器进行调节，调节的数字信号由数-模转换器变为离散模拟信号，离散模拟信号由保持其转换为模拟信号。
计算机控制系统习题与知识点总结归纳
计算机控制系统(1) 计算机控制系统软件部分通常包括系统软件和应用软件两类。
系统软件为计算机提供最基本的操作和控制，如操作系统；应用软件则是针对特定的应用需求设计的，如控制程序或算法。
(2) 计算机控制系统总线通常可以分为数据总线、地址总线、控制总线，以及电源、地、时钟等。
数据总线负责传输数据，地址总线决定数据传输的目的地，控制总线控制数据传输的方式和时机。
(3) 接口电路最基本和必需的两种功能是信号匹配和数据缓冲。
信号匹配确保不同设备间的信号兼容，数据缓冲则是为了调和设备间的数据传输速率差异。
(4) LED显示亮度与电流有关。
通常情况下，流经LED的电流越大，其发光亮度也越高。
(5) 键盘主要有三种工作方式：中断方式、轮询方式和扫描方式。
中断方式在按键活动时产生中断信号；轮询方式通过不断查询键盘状态来检测按键活动；扫描方式则是通过逐行或逐列扫描来检测哪个键被按下。
(6) 除了比例系数、积分时间常数和微分时间常数外，采样时间也是数字控制系统要合理选择的一个重要参数。
采样时间的选择关系到系统的稳定性和响应速度。
(7) 电磁干扰通常包括辐射干扰、传导干扰和静电放电。
这些干扰可以通过空间传播或者电缆、电路等传导途径影响设备的正常运行。
(8) 辐射耦合是电磁骚扰通过其周围的媒介以电磁波的形式向外传播的一种方式。
(9) 瞬态干扰根据波形和产生的原因，分为冲击干扰、瞬变干扰和振荡干扰三类。
这些干扰通常由电源切换、雷电等原因引起。
(10)计算机控制系统中在线自诊断方法指的是系统在运行过程中自动检测和诊断故障，以确保系统的可靠性和稳定性。
这种方法通常包括故障检测、诊断和恢复等功能。
判断题(1)变压器隔离不适用于含有直流分量的信号传输。
√解析：变压器无法传输直流信号，因为它依赖于交流信号中电流的变化来产生磁通并感应出二次侧的电压。
直流分量没有这种变化，因此变压器不能用于含有直流分量的信号传输。
(2)算数平均值滤波中，随着N值的增大，平滑度将提高，灵敏度降低。
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
计算机控制系统的课程总结
计算机控制系统的课程总结
经过一学期的学习，计算机控制系统这门课程为我们打开了计算机控
制和自动化领域的大门。
在课程中，我们学习了许多有关控制系统的基本
概念、控制方法及其应用，为今后的研究和应用提供了坚实的基础。
本课程主要分为三部分：控制系统基础、控制系统的设计及应用实例。
在控制系统基础部分，我们学习了控制系统的基本概念和分类、信号
传输与转换、闭环控制原理等。
其中，闭环控制原理是控制系统的核心，
在课程中我们深入探讨了闭环控制的基本原理、调节方法和稳态响应等内容，掌握了一些基本的数学方法和技巧。
在控制系统的设计部分，我们学习了控制系统的理论设计和仿真计算
方法，着重介绍了PID控制器的设计原理和方法，并通过仿真实验加深了
对控制系统的理论知识掌握。
随后，我们学习了逆向控制设计方法和先进
控制技术，如神经网络控制、多变量控制、自适应控制等，它们可以有效
地解决复杂系统的高频率振荡和不确定性等问题。
在应用实例部分，我们主要学习了机器人控制和自动化生产线的控制，例如，我们学习了视觉传感器、力传感器、红外传感器等用于机器人动态
定位和路径规划的传感器应用，以及自动化生产线上的数据采集、控制和
监控等。
同时，还介绍了控制系统在其他领域如冶金、电力、化工、交通
因素等的应用，使我们了解到计算机控制系统在现代工业中的广泛应用。
总的来说，本课程在学科涵盖面、理论深度和实践应用都较为全面，
这门课程为我们打开了计算机控制和自动化领域的大门，让我们更深入地
了解控制系统的基本理论和实际应用，并为今后更深入地研究及应用打下
了坚实的基础。
集散控制系统总结1
第一章绪论1.计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程自动化的一门综合性学问。
2.一个完整的计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成的。
(1)硬件组成计算机控制系统的硬件一般由主机、常规外部设备、过程输入/输出设备、操作台（操作员与系统之间进行人机对话的信息交换工具）、接口电路和通信设备等组成(2)软件组成软件通常分为系统软件和应用软件两大类。
由模拟信号到数字信号的转换以及由数字信号到模拟信号的转换，主要包含信号的采样、量化和保持几个过程。
3.计算机控制系统的分类(1)数据采集系统(DAS)数据采集系统是计算机应用于生产过程控制最早、也是最基本的一种类型，(2)操作指导控制系统(OGC)操指导控制系统是基于数据采集系统的一种开环系统，(3)直接数字控制系统(DDC)直接数字控制系统是用一台计算机不仅完成对多个被控参数的数据采集，而且能按一定的控制规律进行实时决策，并通过过程输出通道发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制，(4)计算机监督控制(SCC)系统计算机监督控制系统是OGC系统与常规仪表控制系统或DDC系统综合而成的两级系统，(5)分散控制系统(DCS)以多台微型计算机为基础的分散控制系统。
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，自下而上可以分为若干级，如过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级等。
DCS 又称分布式或集散式控制系统。
4.控制计算机几种典型的常用机型。
1.可编程控制器(PLC)2.可编程调节器3.单片微型计算机4.总线式工控机5.集散控制系统(DCS)6.现场总线控制系统(FCS)5.计算机控制系统设计的原则(1)可靠性要高系统的可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
在工业计算机控制系统中，可靠性指标一般用系统的平均无故障时间(Mean Time Between Failure，MTBF)来表示。
MTBF反映了系统可靠工作的能力。
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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绪论
• 本章结构：
–计算机控制系统的实例 –计算机控制系统的组成 –计算机控制系统的分类 –计算机控制系统中的一些基本概念 –计算机控制系统的理论问题 –计算机控制系统的设计问题 –计算机控制系统的发展趋势、发展前景
计算机控制系统的实例
• • • • •
集散控制系统 机器人 航空航天控制 电梯控制系统 超导限流器恒流电源 自动控制系统 • 智能楼宇控制系统 • 隧道led照明控制系统
计算机控制系统软件
工业组态软件 组态王：
• 现场的操作者可以完成设备的起停 • 中控室的工程师可以完成工艺参数的整定 • 办公室的决策者可以实时掌握生产成本，设备利用率及产 量等数据 组态王6.5的Internet功能逼真再现场画面，使您在任何时间任 何地点均可实时掌控企业每一个生产细节得实现：包括： • 现场的流程画面 • 过程数据 • 趋势曲线 • 生产报表(支持报表打印和数据下载) • 操作记录和报警
计算机控制系统的分类
• 以参于控制方式分类 ：
–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 –多级控制系统 –分布式控制或集散控制系统 –计算机控制网络（现场总线控制系统）
操作指导控制系统
微 微 型 型 计 计 算 算 机 机
A/D A/D 转 转 换 换 器 器
工 工
……
测 量 元 件 测 量 元 件
计算机控制系统的组成
控制器
执行器 检测环节
对象
计算机控制系统的结构框图
操作台 操作台 打印 打印 机 机 I/O I/O 接口 接口 I/O I/O 接口 接口 计 计 算 算 机 机 显 显示 示 终端 终端 通用 外围设备 I/O I/O 接口 接口 主 主 机 机 I/O I/O 接口 接口 I/O I/O 接口 接口 I/O I/O 接口 接口 I/O 接口电路 D/A D/A 多路 多路 开关 开关 执行 执行 机构 机构 A/D A/D 多路 多路 开关 开关 传感器及 传感器及 变送机构 变送机构
摄像 摄像
中 中 央 央
话筒 话筒
多关节手臂 多关节手臂
计 计 算 算 机 机
知识库 知识库
扬声器 扬声器
行走机构 行走机构
显示器 显示器
航空航天
电梯控制系统
超导限流器恒流电源自动控制系统
电网
交流绕组
负载 铁芯 开关 直流绕组
直流电源
–
NI控制器
• •
可以独立运行的可编程嵌入式控制器，可靠性 高，适合严酷的工业环境 工作温度在-40 ~ 70 °C之间。内部带有一个 200 MHz 奔腾处理器，可以实现实时控制，数 据分析以及通信等任务。还带有10M/100M兼容 的以太网接口，可以与监控终端进行实时通 信，而且具有宽的输入范围11 to 30 V直流供 电，实时时钟，看门狗定时器等，具有很高的 可靠性。
高速数据公路
DDC 直接数 DDC 直接数 字控制站 字控制站 数据 数据 采集站 采集站 多功能 多功能 控制站 控制站 可编程逻辑 可编程逻辑 控制站 控制站 单回路调节 单回路调节 控制站 控制站
计算机控制网络 （现场总线控制系统,通用结构）
DCS和FCS的比较
• • DCS 大系统 ,投资一步到位,灵活性较 差 封闭 必须有D/A与A/D转换 ,模拟信 号传输 DCS的每秒2~5次 配备大量隔离器、端子柜、I/O 终端、I/O卡件、I/O柜 结构复杂,专用化 • • • • • • • • FCS 信息处理现场化 ,投资起点低， 可以边用、边扩、边投运 开放 全数字化 缩短了控制周期 , FCS的每秒 10~20次 减少大量电缆与敷设电缆用的 桥架等，同时也节省了设计、 安装和维护费用 FCS相对于DCS组态简单，结 构、性能标准化
工厂对象 A 工厂对象A
工厂对象 B 工厂对象B
图1-5 多级计算机控制系统
集散控制系统
生产管理级 过程管理级
管理计算机 管理计算机
中央操作台 中央操作台
网间连接器 网间连接器
LAN局域网 操 操作 作员 员站 站 监控计算机 监控计算机
网间连接器 网间连接器
工程师操作站 工程师操作站 过程控制级
工 工 业 业 对 对 象 象
数字量输入 数字量输入 数字量输出 数字量输出 I/O通道
主机 及操作台
信号检测 被控对象 及变送
计算机控制系统软件
工业组态软件 InTouch HMI软件：
• 为用户提供了今天的HMI 和监控应用所需的能力和通用性。 • 支持用户快速建立和部署实时工业生产过程的图形显示方 案。 • 支持用户为他们的过程快速、方便地开发定制的图形视图 。 • 编辑器使用QuickScript 编辑器可以扩展和定制InTouch 应 用，以满足特定的系统需求，使InTouch 成为市场上最灵活的 HMI产品之一。 • 快速切换 (Fast Switch)允许应用开发者通过点击按钮在运行 时和开发环境之间快速切换 。 • 提供了比其它 HMI 产品更多的数以百计的I/O 服务器，支 持用户连接任何工业自动化控制设备 。
计算机控制系统的基本概念
• • • •
信号的种类 系统的分类 采样的操作 数据采集、转换与分配系统
计算机控制系统的基本概念
• 信号的种类：
1. 模拟信号: 定义在连续时间上的信号，且其幅值也是连续变化的。 2. 连续时间信号: 时间上连续，幅值上可能是跳跃的。（如模拟信号经过采 样保持）。 3. 离散时间信号： 定义在离散时间上的瞬时信号。包括， a）采样信号：经过采样操作，且信号的幅值未经量化。 b）数字信号：幅值被量化的离散时间信号。可以用二进 制数表示。
绪论
• 本章结构：
–计算机控制系统的实例 –计算机控制系统的组成 –计算机控制系统的分类 –计算机控制系统中的一些基本概念 –计算机控制系统的理论问题 –计算机控制系统的设计问题 –计算机控制系统的发展趋势、发展前景
计算机控制系统的分类
• 以参于控制方式分类 • 以自动控制形式分类 • 以调节规律分类
天津市行政审批中心系统集成
地下停车场监控界面
隧道led照明控制系统
系统结构
485总线 控制中心 控 制 台
灯具
绪论
• 本章结构：
–计算机控制系统的实例 –计算机控制系统的组成 –计算机控制系统的分类 –计算机控制系统中的一些基本概念 –计算机控制系统的理论问题 –计算机控制系统的设计问题 –计算机控制系统的发展趋势、发展前景
计算机控制系统软件
工业组态软件 FIX组态软件：
• • • • • • • • • • • 分布式客户机/服务器体系结构 直观的人机界面 100%的数据完整性 实时过程监视 监督控制和数据采集 SQL/ODBC关系数据库连接 报警和报警管理 完整且精确的报告 实时和历史趋势 统计过程控制 适用于各种规模的MMI和SCADA解决方案
+
-
控制器
采样开关
采样开关
检测 装置
受控 对象
保持器
采样开关
离散时间控制系统
• 数字控制系统: 控制器只能处理数字（离散）信 号，控制系统内必有、转换器完成连续信号与离 散信号之间的相互转换。
u (t )
+
-
A/D
计算机 或微处理器 反馈 装置
D/A
受控对象
y (t )
数字控制系统
• 数字控制系统的基本控制方案结构包括反馈控制 和前馈控制。对于一个给定的被控对象，选择合 适的性能指标，然后设计控制器来优化选定的性 能指标。
计算机控制系统软件
PLC软件 GE CIMPLICITY编程，冗余，监控软件：
• 具有一系列广泛的可选文本和图形功能 • 配备按部就班的指导及简易的组态 • 可以随时随心所欲的编程
计算机控制系统软件
PLC软件 西门子Wincc Step7 Soft net 冗余软件：
• • • • • • • • • 面向对象, 直观的用户界面 组态取代了编程 统一的数据库 硬件组态，参数设置 建立通讯 编程(梯形图、语句表、功能块) 调试 文档 诊断
–计算机开环控制系统 –计算机闭环控制系统 –在线控制系统 –离线控制系统 –实时控制系统
绪论
• 本章结构：
–计算机控制系统的实例 –计算机控制系统的组成 –计算机控制系统的分类 –计算机控制系统中的一些基本概念 –计算机控制系统的理论问题 –计算机控制系统的设计问题 –计算机控制系统的发展趋势、发展前景
采 样 器 采 样 器 操 作 人 员 操 作 人 员
……
业 业 对 对
打印机
象 象
调节器
显示设备
图1-1 操作指导控制系统组成框图
直接数字控制系统
管理命令 报告
人工监管 人工监管 给定值 给定值 D/A D/A 反多路开关 反多路开关 DDC 微型计算机 DDC微型计算机 测量值 测量值 A/D A/D 多路开关 多路开关 检测元件 检测元件 生产过程 生产过程 图1-2 DDC控制系统原理图
机器人
战场机器人 娱乐机器人 航天机器人 清洁机器人
美军排爆机器人执行任务
无人作战机器人
智能娱乐机器人-童童
骑自行车的机器人-村田顽童
智能机器人结构图
图像 图像 处理机 处理机 控制 控制 计算机 计算机 控制 控制 计算机 计算机 语言识别 语言识别 计算机 计算机 语言 语言 合成器 合成器 显示 显示 计算机 计算机
装置控制级 装置控制级 … 装置控制级 装置控制级 DDC DDC DDC DDC …… ……
至其他工厂
至其他工厂
车间监督计算机 车间监督计算机 （ SCC） （SCC）
装置控制级 装置控制级 … 装置控制级 装置控制级 DDC DDC DDC DDC …… …… 工厂对象 C 工厂对象C 工厂对象 D 工厂对象D