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
计算机控制系统计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。
若将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。
它用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。
其中辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。
它与被控对象的联系和部件间的联系通常有两种方式：有线方式、无线方式。
控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。
1.计算机控制系统的工作原理编辑计算机控制系统包括硬件组成和软件组成。
在计算机控制系统中，需有专门的数字-模拟转换设备和模拟-数字转换设备。
由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。
计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个过程：(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。
这三个过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理。
2.计算机控制系统面临的挑战编辑计算机控制系统虽然控制规律灵活多样，改动方便；控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制；能够实现数据统计和工况显示，控制效率高；控制与管理一体化，进一步提高自动化程度。
但是由于经典控制理论主要研究的对象是单变量常系数线性系统，它只适用于单输入单输出控制系统。
系统的数学模型采用传递函数表示，系统的分析和综合方法主要是基于根轨迹法和频率法[3]。
现代控制理论主要采用最优控制、系统辨识和最优估计、自适应控制等分析和设计方法。
而系统分析的数学模型主要用状态空间描述。
随着要研究的对象和系统越来越复杂，依赖于数学模型的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题：(1)不确定性的模型传统控制是基于模型的控制，模型包括控制对象和干扰模型。
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
5 集散控制系统
采集非控制 过程信息
协调各控制站的工作 达到过程的动态最优化
人机接口装臵， 完成操作、显 示和监视任务
完成过程的现 场控制任务
集散控制系统是分布式结构系统。 实现了地理上和功能上分散的控制，将各个分散的信息集中 起来，进行集中的监视和操作。
➢ 集散控制系统是一种典型的分级分布 式控制结构。 ➢ 集散控制系统有计算机控制系统控制 算法先进、精度高、响应速度快的优 点．又有仪表控制系统安全可靠、维护 方便的优点。
4 分级控制系统
生产过程中既存在控制问题，也存在大 量的管理问题。 由若干台微处理器或微机分别承担部分控制 任务，代替了集中控制的计算机。 这种系统的特点是将控制功能分散，用多台 计算机分别完成不同的控制功能，管理则采用集 中管理。
(1) 装臵控制级 (DDC 级 ) 对生产 过程进行直接控制，使所控制的 生产过程在最优工作状况下作。
直接数字控制系统（DDC）
（a） （ b）
1.2.2 直接数字控制系统（DDC）
计算机通过过程输入通道对变量作巡回检测 模拟量输入 生 微 根据变量，按照一定的控制规律进行运算 数字量输入 型 产 计 其结果经过输出通道，作用到控制对象。 算 过 模拟量输出 机 程 数字量输出 显示 打印 磁盘
磁盘
1.1.2
硬件系统
工业控制机
生 产 过 程
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 关等装臵。
图1.2
计算机控制系统的组成框图
将计算机的处理结果转 换成可以对被控对象进 包括磁盘、光盘、磁带， 包括显示操作台、屏幕 行控制的信号。 接收输入的指令和工业 生产过程包括被控对象， 从被控对象采集的模拟 主要用于存储大量的程 显示器 (CRT)或数码显 对象的信息，向系统各 测量变送、执行机构、 量或数字量信号转换为 序和数据。 示器、键盘、打印机、 部分发送命令和数据。 电气开关等装臵。 计算机能够接收的数字 记录仪等。 量
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
实现“管理集中、控制分散”
6、现场总线控制系统（FCS） 上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系 统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新 型的控制系统。 定义：是指将现场智能设备（如数字传感器、变送 器、仪表与执行机构等）与工业过程控制单元、现 场操作站等互连而成的计算机网络（局域网）。 作用：主要用于现场的智能化仪表、控制器、执行 机构、I/O模块等现场设备间的信息传递。 特点： ◆具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点， 是工业控制网络向现场级发展的产物。
3、模拟控制系统与计算机控制系统的比较 （1）模拟控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
设定值r e u 模拟调节器 执行器 被控对象 被控参数 y
ym
测量变送器 图a 单回路常规模拟控制系统方框图
（2）计算机控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
二、计算机控制系统的分类 1、数据采集和数据处理系统（DAS）
DAS(Data Acquisition System) 结构如下图：
CRT 打印机 报警
数字计算机
过程输入通道
测量变送
……
人
执行机构
……
测量变送
被 控 生 产 过 程
DAS作用：数据采集系统的工作是对大量的 过程状态参数实现巡回检测、数据存贮记录、 数据处理(计算、统计、整理)、进行实时数据 分析以及数据越限报警等功能。
计算机控制系统与模拟控制系统不同之处： ◆在计算机控制系统中，计算机代替了模拟 控制器；对控制对象的参数、状态信息的检 测和控制结果的输出在时间上是断续（离散） 的；对检测信号的分析计算是数字化的，而 在模拟控制系统中则是连续的。 ◆在常规控制系统中，系统的控制规律是用 硬件电路实现的，改变控制规律就要改变硬 件；而在微型计算机控制系统中，控制规律 是用程序实现的，改变控制规律只需改变程 序。
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。
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计算机控制系统期末试题一、选择题（每题4分）1.二阶系统的超调量与 CA.固有频率无关，阻尼比无关B. 固有频率有关，阻尼比有关C. 固有频率有关，阻尼比无关D. 固有频率无关，阻尼比有关2.连续控制系统的不稳定性条件是S平面的 D 部分。
A.单位圆内B. 单位圆外C. 左半D.右半3.计算机控制系统是以__A___为核心部件的自动控制系统。
A.计算机B. 控制器C. 转换器D.保持器4.下列哪个不是计算机控制系统控制过程的步骤？BA.数据采集B. 数据转换C. 计算机控制量D.输出控制信号5.下列哪个不属于计算机控制系统的过程输入通道。
DA.温度B. 压力C. 流量D.继电器6. 单位阶跃输入下输出响应，经过_B___周期就稳定在设定值上。
A. TB.2T C 3T D.4T7.低通滤波器可以让高于 A Hz虑掉。
A50 B. 60 C. 70 D.808.计算机控制系统稳定性条件是Z平面的___A___部分。
A单位圆内 B. 单位圆外C. 左半 D.右半9.连续控制系统的稳定性条件是S平面的___C___部分。
A单位圆内 B. 单位圆外C. 左半 D.右半10.下列属于共模干扰？DA电容的静电耦合 B. 长线传输的互感C.磁场耦合 D.变压器漏电二、判断题（每题2分）1. 输入输出通道时计算机控制系统的核心。
（F）2. 连续控制系统的传递函数分母式系统的特征多项式，代表系统的固有特性？（T）3. 计算机的硬件对计算机控制系统的非常重要，管理计算机的程序及过程控制的应用程序。
（F）4. 被控对象可以是模拟量，不可以是开关量。
（F）5.一般采用多路通道共享采样/保持或模数转换器。
（T）6. 转速传感器的激励绕组与输出绕组之间在空间相差180°（F）7. PID的积分环节经常单独使用。
（F）8. 空间辐射干扰中来自通道的干扰最大。
（F）9. 低通滤波器可让80Hz的工频信号无衰减地通过。
（F）10.计算机控制系统的分析与设计是以系统的数学模型为基础。
（T）三、简答题（每题5分）1．传递函数的特点？答：1）传递函数的分母是系统的特征多项式，代表系统的固定特征；分子代表输入与系统的关系，而与输入量无关，因此传递函数表达了系统本身的固有特性。
2）传递函数不说明被描述系统的具体物理结构，不同的物理系统可能具有相同的传递函数。
3）传递函数比微分方程简单，通过拉普拉斯变换将时域内复杂的微积分运算转化为简单的代数运算。
4）当系统输入典型信号时，输出与输入有对应关系。
特别地，当输入时单位脉冲信号时，传递函数就表示系统的输出函数。
因而，也可以把传递函数看成单位脉冲响应的像函数。
5）如果将传递函数进行代换s=jw，可以直接得到系统的频率特性函数。
2．什么是采样及采样器开关形式可以分为？答：采样是将连续模拟信号转换为时间离散、幅值等于采样时刻输入信号值的离散模拟信号的过程，采样器可以看作是不同形式的开关，每隔一段时间使开关闭合得到那一时刻信号的幅值从而完成一次采样。
（1）周期采样：指任意相邻两次采样的时间间隔相等的采样方式，其相邻两次采样之间的间隔也称为采样周期T。
（2）随机采样：这种采样形式没有固定的采样周期，是根据需要来选择采样时刻的。
（3）同步采样：如果一个系统中有多个采样开关，他们的采样周期相同且同时采样。
（4）非同步采样：如果一个系统中有多个采样开关，他们的采样周期相同但不同时采样。
（5）多速采样：如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但他们的采样周期不相同。
为了提高控制质量，变化比较快的模拟量采用较高的速率进行采样和控制。
3．D/A转换器的主要性能指标？答：（1）分辨率指转换器对输入量变化所能作出反应的敏感程度，通常用数字量的位数来表示。
（2）建立时间指输入数字量满量程变化时，暑促模拟量达到终值范围内时所需的时间。
对于输出是电流转换器来说，建立时间很快，约几十纳秒；输出为电压时，则建立时间主要取决于运算放大器的响应时间。
（3）线性误差理想的转换器的输入输出特性应是线性的。
在满量程范围内，偏离理想转换特性的最大误差称线性误差。
该误差用最低有效位LSB的分数来表示。
（4）温度范围好的转换器温度-40℃-85℃。
（5）输出电平常用转换器有电流和电压两种输出形式。
对于电流输出型，低得输出为20mA，高的达3A；电压型一般为5V-10V，高者达24V-30V。
4．二阶系统时间响应的性能指标？答：二阶系统时间响应的性能指标1）要使二阶系统具有满意的动态性能指标，必须选择合适的阻尼比和无阻尼固有频率。
提高固有频率，可以提高二阶系统的响应速度，减少上升时间、峰值时间和调整时间；增大阻尼比可以减弱系统的振荡性能，即降低超调量，但增大上升时间和峰值时间。
一般情况下，系统在欠阻尼状态下工作，若阻尼比过小，则系统的振动性能不符合要求，瞬态特性差。
因此，通常要根据允许的超调量来选择阻尼比。
2）系统的响应速度与振荡性能之间存在矛盾。
因此，若既要减弱系统振荡，又要系统具有一定的响应速度，则只有选择合适阻尼比和固有频率才能实现。
2．程序运行失常的软件抗干扰1）设置软件陷阱当干扰导致程序计数器PC值混乱时，可能造成CPU离开正确的指令顺序而跑飞到非程序区去执行一些无意义地址中的内容，或进入数据区，把数据当作操作码来执行，使整个工作紊乱，系统失控。
针对这种情况，可以在非程序区设置陷阱，一旦程序飞到非程序区，很快进入陷阱，然后强迫程序由陷阱进入初始状态。
5．干扰的来源的种类？答：1）供电系统干扰2）输入输出通道干扰3） 空间辐射干扰１、 什么是数字滤波技术？与传统的模拟滤波器相比他有什么优点？说明常用数字滤波器的工作原理及其适用的对象。
（１５分）答：所谓数字滤波技术，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，实质上是一种程序滤波。
与模拟滤波器相比，数字滤波器具有以下优点：1、数字滤波是用程序实现的不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好；2、数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷；3、数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。
常用的数字滤波器的方法有：1、算术平均值法，按输入的N 个采样为数据χi （I = 1-N ），寻找这样一个y ，使y 与各采样值间的偏差的平方和为最小，算术平均值的算法如下：∑==N i ix N y 11，平均值滤波法适用于周期性干扰2、中位值滤波法，其原理是对被测参数连续采样m 次（3≥m ）且是奇数，并按大小顺序排列，再取中间值作为本次采样的有效数据；中位值滤波法适用于偶然的脉冲干扰；3、限幅滤波法，由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数据偏离实际值太远，为此采用上下限或限制变化率的方法去除干扰；限幅滤波法适用于偶然性的脉冲干扰；4、惯性滤波法，根据惯性滤波法的频率特性，若滤波系数α越大，则带宽越窄，滤波频率也越低；惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号。
1、请说明过程通道的概念，过程通道可能存在的干扰的种类及其抑制的方法。
（１５分）答：过程通道是计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
包括模拟量输入通道（AI ）、模拟量输出通道（AO ）、数字量/开关量输入通道（DI ）、数字量/开关量输出通道（DO ）。
过程通道上存在的干扰有：1、串模干扰－叠加被测量信号上的干扰信号，串模干扰的抑制方法有：根据干扰频率与被测采样频率的高低比较，对应采用高通、低通、带通滤波器；利用双积分式A/D 转换器抑制尖峰干扰；利用前置放大提高信噪比、采取隔离和屏蔽抑制电磁感应；利用逻辑器件的特性抑制；采用双绞线作信号引线抑制。
2、共模干扰－模/数转换器两个输入端公有的干扰电压；共模干扰的抑制方法有：变压器隔离；光电隔离；浮地屏蔽；采用仪表放大器提高共模抑制比。
3、信号在长线传输中可能出现的问题－传输通道长，易受外界干扰；传输过程有信号延时；可能会出现波反射现象；长线传输干扰的抑制方法有：采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配。
3,工业控制机是计算机在工业过程控制中的应用，请问工业控制计算机由哪几部分组成？各部分的作用是什么？工业控制计算机由哪些特点？（１０分）3、答：工业控制计算机包括硬件和软件两部分，其中硬件包括：1、主机板－是工业控制机的核心；2、内部总线和外部总线，内部总线是工业控制机内部各组成部分进行信息传递的公共通道，外部总线是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道；3、人－机接口，由标准的PC 键盘、显示器和打印机组成；4、系统支持功能－包括监控定时器、电源调电检测、保护重要数据的后备存储体、实时日历时钟、磁盘系统和通信接口；5、输入输出通道－是工业控制机和生产过程之间设置的信号传递和变换的连接通道。
软件是工业控制机的程序系统，可分为系统软件、支持软件和应用软件三个部分。
工业控制机总的特点是小型化、组合化、模块化、标准化。
可靠性高和可维护性好；环境适应性强；具有控制的实时性；完善的输入/输出通道；软件向结构化与组态化发展；适当的计算精度和运算速度。
8,什么是数字PID 位置控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点？答：数字PID 位置型控制算法：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++=∑=T k e k e T i e T T k e K k u D k i I P )1()()()()(0，位置型控制算法提供执行机构的位置u(k)，比如阀门的开度，需要累计e(i)。
数字PID 增量型控制算法：)2()1()()(210-+-+=∆k e q k e q k e q k u ，其中：T T K q TT K q TT T T K q D P D P D I P =+-=++=210)21()1(。
增量型算法与位置型算法比较： （1）增量型算法不需做累加，计算误差后产生的计算精度问题，对控制量的计算影响较小。
位置型算法用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差。
（2）增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会影响系统的工作。
位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。