计算机控制系统的原理
计算机控制系统原理
计算机控制系统原理哎呀呀，一听到“计算机控制系统原理”这个词儿，是不是感觉脑袋都大啦？我一开始也是这样的，觉得这东西肯定超级难，超级复杂，就像一个怎么也解不开的谜题。
我还记得有一次上科学课，老师一上来就讲计算机控制系统原理。
我心里直犯嘀咕：“这到底是啥呀？能比我玩游戏还难？”老师在讲台上讲得眉飞色舞，什么传感器收集信息啦，控制器做出决策啦，执行器执行命令啦。
我听得云里雾里，感觉自己就像一只在大雾里迷路的小兔子，完全找不到方向。
我瞅瞅旁边的同桌小明，小声问他：“你听懂了吗？”小明皱着眉头摇摇头，说：“这简直就是外星语言！”哈哈，看来不止我一个人觉得难。
后来老师可能看出来我们都懵了，就打了个比方说：“这计算机控制系统啊，就好比是一个聪明的大管家。
传感器就是它的眼睛和耳朵，能看到和听到各种情况；控制器呢，就是它的大脑，负责思考该怎么做；执行器就是它的手脚，按照大脑的指示去干活。
”这一下，我好像有点明白了。
我就想啊，那我家里的空调不就是这样吗？那个温度传感器就是“眼睛”，感觉到温度高了或者低了，然后把信息传给“大脑”，也就是空调里的控制芯片，“大脑”一琢磨，就让制冷或者制热的“手脚”，也就是压缩机啥的开始工作。
这不就是计算机控制系统在发挥作用嘛！再比如说，咱们坐的电梯。
电梯里也有各种传感器，能知道有人按了按钮，要去几楼。
然后控制器就指挥电梯上升或者下降，执行器就是让电梯动起来的那些电机啥的。
这多有意思啊！现在想想，计算机控制系统原理好像也没那么可怕啦。
它就在我们身边，默默地帮我们做着好多事情呢。
所以说呀，很多看起来很难很复杂的东西，只要我们用心去琢磨，去发现，总能找到理解它的办法。
就像我们解数学题一样，一开始觉得难，多想想，多琢磨，说不定就能找到答案啦！你们说是不是呀？。
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。
计算机控制系统工作原理
计算机控制系统工作原理
嘿，朋友们！今天咱就来唠唠计算机控制系统工作原理。
你想过吗，就像一个超级大脑一样，计算机控制系统那可是超厉害的！
比如说你家里的智能恒温器吧，它为啥能那么精准地控制室内温度呢？这就是计算机控制系统在起作用呀！它就像是一个特别细心的管理员，时刻关注着温度的变化，然后迅速做出调整。
再看看那些自动化的工厂，成百上千的机器有条不紊地工作着，这背后是谁在指挥呢？对啦，就是计算机控制系统！它就如同一个经验丰富的指挥官，给每一台机器都下达着准确的指令。
计算机控制系统第一步呢，就是收集各种信息，就好像侦探在收集线索一样。
传感器就是它的小帮手，把温度、压力、位置等等这些信息都传递给它。
然后啊，计算机就开始分析这些信息啦，哎呀，真的就像个学霸在认真思考解题呢！接着，它根据分析的结果来做出决策，该让哪个机器动起来，该调整什么参数。
这不就是在掌控大局嘛！最后，它下达指令，让一切都按照它的计划进行。
想象一下，如果没有计算机控制系统，那我们的生活得变成啥样啊？那可不就乱套啦！所以说，它真的是太重要啦！它让我们的生活变得更加高效、便捷、智能。
我觉得计算机控制系统就是现代科技的奇迹，给我们带来了这么多的好处和便利，难道我们不应该为它点赞吗！。
计算机控制系统的工作原理及应用
计算机控制系统的工作原理及应用1. 引言计算机控制系统是一种利用计算机进行自动化控制的技术。
它通过集成了计算机软硬件以及相应的传感器、执行器等设备来实现精确的控制操作。
本文将介绍计算机控制系统的工作原理和应用。
2. 工作原理计算机控制系统的工作原理可以分为以下几个步骤：2.1 数据采集计算机控制系统首先通过传感器采集各种物理量的数据，如温度、压力、速度等。
这些传感器将物理量转化为电信号，并传输给计算机。
2.2 信号处理计算机接收到传感器传来的信号后，会进行相应的处理。
这包括数据的滤波、放大、标定等操作，以得到更准确的数据。
2.3 控制算法通过对采集到的数据进行分析和处理，计算机控制系统会根据预设的控制算法来决策下一步的操作。
控制算法可以是基于PID控制、模糊控制、神经网络等方法。
2.4 控制执行计算机通过输出控制信号控制执行器，如电机、阀门等设备，来达到控制的目的。
控制信号经过数字到模拟转换或数字输出端口送达执行器，进行相应的操作。
2.5 反馈控制计算机控制系统通常还会引入反馈控制机制，根据执行器的实际输出，通过传感器再次采集数据，与预设的目标进行对比，并进行调整。
3. 应用领域计算机控制系统广泛应用于各个领域，以下是其中几个应用领域的介绍：3.1 工业自动化在工业生产中，计算机控制系统可以实现流水线生产、自动化装配、机器人控制等操作。
它可以提高生产效率，降低工人劳动强度，保证产品质量的一致性。
3.2 智能交通计算机控制系统在交通领域的应用包括交通信号灯控制、智能交通管理系统等。
它可以优化交通流量，提高交通运行效率，减少交通拥堵和事故发生的概率。
3.3 智能家居计算机控制系统可以将家庭设备、家用电器等集成到一个智能化的系统中，通过计算机控制，使得家居设备的控制更加智能和便捷。
比如通过手机APP控制家里的灯光、空调、电视等设备。
3.4 医疗设备计算机控制系统在医疗领域的应用非常广泛，如手术机器人、心脏起搏器、检测仪器等。
描述计算机控制系统中反馈控制的原理和作用
描述计算机控制系统中反馈控制的原理和作用一、引言在计算机控制系统中，反馈控制是一个核心概念。
它通过将系统的输出信号反馈到输入端，以实现系统行为的调节与优化。
反馈控制是自动控制理论中的关键组成部分，它允许计算机系统根据其操作状态和目标自行调整。
本文将深入探讨反馈控制在计算机控制系统中的原理和作用。
二、反馈控制的原理1. 系统输出与反馈：在反馈控制中，系统首先检测其输出信号，然后将这些信号与原始目标值进行比较。
产生的差异信号，即误差信号，用于指导系统的调整。
2. 误差信号处理：误差信号是系统实际输出与期望输出之间的差异。
通过一系列的逻辑和算术处理，计算机控制系统可以计算误差，并确定为了消除该误差应采取的行动。
3. 调整与优化：根据误差信号，系统会调整其输入或内部参数，以减小误差并优化输出。
这种调整可以是改变系统的增益、调整控制参数或重新配置系统资源等。
三、反馈控制在计算机控制系统中的作用1. 稳定性增强：反馈控制有助于增强计算机控制系统的稳定性。
通过比较实际输出和期望值，系统可以检测到任何偏差并采取纠正措施，防止系统行为的失控或异常。
2. 优化性能：通过实时监控和调整系统参数，反馈控制可以持续优化计算机控制系统的性能。
这确保了系统始终在最佳状态下运行，提高了生产效率和工作质量。
3. 适应性调整：在面对环境变化或操作条件不稳定的情况下，反馈控制系统能够快速适应并调整其行为。
这种能力使计算机控制系统能够在复杂多变的环境中表现出强大的适应性和鲁棒性。
4. 提高精度与准确度：通过持续监测和纠正误差，反馈控制显著提高了计算机控制系统的精度和准确度。
这对于需要高精度输出的系统来说至关重要，例如在制造业中的高精度加工或科学实验中的测量设备。
5. 降低能耗与资源消耗：通过精确调整和控制系统的运行状态，反馈控制有助于降低计算机控制系统的能耗和资源消耗。
这不仅有助于提高系统的运行效率，还有助于减少环境污染和资源浪费。
四、实际应用中的反馈控制1. 温度控制：在工业加热和冷却系统中，温度是一个关键的被控参数。
计算机控制系统试题及答案
计算机控制系统试题及答案（内容部分，字数超过5000字）试题一：1. 什么是计算机控制系统？描述其基本原理和组成部分。
答案：计算机控制系统是一种通过计算机对工业或生产过程进行自动化控制的技术系统。
其基本原理是通过获取传感器的输入信号，经过计算机处理并产生相应的控制命令，再通过执行器输出控制信号来实现对系统的控制。
计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：- 传感器：用于将被控对象（如温度、压力等）转化为电信号，为计算机提供输入数据。
- 计算机：作为系统的核心，负责数据处理、控制策略计算等工作。
- 控制器：根据计算机处理后的控制信号，通过执行器发送控制信号给被控对象。
- 执行器：根据控制信号，对被控对象进行操作，实现控制目标。
- 通信网络：为各个组件之间提供数据传输的通道。
2. 请简要介绍常见的控制系统分类。
答案：常见的控制系统分类包括：- 开环控制系统：控制器的输出不受被控对象的反馈作用影响。
这种系统只能根据预先设定的控制策略进行控制，无法根据系统实际情况进行调整，容易受到外界干扰的影响。
- 闭环控制系统：控制器的输出受到被控对象的反馈作用影响。
通过对被控对象输出信号的反馈进行比较和调整，实现系统对目标状态的精确控制。
闭环控制系统具有较高的鲁棒性和适应性，但也容易引起稳定性问题。
- 自适应控制系统：根据被控对象的实时变化情况，自动调整控制器的控制策略和参数，以实现对系统的最优控制。
自适应控制系统能够适应不断变化的工作环境，提高控制质量和效率。
- 模糊控制系统：通过引入模糊逻辑，将系统输入和输出之间的关系表示为模糊规则，并通过推理和模糊推理机制得到控制器的输出，实现对复杂非线性系统的控制。
模糊控制系统具有较强的鲁棒性和适应性，能够处理一些难以建立精确数学模型的控制问题。
3. 请简述PID控制器的基本原理及其优缺点。
答案：PID控制器是一种常用且经典的控制器。
其基本原理是根据系统误差的大小及其变化率来产生控制信号。
计算机控制系统的工作原理
1.计算机控制系统的工作原理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}。
实施控制决策：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}实时控制输入：根据控制决策，实时的对执行机构发出控制信号，完成控制任务（有图）2.在线方式和离线方式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3 实时的含义：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二、RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线串行数据传输的线路通常有两种方式：平衡和不平衡传输方式1.不平衡方式是单线传输线号，已地线作为信号回路，接收器是用单线输入信号的2.平衡方式是用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线。
接收器是双端差动方式输入信号的。
3.在不平衡方式中，信号线上所感应到的干扰和地线的干扰将迭加后影响输入信号;而在平衡方式中，双绞线上所感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端。
因此平衡传输方式在干扰方面有较良好的性能，并核实较远距离的数据传输。
（RS-232C所采用的电路是单端驱动单端接收电路缺点：它不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部引入的干扰信号）（RS-485/RS422A都是采用平衡差动分电路 RS-485为半双工工作方式工作方式）三．采样保持器1.孔径时间和孔径误差的消除在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需的时间称为孔径时间。
2.采样保持原理 A/D转换过程（即采样信号的量化过程）所需要的时间，这个时间称为A/D转换时间。
在A/D转换期间，如果输入信号变化较大，就会引起转换误差。
所以一般情况下采样信号都不直接送至A/D转换器转换，还需加保持器作信号保持，。
控制系统原理
控制系统原理控制系统原理是指控制工程中用于设计和实现各种控制系统的基本理论和方法。
它是研究自动控制的科学基础，涉及信号与系统、传感器与执行器、控制器设计等方面的知识。
一、基本概念控制系统是指通过各种手段对被控对象进行监测和调节，以实现特定的控制目标的系统。
1.1 控制系统的组成控制系统主要由被控对象、传感器、控制器和执行器四个基本部分组成。
被控对象是待控制的物理系统，传感器用于采集被控对象的状态信息，控制器对传感器采集的信息进行处理，并生成相应的控制指令，执行器根据控制指令对被控对象进行控制操作。
1.2 控制系统的分类控制系统可以按照控制对象的不同特性进行分类，主要分为连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统中，被控对象和控制器的输入和输出都是连续的变量；离散控制系统中，输入和输出是离散的。
此外，控制系统还可以根据控制目标的不同分为开环控制系统和闭环控制系统。
二、控制系统的数学模型控制系统的数学模型是指用数学语言描述控制系统各个组成部分之间的关系。
常见的数学模型包括差分方程、微分方程、状态空间方程等。
通过数学模型，可以对控制系统进行分析、设计和优化。
2.1 差分方程模型差分方程模型适用于描述离散控制系统，它以时间序列的形式表示系统的输入、输出和状态之间的关系。
差分方程模型可以通过采样定理将连续时间的系统转换为离散时间的系统。
2.2 微分方程模型微分方程模型适用于描述连续控制系统，它以微分方程的形式表示系统的输入、输出和状态之间的关系。
通过对微分方程进行求解，可以得到系统的行为特性，如稳定性、刚度等。
2.3 状态空间模型状态空间模型是一种描述系统动态行为的方法，它使用一组一阶线性微分方程和一个输出方程来表示系统的状态和输出之间的关系。
状态空间模型可以更直观地描述系统的状态演化过程，并适用于线性和非线性控制系统。
三、控制系统的性能指标控制系统的性能指标是衡量系统性能的定量指标，常用的指标包括稳定性、快速性、精确性和鲁棒性等。
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计算机控制系统，这个听起来很高大上的名字，其实就像是我们家里的管家。
它负责帮我们管理各种设备，让我们的生活更加便利。
那么，计算机控制系统到底是怎么工作的呢？别着急，我今天就给大家揭开它的神秘面纱。
我们要了解计算机控制系统的基本组成部分。
它主要由输入设备、输出设备、中央处理器(CPU)、存储器和通信设备五大部分组成。
这五大部分就像是一个家庭的五个成员，各有各的职责，共同协作，完成家庭的各种任务。
输入设备，就像是我们的耳朵，负责接收外部的信息。
比如说，我们要让电视机播放某个节目，就需要用遥控器点击相应的按钮，这些按钮就会通过输入设备传递给中央处理器。
输出设备，就像是我们的嘴巴，负责发出声音或者光线。
比如说，我们要看电视的时候，就需要打开电视机，这时候电视机就是输出设备的一个例子。
中央处理器(CPU),就像是我们家的大脑，负责处理各种信息。
当我们用遥控器点击按钮时，CPU会接收到这个信息，然后根据预先设定的程序，指挥其他部分完成相应的操作。
存储器，就像是我们家的仓库，负责存储各种数据和程序。
当我们需要看某个节目时，CPU会从存储器中找到相关的数据和程序，然后执行它们。
通信设备，就像是我们家的电话，负责与其他设备进行沟通。
比如说，当我们想让空调调到合适的温度时，就需要通过通信设备告诉空调主人的需求。
接下来，我们来看计算机控制系统的工作原理。
当输入设备接收到外部信息后，会将这些信息传递给中央处理器。
中央处理器会根据预先设定的程序，指挥其他部分完成相应的操作。
比如说，当我们用遥控器点击“播放电视剧”按钮时，CPU会从存储器中找到相关的数据和程序，然后通过输出设备发出指令，让电视机开始播放电视剧。
在整个过程中，计算机控制系统会不断地与其他设备进行通信，以便及时了解外部环境的变化。
比如说，当我们离开家时，可以通过手机远程控制空调的开关，这样就可以节省能源了。
计算机控制系统就像是我们家的管家，它负责帮我们管理各种设备，让我们的生活更加便利。
计算机控制系统的原理
计算机控制系统的原理嘿，朋友们！今天咱就来唠唠计算机控制系统的原理。
这玩意儿啊，就像是一个超级聪明的大脑在指挥着各种机器设备干活呢！你想啊，计算机控制系统就好比是一个厉害的指挥官，它能精准地控制着每一个环节。
它接收各种信息，就像我们的眼睛和耳朵在收集情报一样。
然后呢，它会快速地分析这些信息，做出最明智的决策，这可比我们人类思考得快多啦！这不就像是一个超级学霸，啥题都能快速解出来嘛！计算机控制系统还特别可靠呢！它不会像我们人一样会累会犯错。
它可以一直稳定地工作，时刻保持警惕。
如果把一个生产过程比作一场比赛，那计算机控制系统就是那个永不失误的运动员，一直向着胜利冲刺。
它的反应速度也是惊人的呀！一旦有啥情况，它能在瞬间做出反应，调整各种参数，让一切都保持在最佳状态。
这就好像是一个武林高手，面对敌人的攻击，能迅速出招应对，丝毫不含糊。
而且哦，计算机控制系统还能实现很多复杂的控制策略呢！它能根据不同的需求和情况，灵活地调整控制方式。
这就跟我们人一样，面对不同的场景会有不同的应对方法，可机灵啦！比如说，在一些对精度要求特别高的生产中，它就能精确地控制每一个步骤，确保产品的质量。
那它是怎么做到这些的呢？这就得说说它的几个关键部分啦。
传感器就像是它的侦察兵，到处去收集信息；控制器呢，就是那个智慧的大脑，分析和决策都靠它；而执行器呀，就是那个听话的小兵，按照大脑的指示去行动。
它们三个配合得那叫一个默契，缺一不可啊！你说要是没有计算机控制系统，那我们的生活得变成啥样啊？很多自动化的设备都没法正常工作啦，那多不方便呀！所以说呀，这计算机控制系统可真是个了不起的发明，给我们的生活带来了太多的便利和进步。
咱再想想，未来的计算机控制系统会发展成啥样呢？是不是会更加智能，更加厉害呢？说不定以后它都能自己学习和进化啦，那可就太牛啦！哎呀，真让人期待呀！总之呢，计算机控制系统就是这么一个神奇又重要的东西，它在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
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。
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。
自动控制原理-第10章 计算机控制系统
第10章计算机控制系统从控制系统中信号的形式来划分控制系统的类型，可以把控制系统划分为连续控制系统和离散控制系统，在前面各章所研究的控制系统中，各个变量都是时间的连续函数，称为连续控制系统。
当控制系统中有一部分信号不是时间的连续函数，而是一组离散的脉冲序列或数字序列，这样的系统称为离散控制系统。
离散控制系统又分为采样控制系统和数字控制系统两种类型。
如果系统中的离散信号是由采样器经采样获得的脉冲序列，则这样的离散系统就是采样控制系统；如果离散信号是由数字元件产生的数字序列，则这样的离散系统就是数字控制系统。
一般来说，在采样控制系统中，控制器信号是离散的脉冲序列，而受控对象信号是连续的模拟信号。
因此，在这类系统中，必然存在着从连续模拟信号到离散脉冲信号和从离散脉冲信号到连续模拟信号的变换过程。
从连续模拟信号到离散脉冲序列信号的变换过程称为信号的采样过程，简称采样，实现采样的元件称为采样器或采样开关。
从离散脉冲信号到连续模拟信号的变换过程称为信号的复现过程，信号的复现过程是由被称为保持器的元件完成的。
数字控制系统是以计算机为控制器的闭环控制系统，又称为计算控制系统。
在数字控制系统中，控制器信号是离散的数字序列，而受控对象信号是连续的模拟信号。
因此，在这类系统中，必然存在着从连续模拟信号到离散数字信号和从离散数字信号到连续模拟信号的变换过程。
从连续模拟信号到离散数字信号的转换过程称为模/数（A/D）转换，用A/D转换器完成。
从离散数字信号到连续模拟信号的变换过程称为数/模（D/A）转换，用D/A转换器完成。
离散系统与连续系统相比，有许多分析研究方面的相似性。
利用z变换法研究离散系统，可以把连续系统中的许多概念和方法，推广应用于离散系统。
本章首先给出线性离散控制系统的组成、信号采样和保持、离散系统的数学描述，然后介绍z变换理论和脉冲传递函数，最后研究线性离散系统稳定性、稳态误差、动态性能的分析与综合方法。
计算机控制技术
计算机控制技术计算机控制技术是指利用计算机作为控制装置来实现对各种设备、系统或过程的控制和调节的一种技术手段。
在现代工业生产、交通运输、能源调控等领域，计算机控制技术已经得到广泛应用，并起到了至关重要的作用。
一、概述计算机控制技术是利用硬件和软件手段，实现对设备、系统或过程的自动控制和调节。
它由硬件和软件两个层面构成，具体应用根据不同的需求和控制对象进行调整和设计。
二、基本原理计算机控制技术基于控制理论，利用计算机进行数据采集、处理和控制指令的执行。
其基本原理包括以下几个方面：1. 信号采集：利用传感器或检测设备将控制对象的不同参数转换成电信号，并通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
2. 数据处理：通过采集到的数字信号进行数据处理，包括滤波、放大、处理等操作。
3. 控制算法：根据预定的控制算法，利用计算机进行逻辑判断和计算，得出控制指令。
4. 控制执行：将计算机计算得到的控制指令转化为控制信号，通过执行器或执行机构对控制对象进行控制。
三、应用领域计算机控制技术在各个领域都有广泛的应用，特别是在工业自动化控制、交通运输和能源调控方面。
1. 工业自动化控制：在工业生产过程中，计算机控制技术能够实现生产线的自动化控制，提高生产效率和质量。
例如，通过计算机控制技术可以实现对机械手臂的精确控制，完成自动装配任务。
2. 交通运输：在交通运输领域，计算机控制技术可以用于交通信号控制、智能交通系统等方面，提高交通运输的效率和安全性。
例如，通过计算机控制技术可以实现对交通信号灯的智能控制，根据实时交通情况进行信号灯的调整。
3. 能源调控：计算机控制技术在能源领域的应用尤为重要。
通过对能源系统进行精确的监测和控制，可以提高能源利用效率，减少能源浪费。
例如，在电力系统中，计算机控制技术可以对电网进行实时监测和调控，确保电力的稳定供应。
四、发展趋势计算机控制技术正朝着智能化和网络化方向发展。
随着人工智能和物联网等技术的不断发展，计算机控制技术将更加智能化地应用于各个领域。
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• 计算机控制技术主要研究任何将计算机技术、自动控制理论、电子技术应用于
工业生产过程。
• 本课程以IBM PC系列微型计算机为控制主机。同时介绍单片机及数字信号处理
器。
2、本课程知识范围及与相关课程的关系
• 本课程作为 “数字电路—微型机原理及接口技术—计算机控制技术”系列课程
蒸汽
冷流体
冷凝水
热流体
图1-1 蒸汽加热器带控制点的工艺流程图
• 现代控制理论阶段：20世纪50年代末~60年代，为适应航天航空技术的发展需
要，以状态空间分析方法为基础。包括：
• 以最小二乘法为基础的系统辨识。 • 以极大值原理和动态规划为主要方法的最优控制。 • 以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计。 • 以实现从外部现象深入到揭示系统内在规律，从局部简单控制到全局最优控制
第1 章 绪 论
1.1 自动控制系统概述
◆ 自动控制技术的发展 • 经典控制理论阶段：20世纪40~50年代，采用传递函数进行数学描述、以根
轨迹法和频率法作为分析和综合系统的基本方法。
• 将复杂的生产过程人为地分解为若干个简单过程。
• 如单输入单输出的控制系统，其控制目标为保持生产的平稳和安全。
的一个应用环节。
• 它的先修课程是数字电路、汇编语言、计算机组成原理、微型机原理及接口技
术、自动控制理论、单片机原理等。
3、本课程主要内容
• 微机控制系统概述—系统组成、结构类型、特点和发展趋势 。
•控制系统硬件设计—常用总线及接口，数字量、模拟量输入输出接口及通道，
抗干扰技术。
• 数字程序控制系统—逐点比较法插补原理，步进电机控制技术，伺服控制系统
律变化）的物理量，如蒸汽加热器热流体出口温度。
• 操纵变量：受到控制装置（如调节器）操纵，用以使被控变量保持在给定值
的物料量或能量，如加热蒸汽。
• 扰动（干扰）：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因
素，如蒸汽加热器出口热流体温度受冷流体流量的变化的影响。
• 给定值：被控变量的预定值。 • 偏差：在理论上应该是被控变量的给定值与实际值之差，通常把给定值与
控制装置
设定值
控制装置
蒸汽
（a）按设定值热 控制的开环系统
蒸汽 （b）按扰动热控 制的开环系统
图1-2 开环控制系统的基本结构
• 闭环（反馈）控制系统
蒸汽
图1-3 闭环控制系统的基本结构
• 闭环控制系统类型
1）定值控制系统：给定值恒定不变，任务是克服扰动对被控对象的影响。
2）随动控制系统：给定值是事先未知的时间函数，任务是使被控变量能够尽快、 准确无误地跟踪给定值的变化，而不考虑扰动对被控变量的影响。
◆ 计算机控制系统的工作原理
图1-5
▼ 计算机控制系统的工作步骤
• 实时数据采集，对被控变量的瞬时值进行检测和输入。
• 实时控制决策，对采集被控变量进行分析处理。 • 实时控制输出，对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
• 实时的含义
▼ 在线方式和离线方式
◆ 计算机控制系统的组成
图1-6
1.2.2 计算机控制系统的典型形式
◆ 操作指导控制系统
图1-7
◆ 直算，最后发出控制消息，通过输出通道控制生产过程的闭环系统。
按数学模型确定设定值
图1-9
◆ 分散型控制系统（DCS)
图1-10
1.3 工业控制机的组成结构及特点
。
• PID控制系统—介绍比例、积分、微分三大基本的控制规律及算法。 • 常规及复杂控制技术—离散化设计、复杂控制
• 现代控制技术—状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法等。
• 先进控制技术—模糊控制、神经元、专家系统。 • 现场总线及网络技术—测控网络、现场总线控制系统。
• 计算机控制系统的实现—系统的硬件软件设计、抗干扰和工程实例。
，从单、闭环系统扩展到自适应环、自学习环。
• 计算机技术用于自动控制理论领域：20世纪70年~，采用工业控制机，使用冗
余技术、软硬件自诊断，多参数多回路控制，提高稳定性和可靠性。
• 大系统理论和智能控制理论的形成，考虑多因素应用系统，建立数学模型，
以满足闭环最优控制控制的需要。
◆ 计算机过程控制系统的任务和要求
东南大学电气工程系
计算机控制技术
主讲教师： 尤鋆
办公室：动力楼305 Email：youjun@
• 教材 • 于海生，计算机控制技术 ，机械工业出版社 ，ISBN 978-7-111-21294-2 ，2007 • 于海生，微型计算机控制技术 ，清华大学出版社 ，ISBN 7302033595 ，1999
3）程序（顺序）控制系统：给定值是已知的时间函数，如玻璃熔化炉的升温控制 系统。
◆ 闭环控制系统的组成
设定值 r(t)
扰动
控制器
f(t)
广义对象
比较
机构
被控变量
e(t) 控制装置
执行器
过程
u(t)
q(t)
c(t)
测量值
y(t)
检测元件变送器
图1-4 闭环控制系统的组成
1.2 计算机控制系统概述
1.2.1 计算机控制系统及其组成
测量值之差作为偏差
▼ 偏差产生的原因
• 扰动的出现，此时操纵变量必须随着作相应变化，如冷流体的流量增加，应加
大蒸汽流量。
• 给定值的变化，此时操纵变量也必须随着作相应变化，如要求提高蒸汽加
热器的出口温度。
• 累计误差的存在，很难长期保持平稳，如蒸汽加热器的进出口流量的累计误
差。
◆ 开环控制系统和闭环控制系统
• 参考教材 • 赖寿宏，微型计算机控制技术 ，机械工业出版社 , 7111048911，2005年7月 • 潘新民 王燕，微型计算机控制技术 ，电子工业出版社 ，7505383183，2003年1
月 • 曹承志，微型计算机控制新技术，机械工业出版社 ，711108648，2004年7月
前言
1、本课程的地位
▼ 计算机过程控制的六大参数：
• 温度 • 压力 • 流量 • 液位（或物位） • 成分 • 物性参数
▼ 三项要求：安全性、经济性、稳定性。
◆ 自动控制系统的类型
▼ 自动控制系统的的几个术语：
• 被控对象和过程：需要实现控制的设备，机器和生产过程，如蒸汽加热器
。
• 被控变量：被控对象内要求与给定数值保持一致（接近恒定值或按预定规