计算机控制系统设计
计算机控制系统的设计
23% Option 1
5.操作面板
操作面板也叫操作台， 它是 人机对话的纽带。 根据具体 情况， 操作面板可大可小， 大到可以是一个庞大的操作台， 小到只有几个功能键和开关。
系统负载匹配问题 逻辑电路间的接口及负载匹配问题 在进行系统设计时， 有时需要TTL和CMOS两种电路混 合使用， 但两者要求的电平不一样(TTL高电平为+5 V， CMOS则为+3V～+15V) ， 因此， 一定要注意电 流及负载的匹配问题。 MCS-51系列单片机负载匹配问题 微型计算机与微型计算机之间， 微型计算机与I/O接 口之间都存在着负载匹配问题。
4.开关量I/O接口 设计
在微型计算机控制系 统中， 除了模拟量 输入/输出通道外， 经常遇到的还有开关 量I/O接口。
6.系统速度匹配问题
在不影响系统速度的前提下， 时钟频率选低一些为好, 这样 可降低系统对其他元器件工作
速度的要求， 从而降低成本 和提高系统的可靠性。
30% Option 2
3. 软件开发过程 软件开发大体包括以下几个方面。 (1) 划分功能模块及安排程序结构。 (2) 画出各程序模块详细的流程图。 (3) 选择合适的语言(如高级语言或汇编语言) 编写程序。 (4) 将各个模块连结成一个完整的程序。
8.1.6 微型计算机控制系统的调试
1. 硬件调试 根据设计逻辑图制作好实验样机， 便进入硬件调试阶段。 调试工 作的主要任务是排除样机故障， 其中包括设计错误和工艺性故障。 1) 脱机检查 用万用表或逻辑测试笔逐步按照逻辑图检查印刷板中器件的电源及 各引脚的连接是否正确， 检查数据总线、 地址总线和控制总线是否有 短路等故障。 有时为了保护芯片， 先对各管脚电位(或电源)进行检查， 确定无误后再插入芯片检查。
《计算机控制技术》计算机控制系统的设计与实现
在以上硬件设计的每一个阶段，都应该遵循边设计，边调试， 边修改的原则，包括元器件测试、电路模块调试、子系统调试等。 这样，问题发现得越早，对整个控制系统的设计、研制的影响就越 小，付出的代价也越小。
（3）来自控制系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，
如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件 间的相互不匹配使用等。这都属于控制设备制造厂家对系统 内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无 法避免，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经 过考验的系统。
经过上述系统仿真调试，并取得满意控制性能的计算机控 制系统运到现场就可以进行现场安装调试了。现场调试是实际 生产过程对计算机控制系统性能的全面检查与性能评估，与实 验室的半实物调试相比，需要特别注意系统的安全性与抗干扰 等问题。在通过现场安装调试后，就可以投入实际生产过程进 行试运行。在试运行过程中，往往会出现许多错综复杂、时隐 时现的现象，暴露设计缺陷，这时设计者应当认真分析问题根 源，寻求解决方法。同时，系统的可靠性与稳定性也应当长期 考验，针对现场特殊的工作环境，采取行之有效的措施，在经 过一段时间的试运行并取得满意的性能评价之后，整个控制系 统就可以正式投入到实际运行中了。
8.2.4 系统的调试与运行 在硬件、软件的设计过程中，一般已经进行了分模块调试。在系
统投入现场运行之前，还需要在实验室进行硬件、软件的联合调试与 系统的仿真调试。软、硬件联调是整个调试的基础，这个步骤在硬件 设计时就开始了，即逐个功能模块进行边设计边调试，并将调试好的 模块逐步加入硬件系统进行联调。在硬件调试通过的情况下，就可将 软件系统加入进去，进行控制系统硬件软件的联合调试，联合调试的 目的是检验系统硬件、软件设计的正确性与运行的可靠性。在联合调 试过程中，不但会发现软件错误，还会发现一些在硬件调试中未发现 的硬件故障或设计缺陷，可根据情况予以修正。上述软件、硬件的联 合调试一般是脱离实际的被控过程进行的，主要在于检验系统硬件、 软件设计在功能上的正确性，不能全面反映整个控制系统的性能，因 此，还必须经过整个系统的仿真试验来检验系统的实际控制性能是否 能满足指标要求。
计算机控制系统课程设计
计算机控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解计算机控制系统的基本原理，掌握控制系统的数学模型和性能指标；2. 学会分析控制系统的稳定性、快速性和准确性，并运用相关理论知识对实际控制系统进行优化；3. 掌握计算机控制系统的设计方法和步骤，能结合实际案例进行控制系统设计。
技能目标：1. 能够运用所学知识，对简单的控制系统进行建模、分析和设计；2. 掌握使用计算机辅助设计软件（如MATLAB/Simulink）进行控制系统仿真的基本技能；3. 培养团队协作和沟通能力，通过小组合作完成课程设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制系统课程的兴趣，激发他们探索未知、解决问题的热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重理论与实践相结合，提高他们的工程素养；3. 增强学生的创新意识，鼓励他们在课程设计中勇于尝试新方法，培养创新精神和实践能力。
课程性质分析：本课程为专业核心课程，旨在使学生掌握计算机控制系统的基本理论、方法和技能，培养具备实际控制系统设计与分析能力的高级技术人才。
学生特点分析：学生处于本科高年级阶段，已具备一定的控制系统基础知识和实践能力，具有较强的求知欲和自主学习能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手能力和创新意识的培养。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际控制系统设计，提高解决实际问题的能力。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述：介绍计算机控制系统的基本概念、发展历程、应用领域及发展趋势。
教材章节：第一章 计算机控制系统引论2. 控制系统数学模型：讲解控制系统的微分方程、传递函数、状态空间模型等数学描述方法。
教材章节：第二章 控制系统数学模型3. 控制系统性能分析：分析控制系统的稳定性、快速性、准确性等性能指标。
教材章节：第三章 控制系统性能分析4. 计算机控制系统设计方法：讲解控制系统设计的基本方法，包括PID控制、状态反馈控制、观测器设计等。
计算机控制系统 设计
计算机控制系统设计引言计算机控制系统是一种通过计算机对特定设备或过程进行控制和监测的系统。
计算机控制系统广泛应用于工业自动化、交通运输、通信等领域，可以提高生产效率和产品质量，减少人力成本和人为错误。
本文将介绍计算机控制系统设计的基本原理和步骤，包括硬件设计、软件设计和系统集成等方面的内容。
硬件设计计算机控制系统的硬件设计是指选择合适的电子元器件和设计电路来实现控制系统的功能。
硬件设计通常包括以下几个方面：1. 选择合适的控制器控制器是计算机控制系统的核心组成部分，负责接收输入信号、处理数据并输出控制信号。
常见的控制器有微处理器、PLC（可编程逻辑控制器）等。
在选择控制器时，需要考虑控制系统的需求和性能要求。
2. 传感器和执行器选择传感器和执行器用于将实际物理量（如温度、压力、位置等）转换为电信号或控制信号。
在硬件设计中，需要选择适合的传感器和执行器，并设计相应的电路来与控制器连接。
3. 电源电路设计电源电路是提供控制系统所需的电能的基础设施，需要设计合适的电源电路来保证控制器和其他电子元器件的正常工作。
软件设计软件设计是计算机控制系统中不可或缺的一部分，它通过编写计算机程序来实现控制系统的逻辑功能。
软件设计主要包括以下几个方面：1. 确定系统需求在进行软件设计之前，需要明确系统的功能需求和性能要求。
这些需求可以通过系统规格说明书、用户需求分析等方式来获取。
2. 设计控制算法控制算法是计算机控制系统的核心部分，它决定了系统如何对输入信号做出反应并生成相应的控制信号。
在软件设计中，需要根据系统需求和控制原理设计合适的控制算法。
3. 编写程序在设计控制算法之后，需要将算法转化为实际的计算机程序。
程序可以使用各种编程语言来实现，如C、C++、Python 等。
编写程序时需要考虑可读性、可维护性和性能等方面的因素。
系统集成系统集成是将硬件设计和软件设计进行整合的过程，目的是确保计算机控制系统的各个组成部分能够正常协同工作。
计算机控制系统设计的基本内容
计算机控制系统设计的基本内容计算机控制系统设计的基本内容是指在控制工程领域中，针对特定的系统设计出相应的控制系统，以实现对系统的监控和控制。
在这个过程中，设计人员需要考虑多方面的因素，包括系统的稳定性、性能、鲁棒性等。
控制系统设计的基本内容之一是系统建模。
在设计控制系统之前，首先需要对被控对象进行建模，即将实际系统抽象成数学模型，以便进行分析和设计。
建模的过程可以采用不同的方法，如传递函数法、状态空间法等。
通过建模可以更好地理解系统的特性，为后续的控制器设计奠定基础。
控制器设计是控制系统设计的核心内容之一。
根据系统的特性和要求，设计合适的控制器来实现对系统的控制。
常见的控制器包括比例积分微分（PID）控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。
不同类型的控制器适用于不同的系统，设计人员需要根据实际情况选择合适的控制器。
信号采集和处理也是控制系统设计的重要内容之一。
通过传感器采集系统的状态信息，然后经过信号处理模块对信号进行处理，提取有效信息并传递给控制器。
信号采集和处理的准确性和及时性对系统的控制效果起着至关重要的作用。
控制系统设计还需要考虑系统的稳定性和性能。
稳定性是指系统在受到干扰或参数变化时能够保持稳定的能力，设计人员需要通过合理的控制策略来保证系统的稳定性。
性能则是指系统在实际操作中能够达到的指标，如响应速度、抗干扰能力等。
设计人员需要根据实际需求来平衡系统的稳定性和性能。
控制系统设计还需要考虑系统的实时性和可靠性。
实时性是指系统对输入信号能够做出及时响应的能力，设计人员需要考虑信号处理和控制算法的复杂度，以确保系统能够在规定的时间内完成控制任务。
可靠性则是指系统在长时间运行中能够保持正常工作的能力，设计人员需要考虑系统的容错性和自诊断能力，以提高系统的可靠性。
计算机控制系统设计的基本内容包括系统建模、控制器设计、信号采集和处理、稳定性和性能、实时性和可靠性等方面。
设计人员需要综合考虑这些因素，以实现对系统的有效监控和控制，从而达到预期的控制效果。
任务二计算机控制系统设计举例
优点分析
高效性
计算机控制系统能够快 速、准确地处理大量数 据，提高了控制效率。
灵活性
系统可以根据需要进行 软件编程和修改，适应
不同的控制需求。
远程控制
通过网络技术，可以实 现远程监控和控制，方
便管理。
可靠性
计算机控制系统具有较高 的稳定性和可靠性，减少
了故障发生的概率。
缺点分析
成本较高
• 计算机控制系统设计举例的挑战：在任务二中，我们也遇到了一些挑战，如系 统稳定性、实时性和安全性等问题。为了解决这些问题，我们采用了多种技术 手段，如优化算法、提高硬件性能和加强安全防护等。
• 计算机控制系统设计举例的未来发展方向：随着技术的不断进步和应用需求的 不断提高，计算机控制系统设计将朝着更加智能化、网络化和安全化的方向发 展。未来，计算机控制系统将更加注重用户体验和个性化需求，同时不断拓展 应用领域，为人类创造更加美好的生活。
保证安全可靠
在系统设计时充分考虑安全性和可靠 性，确保系统在各种情况下都能稳定 运行，防止意外事故发生。
设计步骤
2. 硬件选型与配置
根据需求分析结果，选择合适的 传感器、控制器和执行器等硬件 设备，并进行配置。
1. 系统需求分析
明确控制系统的功能需求和技术 指标，分析被控对象的特性和环 境因素。
3. 软件设计
计算机控制系统设计和实施成 本较高，需要投入大量资金。
依赖性
系统高度依赖于计算机软硬件 ，一旦出现故障，可能影响整 个控制系统的正常运行。
技术难度
系统设计和维护需要专业的技 术人员，技术难度较大。
安全风险
计算机控制系统存在一定的安 全风险，如数据泄露、黑客攻
击等。
计算机控制系统课程设计
4.案例分析：
-分析计算机控制系统在工业生产、交通运输、医疗设备等领域的应用案例；
-讨论不同场景下控制系统的设计要点和解决方案。
5.课程设计任务：
-分组进行课程设计，根据任务书要求设计计算机控制系统；
-结合实际案例，自主选择控制器类型，完成控制系统设计。
-指导学生根据仿真和实验结果，对控制系统设计进行优化；
-探讨不同控制策略的优缺点，鼓励学生创新思维，提出改进方案。
3.小组讨论：
-鼓励学生以小组形式进行讨论，分享设计过程中的心得体会；
-分析各自设计的控制系统性能，比较不同设计方案的效果。
4.知识拓展：
-引导学生了解当前计算机控制系统领域的前沿技术和研究动态；
-引导学生结合实际应用场景，探索计算机控制系统的创新设计和应用。
4.教学评估：
-收集学生对课程设计的意见和建议，进行教学评估；
-分析评估结果，为后续课程设计和教学改进提供参考。
5.跨学科融合：
-强调计算机控制系统与其他学科领域的融合，如自动化、电子工程、机械工程等；
-鼓励学生拓宽视野，掌握跨学科知识，提升综合应用能力。
6.报告撰写与评价：
-指导学生按照规范撰写课程设计报告，包括系统设计、仿真分析、实验结果等；
-制定评价标准，对学生的课程设计成果进行评价和反馈。
3、教学内容
1.实践操作：
-组织学生进行实验室实践，实际操作计算机控制系统硬件设备；
-引导学生结合理论知识，调试和优化控制器参数，观察控制效果。
2.设计优化：
6.未来规划：
-与学生探讨计算机控制系统在未来的发展趋势和职业规划；
-鼓励学生树立长远目标，为未来从事相关领域工作做好准备。
计算机控制系统的经典设计方法-精品文档
经ZOH后：
j T 1 e u ( j ) E * ( j ) D * ( j ) D j
j T 1 e s i n ( T / 2 ) j T / 2 G ( j ) T e Z O H j T / 2
ZOH传递函数：
s i n ( T / 2 ) u ( j) e D * ( j) E ( j j n ) D s T / 2 n
② 一阶保持器z变换法（斜坡响应不变法）
由于和零阶保持器z变换法类似的原因，这种方法应用的较少。
10
2. 一阶向后差分法
(1)离散化公式
实质：将连续域中的微分 用一阶向后差分替换
d c ( t ) / d t c ( k ) c ( k 1 ) ] / T tk T[
s与z之间的变换关系： （直接代入）
2
2
2
j T j T / 2 j T / 2 D D D 2 1e 2 e e j j A D j D T T / 2 j / 2 D T 1e T e e T
图5-10 双线性变换映射关系
2s ji n ( T / 2 ) 2 T 2 D j t a nD T 2 c o s ( T / 2 ) T 2 D
j T / 2 必有： D * ( j ) e D ( j )
补偿器 模拟控制器
uj ( )e D
jT / 2
D * ( j )( E j)
数字控制器
补偿器：补偿ZOH带来的相位延迟－T/2 当T较小时可以忽略其影响，可以不补偿
7
连续域-离散化设计的步骤如下：
计算机控制系统课程设计
计算机控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解计算机控制系统的基本原理和概念，掌握控制系统的数学模型；2. 掌握常见控制算法，如PID控制、模糊控制等，并能运用至实际控制系统中；3. 了解计算机控制系统在不同领域的应用，如工业控制、智能家居等。
技能目标：1. 能运用所学知识对简单的控制系统进行建模和分析；2. 掌握利用计算机编程实现对控制系统的仿真和优化；3. 能设计简单的计算机控制系统，具备初步的控制系统调试和故障排查能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机控制系统及自动化技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生的团队协作能力和沟通能力，使其在项目实践中学会合作与分享；3. 增强学生的社会责任感，使其认识到计算机控制系统在国民经济发展中的重要作用。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论联系实际，通过课程设计，使学生在实践中掌握计算机控制系统的相关知识和技能。
学生特点：学生具备一定的计算机基础和控制理论知识，具有较强的动手能力和求知欲。
教学要求：结合学生特点，注重启发式教学，引导学生主动探究，提高其解决实际问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本原理- 计算机控制系统的组成与分类- 控制系统性能指标2. 控制系统数学模型- 线性系统数学模型- 非线性系统数学模型- 系统建模方法3. 常见控制算法- PID控制算法- 模糊控制算法- 其他先进控制算法简介4. 计算机控制系统应用案例分析- 工业控制应用案例- 智能家居应用案例- 其他领域应用案例5. 控制系统设计与实践- 控制系统设计方法- 基于计算机的控制系统仿真- 控制系统编程与调试- 故障排查与优化6. 课程项目实践- 项目任务书与要求- 项目实施步骤与方法- 项目成果展示与评价教学内容安排和进度：第1-2周：计算机控制系统概述、控制系统数学模型第3-4周：常见控制算法第5-6周：计算机控制系统应用案例分析第7-8周：控制系统设计与实践第9-10周：课程项目实践与成果展示教材章节关联：第1章：计算机控制系统概述第2章：控制系统数学模型第3章：常见控制算法第4章：计算机控制系统应用案例分析第5章：控制系统设计与实践第6章：课程项目实践与评价三、教学方法1. 讲授法：- 对于计算机控制系统的基本原理、数学模型和控制算法等理论知识，采用讲授法进行教学，使学生在短时间内掌握课程核心内容；- 讲授过程中注重启发式教学，引导学生主动思考问题，提高课堂互动效果。
计算机控制系统课程设计
计算机控制系统课程设计一、教学目标本课程旨在让学生掌握计算机控制系统的基本原理、方法和应用，培养学生运用计算机技术分析和解决控制问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解计算机控制系统的基本概念、分类和特点；（2）掌握控制系统的数学模型建立和仿真方法；（3）熟悉常见控制器的设计方法和性能分析；（4）掌握计算机控制系统的实现技术和应用领域。
2.技能目标：（1）能够运用数学模型分析和解决计算机控制系统问题；（2）具备使用控制系统仿真软件进行仿真分析的能力；（3）能够根据实际需求设计合适的控制器，并分析其性能；（4）具备计算机控制系统设计和调试的基本技能。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对计算机控制系统的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索、创新的精神，提高自主学习能力；（3）培养学生团队协作意识和沟通能力；（4）培养学生关注社会热点，将所学知识应用于实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.计算机控制系统概述：计算机控制系统的定义、分类、特点和应用领域；2.控制系统的数学模型：控制系统数学模型的建立、仿真和分析；3.控制器设计方法：PID控制、模糊控制、神经网络控制等控制器设计方法；4.计算机控制系统实现技术：硬件选型、软件设计、系统调试等；5.计算机控制系统应用案例：工业生产、航空航天、生物医学等领域的应用实例。
三、教学方法为实现教学目标，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：系统地传授理论知识，引导学生掌握基本概念和原理；2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解计算机控制系统的应用和设计方法；3.实验法：学生进行实验，提高学生的动手能力和实际问题解决能力；4.讨论法：学生分组讨论，培养学生的团队协作和沟通能力。
四、教学资源为实现教学目标，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、全面的学习资料；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作课件、视频等多媒体资料，提高课堂教学效果；4.实验设备：配置合适的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
计算机控制系统课程设计
计算机控制系统课程设计
计算机控制系统课程设计是计算机专业学生在学习过程中必不可少的一门重要
课程，通过这门课程的学习，学生能够掌握计算机控制系统的设计、实现和调试等能力。
在这门课程中，学生需要完成一个课程设计项目，来展示他们对于课程知识的掌握程度和实际应用能力。
首先，进行计算机控制系统课程设计时，需要明确设计的目的和要求，确定设
计的范围和内容。
在确定设计的范围和内容时，需要结合课程学习的知识和实际需求，确保设计的项目既符合课程要求，又具有一定的实用性和可行性。
其次，设计计算机控制系统时，需要考虑系统的整体架构和功能模块的设计，
合理划分系统的功能，确定各个模块之间的关系和通信方式。
在设计过程中，需要充分考虑系统的稳定性、可靠性和扩展性，确保系统能够正常运行和满足实际需求。
另外，设计计算机控制系统时，需要选择合适的硬件和软件平台，根据系统的
需求和性能要求选择合适的处理器、传感器、执行器等硬件设备，同时选择合适的编程语言和开发工具，设计和实现系统的控制算法和界面。
在完成设计后，需要进行系统的调试和测试，验证系统的功能和性能是否符合
设计要求，发现并解决系统中的问题和bug，确保系统的稳定性和可靠性。
总的来说，计算机控制系统课程设计是一项综合性的实践项目，需要学生充分
运用课程学习的知识和技能，设计和实现一个完整的控制系统，从而提升学生的实际应用能力和解决问题的能力，为日后的工作和学习打下良好的基础。
希望学生能够认真对待这门课程设计，努力完成设计项目，不断提升自己的能力和水平。
计算机控制系统：介绍计算机控制系统的组成、特点和设计
计算机控制系统：介绍计算机控制系统的组成、特点和设计介绍大家好！今天我们谈论的是计算机控制系统。
在现代化的工业生产中，计算机控制系统扮演着至关重要的角色。
它们被广泛应用于各种行业，如制造业、交通运输、能源等，用于监控、控制和优化工业过程和设备。
在这篇文章中，我们将探讨计算机控制系统的各个方面，包括其组成、特点和设计。
组成计算机控制系统由多个组件构成，每个组件都有特定的功能。
下面是计算机控制系统的主要组成部分：传感器传感器是计算机控制系统中至关重要的组件之一。
它们用于收集来自工业过程和设备的实时数据。
传感器可以感知物理量，如温度、压力、湿度等，并将其转换为计算机可以理解的数字信号。
这些传感器可以放置在生产线上的多个位置，并提供准确的测量数据，以帮助确定工业过程的状态和性能。
执行器执行器是计算机控制系统中另一个关键组件。
它们用于执行控制系统的指令。
常见的执行器包括电动机、阀门、传动装置等。
当计算机控制系统根据传感器输入做出决策时，执行器将执行相应的动作，从而实现对工业过程的控制。
控制器是计算机控制系统的核心，负责处理传感器输入并生成适当的输出信号以控制执行器。
控制器通常由计算机芯片和相关的软件组成。
它们根据预定的算法和逻辑进行运算，以实现对工业过程的监控和控制。
控制器可以是单独的硬件设备，也可以以集成电路的形式嵌入到其他设备中。
人机界面人机界面是计算机控制系统中与用户交互的组件。
它们提供了一种直观的方式，使操作人员能够监控和控制工业过程。
人机界面通常是一个显示屏，上面显示了实时数据、报警信息和操作面板。
通过人机界面，操作人员可以执行各种操作，如调整参数、启动/停止设备和生成报告。
通信网络通信网络是计算机控制系统中用于传输数据和信号的关键部分。
它们可以是有线的或无线的，用于将传感器、执行器、控制器和人机界面连接起来。
通过通信网络，不同的组件可以实时地交换信息，从而实现对工业过程的协调和控制。
特点计算机控制系统具有以下几个显著特点：计算机控制系统需要在实时环境下工作，以保证对工业过程的即时监控和控制。
微型计算机控制系统设计之一
长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。
传输线波阻抗的测量
R Rp时，门A输出的
波形不畸变，反射波完
全消失，这时的R值就 是该传输线的波阻抗。
A
双绞线
RP
R
示波器
无损耗导线的波阻抗 Rp
图11—14 测量传输线波阻抗
Rp
L0 C0
2024/10/14
L0 、C0 分别为单位长度的电感和电容。
串模干扰的抑制
a. 如果串模干扰频率比被测信号频率高，采用输 入低通滤波器；如果串模干扰频率比被测信号频率 低，则采用高通滤波器；如果串模干扰频率落在被 测信号频谱的两侧，则采用带通滤波器。
采用二级阻容 滤波网络可使 50Hz的串模 干扰信号衰减 600倍左右。
输入信号
屏蔽层
75 75 500 500 75 75
开发设计应遵循标准化、模板化、模块化和系 列化的原则。
2024/10/14
2
应用设计
应用设计的任务是选择和开发满足控制对象
所需的硬件和软件，设计控制方案，并根据系统
性能指标要求设计系统硬件和软件，以实现系统
功能。 应用设计或工程设计按 顺序可分为5个阶段。 •可行性研究
•系统总体方案设计
•硬件和软件的细化设计
保险丝
原、副边之 间加有静电 屏蔽层
直流 稳压器
抑制交流电源线 上引入的高频干 扰
电抗器 变阻 隔离 二级管 变压器
图11－5 计算机系统电源
2024/10/14
抑制进入交流电源 线上的瞬时干扰
8
✓电源分组供电
将输入通道电源和其他设备电源分开，以防止 设备间的干扰。
8 章 计算机控制系统设计与实现
① 温度的标度变换
y= 50 - (-20) (x - 819) + (-20) 4095 - 819 = (0.021368x - 37.5) ℃
212 −1 − 20°C →1V → ×1V ≈ 819 5V 50°C →5V →212 −1= 4095
② 压力的标度变换
P= 0.25 - 0 (x - 819) + 0 4095 - 819 = (7.63126 × 10 -5 x - 0.0625)MPa = (7.63126 × 10 - 2 x - 62.5)kPa
(7) 机柜或机箱的结构设计。 (8) 经费和进度计划的安排。 8.2.2 硬件的工程设计与实现 1、选择系统的总线和主机机型 2、选择输入输出通道模板 3、选择变送器和执行机构 8.2.3 软件的工程设计与实现 1、数据类型和数据结构规划 2、资源分配 3、实时控制软件的设计 ① 数据采集及数据处理 ② 控制算法程序
5．控制系统的软件
控制系统的软件主要包括，采样、滤波、标度变换、控制计算、 控制输出、中断、计时、打印、显示、报警、调节参数修改、温 度给定曲线设定及修改、报表、图形、曲线显示等功能。
8.3.3 系统硬件和软件的设计
1、系统硬件的设计
(1) 模拟量输入通道设计 温度变送器将-20 ~ +50℃变换成4～20mA(DC)信 号，I／V变换板把4 ~ 20mA(DC)信号变换成1 ~ 5V (DC)信号，最后把1 ~ 5V(DC)信号送至A／D板，实 现温度数据的采集。
压力变送器，将0 ~ 0.25MPa压力变换成4 ~ 20mA(DC) 信号，经I／V板送至A／D板。 液位变送器将0 ~ 0.2MPa的差压转换成4 ~ 20mA(DC) 信号，经I／V变换送至A／D板。 (2) 模拟量输出通道设计 D／A转换板将计算机输出的控制量转换成4 ~ 20 mA(DC)信号，送至操作器DFQ-2100，DFQ-2100具 有自动和手动切换功能，DFQ-2100输出4 ~ 20mA(DC) 信号送至电动调节阀，达到控制温度的目的。
计算机控制系统课程设计
基于单片机实现的电子密码锁一:电子密码锁的特点电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。
它的种类很多，有简易的电路产品，也有基于芯片的性价比较高的产品。
现在应用较广的电子密码锁是以芯片为核心，通过编程来实现的。
其性能和安全性已大大超过了机械锁，主要特点如下： 1.保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。
随机开锁成功率几乎为零。
2.密码可变。
用户可以经常更改密码，防止密码被盗，同时也可。
3.以避免因人员的更替而使锁的密级下降。
4.误码输入保护。
当输入密码多次错误时，报警系统自动启动，防止试探密码。
二.设计目标本次设计使用ATMEL公司的AT89C51实现一基于单片机的电子密码锁的设计，其主要具有如下功能：1.设置6位密码，密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。
2.密码可以由用户自己修改设定（只支持6位密码），锁打开后才能修改密码。
修改密3.码之前必须再次输入旧密码，在输入新密码。
4.报警、锁定键盘功能。
密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。
三.设计的具体体现1.系统概述电子密码锁的设计主要由三部分组成：4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。
另外系统还有LED 提示灯，报警蜂鸣器等。
密码锁设计的关键问题1.密码输入功能：按下一个数字键，一个“－”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“－”向左移动一位。
2.密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的最后一位值，并清对应显示。
3.密码更改功能：将输入的值作为新的密码。
4.开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。
系统结构图一系统组成如图二所示系统主要由AT89C51(51系列)、六位位数码管、蜂鸣器、LED、4×4矩阵键盘、复位电路等组成。
系统可行性分析系统工作原理分析：使用AT59C51单片机、4×4矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。
计算机控制系统的设计步骤
计算机控制系统的设计步骤1. 研究被控对象、确定控制任务在进行系统设计之前，首先应该调查、分析被控对象及其工作过程，熟悉其工艺流程，并根据实际应用中存在的问题提出具体的控制要求，确定所设计的系统应该完成的任务。
最后，采用工艺图、时序图、控制流程等描述控制过程和控制任务，确定系统应该达到的性能指标，从而形成设计任务说明书，并经使用方的确认，作为整个控制系统设计的依据。
2. 确定系统总体控制方案一般设计人员在调查、分析被控对象后，已经形成系统控制的基本思路或初步方案。
一旦确定了控制任务，就应依据设计任务书的技术要求和已作过的初步方案，开展系统的总体设计。
总体设计包括以下内容：⑴确定系统的性质和结构根据系统的任务，确定系统的性质是数据采集处理系统，还是对象控制系统。
如果是对象控制系统，还应根据系统性能指标要求，决定采用开环控制，还是采用闭环控制。
⑵确定执行机构方案根据被控对象的特点，确定执行机构采用什么方案，比如是采用电机驱动、液压驱动还是其他方式驱动，应对多种方案进行比较，综合考虑工作环境、性能、价格等因素择优而用。
⑶控制系统总体“黑箱”设计所谓“黑箱”设计，就是根据控制要求，将完成控制任务所需的各功能单元、模块以及控制对象，采用方块图表示，从而形成系统的总体框图。
在这种总体框图上，只能体现各单元与模块的输入信号、输出信号、功能要求以及它们之间的逻辑关系，而不知道“黑箱”的具体结构实现；各功能单元既可以是一个软件模块，也可以采用硬件电路实现。
⑷控制系统层次以及硬件、软件功能划分根据控制要求、任务的复杂度、控制对象的地域分布等，确定整个系统是采用直接数字控制(DDC)、还是采用计算机监督控制(SCC)，或者采用分布式控制，并划分各层次应该实现的功能。
同时，综合考虑系统的实时性、整个系统的性能价格比等，对硬件和软件功能进行划分，从而决定哪些功能由硬件实现，哪些功能由软件来完成。
在总体方案设计完成后，形成了系统组成的粗线条框图结构、硬件与软件划分等文件，供详细设计使用。
9 计算机控制系统设计举例
总 体 设 计
工业锅炉的控制要求（ 工业锅炉的控制要求（2）
总 体 设 计
• 给水调节系统 • 用给水调节阀门作为调节机构， 用给水调节阀门作为调节机构， 以给水流量作为调节量。 以给水流量作为调节量。 • 气压调节系统 • 有两个调节量：送风量和炉排 有两个调节量： 转速，两个调节机构： 转速，两个调节机构：送风调 节挡板和炉排直流电机。 节挡板和炉排直流电机。
设 计 原 则
灵活性 • 灵活性体现在硬件和软件两个方面。 灵活性体现在硬件和软件两个方面。 硬件采用积木式结构 积木式结构， 硬件采用积木式结构，按照各类总线 标准设计功能模板； 标准设计功能模板；软件采用功能块 组态方式， 组态方式，用户通过选用所需的各类 功能块即可构成所需的控制回路。 功能块即可构成所需的控制回路。
主要内容
工业锅炉控制系统的总体方案设计 工业锅炉控制系统的硬件设计 工业锅炉控制系统的软件设计 系统的安装、 系统的安装、调试和运行 结论
工业锅炉的工作过程
总 体 设 计
燃烧的煤层厚度通过阀门控制， 燃烧的煤层厚度通过阀门控制 ， 炉排转速可由 滑差电机控制或交流变频调速控制。 滑差电机控制或交流变频调速控制。尾部受热面有 省煤器和空气预热器。 省煤器和空气预热器。
工业锅炉的控制要求（ 工业锅炉的控制要求（1） • 蒸发量：10t/h 蒸发量： • 主蒸汽压力：13×105Pa 主蒸汽压力：13× • 主蒸汽温度：350℃ 主蒸汽温度：350℃ • 给水温度：60~105 ℃ 给水温度： • 热风温度：170 ℃ 热风温度： • 冷风温度：20 ℃ 冷风温度： • 排烟温度：180 ℃ 排烟温度： • 设计效率：78% 设计效率：
可靠性 • 工业控制计算机工作环境比较恶劣， 工业控制计算机工作环境比较恶劣， 而它所担当的控制重任又不允许它不 正常运行。这是因为， 正常运行。这是因为，一旦系统出现 故障，轻者影响生产， 故障，轻者影响生产，重者造成事 产生不良后果。因此， 故．产生不良后果。因此，在设计过 程中要把安全可靠放在首位。 程中要把安全可靠放在首位。 • 要保证可靠性，首先要选用高性能的 要保证可靠性， 工业控制计算机， 工业控制计算机，保证在恶劣的工业 环境下仍能正常运行； 环境下仍能正常运行；其次是设计可 靠的控制方案， 靠的控制方案，并具有各种安全保护 措施，比如报警、 措施，比如报警、事故预测和事故处 理等。 理等。
微型计算机控制系统设计
微型计算机控制系统设计1.系统需求分析与概念设计在设计微型计算机控制系统之前，首先需要进行一系列的需求分析和概念设计。
需求分析包括确定系统的功能需求、性能需求和其他特殊需求，如实时响应、可靠性等。
概念设计阶段则是对系统进行初步的设计，包括确定所需的软件和硬件组件，以及设计系统的整体架构。
2.硬件设计微型计算机控制系统的硬件设计主要包括选型和连接外围设备。
首先需要选择适合的微型计算机单板，同时根据系统需求选取合适的外围设备，如传感器、执行器、通信模块等。
然后，根据选定的硬件组件，设计整体的硬件连接与电源供应，确保各个部件可以正常工作并相互协调。
3.软件设计微型计算机控制系统的软件设计是整个系统的核心。
软件设计包括开发控制算法，设计用户界面和编写程序代码等。
首先，需要根据系统需求，设计合适的控制算法，将其转化为计算机可以理解的代码。
然后，通过编程语言编写代码，实现各个部件的控制和通信。
最后，设计用户界面使得用户可以方便地与系统交互。
4.系统测试与调试在完成硬件和软件设计后，需要进行系统测试和调试。
系统测试是为了验证系统的功能和性能是否符合设计要求。
测试可以通过模拟真实环境来进行，也可以使用仿真工具进行虚拟测试。
测试的结果将帮助设计者了解系统的工作状态，发现并解决潜在问题。
在测试过程中，还需要进行系统的调试，即通过修改和优化软件代码和硬件连接，使系统达到最佳的性能。
5.系统部署与运行在系统测试和调试完成后，可以进行系统的部署和运行。
部署包括将系统安装到预定的位置，并进行有关的设置和配置。
运行阶段，系统将开始工作并实现所需的功能。
在运行过程中，需要进行系统的监控和维护，确保系统的稳定运行。
总结：微型计算机控制系统的设计是一个复杂而综合的工程，需要深入理解系统需求、硬件设计和软件设计。
通过系统的需求分析和概念设计，确定设计方向和目标。
在硬件设计阶段，选择合适的硬件组件并进行连接与供电设计。
软件设计阶段，开发控制算法，设计用户界面和编写代码。
计算机控制系统课程设计
计算机控制系统课程设计计算机控制系统课程设计是计算机科学与技术专业中的一门重要课程，其主要目的是培养学生的计算机控制系统设计能力。
本文将从计算机控制系统的概念、课程设计的目的、设计流程、设计要点等方面进行阐述，帮助读者更好地理解和掌握这门课程。
一、计算机控制系统概念计算机控制系统是指采用计算机技术实现对物理系统、生产过程等进行控制的系统。
它是现代工业自动化的重要组成部分，能够提高生产效率、质量和安全性。
计算机控制系统包括硬件和软件两个方面，硬件部分包括传感器、执行器、控制器等，软件部分包括控制算法、编程语言等。
二、课程设计目的计算机控制系统课程设计的主要目的是培养学生的计算机控制系统设计能力。
通过课程设计，学生能够掌握计算机控制系统的基本原理和设计方法，熟练掌握计算机控制系统的软硬件环境，能够设计出符合实际应用的计算机控制系统。
三、设计流程计算机控制系统课程设计的设计流程一般包括以下几个步骤：1.需求分析：明确设计的目标和需求，确定系统的功能和性能指标。
2.系统设计：根据需求分析结果，确定系统的结构和组成部分，设计控制算法和控制策略，选择硬件和软件平台。
3.软件设计：编写程序代码，实现控制算法和控制策略，进行软件测试和调试。
4.硬件设计：选择传感器、执行器等硬件设备，进行电路设计和制作，进行硬件测试和调试。
5.系统集成：将软件和硬件部分进行集成，进行系统测试和调试。
6.系统应用：将设计的计算机控制系统应用于实际场景，进行实际测试和应用。
四、设计要点1.需求分析要充分：在需求分析阶段，要充分考虑实际应用场景的需求，确定系统的功能和性能指标，尽量避免遗漏或不准确的需求。
2.系统设计要合理：在系统设计阶段，要合理选择硬件和软件平台，设计控制算法和控制策略，确保系统的可靠性和稳定性。
3.软件设计要规范：在软件设计阶段，要编写规范的程序代码，注意程序的可读性和可维护性，进行软件测试和调试，确保软件的正确性和稳定性。
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（2）PLC的软件是指PLC使用的各种程序的集合， 它包括系统程序和用户程序。 系统程序由PLC生产厂家提供并固化在EPROM 中，包括监控、编译及诊断等程序，用来管理全 机，“翻译”语言，诊断故障； 用户程序是用户根据实际的需要，用PLC的程 序语言编制的应用程序，由若干种形式的操作指 令和数据组成，用来实现各种控制，由用户利用 编程器输入PLC的RAM中。
(1)确定I／O点数：统计并列出被控系统中所有输入量和输出 量，选择I／O点数适当的PLC。
(2)确定用户程序存储器的存储容量：用户程序所需内存容量 与控制内容和输入／输出点数有关，也与用户的编程水平有关。 一般粗略的估计方法是：(输入＋输出)x(10－12)＝指令步数。
(3)响应速度：PLC的扫描工作方式使其输出信号与相应的输入信 号间存在一定的响应延迟时间，它最终将影响控制系统的运行速度， 所选PLC的指令执行速度应满足被控对象对响应速度的要求。 3）硬件设计
5、PLC的应用举例
1）确定控制对象及控制内容
(1)深入了解和详细分析被控对象的工作原理及工艺流程，画 出工作流程图；
(2)列出该控制系统应具备的全部功能和控制范围；
(3)拟定控制方案使之能最大限度地满足控制要求，并保证操 作简单、经济、安全、可靠。 2）PLC机型选择 一般须考虑以下几方面的问题。
（3）扫描速度
指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。 （4）指令系统条数 指令种类和数量越多，其软件功能越强。 （5）内存分配及编程元件的种类和数量
其数量关系到编程是否方便灵活，是衡量PLC硬件功能强弱的指标。
4、PLC编程语言
可编程序控制器标准编程语言有以下5种： (1) 梯形图 (LD) ，主要由触点、线圈和用方框表示的功能块 组成，是PLC厂家采用最多的编程语言，最初是由接触器、继电 器控制图演变过来的，特点是形象、直观、易懂。 (2) 指令（语句表STL)，是一种助记符编程表达式,采用指令 语和作用器件编号两部分组成。类似计算机汇编语言，适合于简 单文本自编专用程序。 (3) 顺序功能图 (SFC)，主要由步、有向连线、转换、转换条 件和动作组成，描述了控制系统的控制过程、功能和特性 ,适合 于多进程时序混和型复杂控制； (4) 功能块图(FBD) ，是类似于数字逻辑门电路的编程语言， 提供了一个有效的开发环境 , 适合于典型固定复杂算法控制如 PID调节等，特别适用于过程控制应用； (5) 高级语言（结构文本ST)，这是一种类似用于计算机的专 用高级编程语言 , 通常适用于大中型 PLC 系统和集散控制系统控 制；
5.6 可编程序控制器PLC
1985年国际电工委员会（IEC）颁布的可编程程 序控制器标准对PLC作了如下定义： 可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而 设计的数字运算操作的电子系统。它采用可编程程 序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺 序控制、定时、计数和算术等操作的指令，并通过 数字或模拟式输入和输出，控制各种类型的机械或 生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应 按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其 功能的原则设计 。
2、PLC的基本工作原理
PLC是按照“顺序扫描、不断循环”的方式工 作的。其工作过程可分为输入采样、程序执行和 输出刷新三个阶段。 PLC经过上述三个阶段的工作，称为一个扫描 周期。然后，PLC又重新执行上述过程，周期性循 环。扫描时间由程序长短决定，一般为毫秒级， 目前基本PLC的扫描时间为10ms。
三相电动机控制例子：
PLC编程元件通 常用X表示输入继 电器；Y表示输出 继电器；T定时器 ； C 计数器； M 辅 助继电器等。 如 图 Y1 表 示 接 触 器 KM ； FR 热 过 载继电器；
说明：
(1) 梯形图中的继电器不是物理继电器，而是PLC存储器的一个存储 单元。当写入该单元的逻辑状态为1时，则表示相应继电器的线圈 接通，其动合触点闭合，动断触点断开。 (2)梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行起始于 左母线，然后是触点的串、并连接，最后通过线圈与右母线相连。
(3)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”， 从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来描述用 户程序执行中满足线圈接通的条件。 (4)输入继电器用于接收外部输入信号，它不能由PLC内部其他继电 器的触点来驱动。因此梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出 现其线圈。输出继电器用于将程序执行结果输出给外部输出设备。 当梯形图中的输出继电器线圈接通时，就有信号输出，但不是直接 驱动输出设备，而要在输出刷新阶段通过输出接口的继电器、晶体 管或晶闸管才能实现。
Байду номын сангаас 1、PLC的结构组成
PLC本质上是一种专用的工业控制计算机，它由硬件和软件两 个部分组成。
（1）PLC的硬件又可分为主机、I/O扩展机、编程器和电源四 部分。 其中 PLC 的主机由微处理机 ((CPU) 、存贮器、 I/O 模块构成。 CPU 包括运算器和控制器，它是整个 PLC 运算和控制的核心。 CPU主要完成接收指令、扫描、诊断、执行程序、刷新状态等 任务。 存贮器用来存贮系统程序和用户程序，其要根据实际情况选 取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。PLC存 储器按照类型可分随机存储器 (RAM) 、只读存储器 (ROM) 、可 擦除只读存储器(EPROM)等。 编程器用于用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可通过 其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过 接口与CPU连接，突现人机“对话”。 I/O扩展机主要用来扩展输入、输出点数。当用户所需的输 入、输出点数超过主机的输入、输出点数时，可用它来扩展。 电源则向PLC提供各部分工作所需要的电压。
PLC与继电器控制的区别： PLC工作方式为“串行”方式；继电器为“并行”方式；
3、PLC的主要性能指标
（1）I/O点数
指PLC的外部输入和输出端子数。通常小型机有几十个，中型机有 几百个，大型机超过千点。
（2）用户程序存储容量
此为衡量PLC所能存储用户程序的多少。在PLC中，程序指令按“步” 进行存储，一步占用一个地址单元，一条指令往往不止一步。