第1章 计算机控制系统概述
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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：所谓“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，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(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“联机”方式或“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“脱机”方式或“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？由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图(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，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(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。
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。
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。
(完整word版)《计算机控制系统》课后题答案-刘建昌等科学出版社
第一章计算机控制系统概述习题与思考题1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。
解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。
与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。
例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示：炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。
由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。
还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。
又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。
计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。
在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。
另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。
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
于海生---微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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：所谓“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，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(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“联机”方式或“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“脱机”方式或“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—由四部分组成。
图微机控制系统组成框图(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，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(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。
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。
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。
计算机控制技术总结
模拟地和数字地的连接
由于计算机控制系统中的“地”有多种， 故接地线主要分为以下几类：模拟地、数
字地、安全地、系统地、交流地。
模拟地是系统中的传感器、变送器、放大 器、A／D和D／A转换器中模拟电路的零电位。 由于模拟信号往往有精度要求，有时信号比较 小且直接与生产现场相连接，所以必须认真地 对待。 数字地，也叫逻辑地，是计算机中各种数 字电路的零电位，为避免对模拟信号造成数字 脉冲的干扰，数字地应与模拟地分开。 安全地又称为保护地或机壳地，其目的是 让设备机壳(包括机架、外壳、屏蔽罩等)与大 地等电位，以免因机壳带电而影响人身及设备 安全。
理想的多路开关其开路电阻为 无穷大，其接通时的导通电阻为零。 此外，还希望切换 速度快、噪音 小、寿命长、工作可靠。
由于通用数据采集系统均支持多个模拟通道， 但是因为每个模拟通道不一致，所以需要引 入可编程放大器 。可编程放大器的放大倍 数随时可由一组数字序列控制，这样，在MUX 改变其通道序号时，放大电路也由相应的一 组数字序列控制改变放大倍数，即为每个模 拟 通 道 提 供 最 合 适 的 放 大 倍 数 。
一般情况下，被测信号的变化比较缓慢， 而串模干扰信号的主要成分是50Hz的工频和特 殊的高次谐波，且通过电磁耦合和漏电等传输 形式叠加到信号或引线上形成干扰。
共模干扰产生的主要原因是不同
“地”之间存在共模电压以及模 拟信号系统对地存在漏阻抗。共模
干扰通过过程通道串入主机。
计算机系统接地的目的有两个： 一是抑制干扰，使计算机稳定地工作； 二是保护计算机、电器设备和操作人 员的安全。
模糊控制向量的模糊判决－“清晰化”
模糊决策包含两个步骤
– 先由控制量的模糊集C判决出模糊论域元素z*；
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。
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。
计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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：所谓“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,超出了这个时间就会失去控制时机,控制也就失去了意义;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“联机”方式或“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“脱机”方式或“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由四部分组成;图微机控制系统组成框图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,按控制规律进行各种控制运算如调节规律运算、最优化计算等和操作,根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督,使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告,打印制表等等;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;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;3外部设备：这是实现微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磁盘;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；还应有按钮,完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果,即应有保护功能;4检测与执行机构a.测量变送单元：在微机控制系统中,为了收集和测量各种参数,采用了各种检测元件及变送器,其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量,例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号,这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号0～5V或4～20mA后,再送入微机;b.执行机构：要控制生产过程,必须有执行机构,它是微机控制系统中的重要部件,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;例如,在温度控制系统中,微机根据温度的误差计算出相应的控制量,输出给执行机构调节阀来控制进入加热炉的煤气或油量以实现预期的温度值;常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式,也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制;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;软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和;整个计算机系统的动作,都是在软件的指挥下协调进行的,因此说软件是微机系统的中枢神经;就功能来分,软件可分为系统软件、应用软件及数据库;1系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序;对用户来说,系统软件只是作为开发应用软件的工具,是不需要自己设计的;系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序编译程序、服务程序装配程序和编辑程序、模拟主系统系统模拟、仿真、移植软件、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等;2应用软件:它是面向用户本身的程序,即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序;应用软件包括：a.过程监视程序：指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等；b.过程控制计算程序：指的是控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序,其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等；c.公共服务程序：包括基本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序;3数据库：数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索,相应软件设计指如何建立数据库以及如何查询、显示、调用和修改数据等;5.微型计算机控制系统的特点是什么微机控制系统与常规的自动控制系统相比,具有如下特点：a.控制规律灵活多样,改动方便b.控制精度高,抑制扰动能力强,能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示,控制效率高d.控制与管理一体化,进一步提高自动化程度6.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何它们之间有何区别和联系1操作指导控制系统：在操作指导控制系统中,计算机的输出不直接作用于生产对象,属于开环控制结构;计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理,计算出各控制量应有的较合适或最优的数值,供操作员参考,这时计算机就起到了操作指导的作用;其原理框图如图所示;图操作指导控制系统原理框图2直接数字控制系统DDC系统：DDCDirect Digital Control系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测,经输入通道送给微机,微机将检测结果与设定值进行比较,再进行控制运算,然后通过输出通道控制执行机构,使系统的被控参数达到预定的要求;DDC系统是闭环系统,是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式;其原理框图如图所示;图 DDC系统原理框图3计算机监督控制系统SCC系统：SCCSupervisory Computer Control系统比DDC 系统更接近生产变化的实际情况,因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制,系统不能运行在最佳状态,而SCC系统不仅可以进行给定值控制,并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等;SCC系统的原理框图如图所示;图 SCC系统原理框图SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展;7.计算机控制系统的发展趋势是什么大规模及超大规模集成电路的发展,提高了计算机的可靠性和性能价格比,从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛;为更好地适应生产力的发展,扩大生产规模,以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求,目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面;a.普及应用可编程序控制器b.采用集散控制系统c.研究和发展智能控制系统本章作业简述几类常见的计算机控制系统的特点及其应用领域;第二章输入输出过程通道习题及参考答案1.什么是过程通道过程通道有哪些分类过程通道是在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;按信息传递的方向来分,过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分,过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道;2.数字量过程通道由哪些部分组成各部分的作用是什么数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道;数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成;数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成;其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量,进行电平转换,将其通断状态转换成相应的高、低电平,同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动,以及进行信号隔离等问题;3.简述两种硬件消抖电路的工作原理;采用积分电路的硬件消抖电路,首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出,其次利用施密特触发器整形;采用RS触发器的硬件消抖电路,主要是利用RS触发器的保持功能实现消抖;4.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用;光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成,如图所示;输入电流流过二极管时使其发光,照射到光敏三极管上使其导通,完成信号的光电耦合传送,它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离;图光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成各部分的作用是什么模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成;1I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力,减少了信号的衰减,为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便;2多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件;3采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间;在进行A/D转换时间内,希望输入信号不再变化,以免造成转换误差;这样,就需要在A/D转换器之前加入采样保持器;4A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量,能够完成这一任务的器件,称为之模/数转换器Analog/Digital Converter,简称A/D转换器或ADC;6.对理想多路开关的要求是什么理想的多路开关其开路电阻为无穷大,其接通时的导通电阻为零;此外,还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠;7.采样保持器有什么作用试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响;采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间;在进行A/D 转换时间内,希望输入信号不再变化,以免造成转换误差;这样,就需要在A/D转换器之前加入采样保持器;保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响;保持电容值小,则采样状态时充电时间常数小,即保持电容充电快,输出对输入信号的跟随特性好,但在保持状态时放电时间常数也小,即保持电容放电快,故保持性能差；反之,保持电容值大,保持性能好,但跟随特性差;8.在数据采样系统中,是不是所有的输入通道都需要加采样保持器为什么不是,对于输入信号变化很慢,如温度信号；或者A/D转换时间较快,使得在A/D转换期间输入信号变化很小,在允许的A/D转换精度内,就不必再选用采样保持器;D转换器的结束信号有什么作用根据该信号在I/O控制中的连接方式,A/D转换有几种控制方式它们在接口电路和程序设计上有什么特点A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成;常见的A/D转换有以下几种控制方式,各自特点如下延时等待法:EOC可不和I/O口连接,程序设计时,延时大于ADC转换时间后,取数据;保持等待法:EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态;直至EOC有效时,取数据;查询法: EOC可以和任意I/O口连接,程序设计时,反复判断EOC是否有效,直至EOC 有效时,取数据;中断响应法: EOC与外部中断相连,AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据;10.设被测温度变化范围为0o C~1200o C,如果要求误差不超过,应选用分辨为多少位的A/D 转换器 选择依据：124.0120012log ≈⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥n 11.设计出8路模拟量采集系统;请画出接口电路原理图,并编写相应的8路模拟量数据采集程序;本例给出用8031、DAC0809设计的数据采集系统实例;把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM 的30H~37H 单元中;采样完一遍后停止采集;其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：初始化程序：MOV R0,30H ；设立数据存储区指针MOV R2,08H ；设置8路采样计数值SETB IT0 ；设置外部中断0为边沿触发方式SETB EA ；CPU 开放中断SETB EX0 ；允许外部中断0中断MOV DPTR,FEF8H ；送入口地址并指向IN0LOOP ： MOVX DPTR,A ；启动A/D 转换,A 的值无意义HERE ： SJMP HERE ；等待中断中断服务程序：MOVX A,DPTR ；读取转换后的数字量MOV R0,A ；存入片内RAM 单元INC DPTR ；指向下一模拟通道INC R0 ；指向下一个数据存储单元DJNZ R2,INT0 ；8路未转换完,则继续CLR EA ；已转换完,则关中断CLR EX0 ；禁止外部中断0中断RETI ；中断返回INT0： MOVX DPTR,A ；再次启动A/D转换RETI ；中断返回12.模拟量输出通道由哪几部分组成各部分的作用是什么模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成;1D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器Digital/Analog Converter,简称D/A转换器或DAC;它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置;2V/I变换：一般情况下,D/A转换电路的输出是电压信号;在计算机控制系统中,当计算机远离现场,为了便于信号的远距离传输,减少由于传输带来的干扰和衰减,需要采用电流方式输出模拟信号;许多标准化的工业仪表或执行机构,一般是采用0～10mA或4～20mA的电流信号驱动的;因此,需要将模拟电压信号通过电压/电流V/I变换技术,转化为电流信号;13.采用DAC0832和PC总线工业控制机接口;请画出接口电路原理图,并编写产生三角波、梯形波和锯齿波的程序;设计一八路数据采集及其回放系统;要求八路数据巡回检测,存储10组数据,输数据为电压信号0-5V,检测精度<1%;CPU、AD、DA可任选;Uo第五章微机数控系统习题及参考答案1.什么是数控系统数控系统包括哪些数控系统是采用数字电子技术和计算机技术,对生产机械进行自动控制的系统,它包括顺序控制和数字程序控制两部分;2.什么是顺序控制系统它由哪几部分组成微机顺序控制方式是指以预先规定好的时间或条件为依据,按预先规定好的动作次序顺序地进行工作;一般地,把按时序或事序规定工作的自动控制称为顺序控制;它包括系统控制器、输入电路、输入接口、输出电路、输出接口、检测机构、显示与报警电路;3.微机数控系统由哪些部分组成各部分的作用是什么由五部分组成;1输入装置：一般指微机的输入设备,如键盘;其作用是输入数控系统对生产机械进行自动控制时所必需的各种外部控制信息和加工数据信息;2微机：微机是MNC系统运算和控制的核心;在系统软件指挥下,微机根据输入信息,完成数控插补器和控制器运算,并输出相应的控制和进给信号;若为闭环数控系统,则由位置检测装置输出的反馈信息也送入微机进行处理;3输出装置：一般包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等;在微机控制下,输出装置一方面显示加工过程中的各有关信息,另一方面向被控生产机械输出各种有关的开关量控制信号冷却、启、停等,还向伺服机构发出进给脉冲信号等;4伺服机构：一般包括各种伺服元件和功率驱动元件;其功能是将输出装置发出的进给脉冲转换成生产机械相应部件的机械位移线位移、角位移运动;5加工机械：即数控系统的控制对象,各种机床、织机等;目前已有专门为数控装置配套设计的各种机械,如各种数控机床,它们的机械结构与普通机床有较大的区别;4.什么是逐点比较插补法直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤逐点比较法插补运算,就是在某个坐标方向上每走一步即输出一个进给脉冲,就作一次计算,将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较,判断其偏差情况,根据偏差,再决定下一步的走向沿X轴进给,还是沿Y轴进给;逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线,最大逼近误差不超过数控系统的一个脉冲当量每走一步的距离,即步长;直线插补计算过程的步骤如下：1偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零,还是小于零；2坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向,并在该方向上进给一步；3偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1,作为下一步偏差判别的依据；4终点判别：即若已到达终点,则停止插补；若未到达终点,则重复上述步骤;圆弧插补计算过程的步骤如下：1偏差判别2坐标进给3偏差计算4坐标计算5终点判别5.若加工第二象限直线OA,起点O0,0,终点A-4,6;要求：1按逐点比较法插补进行列表计算；2作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数;解：由题意可知xe =4,ye=6,F=0,我们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|6-0|+|-4-0|=10,则插补计算过程如表3—1所示;根据插补计算过程表所作出的直线插补走步轨迹图如下图所示;表3—11按逐点比较法插补进行列表计算；2作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数;解：插补计算过程如表3—2所示;终点判别仍采用第二种方法,设一个总的计数器Nxy ,每走一步便减1操作,当Nxy=0时,加工到终点,插补运算结束;下图为插补过程中的走步轨迹;表3—2波形图;有三种工作方式： 1三相单三拍工作方式各相的通电顺序为A →B →C,各相通电的电压波形如图所示;图单三拍工作的电压波形图2三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电顺序为AB →BC →CA;各相通电的电压波形如图所示;图双三拍工作的电压波形图3三相六拍工作方式在反应式步进电机控制中,把单三拍和双三拍工作方式结合起来,就产生了六拍工作方式,其通电顺序为A →AB →B →BC →C →CA;各相通电的电压波形如图所示;图三相六拍工作的电压波形图8. 采用三相六拍方式控制X 轴走向步进电机; 主程序:MOV A,0FH；方向输入信号MOV P1,AXMM ： MOV A,P1 JNB ,XM ；=0反转 LCALL STEP1；调正转子程序 SJMP XMMXM ： LCALL STP2；调反转子程序SJMP XMM +X 走步子程序：STEP1： MOV DPTR,TAB ；指表头 CLR AMOVX A,A+DPTR ；取数非非非光电隔离功率放大步进电机AB C方向控制“1”正83CJNE A,05H,S11；是否最后单元 MOV DPTR,TAB；重置表头SJMP S12S11： INC DPTR ；地址加1S12： MOV R0,7FH；延时S13： DJNZ R0,S13；CLR A；MOVX A,A+DPTR；取数据MOV P1,ARET-X走步子程序：STEP2： MOV DPTR,TABCLR AMOVX A,A+DPTR；CJNZ A,01H,S21MOV DPTR,TABADD DPTR,0006HSJMP S12S21： CLR CDEC DPLSJMP S12TAB： DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H本章作业若加工第二象限直线OA和圆弧AB,已知直线起点O0,0,终点A-4,6;圆弧起点A-4,6,终点A-6,10要求：1按逐点比较法插补进行列表计算；2作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数;第四章 微型计算机控制系统的控制算法习题及参考答案1.数字控制器的模拟化设计步骤是什么 模拟化设计步骤：1设计假想的模拟控制器DS 2正确地选择采样周期T 3将DS 离散化为DZ4求出与DS 对应的差分方程 5根据差分方程编制相应程序; 2.某连续控制器设计为试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器DZ; 双线形变换法：把112+-•=z z T s 代入,则 前向差分法：把Tz-z 1=代入,则 后向差分法：把Tzz s 1-=代入,则3.在PID 调节器中系数p k 、i k 、d k 各有什么作用它们对调节品质有什么影响 系数p k 为比例系数,提高系数p k 可以减小偏差,但永远不会使偏差减小到零,而且无止境地提高系数p k 最终将导致系统不稳定;比例调节可以保证系统的快速性; 系数i k 为积分常数,i k 越大积分作用越弱,积分调节器的突出优点是,只要被调量存在偏差,其输出的调节作用便随时间不断加强,直到偏差为零;在被调量的偏差消除后,由于积分规律的特点,输出将停留在新的位置而不回复原位,因而能保持静差为零;但单纯的积分也有弱点,其动作过于迟缓,因而在改善静态品质的同时,往往使调节的动态品质变坏,过渡过程时间加长;积分调节可以消除静差,提高控制精度;系数d k 为微分常数,d k 越大微分作用越强;微分调节主要用来加快系统的相应速度,减小超调,克服振荡,消除系统惯性的影响;4.什么是数字PID 位置型控制算法和增量型控制算法试比较它们的优缺点;为了实现微机控制生产过程变量,必须将模拟PID 算式离散化,变为数字PID 算式,为此,在采样周期T 远小于信号变化周期时,作如下近似T 足够小时,如下逼近相当准确,被控过程与连续系统十分接近： 于是有：uk 是全量值输出,每次的输出值都与执行机构的位置如控制阀门的开度一一对应,所以称之为位置型PID 算法;在这种位置型控制算法中,由于算式中存在累加项,因此输出的控制量uk 不仅与本次偏差有关,还与过去历次采样偏差有关,使得uk 产生大幅度变化,这样会引起系统冲击,甚至造成事故;所以实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值,而是其增量时,可以采用增量型PID 算法;当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时,一般均采用增量型PID 控制算法;与位置算法相比,增量型PID 算法有如下优点：1位置型算式每次输出与整个过去状态有关,计算式中要用到过去偏差的累加值,容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项,从而可消除调节器的积分饱和,在精度不足时,计算误差对控制量的影响较小,容易取得较好的控制效果;2为实现手动——自动无扰切换,在切换瞬时,计算机的输出值应设置为原始阀门开度u 0,若采用增量型算法,其输出对应于阀门位置的变化部分,即算式中不出现u 0项,所以易于实现从手动到自动的无扰动切换;3采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用,所以即使计算机发生故障,执行器仍能保持在原位,不会对生产造成恶劣影响; 5.已知模拟调节器的传递函数为试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式,设采样周期T=; 则()()()()s SE .s E s SU .s U 1700850+=+ 把T=代入得 位置型 增量型6.有哪几种改进的数字PID 控制器 有四种：1积分分离PID 控制算法 2不完全微分PID 控制算法 3带死区的PID 控制算法4消除积分不灵敏区的PID 控制10: 什么叫积分饱和 它是怎样引起的如何消除。
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。
计算机控制技术01 计算机控制系统概述
9）通信或网络功能。利用计算机的数据通 信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功 能和数据传输功能。采用网络功能的测控系统 则将拓展一系列新颖的功能。
10）自我诊断功能。采用计算机技术后， 可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即 进行报警，并可显示故障部位或可能的故障原 因，对排除故障的方法进行提示。
计算机控制系统是以微机为核心，单纯 以程序“控制”为目的的系统。
计算机
输出信号 调理器
执行机构
控 制 非电量 对 象
计算机测控系统
以微机为核心，以“监测”和“控制”为
目的、测控一体化的系统。
这种系统对被控对象的控制是依据对被控对象的
测量结果决定的。一般称为“计算机控制系统”
测 控 非电量 对 象
传感器
执行机构
输入信号 调理器
输出信号 调理器
计算机 显示器
计算机集中监控室
测控系统微机化的重要意义
传统的测控系统主要由“测控电 路”组成，所具备的功能较少，也比 较弱。随着计算机技术的迅速发展， 使得传统的测控系统发生了根本性变 革，即采用微型计算机作为测控系统 的主体和核心，替代传统测控系统的 常规电子线路，从而成为新一代的微 机化测控系统。
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
现代检测系统
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 块
执行机构
显示仪表
现代手动控制系统
被
测
控
参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
控制电路 模块
电气自动控制系统
计算机测控技术知识点
第一章计算机控制系统概述1. 什么是计算机控制系统? 其工作原理是怎样的？2. 画图说明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？3. 计算机控制系统的软件起什么作用？4. 计算机控制系统中的实时性、在线方式和离线方式的含义是什么？实时、在线方式和离线方式的含义是什么?5. 计算机控制系统的典型形式有哪些?各有什么优缺点?6. 计算机控制装置可以分成哪几种类型?7. 简述计算机控制系统的发展概况。
8. 讨论计算机控制系统的发展趋势。
1.画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
2.D/A转换器的性能指标有哪些？3.用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，输出电压范围为-5V--+5V，求对应下列偏移量的输出电压：（1）80H；（2）01H；（3）7FH；（4）40H；（5）FFH；（6）FEH4.请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式5.试用DAC0832芯片设计一个能够输出频率为50Hz的方波电路和程序。
6.DAC0832与CPU有哪几种连接方式？他们在硬件接口及软件程序设计上有何不同？7.为什么高于8位的D/A转换器与8位危机接口连接时必须采用双缓冲方式？这种双缓冲方式与DAC0832的双缓冲方式在接口上有什么不同？8.试用8255A与DAC1210设计一个12位的D/A转换接口电路，并编写出程序（8255A的地址为8000H～8003H）1.画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
2.请分别画出一路有源I/V 变换电路和一路无源I/V 变换电路图，并分别说明各元器件的作用。
3.试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，要求画出电路图并说明其工作原理。
4.采样有几种方法？采样周期越小越好吗？为什么？5.采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器?为什么？6.简述逐次逼近式、双积分式和电压/频率式的A/D转换原理。
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。
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
计算机控制技术期末复习试题附答案
第一章计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。
2、计算机系统由哪些部分组成并画出方框图。
计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。
3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些各项连续控制系统计算机控制系统信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化5、计算机控制系统是怎样分类的按功能和控制规律可分为几类一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统DCS⑥现场总线控制系统FCS二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID 控制 ③最少拍控制 ④复杂规律的控制 ⑤智能控制第二章 离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。
则采样角频率只有满足下面的关系： ωs ≥2ωmax采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。
计算机控制系统习题参考答案
1
计算机控制系统习题参考答案
2) 直接数字控制系统：可完全取代模拟调节器，实现多回路的 PID 控制，而且只要改变 程序就可实现复杂的控制规律。
3) 监督控制系统：可考虑许多常规调节器不能考虑的因素，如环境温度和湿度对生产过 程的影响，可以进行在线过程操作的在线优化；可以实现先进复杂的控制规律，可靠性 好。
第二章 线性离散系统的数学描述和分析方法 P42
2-1 简述离散控制系统中信号变换的原理。 先经过采样过程，即采样开关按一定的周期进行闭合采样，使原来在时间上连续的 信号 f(t) 变成时间上离散、幅值上连续的离散模拟信号 f * (t) 。再经过量化过程，采用一组 数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。 2-2 已知函数 f(t) ，求取 Z 变换 F(z) 。
10 ，采样周期 T=1s，采用零阶保持器，单位负反馈系 s(0.1s+1)
7
计算机控制系统习题参考答案
G(z)=Z[
1-e-Ts 10 10 9z -1 (1+0.11z -1 ) ]=(1-z −1 )Z[ 2 ]= ⋅ s s(0.1s+1) s (0.1s+1) (1-z -1 )(1-e-10 z -1 )
1)
f(t)=a mt
* -k mT -1 2mT -2 Z [ f(t) ] =Z f (t) = ∑ f(kT)z =1+a z +a z +... k=0 ∞
①ห้องสมุดไป่ตู้
①-① ⋅a mT ⋅ z -1 得：
Z[f(t)]=
1 1-a z
mT -1
2)
f(t)=1-e-at
1 1 (1-e-aT )z -1 F(z)=Z[1-e ]= -1 - -aT -1 = 1-z 1-e z (1-z -1 )(1-e-aT z -1 )
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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、数字化仪等， 主要用来输入程序和数据等。
采用的输出设备有：显示器、打印机、记录仪等。 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、磁带机等。
1.2 计算机控制发展简史
大体分以下几个阶段: 第一阶段:65年之前,实验阶段. 第二阶段:65-69年,实用阶段. 第三阶段:70年以后,大批量生产阶段. 第四阶段:80年代后期,逐渐进入分布控制阶段.
1.3 计算机控制系统的组成
计算机控制系统包括计算机硬件设备、控制软件和计 算机通信网络3个部分组成。
工业生产中的自动控制系统随控制对象、控制算法和 采用的控制器结构的不同而有所差别。从常规来看，控制 系统为了获得控制信号，要将被控量y和给定值w相比较， 得到偏差信号e=w−y。然后直接利用e来进行控制，使系 统的偏差减小直到消除偏差，被控量等于给定值。这种控 制，由于控制量是控制系统的输出，被控制量的变化值又 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 。
被控对象
测测量量变变送送 生生产产过过程程
被控控量量 y
3.计算机控制系统归结为四个步骤:
①实时数据采集 对被控参数在一定的采样间隔进行检测， 并将采样结果输入计算机。
②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。
③实时控制 根据实时计算结果，将控制信号作用到控制 的执行机构。
计算机控制系统的运行操作台应该具备如下功能： ①要有屏幕或数字显示器，以显示过程参数、状态、画
一.计算机控制系统硬件 1.计算机主机 2.常规外部设备 3.输入输出通道 4.接口 5.运行操作台 6.检测元件与执行器
计算机控制系统硬件组成框图
1.计算机主机 ----控制系统核心部件
主机由CPU和存储器构成。它通过由过程输入通道 发送来的工业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。主机中的程序和控制数据是人们预 先根据控制对象的特征编制的控制算法。计算机控制系 统执行控制程序和系统程序，完成事先确定的控制任务。
④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、控、算、管的过程不断重复，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作出迅速的处理。
三.几个术语
1.在线(on line): 生产设备直接与计算机控制系统连接的方式，
二.计算机控制系统基本框图
把图1-1中的控制器用计算机系统来代替，这样 就可以构成计算机控制系统，其基本框图如图1-2所 示。计算机控制系统在结构上也可分为开环系统和 闭环系统两种。
1.计算机控制系统组成:由控制计算机和受控对象两 大部分组成.
2.计算机控制系统基本框图.
图1-2 计算机控制系统基本框图 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。
4.接口
接口电路----把主机与输入输出设备(过程通道)之间 连接起来的电路,简称.
接口----通用接口电路,全部由大规模电路组成.
接口类型: 1.并行接口 2.串行接口 3.管理接口 4.专用接口(A/D,D/A,转换电路,输入输出电路转接口) (其中1,2,3统称通用接口)
5.运行操作台
生产过程的操作人员与计算机控制系统进行“对话” 以了解生产过程状态，有时还要进行参数修改和系统维 护，在发生事故时还要进行人工干预等。
第1章 计算机控制系统概述
1.1 计算机控制的概念 1.2 计算机控制发展简史 1.3 计算机控制系统的组成 1.4 计算机在工业控制中的典型应用 1.5 典型工业受控对象
1.1 计算机控制的概念
一.自动控制系统基本框图
计算机控制系统由控制计算机本体（包括硬件、软件 和网络结构）和受控对象两大部分组成。
ห้องสมุดไป่ตู้ 图1-1 控制系统的一般形式 (a) 闭环控制系统框图； (b) 开环控制系统框图。
另一种控制结构，即开环控制系统。它与闭环控制系 统的区别在于它不需要控制对象的反馈信号。它的控制是 直接根据给定信号去控制被控对象工作的。这种系统本质 上不会自动消除由被控参数偏差给定值带来的误差，控制 系统中产生的误差全部反映在被控参数上。它与闭环控制 系统相比，控制结构简单，但性能较差，常用在一些特殊 的控制场合。
称为“联机”或“在线”控制。 2.离线(off line):
产设备不直接与计算机控制系统连接，称为 “脱机”或“离线”控制。 3.实时(real time):
如果计算机能够在工艺要求的时间范围内及时 对被控参数进行测量、计算和控制输出，则称为实时 控制。 4.在线与实时的关系:
一个在线系统，不一定是实时系统，但一个实 时系统，一定是在线系统。
• 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。计算机控制系统由计算机本体（包括硬件、软件 和网络结构）和受控对象两大部分组成。下图是一个典型 的按偏差进行控制的计算机控制系统。
给给定定量量 + + e e 控控制制器器 uu rr --
DD/A/A
工工控控机机
AA/D/D
执执行行机机构构
3.输入输出通道
计算机的输入输出通道，又称过程通道。工业 对象的过程参数一般是非电物理量，必须经过传感器 （又称一次仪表）变换为等效的电信号。为了实现计 算机对生产过程的控制，必须在计算机和生产过程 之间设置信息的传递和变换的连接通道，这就是过 程输入输出通道。它是生产过程控制特殊要求的。
过程通道一般可分为：模拟量输入通道、模拟 量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道， 它的详细情况在以后的章节中将专门重点介绍。