控制第五章

一计算机控制系统与常规的模拟控制系统的异同

相同点：（1）结构基本相同。（2）有关控制系统的基本概念和术语也相同。

（3）有关调节原理和调节过程也是相同的，都是基于“检测偏差、纠正偏差”的控制原理。

不同点：在计算机控制系统中，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

中则信号是连续的。即计算机控制是离散的数字控制，模拟仪表是连续控制

二计算机控制系统的控制过程

●实时数据采样●实时判断●实时控制

三计算机控制系统的优点。

（1）可以实现同时对多个对象，多个回路的控制。（2）计算机程序完成的，故对系

统功能的扩充修改极为方便（3）由软件完成，既简化了硬件线路又提高了可靠性。

四计算机控制系统的组成

1.工业对象

2.工业控制计算机：a硬件（计算机主机、外部设备、外围设备、工业

自动化仪表和操作控制台）b软件（程序系统分为系统软件和应用软件）

硬件：

1主机：核心装置，由微处理器、内存储器和系统总线组成。

2过程输入/输出通道：它是在微机和生产过程之间起信息传递和变换作用的装置。

3操作设备系统的操作设备是操作员与系统之间的信息交换工具

4常规外部设备它是指键盘终端、打印机、绘图仪、磁盘等计算机输入输出设备

5通信设备系统中的微机之间就需要通讯

6系统支持功能▲监控定时器“看门狗”：主要作用是在系统因干扰或其他原因出现异常时，如出现“死循环”，使系统自动恢复正常工作运行，从而提高系统的可靠性。▲电源掉电检测如果系统在运行过程中出现电源掉电故障，应能及时发现并保护当时的重要数据和CPU寄存器的内容，以保证复电后系统能从断点处继续运行。▲保护重要数据的后备存贮体监控定时器和掉电保护功能均要有能保存重要数据的存贮器的支持。▲实时日历钟使系统具有时间驱动功能，如在指定时刻产生某种控制或自动记录某个事件发生的时间等。▲总线匹配总线母板上的信号线在高速时钟频率下运行时均为传输长线，很可能产生反射和干扰信号，一般采用滤波网络予以克服。计算机控制系统的分类

数据采集和数据处理系统、直接数据控制系统DDC、监督控制系统SCC、分级计算机控制系统以及集散型控制系统DCS等。

集散型控制系统具有以下主要特点：

（1）硬件组装积木化：可分为二级、三级、或四级的组装积木结构，可扩可缩（2）软件模块化：按需选用，减少软件开发工作量。

（3）组态控制系统：流程以填表的形式按需组态，

（4）应用先进的通信网络：级与级之间由高速数据通道构成网络传输信息。

（5）具有开放性：

（6）可靠性高

一 A/D转换器

1 作用：A/D转换器是一种能够在规定的精度和分辨率之内，把检测元件送来的模拟信号转换成与之成正比的数字信号的器件。

以集成芯片的形式出现

2 类型：

（1）双积分式A/D （2）计数器式A/D （3）逐次逼近式A/D （4）快速A/D

二 D/A转换器

1 作用：D/A转换器是一种把数字量转换为模拟量的器件

三 A/D 选择原则

1 采样频率

2 分辨率

3 采样点

4 触发方式选择

5 性能价格比的要求

分辨力：是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。例如：某表的最低量程是0~1.0000V，5位数字显示，末位一个数字的等效电压为10μV，则说该仪表的分辨力为10μV

四D/A选择原则

1 D/A芯片的主要性能指标的考虑。D/A 的主要性能指标有：在给定工作条件下的静态指标，包括各项精度指标、动态指标、环境指标等。

2 D/A芯片主要结构特性和应用特性的选择。主要考虑的问题如下：①数字输入特性

②数字输出特性③锁存特性及转换控制

DDC系统：是利用计算机的分时处理能力对多个回路完成多种控制的一种计算机控制方式

它的操作功能包括：●从被控对象中获取各种信息；●执行能够反映控制规律的控制算法；●把计算结果以一定的形式送到执行器和显示报警装置；●实现操作人员-控制台-微型计算机系统之间的联系等。

位置算式的缺点：当偏差一时不能被消除时，s（k－1）的值会越来越大，引起积分饱和（即控制器的输出与阀的位置不再对应），所以在DDC系统中采用位置算式时，必须采取防积分饱和措施。

一计算机控制系统的设计原则

①系统操作性能好:硬件和软件要使用方便和维修方便②可靠性高③通用性好，便于扩充④实时性强⑤设计周期短、价格便宜

二计算机控制系统设计的一般步骤

（1）确定系统的整体控制方案①确定控制方案②确定系统的构成方式③现场设备选择（2）确定控制算法建议：可先通过数字仿真或实验进行分析对比，选择最佳的控制算法。

（3）系统硬、软件的设计①硬件设计：包括输入、输出接口电路的设计，输入、输出通道设计和操作控制台的设计。要设计出硬件原理图、印刷电路板、机架施工图等。

②软件设计：硬件设计好了后，系统的功能主要依赖软件。要绘制程序总体流程图和各功能模块流程图，编制程序清单，编写程序说明

（4）系统调试

提高计算机控制系统的可靠性和可维修性的常用方法：

一提高元器件的可靠性二采用冗余技术（冗余——指在系统中增设额外的附加成分，来保证整个系统的可靠性。按结构形式分：并联系统、备用系统和表决系统三种。）

三采取抗干扰措施（1外界干扰：空间电磁效应干扰、电网冲击波干扰2外界干扰进入系统途径：Ⅰ类干扰：是空间感应干扰，以电磁感应形式进入系统的任何部件和线路。Ⅱ类干扰：是通过对通道的感应、传输耦合、地线联系进入通道部分的干扰。Ⅲ类干扰：是电网的冲击波通过变压器耦合系统进入电源系统而传到各个部分的。）四采用故障诊断五系统的恢复技术六软件可靠性技术

共模干扰——在计算机控制系统中，由于对象、通道装置比较分散，通道和被测信号之间往往要长线连接，由此造成了被测信号地线和主机地线之间存在一定的电位差，它作为干扰，同时施加在通道的两个输入端上，称为共模干扰。