计算机控制系统知识点资料

（一）基本概念

第一章

1、什么是计算机控制系统？与传统的控制系统相比，计算机控制系统的优点是什么？

答：计算机控制系统：用计算机代替常规控制系统中的模拟控制器对系统进行控制的系统。

优点：具有精度高速度快、存储容量大和逻辑判断功能，看完实现高级复杂的控制方法，获得快速静谧的控制效果。

2、简述计算机控制系统的硬件组成和各自的功能。

答：计算机控制系统的硬件一般由主机、接口和输入/输出通道、通用外部设备、执行机构、检测元件、仪表、操作台等部分组成。

主机：采用一台或多台计算机，通过接口和I/O口通道，接收检测设备传来的信息并向控制系统的各个部件发出命令，同时计算机对系统的各个参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、分析报警、逻辑判断等。

接口与I/O通道：主机与被控对象之间进行信息交换的纽带。

通用外部设备：扩大计算机的功能，是计算机系统与操作人员的交互界面，用来完成信息的记录、存储、显示、打印、传送。

检测元件、仪表、执行机构：检测元件和仪表用来测量生产对象的某些参数，并将非电量的被测参数转换为电量表示；执行机构接受CPU的命令使被控对象完成规定的控制动作。

操作台：用来实现人机之间的交互功能。

3、计算机控制系统应当有哪些主要特征？

答：1.实时性 2.良好的输入/输出能力 3.标准化和系列化 4.模块化的系统结构 5.可靠性（平均无故障时间、抗干扰能力强、具有定时自动启动功能和硬件自检功能）

4、计算机控制系统大致可分为哪几类？简述各类计算机控制系统的结构和特点。

答：计算机控制系统大致可分为以下五类：

1）数据采集系统（DAS，Data Acquision System）

2）直接数字控制系统（DDC，Direct Digital Control）

3）计算机监督系统（SCC，Supervisory Computer Control）

4）分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）

5）现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）

1）数据采集系统简称：DAS

计算机只对控制系统的参数进行采集、加工和分析处理，并将处理后的数据输出。操作人员根据输出的数据，对生产过程出现的问题进行处理，计算机不直接参与生产过程的控制，该系统结构简单，安全可靠。

2）直接数字控制系统简称：DDC

直接数字控制系统中，计算机经输入（AI或DI）对生产过程进行数据采集。采集的数据进入计算机后与预先设定的值进行比较，或按照要求进行处理。计算机根据比较和分析的结果，按照控制规律（如PID）经输出（AO或DO）对生产过程进行直接控制。

3）计算机监督系统简称：SCC

计算机监督系统实际是两级计算机控制系统，上一级为SCC，下一级为DDC。生产过程采集数据经AI、DI送DDC的同时也送SCC。SCC根据采集的数据，经过计算后获得最佳设定值传送给DDC。DDC对设定值和测量值进行比较，比较后的结果经AO、DO送出，对生产过程进行控制。对计算机监督系统，要求SCC级具有强大的数据处理能力，存储容量大；DCC则需要实时性好、可靠性高和环境适应性好。

4）分布式计算机控制系统（DCS）又称集散式控制系统。

分布式计算机控制系统的特点是“控制分散，管理集中”

5）现场总线控制系统（FCS）

FCS是建立在网络基础的计算机控制系统。现场总线是一种通信协议，是连接设备和系统的数字式网络。现场总线使控制系统实现了现场网络通信、设备互连与互操作、全数字通信等。

现场总线的组成由监控设备、服务器和网桥、执行器、变送器、辅助设备等部分。

FCS 与DCS 系统相比有以下特点：全数字信息传输 系统结构更合理 方便的互操作

性

第二章

5、什么是PID 控制算法？其优点是什么？

答：控制系统中，控制器的输出是其输入的比例、积分、微分（Proportional 、Integral 、

Differential ）的函数，简称PID 控制

优点：（1）PID 控制技术成熟 (2) 不需要求出系统的数学模型 (3) 控制效果好

6、试述PID 算法的表达式中各项的作用。

答：比例系数Kp 决定控制

作用的强弱，Kp 加大时可

减少系统的稳态误差，提高系统的动态响应速度，但Kp 过大会引起振荡或导致系统不稳定。

积分项Ki/S 用于消除系统的稳态误差，但积分项会使动态过程变慢，增大系统的超调量，

使系统的稳定性变坏。

微分KdS 的控制作用与偏差的变化速度有关。微分能产生超前的校正作用，有助于减少超

调和振荡，并能减少调整时间，从而改善系统的动态性能。

7、写出位置式PID 和增量式PID 的表达式，增量式PID 与位置式PID 相比有什么优点？

答：数字PID 控制的位置式：

对上式作Z 变换

Z 传递函数

式中：Kp 为比例系数

Ki=Kp*T/Ti 为积分系数

Kd=Kp*Td/T 为微分系数。

增量式数字PID 的控制算式

[]⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧--++=∑=)()()()()(1T kT e kT e jT e kT e k kT u T T k i T T p d i []

)()1()()(11)(1z E Z z E kp z U T Td z z E Ti T ---++=-)

1()(111)()(1---++==-Z K K K Z D d Z i p Z E Z U )()()(T kT u kT u kT u --=∆[][]

)2()(2)()()()(T kT e T kT e kT e k kT e k T kT e kT e k d i p -+--++--=