计算机控制系统 可靠性设计
计算机控制系统
1. 连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？(1)(2) 在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的（数字控制器），修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。
(3) 计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规(4)(5) 一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多(6) 采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进2. 简述计算机控制系统的一般控制过程。
答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理。
(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。
3. 简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。
答：(1)连续信号连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的,也可以是断续的。
(2)模拟信号模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。
模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。
(3) 离散信号离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。
(4) 采样信号采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。
在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。
(5) 数字信号数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。
4. 线性定常离散系统的稳态误差是否只与系统本身的结构和参数有关？答：线性定常离散系统的稳态误差，不但与系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列的形式及幅值有关。
除此之外，离散系统的稳态误差与采样周期的选取也有关。
5. 增量型PID控制算式具有哪些优点？答：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小。
(2)在i时刻的输出u i，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻、前两时刻的偏差e i-1、e i-2和前一次的输出值u i-1，这大大节约了内存和计算时间。
计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计
１ ． ２ 系统 可 靠 度 提 升 方 法
系 到 工 程 项 目中 的众 多 仪 表 、 机器能否正常 、 安全 、 稳 定 运 转 。对 于 如 何 才 能 保 证 计 算 机 控 制 系 统 能 够 安 全 稳 定 地 运行的问题 ， 设 计 人 员 们 首 先 考 虑 的是 在 控 制 系 统 中添 加
性主要考 虑计算机抗 干 扰技 术 的实 现 ， 增 强 硬 件 系 统 对 运行环境 的适 应 性 ， 以及 使用 质 量 比较好 的 硬件 材 料 。 软件系统 的可靠性 主要 考 虑软 件 的 自我测试 技 术 、 自我 纠错 、 自我 修 复 等 。
１ ． ２ ． １ 硬 件 系统 的 可 靠 性
来 考 虑 。 由上 述 定 量 化 描 述 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 知 ， 提高系统 的可靠性需 要 注重 两个 方 面 ， 一 是 在 系 统 正 常
１ 计 算 机 控 制 系 统 的 可 靠 性
１ ． １ 可 靠 性 的 定 量 ห้องสมุดไป่ตู้
工 作 时 间 内 减 少 系统 故 障 发 生 的 次 数 ； 二 是 系 统 发 生 故 障 后 要 能 够 及 时 排 除 故 障 。提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可 靠
抗干扰设计 ， 计 算 机 系 统 中 的抗 干 扰 设 计 是 事 关 项 目机 器 仪 表 能 否 正 常 运 转 的关 键 部 分 。
成， 因此 ， 提 高 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 以从 提 高 计 算 机 硬 件 系 统 的 可靠 性 和 提 高 计 算 机 软 件 系 统 的 可靠 性 两 部 分
从 控 制 系统 的软 件 系统 和 硬 件 系 统 两 个 角 度 对提 高 控 制 系统 可 靠 性 的 方 法 进 行 了介 绍 。
《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。
微型计算机控制系统的设计方法与步骤
否
否
本次越限标志送
5FH
清零 5EH 单元
上限处理
6-6 T0
图 中 断 服 务 程 序 流 程 图
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.. .
键盘与显示
过零信号发生器
MC 14528
LM311
~220V
..
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.
74LS00TI光 耦L117驱 动 器
加热丝
.
变送器
热电偶
图6-2 电阻炉炉温控制系统原理图
1. 检测元件及变送器
检测元件选用镍铬-镍铝热电偶，分度号为 EU，适用于0℃~1000℃的温度测量范围，相应 输出电压为0mV~41.32mV。
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6.3.3 控制系统程序设计
开始
6-5
1.
设定堆栈指针
开始
主
清标志和暂存单元
图
程 序
T 1 中断程序
清显示缓冲区
主 程
清标志D5H
序
T 0 初始化
流
开CPU中断
程
停止输出
图
扫描键盘 返回
温度显示
T 1 中断服务程序
2. T0中断服务程
T0中断服务程序是此系统的主体程序，用 于启动A/D转换、读入采样数据、数字滤波、 越限温度报警和越限处理、大林算法计算和输 出可控硅的同步触发脉冲等。在T0中断服务程 序中，要用到一系列子程序。如：采样子程序、 数字滤波子程序、越限处理程序、大林算法程 序、标度变换程序和温度显示程序等。T0中断 服务程序流程图如图6-6所示。
第7章计算机控制系统软件设计
第7章计算机控制系统软件设计计算机控制系统软件设计是指根据计算机控制系统的功能需求，使用特定的方法和技术，开发出能够控制硬件设备运行的软件系统。
本章将介绍计算机控制系统软件设计的一般原则和步骤。
首先，计算机控制系统软件设计需要明确系统的功能需求。
这包括对硬件设备的控制要求、系统的输入输出接口要求以及与其他系统的接口要求等。
在明确需求的基础上，可以进行软件设计的下一步。
其次，计算机控制系统软件设计的下一步是对系统进行功能分解和模块化设计。
通过将整个系统分解为多个功能模块，可以更好地理解系统的工作过程，并能够更好地控制各个模块之间的交互。
在进行模块化设计时，需要考虑每个模块的输入和输出，以及与其他模块之间的依赖关系。
在模块化设计完成后，需要进行详细的模块设计。
这包括确定每个模块的功能、算法和数据结构等。
在模块设计时，需要考虑如何实现模块的功能，并确保每个模块的功能可以独立地进行测试和调试。
接下来，需要进行模块之间的接口设计。
模块之间的接口设计主要包括输入和输出数据的定义、数据传输的方式以及错误处理等。
在进行接口设计时，需要确保各个模块之间能够正确地传递数据，并能够处理各种异常情况。
在进行模块设计和接口设计的过程中，需要考虑系统的可靠性和可维护性。
可靠性是指系统能够正确地执行其设计的功能，而可维护性是指系统能够方便地进行修改和维护。
为了提高系统的可靠性和可维护性，需要合理地设计模块和接口，并进行详细的文档记录和代码注释。
最后，进行系统的测试和调试。
在测试和调试过程中，需要对系统的各个模块进行单元测试和集成测试，并确保系统能够正确地执行其设计的功能。
在测试和调试过程中，需要注意对各种异常情况进行测试，并进行相应的错误处理。
综上所述，计算机控制系统软件设计是一个复杂而重要的过程。
它需要明确系统的功能需求，进行功能分解和模块化设计，进行详细的模块设计和接口设计，考虑系统的可靠性和可维护性，并进行系统的测试和调试。
第10章 控制系统的可靠性
图中：t1、t2……tn为系统正常工作时间 Tl、T2……Tk为维护时间
主要衡量指标：
1. 故障率λ（失效率）
失效次数 总工作时间
k
t
i 1
n
i
即单位工作时间内发生故障的次数
2．维护率μ
维护次数 总维护时间
k
T
i 1
k
i
单位维护时间内修复的次数
为周期在0-70℃之间循环工作三到十天进行筛选，
元器件基本上可进入偶然失效期。 （2）留有裕量 电子元器件都有额定工作参数和极限工作参 数，包括电气条件、机械条件、环境条件等，选
用时应在额定值以下留有一定的裕量。
二、冗余技术
常用的冗余系统．按其结构可分为并联系统、
备用系统和表决系统三种。
1．并联系统
试和维护等阶段)采取一系列规范化的方法来减少错 误，提高软件的可维护性。
三、故障自诊断技术
故障自诊断技术是用软件的办法迅速准确确定系 统内部是否发生故障，以及故障发生的部位，指导 运行维护人员及时发现故障、及时维修。 故障诊断的常用方法有（见下页）
1. 检查CPU的运算功能 在特定的存储区储存一组确定的数据，其中一 个数据是其余数据经过作某些运算的结果。在诊断
对于有N个并联装置组成系统来说，只有当N 个装置全部失效时，系统才不能工作。
2．备用系统
S1，S2，…，SN为工作单元 D1，D2……，DN为每个单元上的失效检测器 K为转换器。 在备用系统中，仅有一个单元在工作，其余 各单元处于准备状态。一旦工作单元出现故障，失 效检测器发出信号，通过转换器K投入一个备用单 元，整个系统继续运行。
3．表决系统
S1，S2，…，SN为工作单元 M为表决器
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主要包括以下基本内容:
1. 控制理论基础知识：计算机控制系统的设计需要运用控制理论的基础知识，如传递函数、稳定性分析、动态响应分析等。
2. 计算机控制系统的硬件设计：包括控制器、传感器、执行器等硬件设备的设计和选型，需要考虑硬件设备的可靠性、性能、成本和可维护性等因素。
3. 计算机控制系统的软件设计：包括控制系统的算法设计、软件界面设计、数据采集和处理等，需要运用计算机编程语言和软件设计工具进行开发。
4. 计算机控制系统的调试和测试：设计完成后，需要进行系统调试和测试，以确保系统的稳定性、可靠性和性能指标符合要求。
5. 计算机控制系统的应用和优化：在实际应用场景中，需要对计算机控制系统进行优化和调整，以提高控制性能和效率。
以上是计算机控制系统设计的主要基本内容，不同的应用场景和控制需求可能需要针对具体情况进行定制化设计。
简述计算机控制系统的基本要求
简述计算机控制系统的基本要求计算机控制系统是指由计算机控制和管理的一种自动化控制系统，它通过对物理过程的感知和控制，实现工业生产和自动化操作。
在现代工业中，计算机控制系统已经成为了不可或缺的一部分，起到了提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量和可靠性等重要作用。
要使计算机控制系统能够正常运行和满足实际需求，就需要具备一定的基本要求。
接下来将从以下四个方面进行简述。
一、稳定性要求计算机控制系统的稳定性是指系统的输出在输入和各种干扰作用下保持一定的稳定性和可靠性。
稳定性要求可以通过以下几个方面进行保证：1.输入稳定性：输入信号应当稳定且无干扰，以确保计算机系统可以准确捕获和处理输入信号。
2.输出稳定性：控制系统的输出应当具有可靠性和稳定性，以确保系统的控制效果达到预期。
3.系统响应稳定性：系统的响应速度应当稳定，不能出现过度反应或迟滞现象，以确保系统可以快速、准确地进行响应和控制。
4.抗干扰能力：系统应当具备一定的抗干扰能力，可以抵御来自外界的各种干扰信号，并保持系统的稳定性和正常运行。
二、速度要求计算机控制系统的速度要求主要包括实时性和响应速度等方面。
实时性是指系统对输入信号的响应速度应当满足实际应用需求，特别是在需要快速控制和响应的场景下。
计算机控制系统的实时性要求可以通过以下几个方面进行保证：1.硬件性能：计算机系统的硬件配置应当满足实时需求，包括处理器的主频、存储器容量和带宽等。
2.软件算法优化：系统的软件算法应当经过优化，提高系统的运行效率和速度，保证实时性能的达到。
3.通信速度：计算机控制系统中的通信速度也是影响实时性能的一个关键因素，合理选择和配置通信设备可以提高通信速度。
三、可靠性要求计算机控制系统的可靠性是指系统能够稳定、准确地工作，不出现故障和错误。
保证计算机控制系统的可靠性可以从以下几个方面进行考虑：1.硬件可靠性：选用高质量的硬件设备，减少硬件故障的概率，提高系统的可靠性。
计算机控制系统概要
实时性与可靠性
嵌入式系统和微控制器 在实时性和可靠性方面 不断提高，满足各种工 业控制和安全关键系统 的要求。
THANKS
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远程控制
通过网络对远端的控制系统进行操作和控制，实 现远程维护和调试。
无线控制
利用无线网络技术，实现对控制系统的无线连接 和控制，提高系统的灵活性和便利性。
嵌入式系统与微控制器的应用
小型化与低功耗
嵌入式系统和微控制器 在不断向小型化和低功 耗方向发展，满足各种 便携式和物联网设备的 需求。
高集成度与多功能
自适应控制
通过人工智能技术，使控制系统能够根据环境变 化和系统状态自适应地调整控制策略，提高系统 的稳定性和效率。
故障诊断与预防
利用人工智能技术对系统运行过程中的异常数据 进行检测和分析，提前发现潜在的故障并进行预 防。
网络化与远程控制技术的发展
远程监控
通过网络实现对控制系统的远程监控，方便对系 统的实时状态和运行情况进行了解。
早期阶段
20世纪50年代，计算机开始被应 用于工业控制领域，出现了基于
模拟电路的计算机控制系统。
发展阶段
20世纪70年代，随着微处理器和 集成电路技术的发展，计算机控制 系统逐渐向数字化、智能化方向发 展。
成熟阶段
21世纪初，计算机控制系统已经广 泛应用于各个领域，成为现代工业 生产中不可或缺的重要部分。
控制算法
根据控制系统的要求，采用一定的数 学模型和算法，对数据进行运算和处 理，得到控制信号。
执行机构与传感器
执行机构
根据控制信号调节被控对象的参数，如阀门、电动机等。
计算机控制系统的可靠性技术分析
计算机控制系统的可靠性技术分析在现代社会中，计算机控制系统已经成为各种生产设备、交通工具、通信设备等的核心部分。
而计算机控制系统的可靠性对于设备的正常运行至关重要。
本文将从计算机控制系统的可靠性技术进行分析，探讨其在实际应用中所面临的挑战以及解决方案。
一、可靠性概念可靠性是指系统在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。
对于计算机控制系统而言，可靠性即是其在运行过程中不因硬件故障、软件错误或外部干扰等原因而导致系统无法正常运行的能力。
二、面临的挑战1. 硬件故障计算机控制系统是由大量的硬件组件构成的，而硬件故障是不可避免的。
电路板、处理器、存储设备等硬件组件在长时间运行过程中可能出现损坏或失效。
这些硬件故障可能导致系统崩溃，从而影响设备的正常运行。
2. 软件错误软件是计算机控制系统的灵魂，而软件错误可能会导致系统的异常运行甚至崩溃。
软件错误的来源包括设计缺陷、编程错误、环境变化等。
保证软件的可靠性对于系统的正常运行至关重要。
3. 外部干扰计算机控制系统往往运行在各种复杂的环境中，可能会受到电磁干扰、射频干扰、振动、温度变化等因素的影响。
这些外部干扰可能导致系统数据丢失、通信中断等问题，影响系统的可靠性。
三、解决方案1. 硬件可靠性设计在计算机控制系统的硬件设计中，可以采用多种技术来提高硬件的可靠性。
采用冗余设计技术，包括硬件冗余和通道冗余，在系统发生故障时可以实现自动切换，保证系统的连续性；另外还可以采用高可靠性的硬件组件，如采用具有自动故障检测和纠正功能的存储设备，可以在发生故障时自动修复错误数据。
2. 软件可靠性设计在软件的设计与开发过程中，可以采用多种技术来提高软件的可靠性。
采用模块化设计，将软件划分为多个相对独立的模块，每个模块负责完成特定的功能，从而降低系统代码的复杂度和错误率；可以采用软件测试技术，包括静态测试和动态测试，以及软件验证技术，保证软件的正确性和可靠性。
3. 外部干扰抵御对于计算机控制系统而言，外部干扰是不可避免的，因此需要采取相应的措施来抵御外部干扰。
计算机系统设计
计算机系统设计计算机系统设计是一门研究计算机硬件、软件和它们的互连关系的学科。
它涉及到计算机系统的架构、操作系统、编程语言和编译器等方面的内容。
在这篇文章中，我们将探讨计算机系统设计的基本概念、方法和应用。
一、计算机系统设计的基本概念计算机系统设计包括以下几个基本概念：1. 系统结构：计算机系统的结构是指计算机各个组成部分之间的逻辑和物理关系。
它包括中央处理单元（CPU）、内存、输入输出设备等部分的连接与组织方式。
2. 通信和互连：计算机系统中各个组成部分之间的通信和互连非常重要。
通信和互连技术的选择和设计对于系统的性能和扩展能力有着直接的影响。
3. 性能评估：在计算机系统设计过程中，性能评估是一个重要的环节。
通过对系统进行性能测试和分析，可以发现和解决系统性能瓶颈问题，提高系统的性能。
4. 可靠性设计：计算机系统的可靠性是指系统在给定条件下正常工作的能力。
在设计计算机系统时，应该考虑各种可能的故障模式，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
二、计算机系统设计的方法计算机系统设计的方法主要包括以下几种：1. 自顶向下设计：自顶向下设计是一种逐步求精的设计方法。
它从整体出发，先设计系统的总体结构，再逐步细化到各个子系统的设计。
2. 模块化设计：模块化设计是将系统划分为若干个相互独立的模块，并设计每个模块的功能和接口。
这种设计方法可以提高系统的可维护性和可扩展性。
3. 并行设计：并行设计是指在计算机系统中引入并行计算的技术。
通过合理设计并行算法，可以提高系统的计算能力和响应速度。
4. 重用设计：重用设计是指利用已有的软件和硬件模块来构建新系统。
这种设计方法可以提高开发效率和降低开发成本。
三、计算机系统设计的应用计算机系统设计在各个领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 嵌入式系统设计：嵌入式系统设计是指将计算机系统集成到其他设备或系统中，以实现特定的功能。
嵌入式系统广泛应用于汽车、电子产品、医疗设备等领域。
计算机硬件设计中的可靠性考虑
计算机硬件设计中的可靠性考虑计算机硬件的可靠性是指在正常操作条件下，硬件系统能够持续稳定地运行，并能正确地完成所需的计算任务，而不会出现任何故障或错误。
在计算机硬件设计中，考虑可靠性至关重要，它直接影响到计算机的性能、稳定性和用户的满意度。
本文将从多个角度探讨计算机硬件设计中的可靠性考虑。
一、环境因素的考虑（1）温度控制：计算机硬件内部的元件对温度敏感，过高的温度会导致电路的老化和损坏。
因此，在硬件设计过程中，需要合理选择散热器、风扇等散热设备，以确保硬件正常工作的温度范围。
（2）湿度控制：高湿度的环境会导致电子元件之间的电连接不良，甚至腐蚀元件表面，进而损坏硬件。
因此，在计算机硬件设计中，需要采取相应的防潮措施，保证硬件在适宜的湿度范围内工作。
二、可靠性预测与评估（1）可靠性预测：在计算机硬件设计之初，可以借助各种可靠性预测方法进行评估。
通过统计数据和模型计算，可以对硬件的寿命、失效率等进行预测，从而指导设计者选择合适的硬件元件和结构。
（2）可靠性评估：在硬件设计过程中，进行可靠性评估是不可或缺的一环。
通过模拟实验、功能测试、可靠性测试等手段，对硬件的固有缺陷或故障进行检测和诊断，以提前发现问题并及时改进设计。
三、冗余设计的应用冗余设计是提高计算机硬件可靠性的一种重要手段。
常见的冗余设计包括：备份电源、双通道设计、多CPU设计等。
这些设计的基本原理是在硬件系统中增加冗余部件，当某个部件故障时，能够自动切换到备用部件，确保系统的正常运行。
四、可靠性测试与验证在完成硬件设计后，需要进行可靠性测试与验证，以保证硬件的可靠性。
可靠性测试可以通过模拟实际工作负载、不同环境条件下的运行，对硬件进行长时间的压力测试。
同时，还可以进行硬件的故障注入测试，模拟硬件失效的情况，确保硬件在故障下的正常工作和恢复。
五、故障诊断与容错在实际使用中，计算机硬件可能会出现故障，因此，故障诊断和容错设计是必不可少的。
通过内建的故障诊断机制和容错策略，可以准确诊断故障的原因，并采取相应的措施进行修复或补偿，提高系统的可靠性和稳定性。
控制系统设计内容要求
谢谢大家
学生练习:
求下列函数极值
1 y x 7 x 6 3 2 y x 27 x
2
王新敞
奎屯 新疆
思考讨论：
函数y=alnx+bx2+x在x=1和x=2处有极值， 求a、b的值.
小 结
（1）本节从函数图象出发阐述了函数的极 大值、极小值、极值、极值点的定义；
（2）利用导数求函数的极大值和极小值的 方法； （3）函数极值点的导数为0，但导数为零 的点不一定是极值点 。
（5）在区间上的单调函数没有极值。
（6）极值点处导数为0，但导数为0的点不一定是 极值点。
3 f x x 探索: x =0是否为函数 的极值点? y f(x)x3
O
x
f(x0) =0
x0 是函数f(x)的极值点
3.函数极值与导数的关系
y
y
几何说明：曲线在极值点 处的切线斜率为0，极大值 点左侧切线斜率为正，右 侧为负；极小值点反之。
函数值 自变 量
（4）极值点：极大值点与极小值点统称为极值点。
2.定义再理解
y
识图说出 极值点？
m
x1
x2
o
n
x3 x4
x5
x
（1）极值是一个局部概念。 （2）函数的极值不是唯一的 。 （3）极大值与极小值之间无确定的大小关系 。 （4）函数的极值点一定出现在区间的内部，区间的端点不能成为极值点 。
&4.1.2 函数的极值
复习回顾
f x 0
' '
f x 0
增 减
冲浪运动模拟
1.函数极值
观 察：
y y
y=f(x)
计算机控制系统
实现“管理集中、控制分散”
6、现场总线控制系统（FCS） 上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系 统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新 型的控制系统。 定义：是指将现场智能设备（如数字传感器、变送 器、仪表与执行机构等）与工业过程控制单元、现 场操作站等互连而成的计算机网络（局域网）。 作用：主要用于现场的智能化仪表、控制器、执行 机构、I/O模块等现场设备间的信息传递。 特点： ◆具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点， 是工业控制网络向现场级发展的产物。
3、模拟控制系统与计算机控制系统的比较 （1）模拟控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
设定值r e u 模拟调节器 执行器 被控对象 被控参数 y
ym
测量变送器 图a 单回路常规模拟控制系统方框图
（2）计算机控制系统 ◆控制原理：检测偏差，按偏差进行控制，减少或 消除偏差。
二、计算机控制系统的分类 1、数据采集和数据处理系统（DAS）
DAS(Data Acquisition System) 结构如下图：
CRT 打印机 报警
数字计算机
过程输入通道
测量变送
……
人
执行机构
……
测量变送
被 控 生 产 过 程
DAS作用：数据采集系统的工作是对大量的 过程状态参数实现巡回检测、数据存贮记录、 数据处理(计算、统计、整理)、进行实时数据 分析以及数据越限报警等功能。
计算机控制系统与模拟控制系统不同之处： ◆在计算机控制系统中，计算机代替了模拟 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（离散） 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是连续的。 ◆在常规控制系统中，系统的控制规律是用 硬件电路实现的，改变控制规律就要改变硬 件；而在微型计算机控制系统中，控制规律 是用程序实现的，改变控制规律只需改变程 序。
PLC控制系统可靠性设计
附件2毕业论文题目：PLC 控制系统的可靠性设计学生姓名：魏刚学号：112533157班级: 海南自考专业：机电一体化指导教师：鲁老师PLC 控制系统的可靠性设计摘要：分析了PLC 控制系统在可靠性上存在的问题，主要从抗干扰和稳定性方面入手，利用硬件与软件相结合的方法，解决了一些PLC 系统中存在的稳定性问题。
关键词：PLC；抗干扰；可靠性；感性负载引言可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础，专业为工业而设计的, 操作方便的数字式电子装置。
PLC 最初仅仅是为了替代继电器控制系统而存在，随着科学技术的发展，它渐渐综合了计算机、自动控制、网络通信等技术，其功能远远超出了继电器系统的功能，在钢铁、化工、制造等领域得到了越来越广泛的应用，极大地促进了现代工业生产的自动化程度。
而PLC 控制系统的可靠性直接影响到工业企业的安全生产和经济运行, 而系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。
因此,研究PLC 控制系统的工作环境、干扰的来源问题、以及如何确保其可靠性等问题尤其具有现实意义。
非常方便。
1.PLC的工作环境简介1.1 温度由于是电子设备, 要求温度在一℃ , 因此安装时四周应通风, 开关柜上、下部应有通风的百叶窗。
或加装电扇于柜门或柜顶。
1.2 湿度为了保证的绝缘性能, 空气的相对湿度一般小于。
1.3 振动应使远离强烈的振动源。
1.4 空气将安装在密闭性较好的控制室内, 并安装空气净化装置。
1.5 电源可以加接带屏蔽层的隔离变压器或串接滤波电路。
动力部分、控制部分、、电源应分别配线, 隔离变压器与和与电源之间应采用双纹线连接, 并保证动力线足够粗。
1.6 PLC的接地良好的接地是安全可靠运行的重要条件。
应与其他设备分别使用自己的接地装置或采用公用接地方式, 但不能使用申联接地方式。
接地线的截面积应大于澎, 接地点应尽量靠近。
2. 干扰来源的分析2.1 来自信号线的干扰PLC 系统连接有各种信号线，这种信号线的连接方式根据梯形图的变化而不同，然而无论何种线路，信号线之间的相互干扰以及信号线对于外界空间的电磁辐射感应是不可避免的，这种称之为电磁干扰。
控制系统工程设计方案
控制系统工程设计方案一、项目背景与目标随着科技的不断发展，控制系统在工业生产、交通运输、医疗设备等众多领域发挥着越来越重要的作用。
为了提高生产效率、降低成本、保障人员安全，本项目旨在设计一套高性能、高可靠性的控制系统，以满足某企业生产过程中对温度、压力、流量等参数的实时监控与控制需求。
二、系统需求分析1. 控制对象：温度、压力、流量等参数。
2. 控制精度：±0.5%3. 控制速度：快速响应，≤1s4. 通信方式：以太网、串口通信5. 系统可靠性：平均无故障时间（MTBF）≥5000h6. 用户界面：友好的人机交互界面，便于操作与维护三、系统设计方案1. 硬件设计（1）控制器：采用高性能工业控制计算机，具备强大的数据处理与运算能力。
（2）传感器：选用高精度、快速响应的温度、压力、流量传感器，确保信号的准确性与实时性。
（3）执行器：选用高效、可靠的电动调节阀门，实现对控制对象的精确控制。
（4）通信模块：采用以太网、串口通信模块，实现与上位机、其他设备的数据交互。
（5）电源模块：提供稳定的电源供应，确保系统正常运行。
2. 软件设计（1）控制算法：采用先进的PID控制算法，实现对控制对象的精确控制。
（2）数据处理：对实时采集的数据进行处理，生成趋势图、报警信息等。
（3）人机交互界面：采用图形化设计，便于操作与维护。
（4）远程监控：支持远程监控与控制，提高生产管理效率。
四、系统实施与测试1. 系统安装：按照设计方案，完成硬件设备的安装与调试。
2. 软件配置：配置控制参数，确保系统正常运行。
3. 系统测试：进行温度、压力、流量等参数的控制测试，验证系统性能。
4. 性能评估：根据测试结果，对系统性能进行评估，如有需要进行优化调整。
五、项目总结本项目成功设计并实现了一套控制系统工程，满足了企业对温度、压力、流量等参数的实时监控与控制需求。
经过实际运行与测试，系统具有高性能、高可靠性、快速响应等特点，为企业提高了生产效率、降低了成本、保障了人员安全。
[工学]计算机控制技术
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常用的冗余系统按结构可分为：
并联系统
备用系统
表决系统
S1
S1 S1
S1
S2
S2 S2
K
S2
M
Sｎ
Sｎ Sｎ
Sｎ
§6.2 硬件系统的可靠性技术
三、抗干扰技术 1.CPU抗干扰技术
(1).自动复位 常采用Watchdog(看门狗)来实现发生故
障时自动复位的功能。 (2).掉电保护
当电源电压下降到一定值时，掉电保护 电路向CPU申请中断。
(3).睡眠抗干扰 通过执行睡眠指令让CPU进入睡眠状态。
(4).软件陷阱 通过执行睡眠指令让CPU进入睡眠状态。
§6.2 硬件系统的可靠性技术
三、抗干扰技术
1.CPU抗干扰技术
常采用Watchdog(看门狗)来实现发生故障时自 动复位的功能。
MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助 功能以及电源供电监控功能。MAX1232通过监控 微 处理器系统电源供电及监控软件的执行，来增强电 路的可靠性，它提供一个反弹的(无锁的)手动复位 输入。
AD620（低功耗，低成本，集成仪表放大器）， 还有AD623等等.
三、抗干扰技术 ３.电源抗干扰技术
计算机控制系统中有70％以上的干扰是通过电源 耦合进来的。采用的抗干扰技术措施有： (1)用压敏电阻吸收电网过电压
整
流
压敏电阻具有稳压管的特性，没过压时只有微 安级漏电流，过电压时以急剧增长的放电流形式吸 收过电压。
⑨ 电源干扰(传输)
10 强电器引入的接触电弧和反电动势干扰(辐射、传输、感应)
11 内部接地不妥引入的干扰(传输)
12 漏磁感应(感应)
13 传输线反射干扰(传输)
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。
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✓ 并联系统 ✓ 表决系统 ✓ 备用系统
13
3. 软件可靠性技术
软件可靠性技术设计，主要有两个方面的内容 ✓ 通过软件提高系统的可靠性 ✓ 提高软件自身的可靠性
7
故障率
对于一个具有N个元件的系统，运行时间t后，有 F(t)个元件失效，其余S(t)个元件正常工作，则定义元 件的故障率为
Z(t) [dF(t)/dt]/S(t)
失效率表示单位时间内元件失效的概率，也可认为是 单位时间内发生故障的平均次数。
图10.11 元件的故障率变化趋势
8
可靠性与不可靠性
10.1 概 述
计算机控制系统在工作过程中，会受到来 自系统内部和外部的各种干扰的影响，在这些 干扰的作用下，系统会产生异常状态，即发生 错误或故障。
系统发生的瞬时性的、不经维修也能恢复正 常的异常状态，称为错误。
系统发生的固定性的、只有通过修理才能恢 复正常的异常状态，称为故障。
提高计算机控制系统可靠性的措施
✓ 硬件余度法 ✓ 基于解析模型的故障诊断的方法
• 状态估计方法 • 参数估计方法 ✓ 解析余度和混合余度的方法 • 分级分散式滤波方法 • 利用不同传感器的同类测量之间的解析关系 • 双硬件余度加双观测器方案 • 双硬件余度加双卡尔曼滤波器方案 • 一组传感器加卡尔曼滤波器(或观测器)的方案 20
1
提高计算机控制系统 可靠性的措施
✓ 提高元器件和设备的可靠性 ✓ 采取抗干扰措施，提高系统对环境的适应 能力 ✓ 采用可靠性设计技术 ✓ 采用故障诊断技术
2
10.2 干扰的来源
✓ 从系统电源和电源引线（包括地线）侵入的干扰 ✓ 从系统的信号输入/输出传输通道引入的干扰 ✓ 空间电磁干扰 ✓ 静电噪声 ✓ 其它环境因素的影响
3
10.3
电源与供电系统的 抗干扰措施
✓ 远离干扰源
✓ 安装电源低通滤波器
✓ 采取变压器屏蔽和分路供电措施
✓ 采取措施拓宽对电网波动的适应能力
✓ 使用压敏电阻和均衡器
✓ 直流侧去耦措施
✓ 供电系统应合理配线和布线
✓ 电柜接地和公共接地的处理
✓ 尖峰脉冲干扰的综合防治
4
10.4 信号传输通道的抗干扰措施
17
故障诊断的任务
故障诊断的任务是当系统发生故障时，系 统中的全部或部分的参量就表现出与正常状态 不同的特性，这种差异就包含着丰富的故障信 息，对系统故障的特征进行描述，并利用它去 检测和隔离系统的故障。
18
故障诊断的内容
✓ 故障的特征提取 ✓ 故障的分离与估计 ✓ 故障的评价和决策
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2. 故障诊断方法
R(t)dt
etdt 1/
0
0
10
可保持性
可保持性(Maintainability)是指系统在给定 的时间内可以隔离或修复故障的概率，它表示 系统可以正常运行的概率，反映了维修人员的 维修速度。
11
可用性
系统的可用性(Availability)是指系统能按 要求正常工作的概率。
12
2. 硬件故障冗余系统及其可靠性
信号传输通道的干扰，是由于电磁场耦合或 地线环路引起的。 ✓ 常用处理方法
• 抑制干扰源 • 使用双绞线和同轴电缆阻止耦合干扰的侵入 • 接地处理
5
10.5 系统可靠性设计
系统硬件可靠性的度量 硬件故障冗余系统及其可靠性 软件可靠性技术
6
1. 系统硬件可靠性的度量
故障率 可靠性与不可靠性 平均无故障间隔时间 可保持性 可用性
故障诊断方法
✓ 基于信号处理的方法 • 利用Kullback信息准则检测故障 • 基于小波变换的故障诊断方法
✓ 基于知识的方法 • 基于神经网络的方法 • 模糊逻辑方法
21
14
10.6 故障诊断技术
故障类型、故障诊断的任务及研究内容 故障诊断方法
15
1. 故障类型、故障诊断的任务及研究内容
故障类型 故障诊断的任务 故障诊断的内容
16
故障类型
从故障发生的部位看，分为传感器故障、执行 器故障、受控对象故障和控制器故障。
根据故障性质，分为突变故障和缓变故障。 从建模角度出发，可分为乘性故障和加性故障。 从故障间的相互关系，分为单故障和多故障、 独立故障和局部故障 。
可靠性是系统在规定的条件下和规定的时 间内完成功能的概率。
可靠性为
不可靠性为
R(t) S(t) / N
Байду номын сангаас
Q(t) F(t) / N
9
平均无故障间隔时间
平均无故障间隔时间表示的是从一次故障 到下一次故障的平均时间，记为MTBF（Mean Time Between Failures）。
MTRF