计算机控制技术总结

5.17去了东区做完了两个实验，计算机控制技术这门课算是落下了帷幕。这门课虽然结束了，但这门课里面所讲述的内容，对我们以后的工作将是意义深远。 上学期我们学习了自动控制技术，但是这门课更多的是包含了自动控制技术里的理论知识和一些定理的推算证明，此外也涉及到了电子技术、计算机应用技术， 这是一门以计算机为控制核心的学科。 如今计算机控制系统已成为当今自动控制的主流系统，已逐步取代传统的模拟检测、调节、显示、记录、控制等仪器设备和很大部分人工操作管理，并且可以采用较复杂的计算机方法和处理方法，是受控对象的动态过程按规定方式和技术要求运行，完成各种过程控制、操作管理等任务。

这本书我们一共学习了7章，下面我将一章一章的进行总结。

第一章 绪论

（1）计算机控制系统就是有各种各样的计算机参与控制的一类控制系统

（2）计算机控制系统组成：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

（3）计算机控制系统分类：计算机操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、计算积分及控制系统、离散控制系统

（4）计算机控制系统信号的采样与恢复

（5）计算机控制系统发展趋势

第二章 Z变换及Z传递函数

（1） Z变换的定义

? 时域 （2）

f*(t)??f(kT)?(t?kT)k?0

F*?s???f?kT?e?skT

k?0?

s 域

?

Z[f(t)]?Z[f*(t)]?F(z)??f(kT)z?k Z域

k?0

（3）求Z变换方法：级数求和法、部分分式法

（4）常用信号Z的变换（P19-20），常用Z变化表（P27）

（5）z 变换的基本定理：线性定理、滞后定理、超前定理、终值定理、卷积和定理、求和定理、初值定理、位移定理、微分定理

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1计算机控制系统就是利用计算机（简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。

1、计算机控制系统的工作原理：1） 实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。 2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。

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。

3 工业PC机(IPC)与PC机的差别：1. 将大母板变成通用底板总线插座；

2. 将母板分成几块PC插件（CPU板、存储器板等）；3. 将普通电源变成工业电源；4. 密封机箱，内部正压送风；5. 工业应用 软件。

2、一个在线的系统部一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。因为在线采集的数据不一定在当时就进行处理。

3、常用的计算机控制系统主机：可编程序控制器（PC）、工控机（IPC）、单片机、DSP、智能调节器

4、工业控制机：（1）硬件组成 主机板、内部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通信接口、输入输出通道（2）软件组成 系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，Windows等系统软件。

5、计算机控制系统典型型式

1）操作指导控制系统 特点：优点是机构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。

2）直接数字控制（DDC）Direct Digital Control系统 特点：闭环控制，实时性好，可靠性高，可控多个回路。

3）监督控制系统（SCC）Supe rvisory Computer Control

SCC+模拟调节器的控制系统 SCC+DDC的分级控制系统。

4）集散控制系统（DCS） 结构模式为“操作站—控制站—现场仪表”

5）现场总线控制系统（FCS） 结构模式为“操作站—现场总线只能仪表”

6）综合自动化系统 1计算机集成制造系统（CIMS）2计算机集成过程系统（CIPS）企业资源信息管理系统（ERP）、生产执行系统（MES）和生产过程控制系统（PCS）构成的3层结构，已成为综合自动化系统的整体解决方案。

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例  某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

某时刻测得热电势Ex =34.66mV，由该热电偶的分度表可直接查出其相应温度Tx=834 ℃

例  某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

现用式计算，先从表中查得所策热电势值处于7-8号折点的段内，将各有关数值代入上式得：

其相对误差为：

例  某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

       再用前式计算

例某烟厂用计算机数据采集系统采集烟叶发酵室的温度变化情况，该室温度测量范围是20-80℃，所得模拟信号为1-5V,采用铂热电阻（线性传感元件）测温，用8位A/D转换器转换为数字量，转换器输入0-5V时输出是00H-0FFH。某一时刻，计算机采集到的数字量为0B7H。由计算式作工程量线性转换。

    由给定条件得为： ymax =80 ℃， ymin=20 ℃，

                                  Nmax=0FFH=255，

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微型计算机控制技术总结

随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制技术这门课程是自动化、测控技术与仪器专业以及相关专业的一门专业课，主要讲述计算机控制系统的基本结构、基本原理，计算机控制系统的数学描述及设计方法，计算机控制系统软、硬件的设计方法与实现途径。主要是培养学生理论联系实际，从实际出发分析问题、研究问题和解决问题的能力，将学生所学知识系统化。

采用计算机进行控制的系统称为计算机控制系统，也称它为数字控制系统。若不考虑量化问题，计算机控制系统即为采样系统。进一步，若将连续的控制对象和保持器一起离散化，那么采样控制系统即为离散控制系统。所以采样和离散系统理论是研究计算机控制系统的理论基础。

随着科学技术的迅速发展，计算机控制技术的应用领域日益广泛，在冶金、化工、电力、自动化机床、工业机器人控制、柔性制造系统和计算机集成制造系统等工业控制方面已取得了令人瞩目的研究与应用成果，在国民经济中发挥着越来越大的作用。计算机控制技术的应用领域日益广泛，如在机械、冶金、化工、电力、建材等方面，已经取得了令人瞩目的研究与应用成果，并且在国民经济中发挥着越来越大的作用。计算机控制技术以自动控制理论和计算机技术为基础，自动控制理论的发展给计算机控制系统增添了理论工具，而计算机技术的发展为新型控制规律的实现、构造高性能的计算机控制系统提供了物质基础，两者的结合极大地推动了计算机控制技术的发展。

计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，而一个完整的计算机系统应由下列几部分组成：被控对象、主机、外部设备、外围设备、自动化仪表和软件系统。

而我们学习的课本《微型计算机控制技术》主要分为九章，这些章节主要讲述了计算机控制系统的概述，典型形式等，主要让我们对计算机控制系统有了初步的入门知识；计算机控制系统的硬件设计技术，讨论了输入输出接口与过程通道的硬件和软件设计；数字控制技术讨论了数字程序控制技术，重点介绍了逐点比较法插补原理和步进电机控制技术；常规复杂控制技术，主要学习数字控制器的连续化设计技术、数字控制器的离散化设计技术以及相关的各类控制算法，了解了常规及复杂控制技术；现代控制技术，主要介绍了采用状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法、最优化设计法；先进控制技术，控制技术中的模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术和预测控制技术；计算机控制系统软件的设计，计算机控制系统的应用程序设计与实现技术，重点放在数据处理、数字控制器的工程实现以及软件抗干扰技术；分布式测控网络技术，学习了分散型测控网络技术，讲述了通信网络技术、DCS控制技术，另外还学习了现场总线技术；计算机控制系统的设计与实现，计算机控制系统的设计。

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第一章

1、 计算机控制系统的工作原理

?实时决策控制：对采集到的被控量进行分析处理，并按已定的控制规律，决定控制行为。

?实时控制输出： 根据控制决策，适时地对控制机构发出控制信号，完成控制任务。

2、 计算机控制系统的组成

答：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两部分组成。

工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象和测量变送、执行机构、电气开关等装置，。

3、 计算机控制系统的典型型式

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，监督控制系统，集散控制系统，现场总线控制系统，综合自动化系统。

第二章

什么是总线

所谓总线，就是计算机各个模块之间互联和传送信息的一组信号线。 总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线。

模拟量输入通道：是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。

模拟量输入通道的组成一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。

信号调理：为了将外部开关量信号输入到计算机,必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机所能接受的逻辑信号，这个过程叫信号调理。

采样过程：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟量信号、转变成在时刻0、 T、1 T、2 T、…K T的一连串脉冲输出信号的过程成为采样过程。

量化：采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信 号的幅值，将其转化为数字信号。 量化过程：将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。

3. 采样保持器

（1）孔径时间和孔径误差的消除

孔径时间：A/D转换器将模拟信号转换成数字量所需的时间，称为孔径时间。

孔径误差：对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。对于一定的转换时间，误差的百分数和信号频率成正比。

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1. PID控制算法中积分分离法是针对什么问题提出的？改进方法是什么？

答：问题的提出：偏差较大时，积分的滞后作用会影响系统的响应速度，引起较大的超调并加长过渡过程，尤其对时间常数较大、有时间滞后的被控对象，更加剧了振荡过程。

改进方法：偏差较大时，取消积分作用，进行快速控制；偏差较小时，投入积分作用，消除静差。

2、PID控制器算法改进的措施有哪几种？

   1、采用不完全微分数字控制器

   2、针对纯滞后系统采用具有纯滞后补偿的数字控制器

   3、为防止积分饱和，采用积分分离的方法

3. PID控制算法中微分项的改进有哪几种方法？并简述其改进方法。

答：（1）不完全微分PID控制算法。改进方法是在标准PID输出后串联一阶惯性环节。（2）微分先行PID控制算法。改进方法是调节器采用PI控制规律，将微分作用移到反馈回路上，只对被控量微分，不对偏差微分。（3）微分平滑算法。改进方法是采用微分平滑算法，取邻近4个采样点的微分平均值作为微分控制器的输出。

4. 画出直接数字控制系统的组成框图，简述其工作原理，并指出其具有特点。

 答：组成框图：

（1）原理：用一台计算机对多个被控参数巡回检测，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。

（2）特点：计算机直接参与控制，系统经计算机构成了闭环。 一台计算机可以取代多个模拟调节器，它利用了计算机的分时能力。

5、画出操作指导控制系统的组成框图，简述其工作原理，并指出其具有特点。

1）原理：计算机只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。

2）特点： 由操作人员（或别的控制装置）根据测量结果来改变设定值或者进行必要的操作。 

一台计算机可代替大量常规显示和记录仪表，从而对整个生产过程进行集中监视，可得到更精确的结果，对指导生产过程有利。

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第一章

1、计算机控制系统的在线方式和离线方式？

答：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在

线方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式。

2、实时的含义？（名词解释）

答：所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定得时间范围内完成。

3、计算机控制系统的组成？

答：由工业控制机和生产过程组成。

4、计算机控制系统的典型形式？

答： 操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线

控制系统。

第二章

5、什么是接口？什么是过程通道？

答：接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁；

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。

6、CPU与外设所交换的信息种类有哪些？

答：数据信息、控制信息、状态信息。

7、CPU与外设之间的传送方式有哪几种？

答：程序查询方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。

8、l/O接口的编址方式及区别？

答：l/O映射方式，l/O地址和存储器地址在空间上是独立的，独立编址；

存储器映射方式，把l/O接口当做处理器一样处理，统一编址。

9、数字量输入接口与输出接口的作用？

答：输入接口起到缓冲输入数据的作用；输出接口起到锁存输出数据的作用。

10、A/D转换的种类和每种的特点？

答：逐次逼近式，转换时间短（几微秒～几百微秒），抗干扰能力差；

双斜积分式，转换时间长（几毫秒～几百毫秒），抗干扰能力强。

11、采样保持器的作用？

答：A/D转换过程中，保证模拟量不变化；A/D转换结束后，保证输入信号跟随模拟量

变化。

12、模拟量输出通道输出方式及其特点？（未完待续）

答：电压输出，

电流输出，在过程控制中基本使用电流输出，稳定性强。

13、计算机抗干扰系统的三要素？抗干扰措施？干扰的传播途径？干扰的作用方式及抑制方法？ 答：有干扰源、干扰对象、传播途径；

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