浅谈计算机控制技术及应用 摘要：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。计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键。 关键词：计算机控制技术、系统、应用 Chat computer control technology and its application Abstract：With the development of science and technology, more and more people use computers to achieve control. In recent years, computer technology, automation technology, detection and sensor technology, CRT display technology, communications and network technology and the rapid development of microelectronic technology, a computer control technology has brought great development. However, the design of a computer control system for good performance is very important. Computer control system is mainly composed of two major components of hardware and software, a complete control system also need to consider the anti-interference performance of the system, the system is related to the anti-jamming capabilities and reliable operation of the system key. Key words：computer control technology、system、apply 正文： 一、计算机控制技术的概述 1、计算机控制的概念 （1）开环控制系统 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。在开环 控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量 进行比较。 （2）闭环控制系统 凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环 系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。
2014年上学期《计算机控制技术》复习大作业及参考答案========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动
《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统
1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 （1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图，确定参数测围等； （2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路； （3）建立数学模型，确定控制算法； （4）设计功率驱动电路； （5）制作电路板，搭建系统，调试。 2.2.2 扩展设计要求 （1）在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上，通过串口与PC连接； （2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。
3方案比较 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案二：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案三：采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。用单片机控制电力电子器件使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电子器件的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调整围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。 4单闭环直流电机调速系统设计 4.1单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有： 常数Ke Ka 不变，Ra 比较小。 所以调节Ua 就能调节n 。 n n I K R K U K R I U n d d a e e d ?-=Φ -Φ=-=0φa a a U I U ≈-
计算机控制技术课后习题答案 第一章绪论 1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2 (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)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将 要采取的控制策略。 (3)实时控制：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。 2 .计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。P3 答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。 （2）方块图如下图1.1所示： 图1.1 计算机控制系统的组成框图 作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。其中系统软件 包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基 础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序； ②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。 ③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计 算机控制系统中要考虑实时性？P2 (1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做 出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并 作相应操作的方式。 (2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保 持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，将对
《微机控制技术》课程设计报告 课题：最少拍控制算法研究专业班级：自动化1401 姓名： 学号： 指导老师：朱琳琳 2017年5月21日
目录 1. 实验目的 (3) 2. 控制任务及要求 (3) 3. 控制算法理论分析 (3) 4. 硬件设计 (5) 5. 软件设计 (5) 无纹波 (5) 有纹波 (7) 6. 结果分析 (9) 7. 课程设计体会 (10)
1.实验目的 本次课程设计的目的是让同学们掌握微型计算机控制系统设计的一般步骤，掌握系统总体控制方案的设计方法、控制算法的设计、硬件设计的方法。学习并熟悉最少拍控制器的设计和算法；研究最少拍控制系统输出采样点间纹波的形成；熟悉最少拍无纹波控制系统控制器的设计和实现方法。复习单片机及其他控制器在实际生活中的应用，进一步加深对专业知识的认识和理解，使自己的设计水平、对所学知识的应用能力以及分析问题解决问题的能力得到全面提高。 2.控制任务及要求 1.设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍有纹波控制和无纹波控制。 对象特性G （s ）＝ 采用零阶保持器H 0（s ），采样周期T ＝,试设计单位阶跃，单位速度输入时的有限拍调节器。 2.用Protel 、Altium Designer 等软件绘制原理图。 3.分别编写有纹波控制的算法程序和无纹波控制的算法程序。 4.绘制最少拍有纹波、无纹波控制时系统输出响应曲线，并分析。 3.控制算法理论分析 在离散控制系统中，通常把一个采样周期称作一拍。最少拍系统，也称为最小调整时间系统或最快响应系统。它是指系统对应于典型的输入具有最快的响应速度，被控量能经过最少采样周期达到设定值，且稳态误差为定值。显然，这样对系统的闭环脉冲传递函数)(z φ提出了较为苛刻的要求，即其极点应位于Z 平面的坐标原点处。 1最少拍控制算法 计算机控制系统的方框图为： 图7-1 最少拍计算机控制原理方框图 根据上述方框图可知，有限拍系统的闭环脉冲传递函数为： ) ()(1)()()()()(z HG z D z HG z D z R z C z +==φ (1) )(1)()(11)()()(1z z HG z D z R z E z e φφ-=+== (2) 由(1) 、(2)解得：
《计算机控制技术》课程教学大纲 Computer Control Technology 课程编号：2000830 适用专业：电气工程及其自动化 学时数：32 学分数：2 执笔者：童亦斌编写日期：2002.5 一、课程的性质与目的 课程性质：本课程是电气工程及其自动化专业基础课程，属选修课。 主要任务：1．了解计算机控制系统的组成及应用领域； 2．熟悉计算机控制系统输入输出通道的工作及设计方法； 3．初步掌握数字滤波及数字PID的基本设计方法； 4．掌握计算机控制系统的抗干扰技术。 二、课程教学内容 第一章计算机控制系统概论 计算机控制的一般概念和计算机控制系统的组成。 要求学生了解计算机控制的一般概念以及它与传统控制系统的主要区别。 第二章基本输入输出接口技术 计算机通用输入输出接口。 要求学生了解计算机输入输出接口设计的一般原则。 第三章计算机控制系统输入输出通道 计算机控制系统模拟输入通道、数字输入通道、模拟输出通道和数字输出通道的设计原则。 重点：计算机控制系统输入输出通道的设计原则。 难点：计算机控制系统输入输出通道与计算机软件设计的配合。 第四章数字滤波 数字滤波的作用和基本方法。 要求学生了解数字滤波的作用与基本方法，掌握基本的数字滤波原理。 作业：参考教材第十章第3题。 第五章数字PID 数字PID设计的基本设计方法。 重点：数字PID的设计方法和基本步骤。 难点：数字PID的设计方法。 要求学生了解数字PID设计的基本方法，并掌握准连续PID控制算法和最少拍系统设计的方法和步骤。 作业：参考教材第六章习题与思考题第1、2、3题。 第六章计算机控制系统的抗干扰技术 干扰的形式、传播和作用方式，计算机控制系统的抗干扰技术。 重点：计算机控制系统的抗干扰技术。 要求学生理解干扰的产生、传播以及作用于系统的基本原理，掌握一些计算机控制系统的实用抗干扰方法。 三、课程教学的基本要求 本课程学时较短，相关内容比较多，课堂教学以重点内容和综合介绍设计方法为主。 1．课堂教学：讲授与讨论相结合。讲授采用板书，讨论以提问和安排思考题为主。
第一章 1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2．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？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：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、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称PID控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？ 解： 主要有以下特点： 1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过D/A将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
计算机控制技术复习 1.典型的工业生产过程分为哪几种？ 答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过程和批量过程. 2.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？ 答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理. 3.计算机控制技术的工作方式有哪几种？ 答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式. 4.为什么要强调计算机控制中的实时性？ 答:所谓实时性,就是指信号的输入,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性. 5.常用的计算机控制系统主机有哪几种？ 答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,DSP和智能调节器. 6.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，它包括哪两个组成部分。 包括硬件和软件。 7.计算机控制系统是由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？ 主要由硬件和软件两部分组成，硬件包括：主机及操作台、通用外设I/O接口与通道、信号的检测及变送、执行机构、被控对象组成；软件包括：系统软件、应用软件。 8.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？ 答:计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分. 9、计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? (1)连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。 (2)阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。 (3)采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。 (4)数字信号：信号的时间以及幅值都是离散的，且幅值经过了量化处理。 10.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？ 答:现场总线控制系统(FCS)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表两层结构.(DCS为操作站-控制站-现场仪表三层结构模式) 11、什么叫输入/输出通道?它是由哪些部分组成的？ 在微型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称为输入输出通道。 输入输出通道的组成：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道组成。 12计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是什么？ 按照一定的数学模型计算给定值，并提供给DDC计算机 13.什么是计算机的总线？ 答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息(指令,地址和数据)的一组信号线.分为内部总线和外部总线. 14.计算机的外部总线有哪几种？ 答:计算机的外部总线有RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB等等. 15.RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？为什么RS-232C的传输距离不远？ 答:RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共
第1章概述 ............................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础 ........................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现 ............................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术 ..................................... 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道 ......................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术 ....................................... 6-1第7章控制系统的组态软件 ................................................. 7-1第8章 DCS集散控制系统.................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案 ........................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用 ............................. 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ........................... 11-1
微机控制技术的发展概况及趋势 微机控制技术是以微型计算机作为机电一体化的控制器，结合微型计算机的工作原理和接口设计，相应的控制硬件和软件以及它们的配合，实现对控制对象的控制的一门技术。它的发展离不开自动控制理论和计算机技术的发展，随着科学技术的发展，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。 本文从计算机控制系统的发展历史，我国工业控制机及系统的发展应用，计算机控制系统的发展趋势，这几个方面来阐述微机控制技术的发展概况及相关趋势。 计算机控制系统在60年代引入控制领域当时计算机是控制调节器的设定点, 具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称为计算机监控系统。在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统,简称集中控制系统。这种控制系统即常说的直接数字控制(DDC)系统。计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。这个控制系统由于只有一台计算机而且没有分层，所以非常有利于集中控制盒运算的集中处理，并且能得到很好的反映，并且，各个控制规律都可以直接实现。但是，如果生产过程复杂，则该系统的可靠性就很难保证了。系统的危险性过于集中, 一旦计算机发生故障, 整个系统就会停顿。[7] 70 年代随着电子技术的飞速发展,随着大规模集成电路的出现和发展, 集散控制系统（DCS）出现，之后在此基础上，随着生产发展的需要而产生了一种更新一代的控制系统，即分布式控制系统。典型的集散控制系统具有两层网络结构下层负责完成各种现场级的控制任务,上层负责完成各种管理、决策和协调任务。 90年代以来，随着各个学科的发展和交叉融合，随着现代大型工业生产自动化的不断兴起, 利用计算机网络作为控制工具的综合性控制系统，计算机集成系统（CIPS）应运而生。它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术，并且终将成为未来控制系统的发展趋势。 我国工业控制发展的道路是比较曲折的，20世纪80年代末到90年代初，我国市场上大都是首先引进了成套设备，在引进成套设备的同时相继引进了各种工控系统，来填充国内在这方面的不足，90年代后，在我国一批科学家的带领下，我国逐渐有了自己设计的控制系统和装置，建立自己的实验室，生产出属于自己版权的产品，然后在原有技术的基础上进行二次开发和应用，从1997年开始，大陆本土的IPC厂商开始进入该市场，IPC也随之发展成了中国第二代主流工控机技术。[1] 目前国内的工控机供应渠道主要来源于中国台湾及内地的厂商，国外的产品（例如RADISYS、ROCKWELL、INTEL等）经过几年的市场拼杀后，由于成本高、价格高、服务难，现已完全退出国内市场。目前，国内的IT业研发、加工技术力量不断提升；各类芯片和各类器件、生产设备在国际市场基本可平等选购；软件资源的可移植性可节省大量的人力、物力。在这些有利条件下，国内一些厂商抓住机会快速崛起，利用本土综合竞争优势逐步将国外品牌挤出国内工控市场。某些企业以每年超过100%的资产增长速度，鼎立于国内的工控市场，而且
第2章 习题参考答案 1.什么是接口、接口技术和过程通道？ 答： 接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。 接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。 过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。 2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。 答： 数字量输入接口 设片选端口地址为port MOV DX,port MOV DPTR,PORT MOVX A,@DPTR IN AL,DX 74LS244 PC 总线 *IOR(*RD)_
数字量输出接口 MOV AL,DATA MOV A,DATA MOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUT DX,AL MOVX @DPTR,A 3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。 输出信号 PC 总线 (*WR)
程序： ORG 0000H MOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0 MOV R6，#08H ；通道数送R6 MOV IE，#84H ；开中断 SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1 NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换 LOOP:SJMP LOOP INC R0 INC R1 DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXT CLR EX1 ；8路采样结束，关中断 END 中断服务程序： ORG 0003H ；外中断1的入口地址 AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址 ORG 1000H MOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据 MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区 RETI ；中断返回 ORG 0000H MOV R1，#30H MOV R2，#0F0H A1: MOV DPTR, R2 MOVX @DPTR, A LOOP: JNB P3.2 , LOOP MOVX A, @DPTR MOV @R1，A INC R2 INC R1 CJNE R2, 0F7H, A1 END
第1章概述.................................................................................................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础.......................................................................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现.............................................................................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术.............................................................................. 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道...................................................................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术.................................................................................. 6-1第7章控制系统的组态软件....................................................................................................... 7-1第8章DCS集散控制系统.......................................................................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案.......................................................................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用............................................................ 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ....................................................... 11-1
一、填空：（每空１分，共３０分） １、计算机基本的五个组成部分是、、、和。 ２、工业控制计算机的各类有工业控制机、工业控制机和。 ３、计算机内，数的表示方法有数、数和数三种。 ４、单片机可以分为单片机和单片机两种机型。 ５、单片机在开发系统时，可以使用语言、语言和语言。 ６、ＭＣＳ－５１系列单片机中共有七种寻址方式，分别是寻址、寻址、寻址、寻址、寻址、寻址、寻址。 ７、在汇编语言中，分支语句是通过语句来实现的。 ８、循环语句是指按某种规律重复执行的程序语句。 ９、在执行完子程序，返回继续执行生程序前恢复其原有内容，这称为。 １０、一个完整的中断处理有中断、中断、中断和中断。 二、选择：（每题２分，共２０分） １、一个完整的计算机系统是由和软件两部分组成的。 Ａ主机Ｂ硬件Ｃ程序Ｄ外设 ２、计算机内部一律采用进制数存储数据。 Ａ十Ｂ八Ｃ二Ｄ十六 ３、伪指令是程序员发给汇编程序的指令，也称命令。 Ａ二进制Ｂ汇编Ｃ高级Ｄ人工命令 ４、顺序控制就是依次执行、无分支、无循环和调用。 Ａ从上到下Ｂ从下到上Ｃ从里到外Ｄ从外到里 ５、有条件跳转语句可以分为语句和多分支语句。 Ａ跳转语句Ｂ单分支语句Ｃ顺序语句Ｄ转移语句 ６、ＣＰＵ和外部通信有通信和串行通信。 Ａ并行Ｂ异步Ｃ同步Ｄ位传送 ７、总线按功能和规范分为总线、内总线和外总线。 Ａ数据Ｂ地址Ｃ片Ｄ控制 ８、地址总线的宽度为位。 Ａ８Ｂ４Ｃ３２Ｄ１６ ９、５１系列单片机内部４个双向的并行Ｉ/Ｏ端口，共根引脚。 Ａ３２Ｂ１６Ｃ８Ｄ６４ １０、两个字长的二进制位数是。 Ａ８Ｂ１６Ｃ３２Ｄ６４ 三、名词解释：（每题４分，共２０分） １、微处理器： ２、工业控制计算机（ＩＰＣ）：
计算机控制技术课程设计任务书 题目1：通用数字PID调节器设计 1、主要技术数据和设计要求 主要技术数据：8路模拟量输入：适配1～5V输入，量程自由设定；8路输出控制信号：1～5V标准电压输出；输入模拟量转换精度：0.1%；RS232串行通讯通口。 控制模型：数字PID控制算法；PID参数范围：比例带Kp：1-999.9%，积分时间Ti：1-9999秒（Ti=9999时积分切除），微分时间Td:：0-9999秒（Td=0时微分切除）。 调节控制器使用51内核的单片机，完成对8路模拟信号的切换、信号变换、A/D转换；单片机对数据处理后（含数字滤波、数值变换），送到显示和通讯部分，并经PID运算处理后通过D/A转换器输出。经信号变换和信号分配后输出8路控制信号。设计中应充分考虑干扰问题。 2、设计步骤 一、总体方案设计、控制系统的建模和数字控制器设计 二、硬件的设计和实现 1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）； 2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）； 3. 设计键盘、显示接口电路； 4. 设计8路模拟量输入输出通道； 5. 设计RS232串行通讯通口； *6. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）。 三、软件设计 1. 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 2. 编写数字PID调节器软件模块； 3. 编写数字滤波程序； *4. 编写A/D、D/A转换器处理程序模块； *5. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)。 四、编写课程设计报告，绘制完整的系统电路图。
计算机控制技术课程设计任务书 题目2：双闭环直流电动机数字调速系统设计 1、主要技术数据和设计要求 主要技术数据：直流电动机（对象）的主要技术参数如下：直流电动机Ped=3kW，Ued=220v ，ned=1500r/min，电枢回路总电阻R=2.50欧姆，电动机回路电磁时间常数TL=0.017s，机电时间常数TM=0.076s，电势常数Ce=0.1352V/r·min)，晶闸管装置放大倍数Ks=30，整流电路滞后时间Ts=0.0017s。 主要技术指标：速度调节范围0-1500r/min，速度控制精度0.1%（额定转速时），电流过载倍数为1.5倍。 主要要求：直流电动机的控制电源采用PWM控制方式，在其输入电压为0-5伏时可以输出0-264伏电压，为电机提供最大25安培输出电流。速度检测采用光电编码器，且假定其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辨向后获得每转1024个脉冲的角度分辨率和方向信号。电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为1000：1，额定电流为50安培。采用双闭环（速度和电流环）控制方式。 2、设计步骤 一、总体方案设计、控制系统的建模和数字控制器设计 二、硬件的设计和实现 1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）； 2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）； 3. 设计键盘、显示接口电路； 4. 设计输入输出通道（速度反馈、电流反馈电路、输出驱动电路等）； *5.它相关电路的设计或方案（电源、通信等）。 三、软件设计 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 2. 编写数字调节器软件模块； 3. 编写A/D转换器处理程序模块； *4.编写输出控制程序模块； *5.其它程序模块(数字滤波、显示与键盘等处理程序)。 四、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。
第一章 1.计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控 制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2?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？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统 的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：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、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制（简称PID控制）、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3.计算机控制系统的主要特点有哪些？解： 主要有以下特点： 1.数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2?灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电 路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实 现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序 就可以了。 3?可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4.离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转 换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产
第1章 绪论 1.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)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将 要采取的控制策略。 (3)实时控制：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。 2 . 计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。 答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。 （2）方块图如下图1.1所示： 工业计算机 PIO 设备 生产过程 图1.1 计算机控制系统的组成框图 作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。其中系统软件 包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基 础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序； ②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。 ③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计 算机控制系统中要考虑实时性？ （1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件 做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方 式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联 系并作相应操作的方式。 （2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并 行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查 扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。 CPU/MEM 人-机接口 内部总线 系统支持版 磁盘适合 器 数字量输出（DO ）通道 数字量输入（DI ）通道 模拟量输出（AO ）通道 模拟量输入（AI ）通道 电气开关 电气开关 执行机构 测量变送 被控对象
计算机控制技术及工程应用复习资料
一、第一章 1）计算机控制系统的监控过程步骤 a.实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入； b.实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策； c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务； 2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？ 数据采集系统（DAS）操作指导控制系统(OGC) 直接数字控制系统（DDC） 监督计算机控制系统（SCC）分散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS） 3）计算机控制装置种类 可编程控制器；可编程调节器；总线式工控机；单片微型计算机；其他控制装置 4）计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？ 同：1）计控系统是由常系统演变而来的； 2）两者的结构基本相同 异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化 3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件 二、第二章 1）4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理 假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。根据电流定律，有： 由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式： 考虑到放大器反相端为虚地，故： 选取R fb = R ，可以得到： 对于n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成： 结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb以及基准电压VREF有关。
一、填空 1.计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表。 2.计算机监督系统SCC的作用是：按照一定的数学模型计算给定值并提供给DDC计算机。 3.闭环控制系统是指输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响。 4.多路开关的作用是完成模拟量的切换。 5..采用ADC0809构成模拟量输入通道，ADC0809在其中起模拟量到数字量的转换和多路开关的作用。 7.ADC0809中EOC呈高电平，可以向CPU申请中断，说明转换已经结束，EOC 呈低电平，说明处于转换过程中。 8.当D/A转换器的位数多于处理器的位数时，需要两级数据缓存，数据分批传送，输入的所有数字位必须同时进行转换。 9.防止抖动是能否正确读取键值得必要环节，实现方法是可以用硬件电路或软件程序实现。 10.采用共阴极LED多位数码管显示时，位选信号为低电平，段选信号为高电平。 11.在LED多位数码管显示电路中，段选模型决定数码管显示的内容。 12..开关量控制系统中，常设有光电隔离器，起耦合、隔离和开关的作用。 14.小功率直流电机控制系统中，改变转子上的通电极性，以便改变电机的转向。 15..RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑1的电平是-3V以下。 18..采用全双工通信方式，数据传输的方向性结构为可以在两个方向上同时传输。 20.半双工可以在两个方向上传输，但不能同时传输。 21.采用异步传输方式，设数据位为7位，1位校验位，1位停止位，则其通信效率为70%. 22.在工业过程控制系统中采集的数据常掺杂有干扰信号，可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路来提高信/噪比。 23.标度变换就是把数字量转换成人们熟悉的十进制工程量。 24.使A/D转换器满量程信号达到均一化的含义是任何情况下A/D转换器的输入最大值都为满量程。 25.比例调节的强弱可调，作用比较强，几乎贯穿整个调节过程。 26.在计算机控制系统中，T的确定十分重要，原因是T太小，系统精度不够。 27.一般而言，纯微分控制不使用，因为微分作用仅出现在偏差变化的过程中。 28.PID调节可根据实际情况调整结构，但不能采用ID调节。 29.PI调节系统，I作用随时间的增长而加强，只要时间足够长，静差一定会消除。 30.引起调节的根本原因是偏差，偏差的正、负决定调节作用的方向；偏差的大、小决定调节作用的强弱；偏差为零，调节作用为零。 二、选择题 1. 下面关于微型计算机控制技术的叙述，正确的是（D）。 A．微型计算机控制技术只能用于单片机系统 B．任何控制系统都可以运用微型计算机控制技术 C．微型计算机控制技术不能用于自动化仪表 D．微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表 2. 计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B）。 A．接受测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定值并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D． SCC计算机与控制无关 3．关于现场总线控制系统，下面的说法中，不正确的是（C）。 A．省去了DCS 中的控制站和现场仪表环节 B．采用纯数字化信息传输 C．只有同一家的FCS 产品才能组成系统 D．FCS强调“互联”和“互操作性 4.闭环控制系统是指（B）。A．系统中各生产环首尾相接形成一个环 B．输出量经反馈环节回到输入端，对空置产生影响 C．系统的输出量供显示和打印 D．控制量只与控制算法和给定值相关 5．下列缩写表示现场可编程控制逻辑阵列的是（D）。 A．PLC B．PLD C．GAL D．FPGA 6.多路开关的作用（A）。 A．完成模拟量的切换 B．完成数字量的切换 C．完成模拟量与数字量的切换 D．完成模拟量和数字量的切换 6.A/D转换器的VREF（-）VREF（+）分别接-5V和+5V，说明它的（A）。A．输入为双极性，范围是-5V至+5V B．输入为双极性，范围是-10V至+10V C．输出为双极性，范围是-FFH至+FFH D．输入为单极性，范围是0至+5V 7.在LED多位数码管显示电路中，（B） A．位选模型决定数码管显示的内容 B．段选模型决定数码管显示的内容 C．段选模型决定哪位数码管显示 D．不需要位选模型 8.无论动态显示还是静态显示都需要进行译码，即将（D） A．十进制数译成二进制数 B．十进制数译成十六进制数 C．十进制数译成ASCII码 D．十进制数译成7段显示码 9.在计算机交流电机控制系统中，需要解决的问题是（D） A．将交流变成只留后并放大 B．将直流变成交流后并放大 C．设单向开关，使直流电通过并放大 D．设双向开关，使交流电通过并放大 10.开关量控制系统中，常设有光电隔离器，下面的描述中错误的是（A） A．将被控系统与微型机控制控制系统间完全断开，以防CPU受到强电的冲击 B．将被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连接成系统，实现控制。 C．控制信号到位时被控电路接通，否则电路切断，起开关作用 D．耦合、隔离和开关11.小功率直流电机控制系统中，正确的做法是（B） A．改变定子上的通电极性，以便改变电机的转向 B．改变转子上的通电极性，以便改变电机的转向 C．在定子上通以交流电，电机可周期性变换转向 D．在转子上通以交流电，电机可周期性变换转向 12.RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑1的电平是（C） A．0.3V以下 B．0.7V 以下 C．-3V以下 D．+3V以上 13．主计算机与通信处理机通过RS-232C电缆相接，两台设备的最大距离为（C）时，适合用近距离电缆连接 A．5米 B．10米 C．15米 D．20米 14.采用全双工通信方式，数据传输的方向性结构为（A） A．可以在两个方向上同时传输 B．只能在一个方向上传输 C．可以在两个方向上传输，但不能同时进行 D．以上均不对 15.下列关于半双工的叙述中，正确的是（C） A．只能在一个方向上传输 B．可以在两个方向上同时传输 C．可以在两个方向上传输，但不能同时传输 D．以上均不对 16.RS-232C的电气特性规定使用（D） A．TTL电平 B．CMOS电平 C．正逻辑电平 D．负逻辑电平 17.采用异步传输方式，设数据位为7位，1位校验位，1位停止位，则其通信效率为（B） A．30% B．70% C．80% D．20% 18.在工业过程控制系统中采集的数据常掺杂有干扰信号，（D）来提高信/噪比A．只能通过模拟滤波器 B．只能通过数字滤波器 C．可以通过数字滤波程序或模拟滤波电路 D．可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 19.若模拟量微机控制系统的采样部分选用数字表，则（B） A．微机直接接收数字量，无须在进行滤波 B．微机直接接受数字量，仍需进行滤波 C．须将数字表的输出先转换成模拟量，再送入微机处理 D．无论数字量还是模拟量微机都能接收，但需要进行滤波