第一章计算机控制系统概述
一、授课时间：年月日第1次
二、教学目的：
掌握计算机控制技术的应用和该课程对专业的帮助
掌握计算机控制系统的组成
掌握工业控制机的特点
三、教学的重点和难点：
重点：计算机控制系统的组成。
难点：工业控制机的特点。
四、教学的内容和过程：
1.1 计算机控制系统的组成
计算机控制系统是由计算机和工业对象两大部分组成的。在工业领域中，自动控制技术已获得了广泛的应用。图1-1(a)示出了按偏差进行控制的闭环控制系统
图1-1 控制信号的一般形式
(a) 闭环控制系统框图； (b) 开环控制系统框图
图1-1(a)是闭环控制系统的原理框图，在闭环控制系统中，测量元件对被控对象的被控参数(如温度、压力、流量、转速、位移等)进行测量；变换发送单元将被测参数变成电压(或电流)信号，
反馈给控制器；控制器将反馈回来的信号与给定值进行比较，控制器就根据偏差产生控制信号来驱动执行机构工作，使被控参数的值达到预定的要求。
图1-1(b)示出了开环控制系统的原理框图，它与闭环控制系统不同的是，它的控制器直接根据给定值去控制被控对象工作，被控制量在整个控制过程中对控制量不产生影响。它与闭环控制系统相比，因没有反馈环节，结构相对简单，但控制性能要差一些。开环控制系统和闭环控制系统根据控制对象和控制要求的不同，分别用于不同的应用场合
由图1-1可以看出，自动控制系统的基本功能是信号的传递、加工和比较。这些功能是由测量元件、变换发送单元、控制器和执行机构来完成的。控制器是控制系统中最重要的部分，它决定了控制系统的性能和应用范围。
如果把图1-1中的控制器用计算机来代替，这样就可以构成计算机控制系统，其基本框图如图1-2所示。如果计算机是微型计算机，就组成微型计算机控制系统。在微型计算机控制系统中，只要运用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。微处理器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。器。
图1-2 计算机控制系统基本框图
计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下两个步骤：
(1) 数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并将数据传送给计算机。
(2) 控制：对采集到的被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定控制过程，适时地对控制机构发出控制信号。
上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的性能指标进行工作，并且对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督并做出迅速处理。
工业生产过程是连续进行的，应用于工业控制的微型计算机系统通常是一个实时控制系统，它包括硬件和软件两部分
1.1.1 计算机控制系统的硬件组成
微型计算机(简称微型机)控制系统的硬件一般由微型机、外部设备、输入输出通道和操作台等组成，如图1-3所示。
图1-3 微型计算机控制系统的基本组成
1. 微型机
微处理器是微型计算机的中央处理器，它是微型计算机的核心，担负微型计算机运算器和控制器的功能。而微型机则是具有
完整运行功能的计算机，它除了有相应的微处理器作为核心部件外，还包括存储器、输入输出电路以及其他配套电路。在控制系统中，微型机完成程序存储、程序执行等工作，即进行必要的数值计算、逻辑判断和数值处理。
2. 外部设备
实现微型机和外界交换信息功能的设备称为外部设备(简称外设)。外部设备包括人机通信设备、输入输出设备和外存储器等。
输入设备主要用来输入程序和数据。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
输出设备主要用来把各种信息和数据提供给操作人员，以便及时了解控制过程的情况。常用的输出设备有打印机、显示器(数码显示器或CRT显示器)、记录仪、绘图仪等。
外存储器(简称外存)，如磁带装置、磁盘装置，兼有输入输出功能，主要用于存储系统程序和数据。
3. 输入输出通道
输入输出通道是计算机和生产过程之间信息传递和变换的连接通道，它的作用有两个方面：一方面将工业对象的生产过程参数取出，经传感器(一次仪表)、变送器、A/D转换器等变换成计算机能够接受和识别的代码；另一方面将计算机输出的控制命令和数据，经过变换后作为操作执行机构的控制信号，以实现对生产过程的控制。
4. 操作台——人机接口
操作台是操作人员用来与微型机控制系统进行“对话”的，其基本功能如下：
(1) 有显示装置，如显示屏幕或荧光数码显示器，以显示操
作人员要求显示的内容或报警信号。
(2) 有一组或几组功能键，功能键旁应有标明其作用的标志或字符，对功能键进行操作，微型机就能执行该标志所标明的动作。
1.1.2 计算机控制系统的软件
软件是指计算机控制系统的程序系统。软件通常分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件。
系统软件包括程序设计系统、诊断程序、操作系统以及与计算机密切相关的程序，带有一定的通用性，由计算机制造厂家或软件供应商提供。
应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。在微型机控制系统中，每个控制对象或控制任务都配有相应的控制程序，通过这些控制程序来实现各个控制对象的不同要求。这种为实现特定控制目的而编制的程序，通常称为应用程序。这些程序的编制涉及到对生产工艺、生产设备、控制工具、控制规律的深入理解。首先要建立符合实际的数学模型，确定控制算法和控制功能，然后将其编成相应的程序。
计算机控制系统随着硬件技术的日臻完善，对软件提出了越来越高的要求。只有软件和硬件相互间有机地配合，才能充分发挥计算机的优势，研制出完善的计算机控制系统。
1.2 工业控制机的特点
数字计算机的运算和逻辑功能可以有效地满足当代复杂生产过程的控制要求。专门用于生产过程控制的数字计算机，通常称为生产过程控制用计算机系统，也称为工业控制计算机(简称工控机)。
工业控制机一般有以下特点：
(1) 工控机的可靠性和可维修性是两项非常重要的因素，它们
决定着系统在控制上的可用程度。
(2) 环境的适应性强：
(3) 控制的实时性：
(4) 较完善的输入输出通道：
(5) 较丰富的软件：工控机应配备有比较完整的操作系统和适合生产过程控制的应用程序，使机器的操作简单、使用合理、控制性能好。
(6) 适当的计算精度和运算速度：
五、课堂小结：
1.计算机控制系统的组成。
包括：硬件系统的组成和软件系统的组成
2.工业控制机的特点。
六、布置作业：
P13 第一题第二题
1.3 微型计算机控制系统的主要结构类型
一、授课时间： 年 月 日 第 2 次
二、教学目的：
掌握微型计算机控制系统的主要结构类型
了解近年来计算机控制系统在我国的发展趋势
三、教学的重点和难点：
重点：微型计算机控制系统的五种类型
难点：近年来计算机控制系统在我国的发展趋势
四、教学的内容和过程：
复习上节课内容
1.计算机控制系统的组成。
包括：硬件系统的组成和软件系统的组成
2.工业控制机的特点。
讲解作业，导入新课
微型计算机控制系统的主要结构类型
1.3.1 计算机操作指导控制系统
计算机操作指导控制系统的结构图如图1-4所示。
图1-4 计算机操作指导控制系统的结构图
该系统属于数据采集与处理系统。早期的生产过程很少有数字传感器，数字量输入多为开关量，故仅有模拟量输入和数字开关量打印数字量输入微型计算机
输入部分。生产过程需要收集的参数，经多路模拟量输入、多路数字开关量输入送进微机，进行数据采集和分析处理，并将采集处理的数据以一定的形式显示或打印出来。这些数据可以在存储器中保存，当出现异常时发出声光报警。这种系统中的微机不直接参与影响生产的过程控制，只是为操作人员提供指导信息，供操作人员参考。操作人员根据计算机的指导通过控制仪器对生产过程进行控制。1．3．2 直接数字控制系统(DDC)
直接数字控制(Direct Digital Control)系统，简称DDC，一般是在线实时系统，结构图如图1-5所示。微机通过模拟量输入通道及接口AI、数字开关量输入通道及接口DI进行实时数据采集，然后按已定的控制规律进行实时控制决策，最后通过模拟量输出通道及接口AO、数字开关量输出通道及接口DO输出控制信号，实现对生产过程的直接控制。 DDC属于计算机闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。为提高利用率，一台计算机有时要控制几个或几十个回路。
图1-5 直接数字控制系统结构图
1．3．3 监督计算机控制系统(SCC)
监督计算机控制(Supervisory Computer Control)系统，简称SCC，系统结构图如图1-6 所示。
图1-6 监督计算机控制系统结构图
SCC系统是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级微机完成生产过程的直接数字控制；SCC级微机则根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化给定值，送给DDC级执行。SCC级微机承担高级控制与管理任务，要求数据处理功能强，存储容量大等，一般用较高档微机。
1．3．4 集散型控制系统(DCS)
集散型控制系统也叫分散型控制系统(Distributed Control System)，简称DCS。采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从下到上分为过程控制级、控制管理级、生产管理级等若干级，形成分级分布式控制，其结构图如图1-7 所示。
三级系统由高速数据通路HW和局域网络LCN两级通信线路相连。控制管理级与过程控制级为操作站—控制站—现场仪表三层结
构模式，由现场控制站、输入输出过程接口单元PIU、 CRT显示操作站、高速数据通路、监控计算机五部分组成。
图1-7 DCS的组成结构图
1．3．5 现场总线控制系统(FCS)
上
位管理机工程师操作站
网间
连接器
操作员
操作站
监控
计算机
网间
连接器
现场
控制站1
现场
控制站2
过程接口
单元P IU
可编程
控制器P LC
智能
调节器
其他可连
测控装置局域网络LCN
其他局域网络
生产管理级
控制管理级
过程控制级
高速数据通路HW
去测量变送，执行装置的现场仪表工业对象
…
图1-8 现场总线控制系统结构图
现场总线控制系统(Fieldbus Control System)，简称FCS，是新一代分布式控制结构，如图 1-8所示。该系统克服了DCS系统成本高和由于各厂商的产品通信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用集管理控制功能于一身的工作站——现场总线智能仪表的二层结构模式，完成了DCS中三层结构模式的功能，降低了成本，提高了可靠性。
1．3．6 工业过程计算机集成制造系统(CIMS)
随着工业生产过程规模的日益复杂与大型化，现代化工业要求计算机系统不仅要完成直接面向过程的控制和优化任务，而且要在获取尽可能多的全部生产过程信息的基础上，进行整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理。由于自动化技术、计算机技术、数据通信技术等的迅速发展，满足这些要求已不是梦想，能实现这些功能的系统称之为计算机集成制造系统(CIMS)。当CIMS用于流程工业时，简称为流程CIMS。其结构框图如图1-9所示。
图1-9 流程工业计算机集成制造系统结构示意图
从图中可以看到，这类系统除了常见的过程直接控制、先进控制与过程优化功能之外，还具有生产管理、收集经济信息、计划调度和产品订货、销售、运输等非传统控制的诸多功能。因此，计算机集成制造系统所要解决的不再是局部最优问题，而是一个工厂、一个企业乃至一个区域的总目标或总任务的全局多目标最优，也即企业综合自动化问题。最优化的目标函数包括产量最高、质量最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最高、对环境污染最小等指标，它反映了技术、经济、环境等多方面的综合性要求，是工业过程自动化及计算机控制系统发展的一个方向。
1.4 微型计算机控制系统的发展
1．4．1 计算机控制系统的发展过程
1946年世界上第一台电子计算机ENIAC正式使用以来，数字计算机在世界各国得到了极大的重视和迅速发展。20世纪70年代微型计算机的推广，标志着计算机的发展和应用进入了新的阶段。
计算机技术的发展给控制系统开辟了新的途径。现代控制理论以及各种新型控制规律和组合控制规律的发展又给自动控制系统增添了理论支柱。经典的和现代的控制理论与计算机相结合，出现了新型的计算机控制系统。
从美国工业控制机的发展和应用来看，用计算机来控制生产过程，大体上经历了三个阶段：
1.1965年以前是试验阶段，
2.1965~1969年是计算机控制进入实用和开始逐步普及的阶段。
3.1970年以后是大量推广和分级控制阶段。
1．4．2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势
微型计算机控制系统的发展是与组成该控制系统的核心部分——微型机的发展紧密相连的。
微型机和微处理器自从20世纪70年代崛起以来，发展极为迅猛：芯片的集成度越来越高；半导体存储器的容量越来越大；控制和计算性能，几乎每两年就提高一个数量级。另外，大量新型接口和专用芯片不断涌现、软件的日益完善和丰富，大大扩大了微型计算机的功能，这为促进微型计算机控制系统的发展创造了有利的条件。
1. 以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流
2. PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展
3. 面向测控管一体化设计的DCS系统
集散控制系统DCS（Distributed Control System）问世于1975年，生产厂家主要集中在美、日、德等国，我国从20世纪70年代中后期起引入国外的DCS。 20世纪80年代初期在引进、消化和吸收的同时，开始了国产化DCS的技术攻关。
4. 控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展
由于3C（Computer、 Control、Communication）技术的发展，过程控制系统将由DCS发展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备（Field Device）中。
5. 仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展
6. 工业控制网络将向有线和无线相结合的方向发展
7. 工业控制软件正向先进控制方向发展
自20世纪80年代初期诞生至今，工业控制软件已有20年的发展历史。工业控制软件作为一种应用软件，是随着PC机的兴起而不断发展的。工业控制软件主要包括人机界面软件（HMI），基于PC的控制软件以及生产管理软件等。目前，我国已开发出一批具有自主知识产权的实时监控软件平台、先进控制软件、过程优化控制软件等成套应用软件，工程化、产品化有了一定突破，打破了
国外同类应用软件的垄断格局。通过在化工、石化、造纸等行业的应用，促进了企业的技术改造，提高了生产过程的控制水平和产品质量，为企业创造了明显的经济效益。
五、课堂小结：
1.微型计算机控制系统的五种类型
2.近年来计算机控制系统在我国的发展趋势
六、布置作业：
P13 第三题第四题
1 计算机控制系统概述 习题参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 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：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。 图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优
化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。 (4)检测与执行机构 a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。 b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。 4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。 (1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。系统软件包括： a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等； b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序； c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装 2
第1章练习题参考答案 一、判断题（正确Y，错误N） 1.信息是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。Y 2.信息就是数据。N 3.知识来源于信息。Y 4.信息是可以交换的。N 5.信息处理的本质是数据处理。Y 6.经加工后的信息一定比原始的信息更能反映现实的最新状态。N 7.信息技术是指用来取代人们信息器官功能，代替人类进行信息处理的一类信息技术。N 8.集成电路芯片的集成度越高，其工作速度就越快。Y 9.集成电路按用途可分为通用和专用两类，PC机中的存储器芯片属于专用集成电路。N 10.现代微处理器都是大规模集成电路。N 11.现代通信指的是使用电波或光波传递信息的技术。通信的任务就是传递信息。Y 12.通信就是传递信息，因此书、报、磁带、唱片等都是现代通信的媒介。N 13.通信系统中的发送与接收设备称之为“终端”。Y 14.在通信系统中，计算机既可以用作信源也可以用作信宿，接收和发送的都是数字信号。Y 15.通信系统中信源和信宿之间必须存在信道，才能实现信息的传输。Y 16.光纤是绝缘体，不受外部电磁波的干扰。Y 17.微波可以按任意曲线传播。N 18.微波可以经电离层反射传播。N 19.与同轴电缆相比，双绞线容易受到干扰，误码率较高，通常只在建筑物内部使用。Y 20.光纤通信、微波通信、卫星通信、移动通信，它们的任务都是传递信息，只是其传输介质和技术各有不同。Y 21.微波中继站之间的距离大致与塔高平方成正比。一般为50公里左右。Y 22.中低轨道通信卫星相对于地面是静止的。N 23.同步轨道上的卫星数目是有限的。Y 24.卫星通信是微波接力通信向太空的延伸。Y 25.传输信息量与传输速率是相同的概念。N 26.模拟信号是随时间而连续变化的物理量，包含无穷多个值。Y 27.信道的带宽总是指信道上所能通过的信号的频带宽度。N 28.FDM和TDM是指将任意多路信号复合在同一个信道中传输。Y 29.无线电广播中的中波段和短波段都采用调幅方式调制声音信号，而且都利用电离层反射传输信号。N 30.调频广播比调幅广播的声音质量好，原因是调频广播的传输频带较宽，且外界信号不会对声音的频率形成干扰。Y 31.光纤通信是利用光纤传导光信号来实现的，因此光纤不能弯曲。 N 32. 与有线通信相比，地面微波接力通信具有容量大、建设费用省、抗灾能力强等优点。Y 33.电视广播的图像信号和伴音信号都采用调幅方式发送。N 34.在有线电视系统中，通过同轴电缆传输多路模拟电视信号所采用的信道复用技术是频分
四川警安职业学院标准教案纸 课程名称计算机组成原理（第二讲）任课教师陈平授课时间地点多媒体授课班级人数 教学目标1.掌握计算机系统组成 2.了解计算机的层次结构 教学重点计算机系统组成 教学难点计算机系统的层次结构 教学时数2节教学方法讲授法、演示法、实践操作法教学手段多媒体教学 教学内容： 第一章计算机系统概述（二） 1.3.1计算机硬件系统 计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成，它们都是看得见摸得着的，故通常称为硬件，它是计算机系统的物质基础。 绝大多数计算机都是根据冯·诺依曼计算机体系结构的思想来设计的。故具有共同的基本配置，即由五大部件组成：主机部分由运算器、控制器、存储器组成，外设部分由输入设备和输出设备组成，其中核心部件是运算器。这种硬件结构也可称为冯·诺依曼结构，如图1-3所示。 图1-3计算机硬件的基本组成 计算机硬件的基本组成演示 计算机各部件之间的联系是通过两股信息流动而实现的，宽的一股代表数据流，窄的代表控制流。数据由输入设备输入至运算器，再存于存储器中，在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的中间结果存入存储器，或由运算器经输出设备输出。指令也以数据形式存于存储器中，运算时指令由存储器送入控制器，由控制器产生控制流控制数据流的流向并控制各部件的工作，对数据流进行加工处理。 1.运算器 运算器是完成二进制编码的算术或逻辑运算的部件。运算器由累加器（用符号A表示）、通用寄存器（用符号B表示）和算术逻辑单元（用符号ALU表示）组成，其结构如图1-4所示，其核心是算术逻辑单元。 图1-4运算器结构示意图
10电气（2）班姓名：陆继赟学号：01 计算机控制技术及应用 一、计算机控制技术应用和发展 在近10多年里，计算机技术得到了极大的发展和完善；无论是在系统硬件成本，还是在计算速度和存贮容量方面都取得了很大的进步。特别是面向用户的编程语言也大大简化了。同时，由于采用了更多的可靠元件、尖端的设计工艺，增加了容错技术、冗余诊断程序，系统的可靠性也得到较大的提高；传统的过程控制功能与诸如生产计划、调度、优化及操作控制等实时信息处理和决策应用的不断渗透、融合，使通过高级计算机控制实现各种过程高性能目标的手段变得越来越可靠和更为强劲有力；功能价格比也日趋合理。因而，使计算机控制在工业中的应用得到了迅猛的发展，而且正越来越广泛地应用于石油、化工、钢铁、造纸、电力等工业部门，并在提高设备处理能力和生产效率、产品质量；有效利用能源(水、人力、材料等资源)，满足环保、人身安全等严格要求及在日益激烈的国内外市场竞争中，发挥着举足轻重的作用。 二、（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。 2、计算机控制系统 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。 3、计算机控制系统的控制过程 （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数据分析和处理，并按已定的控制规律决 定进一步的的控制过程。 （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。 4、计算机控制系统的特点 （1）结构上。计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其执 行控制功能的核心部件是数字计算机，所以计算机控制系统是模拟和数字部件的混合系统。 （2）计算机控制系统中除仍有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等多种信号形式。 （3）由于计算机控制系统中除了包含连续信号外，还包含有数字信号，从而使计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论来分析和设计。 （4）计算机控制系统中，修改一个控制规律，只需修改软件，便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大灵活性和适应性。 （5）计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算能力，一个控制器（控制计算机）经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路。 （6）采用计算机控制，如分级计算机控制、离散控制系统、微机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。 5、计算机控制系统的组成 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。 （1）硬件：a)由中央处理器，时钟电路，内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部分。 b)通用外围设备按功能可分为输入设备、输出设备和外存储器三类。 c)过程Ｉ／Ｏ通道，又称过程通道。 d)通用接口电路，一般有并行接口、串行接口和管理接口（包括中断管理、 直接存取DMA管理、计数/定时等）。 e)传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变成电学量。变送器的作 用是将传感器得到的电信号转变成适用于计算机借口使用的标准的电 信号（如０～１０ＭＡＤＣ）。 f)计算机控制系统一般要有一套专供运行操作人员使用的控制台称为运行 操作台，操作台一般包括各种控制开关、数字键、功能键、指示灯、声 信器、数字显示器或ＣＲＴ显示器等。 （2）软件：软件是指计算机控制系统中具有各种功能的计算机程序的总和，如完成操作、监控、管理、控制、计算和自诊断等功能的程序。整个系统在软件指挥下协 调工作。从功能区分，软件可分为系统软件和应用软件。 （二）集成系统控制 计算机技术的不断发展，使计算机系统的数据采集、处理、存贮、高速执行复杂计算任
第1章 计算机系统概论参考答案 1．什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 答：计算机系统是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。计算机系统由两大部分组成：硬件（子）系统和软件（子）系统，其中硬件子系统是系统赖以工作的实体，它是有关的各种物理部件的有机的结合。软件子系统由各种程序以及程序所处理的数据组成，这些程序的主要作用是协调各个硬件部件，使整个计算机系统能够按照指定的要求进行工作。 硬件子系统包括中央处理器、主存存储器、输人输出控制系统和各种外围设备。 软件子系统包括系统软件、支援软件、应用软件三个部分。 都很重要,,,硬件是基础,软件是灵魂 2．如何理解计算机系统的层次结构？ 答：计算机系统存在着层次结构，从功能上看，现代计算机系统可分为五个层次级别，每一层都能进行程序设计，如图所示。 1. 微程序设计级 这一级是由硬件直接实现的，是计算机系统最底层的硬件系统。由机器硬件直接执行微指令。只有采用微程序设计的计算机系统，才有这一级。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运行应用程序。 2. 一般机器级 也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级，是软件系统和硬件系统之间的纽带。硬件系统的操作由此级控制，软件系统的各种程序，必须转换成此级的形式才能执行。 3. 操作系统级 由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。计算机系统中硬件和软件资源由此级管理和统一调度，它支撑着其它系统软件和应用软件，使计算机能够自动运行，发挥高效率的特性。 4. 汇编语言级 给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。
《计算机控制系统》课程教学大纲 课程名称：计算机控制系统课程代码：ELEA3042 英文名称：Computer Control System 课程性质：专业学位课程学分/学时：4学分/72学时(54+18) 开课学期：第7学期 适用专业：电气工程及其自动化 先修课程：复变函数与积分变换、信号与系统、自动控制原理 后续课程：无 开课单位：机电工程学院课程负责人：杨歆豪 大纲执笔人：杨歆豪大纲审核人：余雷 一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平） 课程性质：计算机控制系统是电气工程及其自动化专业的一门专业学位课程。本课程针对电气工程及其自动化专业的特点，以离散控制理论等基础知识为主，同时结合自动控制理论、现代控制理论和复变函数等概念，并且以实际应用为导向，培养学生熟练的运算能力及进行科学分析、归纳和总结的能力，提高分析问题和解决问题的能力，从而为以后的从事实际工作和科学研究奠定一定的基础。 教学目标：计算机控制系统就是将计算机作为系统的控制器，从而实现对生产对象的有效控制，所以在本质上计算机控制讨论的就是系统的离散控制。本课程的主要内容包括：信号的离散和恢复，Z变换与Z反变换，差分方程及其求解，离散系统的传递函数、状态方程，系统的稳定性、过渡过程和稳态误差，系统的离散化设计和模拟化设计，数字PID技术和改进，离散系统的能控性和可测性。通过本课程的学习，要使学生了解和掌握计算机控制的基本概念、工作原理、初步分析、具有实用价值的设计方法，培养学生完成简单计算机控制系统构成、实时软件编制以及系统调试维护的基本能力，为毕业后参与计算机控制系统开发、调试和维护打下初步基础。 本课程的具体教学目标如下： 1.了解计算机控制系统的定义、分类、结构和组成，较好的掌握香农采样定理和零阶保持器，理解计算机控制系统的本质是离散控制系统，从而掌握线性离散系统的数学描述（差分方程、Z传递函数）和分析方法（Z变换、Z反变换）； 2.领会S平面与Z平面的映射关系，掌握线性离散系统的稳定域，熟练灵活运用线性离散系统的稳定性判据，能够利用Z传递函数分析离散系统的过渡过程特性和离散系统的误差特性，能够利用系统的离散状态方程和输出方程分析系统的能控性和可测性；
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
第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。 解答： 1.4应用逻辑器件设计一个指示灯经过计算机数据总线输出的电路图。 解答： 1.5设计一个模拟信号输入至计算机总线接口的结构框图。 解答： 模拟量输入通道组成与结构图 1.6设计一个计算机总线接口至一个4~20mA模拟信号输出的结构框图。 解答：
第1章计算机系统概论 本章系统地介绍计算机系统的基本知识，要求学生了解计算机的分类与应用，掌握计算机的硬件组成，软件与硬件的关系以及计算机系统的层次结构。 重点提示： ●计算机系统的工作原理 ●计算机硬件系统的几大部件及其功能 ●计算机软件系统 1-1重点难点指导 1-1-1计算机系统简介 ENIAC（电子数字积分计算机，Electronic Numerical Integrator And Computer）是第一台正式运转的通用电子计算机。自从这台计算机问世以来，从使用的元器件角度来看，计算机的发展大致经历了4代的变化。 ●第一代（1946～1954）电子管计算机； ●第二代（1955～1964）晶体管计算机； ●第三代（1965～1973）集成电路计算机； ●第四代（1974～现在）大规模和超大规模集成电路计算机。 在计算机系统发展历史中，摩尔定律（Moore’s Law）是一个很重要的概念。Intel的创始人之一高登·摩尔（Gordon Moore）于1965年提出了著名的摩尔定律，预言单位平方英寸芯片的晶体管数目每过18到24个月就将增加一倍。 计算机的分类方法有很多种，主要的分类方式有： 按所处理的信号分类：⑴模拟计算机；⑵数字计算机。 按硬件的组合及用途分类：⑴专用计算机；⑵通用计算机。 按计算机的规模分类：⑴微型计算机；⑵工作站；⑶小型计算机；⑷主机；⑸小巨型计算机；⑹巨型计算机。 现实中的分类：⑴服务器；⑵工作站；⑶台式机；⑷便携机；⑸手持机。 计算机系统就是按人的要求接收和存储信息，自动地进行数据处理和计算，并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。前者是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是系统赖以工作的实体。后者是各种程序和文
计算机系统概述 现代人都知道，计算机由硬件系统和软件系统组成，但是不了解计算机的产生和设计原理，很难真正理解计算机的结构。 从刀耕火种到坐在计算机前冲浪，人类经历了漫长的探索，在这种艰辛且充满惊喜的探索中计算机一步步向我们的理想逼近。 第一节计算机的创始及结构 一、从原始计数法到机械计算机 在远古时代，人类首先从自身找到了最原始的计数工具——手，用手指来计数。为了能表达比10个手指更多的数目，古代人们想出第二种计数工具——石子。石子、贝壳、绳结、木棒不但作为统计财产、人数、猎物的工具，还能保留下统计的结果，这是现代计算机原理中存储思想的最初萌芽。 大约1000多年前，东方文明古国——中国开始使用算盘，这是世界上最古老的、流传最广的计算工具。古代算盘是用小棒（或石子、金属块等）排放在不同位置上，表示不同的位权，并按此进位与借位。可见，那时已经有了进位计数的概念。 1642年，19岁的法国数学家布莱斯·帕斯卡（Blaise Pascal）发明了装有手转圆轮的机械加法器。 帕氏加法器里，一个圆轮代表一位数。轮上分为10个相等部分，刻有0～9十个数字。做加法时，顺时针转动圆轮，当转到0刻度，便自动将高位圆轮带进一格。巴氏加法器用纯粹机械运动代替人们的思考和记录，表示人类开始向自动计算工具的迈进。为了纪念他，程序设计语言Pascal就是以他的名字命名的。 现代计算机的先驱者是英国的数学家查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）（1792一1871）。1833年在他的微分分析机（differential analyzer）的设计方案中，他天才地提出了计算工具至少必须具有五个独立的部分： ①输入部分送入需要处理的问题和信息.； ②存储库保存信息，以便机器使用； ③运算室能进行各种实际的运算； ④控制器指挥机器按顺序工作； ⑤输出部分送出问题处理的结果。 这台机器仍属于机械计算机，但是他的思想在当时确实太先进了，直至100多年后才开发了电子计算机。巴贝奇的许多观点被一位女伯爵、著名的女诗人Augusta AdaByron记载下来，并深入分析。她可以算是世界上第一个计算机程序设计员，程序设计语言Ada则因她的荣耀而命名。 二、电子计算机的诞生 聪明的人脑可以记忆、可以计算、可以判断，但是成功地描述、模拟乃至制造出大脑功
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
第一部分DCS系统介绍 第一章计算机控制系统简介 第一节概述 计算机控制系统是指以计算机为控制设备所组成的自动控制系统。计算机具有实现各种数学运算和逻辑判断的能力。其主要特点是： 1、运算速度快，能存储大量的数据，具有很强的信息处理能力； 2、容易实现各种控制规律（PID控制、串级控制、复合控制等）； 3、将显示、打印、报警、给定参数等功能集中在控制台上，方便运行人员操作与监视； 4、指导运行人员正确地进行操作和控制。 计算机在电厂生产过程自动化中的应用，主要有以下三个方面。 1、数据采集和处理 计算机数据采集和处理系统的功能是：定时采集生产过程中大量的，经过一次测量仪表发送、统一信号、模/数转换后的过程参数信号，并按预定的要求对它们进行分析、计算和处理，最后进行CRT显示、报警、打印或储存。 计算机数据采集处理系统的结构示意图如下图实线部分所示。 数据处理的另一种应用形式是操作指导。计算机根据生产过程提出的数学模型进行计算，寻找出生产过程的最优操作条件和数值，并CRT显示屏上显示出来或通过打印机打印给操作人员。由操作人员去改变模拟调节器的给定值或直接操纵执行机构，从而把生产过程控制在最佳状态。 操作指导属于计算机开环监控方式。
简图：计算机数据处理与操作指导系统 2、直接数字控制（DDC） 生产过程的被调参数通过模拟量输入计算机，由计算机按预定的控制规律进行运算，并运算的结果由输出通道去直接控制执行机构，从而把被调参数保持在给定值上。这样的控制方式称为直接数字控制。 简图：直接数字控制系统 3、监督计算机控制（SPC） 监督计算机控制是指计算机根据生产过程的信息，按照过程的数学模型，求出生产过程最优运转的操作条件和数值，并直接去改变模拟调节器的给定值，由模拟调节器或DDC控制机实行对生产过程的控制，从而使生产过程处于最优化状态。 简图：监督计算机控制系统
第一章概述 2、控制的本质是什么？ [指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。 控制过程本质上是一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反馈信息、指令信息、执行信息等，通常由电子或机械的信号来表示。 3、自动控制中有哪些基本问题？ [指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。 自动控制中的基本问题包括：自动控制系统的结构、过程、目标和品质等。 结构包括组成及其关系两个部分；控制过程主要为一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等；目标规则体现了系统的功能；控制品质即为控制的质量，可通过系统的性能指标来评价。 6、一个典型的计算机控制系统由哪些部分组成？它们的关系如何？ [指导信息]:参见1.2.1 计算机控制系统的结构。 计算机系统分为硬件系统和软件系统，硬件系统包括计算机、输入输出接口、过程通道(输入通道和输出通道)、外部设备(交互设备和通信设备等)，软件系统包括系统软件和应用软件，其中计算机系统作为控制单元，见图1 6所示。 设计人员 管理人员 操作人员 其他系统 典型计算机控制系统的结构框图 7、计算机控制系统有哪些分类？试比较DDC、SCC、DCS和FCS的各自特点。 [指导信息]:参见1.2.2计算机控制系统的分类。 分类方法有：按系统结构的分类、按控制器与被控对象的关系分类、按计算机在控制系统中的地位和工作方式分类、按控制规律分类。 其中DDC(Direct Digital Control)、SCC(Supervisory Computer Control)、DCS(Distributed Control System) 和FCS(Field bus Control System)是按计算机在控制系统中的地位和工作方式来分类的。 DDC中的计算机直接承担现场的检测、运算、控制任务，相当于“一线员工”。 SCC系统中的SCC计算机主要完成监督控制，指挥下级DDC计算机完成现场的控制，相当于“车间主任”或“线长”。 DCS由多台分布在不同物理位置的计算机为基础，以“分散控制、集中操作、分级管理”为原则而构建的控制系统，DCS中的计算机充当各个部门的“管理人员”，如过程管理、生产管理、经营管理等职能。
计算机系统的硬件和软件 一、计算机的发展与未来： 1、计算机的诞生（重点）：（时间、名称、地点）：1946年，第一台计算机ENIAC（埃尼阿克）诞生于美国。 2、计算机的发展（重点）（四代发展换代的主要标志为使用的电子元件的不同。）每代使用的电子元件分别是什么。 计算机各代划分及特征简表 计算机起始年份使用的电子元件应用范围 第一代1946—1959 电子管科学计算 第二代1959—1965 晶体管科学计算、数据处理 第三代1965—1971 中小规模集成电路科学计算、数据处理、过程控制第四代1971—至今大规模集成电路或超大规模集成电路社会、生活各个领域 3、计算机的特点、分类。（重点） 计算机的特点：速度快、精度高、大容量（存储能力）、多功能、高智能。 计算机的分类（以其性能分类、与体积无关）：巨型机、大型机、中型机、小型机和微机。 4、计算机的应用及发展趋势：了解 二、信息的数字化表示： 1、感性了解数字信号和模拟信号。 2、进制的引入。（月为12进制、时间为24进制、日常计数用十进制、理解逢几进1） 3、计算机能识别（或直接处理）的是二进制数。 4、二进制的重要性：人与计算机的交流的介质 三、计算机的硬件结构： 1、电脑是模仿人脑进行工作的（这也是“电脑”名称的来源），其部件如输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备等分别与人脑的各种功能器官对应，以完成信息的输入、处理、输出。 ①.一切工作都是在控制器的指挥下进行的 ②由输入设备输入信息 ③由运算器处理信息 ④由输出设备输出信息 ⑤.由存储器记录信息 2、CPU的重要性：CPU,即中央处理器，由运算器与控制器组成。是计算机的指挥中心。 3、内存与外存的区别（重点）：内存容量较小，存取信息的速度快，带电时可暂时存储，断电后丧失存储能力；外存容量大，存取信息的速度较慢，无论是否带电都具有存储功能。 4、信息在计算机中存储的形式（强调以文件形式存放、以二进制数形式存储） 5、计算机中存储信息的基本单位是字节（B），及其换算。分清b（一个二进制位）和B（存储器中最小的单位字节）的区别。 1B=8b（b为二进制位）1KB=1024B（K为千字节） 1MB=1024KB （MB为兆字节）1GB=1024MB （GB为吉字节） 一个汉字占两个字节、一个字母占一个字节。 四、计算机硬件： 1、了解主机箱内有哪些主要设备：CPU、21、内存、外存、显示卡、声卡 2、常用的输入设备和输出设备。（磁盘驱动器既是输出设备，又是输入设备,普通光驱只能输入，刻录光驱能输入也能输出。） 五、计算机软件
第1章计算机控制系统概述 习题与思考题 1-1 测控系统微机化的重要意义是什么？ 1-2 对计算机控制系统有哪些基本要求？ 1-3 闭环控制与开环控制有什么不同？ 1-4 计算机控制系统中的在线方式与离线方式的含义是什么？ 1-5 按应用领域和设备形式，计算机控制系统可分为哪几种？ 1-6计算机控制系统有哪几种输入与输出信号？各有什么特点和应用场合？ 1-7 针对不同行业、不同被控对象，可以选择哪些计算机控制装置（主机）？ 1-8 以定位减速和工件加工为例，说明计算机控制系统的工作原理。 1-9 什么是实时计算机系统？在计算机控制系统中实时性体现在哪几个方面？ 1-10 什么是智能控制？有哪几种形式的智能控制系统？ 1-11 计算机控制系统各环节软、硬件的发展趋势是什么？ 参考答案 1-1 测控系统微机化的重要意义是什么？ 答：传统的测控系统主要由“测控电路”组成，所具备的功能较少，也比较弱。随着计算机技术的迅速发展，使得传统的测控系统发生了根本性变革，即采用微型计算机作为测控系统的主体和核心，替代传统测控系统的常规电子线路，从而成为新一代的微机化测控系统。由于微型计算机的速度快、精度高、存储容量大、功能强及可编程等特点，将微型计算机引入测控系统中，不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本、易于升级换代等。因此，现代测控系统设计，特别是高精度、高性能、多功能的测控系统，目前已很少有不采用计算机技术的了。在当今，完全可以这样说，没有微处理器的仪器就不能称为仪器，没有微型计算机的测控系统就更不能称其为现代工业测控系统。 计算机技术的引入，为测控系统带来以下一些新特点和新功能： 1）自动清零功能。在每次采样前对传感器的输出值自动清零，从而大大降低因测控系统漂移变化造成的误差。 2）量程自动切换功能。可根据测量值和控制值的大小改变测量范围和控制范围，在保证测量和控制范围的同时提高分辨率。 3）多点快速测控。可对多种不同参数进行快速测量和控制。 4）数字滤波功能。利用计算机软件对测量数据进行处理，可抑制各种干扰和脉冲信号。 5）自动修正误差。许多传感器和控制器的特性是非线性的，且受环境参数变化的影响比较严重，从
第一章计算机系统概论 一、填空题 1．1946年，世界上第一台数字电子计算机ENIAC在______美国_____诞生。 2．从硬件来看，计算机先后经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路以及大和超大规模集成电路四个发展阶段。 3．微型计算机也称为个人计算机，英文简称__PC__机。 4．计算机的出现，被称为第 4 次产业革命。 5．一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两个部分。 6．计算机的应用领域有科学计算、过程检测与控制、信息管理、计算机辅助系统、人工智能五个方面。 7．只有1和0的数字系统这称为标准数字系统。 8．对计算机来说，所谓指令只是一堆0和1的组合。 9．8位二进制位称为一个位。 10．二进制数据的长度单位有B、KB、MB、GB、TB。 11．1.4MB=1.4×1024KB，0.02GB=0.02×1024×1024KB。 12．二进制数1011011等于十进制数___91__，十进制数78等于二进制数__1001110_________。 13．ASCⅡ码是一种__7__位进制编码。 14．我国标准的汉字字符集的编码采用__GB2312－80__编码。 15．微型计算机的硬件系统通由运算器、控制器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备六部分组成。 16．中央处理器简称为CPU，由两部分组成：运算器和控制器是整个计算机系统的指挥中心。 17．存储器一般分为内存储器和外存储器两种类型。 18．内存储器接其功能可以分为ROM和RAM两种。 19．通常所说微机的内存容量是指RAM的容量。 20．磁盘存储器是一种外部存储器。 21．磁盘存储器主要有软盘和硬盘两种。 22．CD-ROM的中文名称为只读紧凑式光盘。 23．扫描仪是一种输入设备，打印机是一种输出设备。 24．没有软件的计算机称为裸机。
计算机控制技术习题详解 (2) 计算机控制技术习题详解 第一章计算机控制系统概述 习题参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 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:对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策:对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制:根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么, (1)实时:所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式:在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式:若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成,各部分的作用是什么, 由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机:这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策;对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态;对事故进行预测和报警;编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道:这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机 1 可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备:这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容;还应有按钮，完成系统的启、停等功能;操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。 (4)检测与执行机构
第一章计算机控制系统概述 习题及参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 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：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。 图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机：(2)输入输出通道(3)外部设备(4)检测与执行机构 4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。 (1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。 系统软件包括： a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等； b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序； c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数