计算机控制技术 第4章 数据采集系统设计
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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: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。
微型计算机控制系统课后题答案第一章微型计算机控制系统的概述puter在微型控制中的作用?他的信息从何处来?其输入信息有用于何处?答:1)完成数据的采集把生产过程参数采集,供人为控制和其他控制系统作用2)将生产过程参数转换为数字量,引进控制程序进行计算把控制经过转换输入计算机。
I从生产过程中来,O都作为控制命令。
2.什么是微机控制的实时性?为什么要强调微机控制的实时性?怎样才能保证微机实时控制作用?答:1)时间越短越好,不影响控制2)因为要求用微机能够在规定的时间范围内完成规定操作要使微机控制具有实时性3)在微机方面还是配备具有实时时钟和优先级中断信息处理电路,在软件方面应具备有完善的时钟管理,中断处理的程序,实时时钟和优先级中断系统这保证微机系统实时的必要性,3.微机在控制系统中的在线操作和离线操作的区别是什么?答:在线是直接交换信息离线是不直接对生产装置进行控制。
4.微机控制系统的硬件一般有哪几个主要部分组成?各部分是怎样互相联系的?其中过程通道和系统中起什么作用?他有那几种类型?答:1)生产过程,过程通道,微型计算机,人机联系设备,控制操作台。
2)各部分通道和计算机相连3)过程通道将生产过程参数转换并传输到计算机中去,将计算机的控制传输到被控对象中。
4)过程输入(模拟量,开关量)过程输出(模拟量,开关量)5..直接控制数字控制系统的硬件由哪几部分组成?他们的基本功能是什么?直接数字控制系统和监督控制系统的区别在哪里?答:1)生产过程,过程通道,计算机接口。
2)过程通道:将生产过程的参数取进来,控制程序计算,结果送给控制对象。
计算机:信息优化将模拟控制器的给定值。
借口:连接输入端与计算机3)一个直接参与控制,一个不直接参与控制。
6.微机控制系统按功能分类主要有哪几种?按使用的控制规律分类有主要有哪几种?答:1)按功能:数据采集和数据处理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2)按控制规律:程序和顺序控制PID控制复杂规律控制智能控制第二章过程输入输出通道1.微型计算机的对存储器和I/O接口是如何寻址的?它们各用哪些控制信号线和地址信号线?答:1)用mov X访问外部接口和RAM 用,mov指令取RAM信号2)读、写信号线2.试用两个CD4051扩展成16路的多路开关,并说明其工作原理。
第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的?画出方框图并说明各部分的作用。
答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成;框图P3。
1)工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。
2)PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道,在两者之间起到纽带和桥梁的作用。
3)生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。
2、计算机控制系统中的实时性、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。
3.计算机控制系统有哪几种典型形式?各有什么主要特点?(1)操作指导控制系统(OIS)优点:结构简单、控制灵活和安全。
缺点:由人工控制,速度受到限制,不能控制对象。
(2)直接数字控制系统(DDC) (属于计算机闭环控制系统)优点:实时性好、可靠性高和适应性强。
(3)监督控制系统(SCC)优点:生产过程始终处于最有工况。
(4)集散控制系统优点:分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
(5)现场总线控制系统优点:与DOS相比降低了成本,提高了可靠性。
(6)PLC+上位系统优点:通过预先编制控制程序实现顺序控制,用PLC代替电器逻辑,提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。
附加:计算机控制系统的发展趋势是什么?大规模及超大规模集成电路的发展,提高了计算机的可靠性和性能价格比,从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。
为更好地适应生产力的发展,扩大生产规模,以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求,目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。
单片机数据采集控制系统
单片机数据采集控制系统是一种利用单片机进行数据采集和控制的系统。
它通
常由单片机、传感器、执行器和外围电路组成。
在系统中,传感器用于采集环境或者物体的各种参数,例如温度、湿度、光强等。
传感器将采集到的摹拟信号转换为数字信号,并通过接口与单片机进行通信。
单片机作为系统的核心部件,负责接收传感器的信号,并进行数据处理和控制。
它可以根据采集到的数据进行各种算法运算,实现对环境或者物体的监测和控制。
同时,单片机还可以通过与执行器的通信,控制执行器的动作,实现对系统的控制。
外围电路主要包括供电电路、通信接口电路、显示电路等。
供电电路为系统提
供稳定的电源,通信接口电路实现单片机与外部设备的通信,显示电路用于显示系统的数据或者状态。
单片机数据采集控制系统在工业自动化、环境监测、智能家居等领域具有广泛
的应用。
它可以实时采集和处理数据,提高系统的自动化程度和智能化水平,提高工作效率和质量。
计算机控制技术复习资料教学内容计算机控制技术部分答案1.1 什么叫微型计算机控制系统?微型计算机在微型计算机控制系统中起哪些作⽤?解:微型计算机控制是集控制⼯程、微型计算机技术、电⼦技术、传感与检测技术、通信技术等多门学科于⼀体的综合型学科,具有很强的理论性和实践性。
1.2 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的硬件结构特征表现在哪些⽅⾯?解:表现在系统控制器由微型计算机担当,系统参数分析和驱动量值计算等均由微型计算机运⾏程序完成。
1.3 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的功能特征表现在哪些⽅⾯?解:1)以软件代替硬件 2)数据保存 3)显⽰设备、⽅法与内容 4)多系统互联1.4 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的时限特征表现在哪些⽅⾯?解:“实时”,即指在规定的时间内完成规定的任务。
(1)实时数据采集;(2)实时决策运算;(3)实时控制输出。
1.5 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的⼯作⽅式特征表现在哪些⽅⾯?解:控制器在控制系统中的⼯作⽅式有在线、离线两种。
微型计算机在线⼯作⽅式:微型计算机在控制系统中直接参与控制或交换信息。
微型计算机离线⼯作⽅式:微型计算机不直接参与对被控对象的控制(或不直接与被控对象交换信息,⽽是仅将有关的控制信息记录或打印出来,再由⼈来联系,按照微机提供的信息完成相应的操作控制。
1.8微型计算机控制系统硬件结构⼀般由哪⼏部分组成?各部分相互关系如何?解:(1)⼯业⽣产过程;(2)过程通道;(3)接⼝;(4)主机(核⼼内容—控制程序)(5)⼈机交互通道与操作控制台。
关系:过程通道处于⼯业⽣产过程和主机接⼝之间,担负着⽣产过程与主机交换信息的任务,接⼝处于过程通道与主机之间,起着信息传递的作⽤。
主机起着决策作⽤,可由操作控制台控制。
1.11 微型计算机DDC系统由哪⼏部分构成?试述其基本⼯作原理,解:基本⼯作原理:微型计算机根据决策算法计算出的驱动量直接⽤于调节⽣产过程中的被控参数3.1 ⽤于过程通道接⼝的电路有何结构特征?解:它必须深⼊到过程通道内部对过程通道中各⼦环节,如多路转换、可编程放⼤、采样/保持、A/D 转换、D/A转换等进⾏关系上、功能上、时间上等的有序控制。
《计算机控制技术》(机械工业出版社范立南、李雪飞)习题参考答案第1章1.填空题(1) 闭环控制系统,开环控制系统(2) 实时数据采集,实时决策控制,实时控制输出(3) 计算机,生产过程(4) 模拟量输入通道,数字量输入通道,模拟量输出通道,数字量输出通道(5) 系统软件,应用软件2.选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3.简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替,再加上A/D转换器、D/A转换器等器件,就构成了计算机控制系统,其基本框图如图所示。
计算机控制系统由计算机(通常称为工业控制机)和生产过程两大部分组成。
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、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
(2)操作指导控制系统:其优点是控制过程简单,且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统,或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
其缺点是它是开环控制结构,需要人工操作,速度不能太快,控制的回路也不能太多,不能充分发挥计算机的作用。
直接数字控制系统:设计灵活方便,经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制,如串级控制、自适应控制等。
监督计算机控制系统:它不仅可以进行给定值的控制,还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统,特别适合老企业的技术改造,既用上了原有的模拟调节器,又可以实现最佳给定值控制。
SCC+DDC的控制系统,更接近于生产实际,系统简单,使用灵活,但是其缺点是数学模型的建立比较困难。
集散控制系统:又称分布式控制系统,具有通用性强、系统组态灵活,控制功能完善、数据处理方便,显示操作集中,调试方便,运行安全可靠,提高生产自动化水平和管理水平,提高劳动生产率等优点。
缺点是系统比较复杂。
计算机集成制造系统:既能完成直接面向过程的控制和优化任务,还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
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,将对生产过程造成影响甚至造成损害。
4. 计算机控制系统有哪几种典型形式?各有什么主要特点?P4~7(1)操作指导系统(OIS)优点:结构简单、控制灵活和安全。
缺点:由人工控制,速度受到限制,不能控制多个对象。
(2)直接数字控制系统(DDC)优点:实时性好、可靠性高和适应性强。
(3)监督控制系统(SCC)优点:生产过程始终处于最有工况。
计算机控制技术计算机控制技术是指利用计算机作为控制装置来实现对各种设备、系统或过程的控制和调节的一种技术手段。
在现代工业生产、交通运输、能源调控等领域,计算机控制技术已经得到广泛应用,并起到了至关重要的作用。
一、概述计算机控制技术是利用硬件和软件手段,实现对设备、系统或过程的自动控制和调节。
它由硬件和软件两个层面构成,具体应用根据不同的需求和控制对象进行调整和设计。
二、基本原理计算机控制技术基于控制理论,利用计算机进行数据采集、处理和控制指令的执行。
其基本原理包括以下几个方面:1. 信号采集:利用传感器或检测设备将控制对象的不同参数转换成电信号,并通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
2. 数据处理:通过采集到的数字信号进行数据处理,包括滤波、放大、处理等操作。
3. 控制算法:根据预定的控制算法,利用计算机进行逻辑判断和计算,得出控制指令。
4. 控制执行:将计算机计算得到的控制指令转化为控制信号,通过执行器或执行机构对控制对象进行控制。
三、应用领域计算机控制技术在各个领域都有广泛的应用,特别是在工业自动化控制、交通运输和能源调控方面。
1. 工业自动化控制:在工业生产过程中,计算机控制技术能够实现生产线的自动化控制,提高生产效率和质量。
例如,通过计算机控制技术可以实现对机械手臂的精确控制,完成自动装配任务。
2. 交通运输:在交通运输领域,计算机控制技术可以用于交通信号控制、智能交通系统等方面,提高交通运输的效率和安全性。
例如,通过计算机控制技术可以实现对交通信号灯的智能控制,根据实时交通情况进行信号灯的调整。
3. 能源调控:计算机控制技术在能源领域的应用尤为重要。
通过对能源系统进行精确的监测和控制,可以提高能源利用效率,减少能源浪费。
例如,在电力系统中,计算机控制技术可以对电网进行实时监测和调控,确保电力的稳定供应。
四、发展趋势计算机控制技术正朝着智能化和网络化方向发展。
随着人工智能和物联网等技术的不断发展,计算机控制技术将更加智能化地应用于各个领域。