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第1章概述 ............................................................... 1-1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1章概述1.什么就是自动控制、控制系统、自动化与控制论？[指导信息]:参见1、1自动控制的基本概念。
自动控制(autocontrol):不用人力来实现的控制,通常可用机械、电气等装置来实现。
通常相对手动控制而言。
控制系统(control system):通过控制来实现特定功能目标的系统。
计算机控制技术及应用课后答案【篇一：计算机控制技术课后习题答案】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。
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。
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1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论？[指导信息]:参见1.1自动控制的基本概念。
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。
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。
(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。
图1.1微机控制系统组成框图(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。
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。
(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。
图微机控制系统组成框图(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)。
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。
(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。
图1.1微机控制系统组成框图(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。
计算机控制技术及应用课后答案【篇一：计算机控制技术课后习题答案】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。
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。
图1-1 计算机控制系统基本原理图5．可以采用分时控制。
在连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。
而在计算机控制系统中，由于计算机具有高速的计算处理能力，一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。
6．易于实现管控一体化。
采用计算机控制系统可实现控制信息的全数字化，易于建立集成企业经营管理、生产管理和过程控制于一体的管控一体化系统。
即建立集成了生产过程控制系统pcs、生产执行系统mes和企业资源管理系统erp的综合自动化系统。
4．计算机控制系统的主要性能指标有哪些？解：1．稳定性稳定性是对控制系统最重要的要求之一。
一个控制系统只有稳定，才有可能工作，也才能谈得上控制性能的好坏与优劣。
因此，对于计算机控制系统来说，稳定性分析同样是一个重要的方面。
通常采用控制理论中的离散系统稳定性分析方法（如变换域的劳斯判据）来分析计算机控制系统的稳定性，用稳定裕量(即相角裕量和幅值裕量)来衡量计算机控制系统的稳定程度。
2．能控性与能观性能控性和能观性是现代控制理论中两个非常重要的概念，它们从控制系统状态的控制能力和状态的观测能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。
3．动态指标动态指标能够比较直观地反映控制系统的动态过渡过程特性。
在经典控制理论的时域分析中用时域指标来衡量控制系统动态性能的好坏，常用指标有：延迟时间td、上升时间tr、峰值时间tp、调节时间ts、超调量?%。
在实际应用中，常用的动态性能指标为上升时间、调节时间和超调量。
通常用tr和tp评价系统的初始响应速度，用ts评价系统的总体响应速度和平稳程度，用?%评价系统的平稳性。
当利用频率特性进行控制系统的分析和设计时，常用频域指标来衡量控制系统动态性能的优劣。
在用开环对数频率特性设计控制系统时，常用静态速度误差系数kv、相角裕量?、幅值裕量l和开环截止频率?c等指标；而用闭环频率特性设计控制系统时，常采用静态速度误差系数kv、闭环谐振峰值mr、闭环谐振频率?r和闭环频带宽度?b等指标。
4．稳态指标稳态指标是控制系统控制精度或抗干扰能力的一种度量，常用稳态误差ess来表征。
通常在阶跃函数、斜坡函数或加速度函数作用下进行测定或计算，ess表示系统的稳态输出量y?与期望值y0之间的差值，是系统对于跟踪给定信号准确性的定量描述。
希望ess越小越好。
5．积分型指标在现代控制理论中，经常使用综合性指标来衡量控制系统的性能。
积分型指标是主要的综合性指标之一，它主要以误差e(t)对时间的不同积分来表征，有误差平方的积分、时间乘误差(或乘误差绝对值)平方的积分、时间平方乘误差(或乘误差绝对值)平方的积分、误差绝对值的积分以及加权二次型性能指标等。
5．控制对象对控制性能有何影响？解：假设控制对象的特性归结为对象放大系数km和扰动放大系数kn、惯性时间常数tm和tn、纯滞后时间常数?和?n，而控制系统的性能采用超调量?%、调节时间ts、和稳态误差ess等来表征。
根据控制理论知识可以得出如下结论：1．放大系数对控制性能的影响扰动通道的放大系数kn越小，稳态误差ess也越小，控制精度就越高，故希望kn尽可能小；而由于km完全可以由数字调节器的比例系数kp来补偿，所以km对系统的性能没有影响。
2．惯性时间常数对控制性能的影响当tn加大或惯性环节的阶次增加时，可以减少超调量?%；而tm越小，系统的反应就越灵敏，控制也就越及时，控制性能就越好。
3．纯滞后时间对控制性能的影响扰动通道的纯滞后时间?n对控制系统的性能没有影响，只是使输出量yn(t)沿时间轴平移了?n；而控制通道的纯滞后时间?使控制系统的超调量?%增大，调节时间ts延长，纯滞后时间?越大，控制性能就越差。
6．综合自动化系统的体系结构？解：综合自动化系统是以经济指标为目标，以生产过程优化运行、优化控制与优化管理为核心技术，实现在线成本的预测、控制和反馈校正，以形成生产成本控制中心，保证生产过程的优化运行；实施生产全过程的优化调度、统一指挥，以形成生产指挥中心，保证生产过程的优化控制；实现生产过程的质量跟踪、安全监控，以形成质量管理体系和设备保证体系，保证生产过程的优化管理。
因此，综合自动化系统一般来说是一个多层次递阶的集成控制系统，通常分为如图1-2所示的erp/mes/pcs/三层模型结构，即划分为考虑生产过程问题的生产过程控制系统pcs（process control system）；考虑企业层面经营管理问题的企业资源计划erp（enterprise resource planning）系统以及同时考虑生产与管理结合问题的中间层――生产执行系统mes（manufacturing execution system，又称制造执行系统）三个层次。
企业资源计划erp(enterprise resource planning)生产执行系统mes过程控制系统pcs(process control system)图1-2 综合自动化系统分层模型7．计算机控制技术所涉及的整个知识结构框架？系统知识层控制知识层基础知识层图1-3计算机控制技术所涉及的整个知识结构框架8．信息网络对控制网络的推动作用？9．计算机控制系统的发展动向主要表现在哪几个方面？1．结构网络化以网络为依托，采取纵向分层、横向分散的策略，将控制区域内的各种设备连接在一起，使各组成部分协调工作，共同完成控制、管理和决策功能。
2．控制分散化将控制功能下放到现场设备，现场进行数据的处理和管理，大大提高了系统的实时性和可靠性。
同时，通过网络将各个现场设备连接成一个有机的整体，又保证了上层决策系统可以得到大量丰富的现场信息，便于进行适当而及时的决策，提高了系统的有效性和效率。
3．节点智能化控制器、传感器、变送器、执行器等现场设备成为具有误差补偿、故障诊断、功能自治等特征的网络化智能节点，使控制系统具备远程系统调试、在线设备管理、实时生产监控、故障自动修复等能力，以适应降低控制系统使用和维护成本、提高系统可靠性和易用性的要求。
4．系统集成化每种现场总线往往有自己的技术特点与应用领域，2007年10月各国iec委员会投票通过的现场总线国际标准iec 61158第四版中纳入了18种总线类型，多种总线共存已经成为不争的事实。
从系统结构来看，实际应用中经常集成多种现场总线、工业无线技术共同构建控制系统。
从系统组成来看，经常采用集成生产过程控制系统、生产制造执行系统、企业资源计划系统的多层次递阶控制系统。
【篇二：《计算机控制技术及其应用》思考题与习题的指导信息】什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论？[指导信息]: 参见1.1自动控制的基本概念。
自动控制(autocontrol)：不用人力来实现的控制，通常可用机械、电气等装置来实现。
通常相对手动控制而言。
控制系统(control system)：通过控制来实现特定功能目标的系统。
而系统(system)是由相互联系、相互作用要素组成的具有一定结构和功能的有机整体。
控制系统通常有一定的规模和复杂性，否则常称为控制装置或控制机构。
自动化(automation)：在无人工干预情况下，一个或多个控制系统或装置按规定要求和目标的实现过程。
自动化强调的是自动控制过程，其核心概念是信息。
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。
4. 一个控制系统由哪些部分组成？试结合一个实例来说明。
[指导信息]: 参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
一个控制系统可以由控制单元、执行单元、反馈单元、被控对象、目标规则组成，它们的相互关系参见图 1 5所示。
控制系统结构框图5. 控制系统的性能指标有哪些？试结合一个实例来说明。
