第三章:计算机控制系统的控制算法
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第一章课后参考答案1-1简述计算机控制系统的控制过程。
计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤:1)实时数据采集:对被控量进行采样测量,形成反馈信号;2)实时控制计算:根据反馈信号和给定信号,按一定的控制规律,计算出控制量;3)实时控制输出,向执行机构发出控制信号,实现控制作用。
1-2什么是实时性?有哪些因素影响系统的实时性?硬件:1)控制器计算速度2)传感器采集速度3)执行器反应时间4)A/D、D/A转换速度软件:1)操作系统调度2)中断响应处理方式(包括定时器)3)延时函数的设置实时性:即信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内即时完成的,超出这个时间就会失去控制时机,控制也就失去了意义。
1-3计算机控制系统的硬件由哪几部分组成?各部分作用是什么?计算机的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。
主机:主机是计算系统的核心,通过接口向系统的各个部分发出各种指令,对被控对象进行检测和控制。
输入输出通道:输入输出通道是计算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计算机可以接收的数字信号,过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据,转化成可以对生产对象进行控制的的信号。
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。
外部设备:外部设备是实现计算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,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,还应有按键或开关,完成系统的启、停等功;操作台还要保证操作错误也不会造成恶劣后果,即应有保护功能。
1-4计算机控制系统的软件由哪几部分组成?各部分作用是什么?计算机控制系统软件分为系统软件、应用软件及数据库。
系统软件是有计算机生产厂家提供的专门用来使用和管理计算机的程序。
对用户来说,系统软件只是用来开发应用软件的工具,不需要自己设计。
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。
计算机控制课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握计算机控制系统的基础理论知识,包括控制系统的组成、工作原理和性能指标;2. 使学生了解常见传感器的工作原理,并能运用所学知识分析传感器的选用原则;3. 让学生掌握计算机控制算法的基本原理,如PID控制、模糊控制等。
技能目标:1. 培养学生运用计算机编程软件(如MATLAB)进行控制系统仿真的能力;2. 培养学生设计简单的计算机控制系统硬件电路,并进行调试的能力;3. 提高学生运用所学知识解决实际计算机控制问题的能力。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对计算机控制技术产生浓厚的兴趣,激发学生的学习热情;2. 培养学生具备团队协作精神,学会与他人共同探讨、分析和解决问题;3. 增强学生的创新意识,培养学生在面对实际问题时敢于尝试、勇于突破的精神。
分析课程性质、学生特点和教学要求:本课程为计算机控制技术的实践性课程,旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。
学生处于高年级阶段,已具备一定的专业基础知识和实践能力。
教学要求注重理论与实践相结合,强调学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 计算机控制系统概述- 控制系统基本概念- 控制系统发展历程- 计算机控制系统的优势与应用2. 控制系统硬件组成- 控制器硬件结构- 传感器及其接口技术- 执行器及其接口技术3. 计算机控制算法- PID控制算法原理- 模糊控制算法原理- 其他先进控制算法介绍4. 控制系统仿真与设计- MATLAB/Simulink软件介绍- 控制系统仿真模型搭建- 控制系统硬件设计及调试5. 实际案例分析与讨论- 典型计算机控制系统案例分析- 学生分组讨论实际控制问题- 创新性控制系统设计实践教学内容安排与进度:第一周:计算机控制系统概述第二周:控制系统硬件组成第三周:计算机控制算法第四周:控制系统仿真与设计第五周:实际案例分析与讨论教材章节及内容列举:第一章:计算机控制系统概述(涵盖教学内容1)第二章:控制系统的硬件与接口技术(涵盖教学内容2)第三章:计算机控制算法(涵盖教学内容3)第四章:控制系统的仿真与设计(涵盖教学内容4)第五章:计算机控制系统应用案例(涵盖教学内容5)三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法,以充分激发学生的学习兴趣和主动性:1. 讲授法:用于讲解计算机控制系统的基本概念、原理和算法等理论知识。
《计算机控制技术》课程标准(执笔人:韦庆审阅学院:机电工程与自动化学院)课程编号:0811305英文名称:Computer Control Techniques预修课程:计算机硬件技术基础B、自动控制原理B、现代控制理论学时安排:36学时,其中讲授32学时,实践4学时。
学分:2一、课程概述(一)课程性质地位本课程作为《自动控制理论》的后续课程,是控制科学与工程、机械工程及其自动化和仿真工程专业本科学员理解和掌握计算机控制系统设计的技术基础课。
(二)课程基本理念本课程作为一门理论与工程实践结合紧密的技术基础课,结合自动控制原理技术、微机接口技术,以学员掌握现代化武器装备为目的。
本课程既注重理论教学,也注重教学过程中的案例实践教学环节,使学员在掌握基本理论的基础上,通过了解相关实际系统组成,综合培养解决工程实际问题的能力。
(三)课程设计思路本课程主要包括计算机控制原理和计算机控制系统设计两大部分。
在学员理解掌握自动控制原理的基础上,计算机控制原理部分主要介绍了离散系统的数学分析基础、离散系统的稳定性分析、离散系统控制器的分析设计方法等内容;计算机控制系统设计部分结合实际的项目案例,重点介绍了计算机控制系统的组成、设计方法和步骤、计算机控制原理技术的应用等内容。
二、课程目标(一)知识与技能通过本课程的学习,学员应该了解计算机控制系统的组成,理解计算机控制系统所涉及的采样理论,掌握离散控制系统稳定性分析判断方法,掌握离散控制系统模拟化、数字化设计的理论及方法,掌握一定的解决工程实际问题的能力。
(二)过程与方法通过本课程的学习和实际系统的演示教学,学员应了解工程实际问题的解决方法、步骤和过程,增强积极参与我军高技术武器装备建设的信心。
(三)情感态度与价值观通过本课程的学习,学员应能够提高对计算机控制技术在高技术武器装备中应用的认同感,激发对自动化武器装备技术的求知欲,关注高技术武器装备技术的新发展,增强提高我军高技术武器水平的使命感和责任感。
计算机操作系统第三章1.⾼级调度与低级调度的主要任务是什么?为什么要引⼊中级调度?⾼级调度主要功能是根据某种算法,决定将外存上处于后备队列中的哪⼏个作业调⼊内存,为它们创建进程,分配必要的资源,并将它们放⼊就绪队列。
低级调度主要功能是根据某种算法,决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机,并由分派程序将处理机分配给被选中的进程。
引⼊中级调度的主要⽬的是,提⾼内存利⽤率和系统吞吐量。
使那些暂时不能运⾏的进程不再占⽤内存资源,将它们调⾄外存等待,把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。
2.处理机调度算法的共同⽬标是什么?批处理系统的调度⽬标⼜是什么?共同⽬标:资源利⽤率,公平性,平衡性,策略强制执⾏。
批处理系统的调度⽬标:平均周转时间短,系统吞吐量⾼,处理机利⽤率⾼。
3.何谓作业、作业步和作业流?作业:作业是⼀个⽐程序更为⼴泛的概念,它不仅包含了通常的程序和数据,⽽且还应配有⼀份作业说明书,系统根据该说明书来对程序的运⾏进⾏控制。
在批处理系统中,是以作业为基本单位从外存调⼊内存的。
作业步:通常,在作业运⾏期间,每个作业都必须经过若⼲个相对独⽴⼜相互关联的顺序加⼯步骤才能得到结果。
我们把其中的每⼀个加⼯步骤称为⼀个作业步。
各作业步之间存在着相互联系,往往是上⼀个作业步的输出作为下⼀个作业步的输⼊。
作业流:是指若⼲个作业进⼊系统后依次存放在外存上形成的输⼊作业流,在操作系统的控制下,逐个作业进程处理,于是形成了处理作业流。
4.在什么情况下需要使⽤作业控制块JCB,其中包含了哪些内容?每当⼀个作业进⼊系统时,便由“作业注册”程序为该作业建⽴⼀个作业控制块JCB。
再根据作业类型,将它放到相应的作业后背队列中等待调度。
通常在JCB中包含的内容有:作业标识、⽤户名称、⽤户账户、作业类型(CPU繁忙型、I/O繁忙型、批量型、终端型)、作业状态、调度信息(优先级、作业运⾏时间)、资源请求(预计运⾏时间、要求内存⼤⼩等)、资源使⽤情况等。
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。
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)。
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;可编程控制器; 可编程调节器;可编程调节器; 总线式工控机;总线式工控机; 单片微型计算机;单片微型计算机; 其他控制装置其他控制装置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: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。
2)D/A 转换器性能指标是(1)分辨率 是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增量。
计算机控制系统知识点计算机控制系统是指利用计算机作为中央控制器来控制工业过程、交通运输、机械制造等领域中的各种控制系统的一种系统。
计算机控制系统知识点众多,其中包括计算机控制系统的基本组成、控制系统的分类、控制系统的特点、控制系统的控制方法、控制系统的优化等诸多内容。
一、计算机控制系统的基本组成计算机控制系统由输入、输出、控制器、执行机构四个部分组成。
其中输入部分通常包括传感器、信号调理电路、模数转换器等;输出部分通常包括数字信号输出器、模拟信号输出器、执行机构等。
控制器一般是指由微处理器、可编程逻辑控制器(PLC)或船用控制器等构成的控制模块,执行机构一般指各种电动机、泵、阀门等用来控制操作对象的机构。
二、控制系统的分类根据控制对象的特点,控制系统可以分为连续型系统和离散型系统。
连续型系统是指控制对象运动过程中的时间是连续的,例如温度、压力、流量等都是连续的;离散型系统指控制对象运动过程中的时间是离散的,例如工艺流程、机具动作等都是离散的。
根据控制系统的算法,控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指没有反馈信号或反馈信号量不参与控制算法的控制系统。
例如,定时器就是一个开环控制器。
闭环控制系统是指反馈信号量参与控制算法的控制系统,也称为反馈控制系统。
三、控制系统的特点控制系统的特点包括:系统的控制目标明确、控制精度高、响应速度快、稳定性好、可靠性高、可编程性强等特点。
四、控制系统的控制方法根据控制系统的特点和用途不同,控制系统的控制方法也各有不同。
常见的控制方法包括:1、比例控制:比例控制是指控制输出量与输入量呈比例关系的控制方法。
比例控制在工业生产中广泛应用,例如机床加工中的主轴脉冲控制就采用了比例控制技术。
2、积分控制:积分控制是指控制器对偏差信号进行积分运算后输出控制信号的控制方法。
积分控制常用于工业自动化中的流量控制、温度控制等方面。
3、微分控制:微分控制是指控制器对偏差信号进行微分运算后输出控制信号的控制方法。
计算机控制系统的控制算法计算机控制系统是指利用电脑进行自动控制的系统。
其中,控制算法是控制系统的核心部分。
控制算法通过对输入值进行处理,控制输出值,从而完成对被控制对象的控制。
本文将从控制算法的分类以及常用算法的特点和应用方面探讨计算机控制系统的控制算法。
控制算法的分类控制算法可分为开环控制和闭环控制两大类,其中闭环控制又可分为模型控制和自适应控制。
开环控制是通过对被控制对象的输出进行改变,使其达到期望值的方法。
其控制过程中没有反馈机制,容易受到被控制对象参数和环境的影响,控制精度较低。
通常适用于要求控制精度不高的场合,如电风扇的控制等。
闭环控制是指控制器需要通过反馈的方式对输出进行修正,以实现闭环控制的目的。
闭环控制可分为模型控制和自适应控制两类。
模型控制是利用被控制对象的数学模型进行控制的方法。
模型控制对被控制对象的动态特性和外部干扰具有一定的影响,精度相对较高。
通常适用于需要较高控制精度的场合,如工业生产中的控制。
自适应控制是通过对被控制对象的监测和评估,实时调整控制器参数,以适应系统变化的方法。
自适应控制能自动适应系统不确定性和非线性因素,能够应对变化较快的系统,具有较好的灵活性和稳定性。
通常适用于需要适应环境变化的场合,如无人驾驶汽车等。
常用的控制算法PID控制是目前最常用的控制算法之一。
其由三部分组成:比例控制、积分控制和微分控制。
PID控制适用范围广泛,控制精度高,容易实现。
其应用场合包括:温度控制、流量控制等领域。
Fuzzy控制是一种模糊逻辑控制算法,适用于对非线性、模糊等特殊对象的控制。
其能够自动适应环境变化,对控制对象的动态特性有很好的适应性。
其应用场合包括:空调、电机、灯光等领域。
神经网络控制是一种基于人工神经网络进行控制的算法,具有很强的学习和适应能力。
其应用范围广泛,包括:模型预测控制、自适应控制等领域。
总体上来讲,不同的控制算法各有其特点和适用范围。
在实际生产或工程中,应基于实际情况选择最合适的控制算法。
课程名称:微型计算机控制技术课程代码:02294第一部分课程性质与特点一、课程性质与特点1.课程性质《微型计算机控制技术》是高等教育自学考试电子工程、自动化专业本科专业必修的专业基础课和专业主干课程之一。
工业控制是计算机的一个重要应用领域,微型计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。
它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程,并设计出所需要的计算机控制系统。
通过本课程的学习,使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
2.课程特点微型计算机控制技术课程侧重讨论工业控制过程中所涉及的具体方法与技巧。
旨在使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识,解决现代工业控制过程中的实际问题,逐步具备能够设计以微型计算机为核心的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
本课程中既有硬件的原理和组成,又有针对硬件的软件编程,软件与硬件必须同时兼顾。
因此本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点二、课程目标与基本要求1.课程目标使学生运用所学的微型计算机和电子技术等方面的基础知识,解决现代工业控制过程中的实际问题,逐步具备能够设计以微型计算机为核心的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。
2.基本要求掌握计算机控制系统的组成和分类、计算机控制系统中过程通道的设计方法、数字程序控制技术、数字PID及其算法、直接数字控制及其算法、模型预测控制算法、分布式计算机控制系统、现场总线技术。
三、与本专业其他课程的联系1.学习本课程主要涉及模拟电子技术、数字电子技术、微机原理、信号与系统等课程方面的有关知识。
因此,应当尽可能地在先修《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《微机原理》和《信号与系统》等课程或者学过“电路基础”、“数字电路”、“微机原理”、“信号与系统”等课程的基础上进行自学.2.本课程将为有关微型计算机控制系统设计方面的课题打下必要的基础。