计算机控制技术(4常规及复杂控制技术第2次课)

微型计算机控制技术介绍微型计算机控制技术是一种将微型计算机用于控制和自动化系统的技术。

随着微型计算机技术的不断发展，微型计算机控制技术在工业自动化、控制系统以及各种通用设备中得到了广泛应用。

本文将介绍微型计算机控制技术的概念、应用领域以及其发展趋势，以便更好地了解这项技术。

微型计算机控制技术的概念微型计算机控制技术是指通过使用微型计算机（通常是单片机或嵌入式系统）来实现对控制系统、设备或机器的监控和控制。

它将计算机的高度集成、高速运算和丰富的外设接口与控制工程相结合，使得控制系统更加智能化、精确化和可靠化。

微型计算机控制技术的应用领域微型计算机控制技术在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个领域：工业自动化微型计算机控制技术在工业自动化方面的应用非常广泛。

它可以应用于自动化生产线的控制、机器人的控制、自动化仓储系统的控制等方面。

通过使用微型计算机控制技术，可以提高生产效率、降低成本和人力需求。

智能家居微型计算机控制技术在智能家居领域也有很大的应用。

通过将微型计算机集成到家居控制系统中，可以实现对家居设备的智能控制，如智能灯光控制、智能门锁控制、智能温度控制等。

这样可以提高家居的舒适性、安全性和能源利用效率。

能源管理微型计算机控制技术在能源管理方面也有重要意义。

通过使用微型计算机控制技术，可以对能源的供给和使用进行精确控制，实现能源的高效利用。

例如，在工业生产中，可以通过微型计算机控制技术来控制能源供应和生产设备的协调运行，实现能源的节约和优化。

医疗设备微型计算机控制技术在医疗设备方面也有广泛应用。

通过使用微型计算机控制技术，可以实现对医疗设备的精确控制和监测，提高医疗设备的稳定性和安全性。

例如，心脏起搏器、呼吸机、血压监测仪等医疗设备都可以使用微型计算机控制技术来实现更加精准的操作和监测。

微型计算机控制技术的发展趋势随着科技的不断发展，微型计算机控制技术也在不断进步和发展。

以下是一些微型计算机控制技术的发展趋势：全面集成化未来的微型计算机控制技术将更加注重集成化。

《微型计算机控制技术》复习题纲1.1 计算机控制系统的结构。

1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些? 各有什么优缺点? （P5）1.3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么?2.1 采用74LS244和74LS273，设计与PC总线等工业控制机的数字量(开关量) 输入输出接口，要求:画出接口电路原理图，并采用8086汇编语言编写数字量输入输出程序。

2.2 用8位A／D转换器ADC0809与PC总线等工业控制机接口，设计模拟输入通道以及数据采集程序流程图。

2.3 采样信号有何特点? 采样保持器的作用是什么?是否所有的模拟量输入通道中都需采样保持器? 为什么?2.4 什么是串模干扰和共模干扰? 如何抑制?2.5 计算机控制系统中地线有哪几种?2.6 什么是波反射? 如何消除波反射?3.1 插补计算程序流程：(1) 直线插补程序；(2) 圆弧插补程序。

3.2 给出一段直线或圆弧。

要求：(1) 按逐点比较法插补进行列表计算；(2) 作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。

3.3 三相步进电机的工作方式。

3.4 利用8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制电路，要求：(1) 画出接口电路原理图；(2) 分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍或三相六拍工作方式下的输出字表。

4.1 数字控制器的连续化设计步骤。

（P103）4.2 PID控制器的三个参数对系统性能的影响。

4.3 数字控制器的离散化设计步骤是什么?4.4 最少拍无纹波控制器的设计。

4.5 模糊推理的计算。

6.1 测量数据预处理技术包括哪些？(185~190)7.1 什么是现场总线?有哪几种典型的现场总线?7.2 分布式控制系统的设计原则是什么？DCS系统分为哪几层？各层实现哪些功能？错误！未找到引用源。

第一章（绪论）作业1.1 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程控制的系统。

、计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成。

计算机控制技术课程教学大纲Techno1ogyofMicrocomputercontro1学时数：40其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业或其它相关专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化类各专业的“主干专业课程”，属工程技术类课程。

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，以及基本的应用技术。

并具备独立设计计算机控制系统的能力，为今后从事工业自动化方面的工作打下一个基础。

二、课程教学的基本要求（一）熟练掌握计算机控制系统的组成与接口技术；（二）掌握和理解计算机控制系统的常用控制算法；（H）熟练掌握计算机控制系统的设计方法和实现过程；（四）了解计算机控制技术的发展趋势及前沿课题。

三、课程的教学内容、重点和难点第一章微型计算机控制系统概述（4学时）基本内容：计算机控制系统的概念、组成，计算机控制系统的分类以及发展。

基本要求：1、熟悉微机控制系统的组成（硬件结构和软件组成）。

2、了解微机控制技术的发展趋势。

重点：计算机控制系统的发展概况。

难点：计算机控制系统的分类。

第二章计算机控制系统的过程通道接口技术（6学时）基本内容：数字量输入、输出通道的设计，模拟量输入通道的设计，模拟量输出通道的设计。

基本要求：1、掌握模拟量输入、输出通道的设计。

2、掌握数字量输入、输出通道的设计。

3、了解过程通道的结构形式。

能够根据控制系统要求选择输入输出通道中所用到的各种器件，掌握工作原理和使用方法。

能正确地绘制出系统的硬件电路原理图。

重点：采样/保持器、D/A转换器、A/D转换器接口设计难点：采样定理与数据采集第三章人机交互接口技术（4学时）基本内容：人机交互输入接口技术，人机交互输出接口技术。

基本要求：1、掌握常用键盘和常用1ED显示器的工作原理及接口设计方法。

2、能够根据控制系统要求正确的设计出键盘和显示器的接口电路，以及接口程序设计。

《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。

《计算机控制技术》课程教学大纲课程代码：ABJD(M16课程中文名称:计算机控制技术课程英文名称：ComputerContro1Techno1ogy课程性质：必修课程学分数：2学分课程学时数：32学时授课对象：自动化专业本课程的前导课程：数字电子技术、模拟电子技术、电力电子技术、自动控制原理等一、课程简介该课程是自动化专业一门重要的专业必修课。

它的目的是使学生通过本课程的学习，获得计算机控制系统的组成、原理、设计等基础知识和基本应用技术。

学习掌握计算机控制系统软硬件设计的基本方法与原则。

通过本课程的学习，使学生具有计算机控制系统硬件设计、应用软件编程与系统调试的基本能力。

二、教学基本内容和要求1 .绪论课程教学内容：计算机控制技术一般概念，计算机控制系统的组成和分类，计算机控制系统的发展概况和趋势。

课程的重点、难点：计算机控制系统工作原理、组成和分类。

课程教学要求：了解计算机控制技术一般概念、计算机控制系统的发展概况和趋势。

理解计算机控制系统控制过程。

掌握计算机控制系统组成结构和分类。

2 .输入输出过程通道与接口技术课程教学内容：模拟量输入输出通道，数字量输入输出通道，人机接口技术，电机控制接口技术。

课程的重点、难点：D/A、A/D转换器接口技术和模板标准化设计，数字量输入输出通道，键盘接口技术，7段显示器接口技术，直流电机和步进电机接口技术。

课程教学要求：了解模拟量输入输出通道、数字量输入输出通道的结构形式组成。

理解D/A、A/D转换的工作原理，人机接口电路工作原理，电机接口电路工作原理等。

掌握模拟量输入输出通道设计技术，数字量输入输出通道设计技术，键盘接口技术，7段显示器接口技术，直流电机和步进电机接口技术。

3 .计算机控制基础理论课程教学内容：计算机控制系统的信号变换理论，计算机控制系统的数学描述，连续系统的离散化方法及特点。

课程的重点、难点：计算机控制系统的信号变换理论，Z变换与反Z变换的定义，连续系统的离散化方法，差分方程的求解。

浅谈计算机控制技术引言：计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工控机）来实现生产过程自动控制的系统，它由控制计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。

随着计算机技术和现代控制理论的快速发展，计算机控制技术诞生并迅速蓬勃发展起来，其应用遍及国防、航空航天、工业、农业、医学等多种领域。

本文将主要针对计算机控制技术的发展历史、当今现状以及计算机控制技术的发展趋势做一介绍，并结合它的具体实例介绍计算机控制技术的一些主要应用领域。

正文：一、计算机控制技术的概述1、计算机控制的定义：计算机控制是自动理论和计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。

2、计算机控制的发展历史：计算机控制技术的思想始于上世纪五十年代中期，美国TRW航空公司与美国德克萨斯州的一个炼油厂合作，进行计算机控制的研究，他们设计出了一个利用计算机控制实现反应器供料最佳分配，根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量以及确定最优循环的系统。

这项具有跨时代意义的工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术迅速发展，并被各行各业广泛应用。

伴随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也紧随其后，迅猛的发展起来。

现如今，微型计算机的出现和发展使计算机控制技术又进入了一个崭新的阶段。

二、计算机控制技术的应用领域1、计算机控制技术在农业领域的应用实例在农业日趋机械化及自动化的今天，自动控制技术在农业中的应用也越来越广泛，利用计算机控制技术管理控制农业生产已成为目前研究的一个重点。

农业大棚、智能化养殖场等等都是计算机控制技术在农业生产领域应用的鲜明例子。

智能温室大棚中利用计算机进行远程监控和操作，还可设计自动控制无人管理温室大棚。

根据远程传感器搜集来的温度、湿度、光照等模拟信息，经输入通道进行AD转换，传入计算机，计算机既可以利用这些数据进行监控，同时又可以利用这些数据对大棚进行控制，进行加湿、加温、增加光照等控制，从而实现温室大棚的自动化智能控制。

计算机控制系统教案任课教师：**职业技术学校教案（理论教学用）第1次课 2学时本章教案1.1 计算机控制系统概述计算机控制，是关于将计算机技术应用于工农业生产、国防等行业自动控制的一门综合性学科与技术。

计算机控制是以计算机、自动控制理论、自动控制工程、电子学和自动化仪表为基础的综合学科。

计算机控制系统简单地说就是以计算机替代了原模拟控制系统的控制器（控制仪表）组成的自动控制系统。

但是这种取代决不是一种简单的替代而是一种升华。

计算机控制系统产生的原因随着科学的发展、技术的进步和对控制的要求的提高，控制对象越来越复杂多样，使控制系统的控制越来越复杂，出现了多输入—多输出的多变量系统、非线性系统控制、时变和分布参数控制系统。

对于这些系统，使用常规的控制方法和手段实现是十分困难的，因此，电子计算机尤其是微型计算机的出现并应用于自动控制领域，使自动控制水平产生了巨大的飞跃。

1. 开环控制系统如图1.1所示的系统为开环控制系统，所谓开环控制系统是指控制器按照先验的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制的对象或系统能够按照约定来运动或变化。

图1. 1 开环控制系统框图2 闭环控制系统闭环控制系统的结构如图1.2所示，很明显闭环控制系统较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。

被控参数控制器被控对象设定值图1.2 闭环控制系统框图+-控制器被控对象被控参数设定值本章教案3 计算机控制系统在上述的开、闭环控制系统中都少不了控制器这样一个环节。

若用计算机替代了系统中的控制器这样就形成了计算机控制系统。

由于计算机处理的是数字信号，而自然界中的信号又都是模拟信号，计算机要替代原模拟调节器必须完成模拟量到数字量的转换（A/D ）和数字量到模拟量的转换（D/A ），如图1.3所示。

控制器 对象D/A A/D计算机图 1.3 计算机控制系统基本框图（闭环）+-职业技术学校教案（理论教学用）第2次课 4学时图1 锅炉水温控制系统2.1 传感器和变送器传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxx《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。

ﻩ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。

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。

计算机控制技术本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《微型计算机控制技术》（于海生等主编，清华大学出版社，1999年3月第一版）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的特点和教学规律进行编写，适用于电气工程及其自动化专业专升本学生。

计算机控制技术是为了适应计算机的工业控制领域的需要而发展起来的一门专业技术，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。

随着我国电力工业的发展，计算机及自动化控制技术在电力系统中的应用越来越广泛，本课程将帮助学生理解现有的自动控制设备的原理，提高对此类产品的认识，更好的利用这些设备或设计出相应的满足电力系统要求的控制设备。

学习本课程需首先具备一定的计算机软（汇编和C语言程序设计）、硬件（计算机构成、原理）知识，模拟、数字电子技术知识，以及自动控制理论的相关知识。

学完本课程后，应当结合实际设备进行深入的理解。

通过对本门课程的学习，学生应了解：计算机控制系统的发展及现状；计算机控制系统的在过程控制中的作用，及在本专业应用；主要模板的性能与应用范围；计算机控制系统中的复杂控制技术。

通过本门课程的学习，学生应熟悉：数字程序控制系统技术；计算机控制系统的初步分析、设计方法；能完成简单计算机控制系统构成、实时软件编制；计算机控制系统调试维护的基本知识。

通过本门课程的学习，学生应掌握：模拟自动控制系统与计算机控制系统的区别；计算机控制系统的分类及其特点；计算机控制系统的输入/输出通道的构成，及主要参数的选择；计算机控制系统中的常规控制技术（如PID控制器的设计）；分散型控制系统（DCS）与现场总线（Fieldbus）技术。

11、本章学习要求本章应熟悉的内容有计算机技术、计算机控制理论的发展过程和计算机控制系统的发展趋势；应掌握的内容有：计算机控制系统的典型形式、工业控制机的特点和工业控制机的总线结构；应熟悉掌握的内容有：工业控制机的硬件组成及软件组成、计算机控制系统的工作原理。