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计算机在建筑智能控制系统中的应用分析1. 引言1.1 计算机在建筑智能控制系统中的应用分析随着科技的不断发展，计算机在建筑行业中的应用也日益广泛。
建筑智能控制系统是指通过计算机技术与自动化技术相结合，实现对建筑内部环境的监测、调节和控制，提高建筑的舒适度、安全性和能源利用效率。
本文将对计算机在建筑智能控制系统中的应用进行深入分析，探讨其在建筑行业中的重要性和发展趋势。
在建筑智能控制系统中，计算机扮演着至关重要的角色。
它能够实时监测建筑内部的各项数据，如温度、湿度、光照等，通过算法分析和处理这些数据，实现智能化的控制和调节。
计算机的快速运算能力和智能算法的优化，使得建筑系统能够更加智能化、灵活化和高效化。
计算机还具有诸多优势，使其在建筑智能控制系统中得到广泛应用。
其中包括快速响应能力、数据处理精度高、节能环保等特点，为建筑系统的智能化提供了良好的技术支持。
在具体应用方面，计算机可以实现对建筑系统的自动控制、能源管理、安防监控等功能，大大提升了建筑的舒适度和安全性。
技术的不断发展也带来了越来越多的创新应用，如人脸识别、智能家居等，进一步提升了建筑系统的智能化水平。
计算机在建筑智能控制系统中的应用前景广阔，技术的发展也将不断推动建筑行业的创新发展。
通过不断探索和应用计算机技术，建筑行业将迎来更加智能化、高效化的发展。
2. 正文2.1 建筑智能控制系统概述建筑智能控制系统是利用先进的计算机技术和传感器技术，实现对建筑物内部环境进行监测、控制和调节的系统。
它通过搜集建筑内的温度、湿度、光照等各种数据，然后通过算法进行分析和判断，最终实现对建筑内环境的智能调节。
建筑智能控制系统不仅可以提高建筑物的舒适性，还可以提高建筑物的节能性能，降低能耗。
通过智能控制系统，可以实现对建筑物的节能调度、设备运行状态监控、故障诊断等功能，从而提高建筑物的运行效率和可靠性。
建筑智能控制系统还可以实现远程监控和调节，使得建筑物的管理更加方便和智能化。
第一章计算机过程控制系统的应用与开展在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。
生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低本钱、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产平安和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志。
但凡采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。
过程控制系统可以分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。
随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难到达生产和管理要求，计算机过程控制系统是近几十年开展起来的以计算机为核心的控制系统。
1.1 计算机过程控制系统的开展回忆世界上第一台电子数字计算机于19461959年世界上第一台过程控制计算机TRW-300回忆工业过程的计算机控制历史，经历了以下几个8寸期：(1)起步时期(20世纪50年代)。
20世纪50年代中期，有人开始研究将计算机用于工业过程控制。
(2)试验时期(20世纪60年代)。
1962年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。
(3)推广时期(20世纪70年代。
随着大规模集成电路(LSI)技术的开展，1972年生产出了微型计算机(mi—erocomputer)。
其最大优点是运算速度快，可靠性高，价格廉价和体积小。
(4)成熟时期(20世纪80年代)。
随着超大规模集成电路(VLSI)技术的飞速开展，使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向开展。
80年代末，又推出了具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控N*0管理融为一体的新型集散控制系统。
(5)进一步开展时期(20世纪90年代)。
在计算机控制系统进一步完善应用更加普及，价格不断下降的同时，功能却更加丰富，性能变得更加可靠。
1.2 计算机过程控制系统的分类计算机控制系统的应用领域非常厂泛，计算机可以控制单个电机、阀门，也可以控制管理整个工厂企业；控制方式可以是单回路控制，也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。
计算机控制技术在工业自动化生产中的应用研究摘要：计算机控制技术应用于工业生产，可提升工业生产效率，同时在安全性以及性能提升方面都要发挥着重要作用。
本文主要概述数字控制技术、IPC系统、可编程控制器、集散式控制系统等在内的计算机控制技术的工业自动化生产中的应用，其中以集成化系统在汽车生产线当中的应用为例，对计算机控制技术做研究与论述，为其在工业自动化生产中未来的发展保驾护航。
关键词：计算机控制技术；工业自动化；生产；应用研究。
一、计算机控制技术计算机控制系统的主要目的是可以通过硬件、软件实现控制被控对象的目的。
软件作为计算机控制系统的核心，而硬件则负责搭建计算机控制系统和被控制对象之间的桥梁。
自动控制系统便是依托计算机控制技术而形成，其结构示意图如下：图一自动控制系统典型结构系统图二、自动化生产线中应用自动控制技术意义（一）相辅相成、共同发展目前，计算机控制技术朝着智能化的方向发展，应用于工业生产线可对语音、文字、图像等各种生物技术进行模拟，可促使自动化生产线从单一的流水线转变为复杂的工业系统和对象，从而朝着复杂综合的方向发展[1]。
（二）自动化生产线设备节能改造自动化生产线应用计算机控制技术，可以规避传统手工作坊造成的工作效率低下及劳动力浪费等不良现象。
计算机控制技术当中的自动机程序，可根据用户所需生产线要求更新调配计算机系统，提高生产线和计算机控制系统之间的适配率，在不进行整体改造和维修的基础上，满足客户多样化的要求。
在现代科技的带领下，计算机控制技术中技术代码不断更新迭代，应用于自动化生产线电气设备，可大幅度降低成本以及开发周期，获取更高的技术开发效率和质量，以此实现利益最大化。
除此之外，新旧计算机系统合并使用，也可节省资源降低生产成本[2]。
三、计算机控制技术在工业自动化生产中的应用分析（一）数字控制数字控制技术可控制由生产需求设计而成的数字编码。
生产需求质量转化为工业生产设备可识别代码，在数字控制技术的帮助下实现自动化生产。
简述计算机系统的组成并举例计算机系统是由硬件和软件两部分组成的，硬件包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显示器、键盘等，而软件则包括操作系统、应用程序、驱动程序等。
1. 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令、进行数据处理和控制计算机的操作。
例如，Intel的酷睿 i7 可以提供高性能的计算能力，适用于高要求的应用场景。
2. 内存（RAM）：内存是计算机用来存储运行中的数据和程序的地方，可分为主存储器和辅助存储器。
例如，Kingston的超频内存条可以提供更高的运行速度和稳定性。
3. 硬盘：硬盘是计算机用来存储数据的设备，可以分为机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
例如，西部数据的蓝盘可以提供大容量的数据存储。
4. 显示器：显示器用来显示计算机处理的图像和文字信息，分为液晶显示器和LED显示器。
例如，戴尔的超薄边框显示器可以提供更广阔的视野。
5. 键盘：键盘是输入设备，用来输入文字和命令。
例如，罗技的机械键盘可以提供更好的手感和耐久性。
6. 操作系统：操作系统是计算机的核心软件，负责管理计算机的硬件和软件资源，并提供用户界面。
例如，Windows、Mac OS和Linux都是常见的操作系统。
7. 应用程序：应用程序是为满足用户需求而开发的软件，可以分为办公软件、娱乐软件、设计软件等。
例如，Microsoft Office是一套常用的办公软件套件。
8. 驱动程序：驱动程序是连接硬件和操作系统的软件，负责控制硬件设备的功能。
例如，NVIDIA的显卡驱动程序可以提供更好的图形性能和稳定性。
9. 网络设备：网络设备包括路由器、交换机、调制解调器等，用于建立和管理计算机之间的网络连接。
例如，Cisco的路由器可以提供高速、稳定的网络连接。
10. 安全软件：安全软件用于保护计算机系统免受病毒、恶意软件和网络攻击的威胁。
例如，卡巴斯基的杀毒软件可以提供全面的计算机安全保护。
11. 数据库管理系统：数据库管理系统用于管理和组织大量数据，并提供数据的存储、检索和处理功能。
第一章计算机控制系统的特点及其应用领域。
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。
计算机控制系统随着科技的飞速发展，计算机控制系统已经成为现代生产过程中不可或缺的一部分。
计算机控制系统结合了计算机技术和自动化控制理论，通过在工业生产中引入计算机实现对生产过程的实时监控和调整，以追求最佳性能和生产效率。
一、计算机控制系统的基本构成计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分包括计算机、输入输出设备、控制对象和传感器等。
软件部分则包括操作系统、控制算法程序和其他支持软件等。
通过硬件和软件的协同工作，计算机控制系统可实现对生产过程的精确控制。
二、计算机控制系统的主要优点1、自动化：计算机控制系统能根据预设程序自动监控和调整生产过程，减轻了人工操作负担，提高了生产效率。
2、精确性：计算机控制系统可以通过传感器实时获取生产数据，通过算法程序进行精确计算和控制，避免了人为误差。
3、优化性能：计算机控制系统可以通过优化算法不断优化生产过程，提高产品质量和性能。
4、远程监控：通过互联网技术，计算机控制系统可以实现远程监控，方便管理人员随时了解生产状况并进行调整。
三、计算机控制系统在各行业的应用1、制造业：在制造业中，计算机控制系统被广泛应用于生产线的控制、工艺过程的优化、设备故障的预测和维护等。
2、能源行业：在能源行业中，计算机控制系统负责对电力、石油、煤炭等能源的生产、传输和分配进行实时监控和控制。
3、交通运输业：在交通运输业中，计算机控制系统用于对交通信号灯、地铁列车、航空交通等的管理和控制。
4、农业：在农业领域，计算机控制系统已开始用于大棚种植、畜牧业和渔业等，通过精准控制提高农业生产效率。
四、未来发展趋势随着、物联网和大数据等技术的发展，计算机控制系统将迎来更多的发展机遇。
未来，计算机控制系统将更加智能化、自适应和协同化，能够更好地满足复杂多变的生产需求。
随着绿色环保理念的深入人心，计算机控制系统也将更加注重节能减排和环保，助力实现可持续发展目标。
计算机控制系统在自动化和效率方面具有显著优势，广泛应用于各行业领域。
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：1.7简述并举例说明内部、外部和系统总线的功能;解答：内部总线指计算机内部各外围芯片与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连,是微处理器总线的延伸,是微处理器与外部硬件接口的通路,图所示是构成微处理器或子系统内所用的并行总线;内部并行总线通常包括地址总线、数据总线和控制总线三类;图 内部并行总线及组成 系统总线指计算机中各插件板与系统板之间的总线如Multibus 总线、STD 总线、PC 总线,用于插件板一级的互连,为计算机系统所特有,是构成计算机系统的总线;由于微处理器芯片总线驱动能力有限,所以大量的接口芯片不能直接挂在微处理器芯片上;同样,如果存储器芯片、I/O 接口芯片太多,在一个印刷电路板上安排不下时,采用模块化设计又增加了总线的负载,所以微处理器芯片与总线之间必须加上驱动器;系统总线及组成如图所示;图 系统总线及组成外部总线指计算机和计算机之间、计算机与外部其他仪表或设备之间进行连接通信的总线;计算机作为一种设备,通过该总线和其他设备进行信息与数据交换,它用于设备一级的互连;外部总线通常通过总线控制器挂接在系统总线上,外部总线及组成如图所示;图 外部总线及组成1.8 详述基于权电阻的D/A 转换器的工作过程;解答：D/A 转换器是按照规定的时间间隔T 对控制器输出的数字量进行D/A 转换的;D/A 转换器的工作原理,可以归结为“按权展开求和”的基本原则,对输入数字量中的每一位,按权值分别转换为模拟量,然后通过运算放大器求和,得到相应模拟量输出;相应于无符号整数形式的二进制代码,n 位DAC 的输出电压out V 遵守如下等式：2 31223()2222nout FSR n B B B B V V =++++式中,FSR V 为输出的满幅值电压,1B 是二进制的最高有效位,n B 是最低有效位;以4位二进制为例,图给出了一个说明实例;在图中每个电流源值取决于相应二进制位的状态,电流源值或者为零,或者为图中显示值,则输出电流的总和为：3124234()2222out B B B B I I =+++ 我们可以用稳定的参考电压及不同阻值的电阻来替代图中的各个电流源,在电流的汇合输出加入电流/电压变换器,因此,可以得到权电阻法数字到模拟量转换器的原理图如图所示;图中位切换开关的数量,就是D/A 转换器的字长;图 使用电流源的DAC 概念图图 权电阻法D/A 转换器的原理图D/A 转换器误差的主要来源是什么解答：D/A 转换的误差主要应由D/A 转换器转换精度转换器字长和保持器采样点之间插值的形式以及规定的时间间隔T 来决定;详述逐次逼近式A/D 转换器的工作过程;解答：逐次逼进式A/D 转换器原理图如图所示,当计算机发出转换开始命令并清除n 位寄存器后,控制逻辑电路先设定寄存器中的最高位为“1”其余位为“0”,输出此预测数据为100…0被送到D/A 转换器,转换成电压信号f V ,后与输入模拟电压g V 在比较器中相比较,若g f V V ≥,说明此位置“1”是对的,应予保留,若g f V V <,说明此位置“1”不合适,应置“0”;然后对次高位按同样方法置“1”,D/A 转换、比较与判断,决定次高位应保留“1”还是清除;这样逐位比较下去,直到寄存器最低一位为止;这个过程完成后,发出转换结束命令;这时寄存器里的内容就是输入的模拟电压所对应的数字量;图 逐次逼近式A/D 转换器原理框图详述双积分式A/D 转换器的工作过程;解答：双积分式A/D 转换器转换原理框图如图a 所示,转换波形如图b 所示;当t=0,“转换开始”信号输入下,g V 在T 时间内充电几个时钟脉冲,时间T 一到,控制逻辑就把模拟开关转换到ref V 上,ref V 与g V 极性相反,电容以固定的斜率开始放电;放电期间计数器计数,脉冲的多少反映了放电时间的长短,从而决定了输入电压的大小;放电到零时,将由比较器动作,计数器停止计数,并由控制逻辑发出“转换结束”信号;这时计数器中得到的数字即为模拟量转换成的数字量,此数字量可并行输出;a b图 双积分式A/D 转换器原理及波形图A/D 转换器误差的主要来源是什么解答：A/D 转换的误差主要应由A/D 转换器转换速率孔径时间和转换精度量化误差来决定; 简述操作指导控制系统的结构和特点;解答：操作指导系统的结构如图所示;它不仅提供现场情况和进行异常报警,而且还按着预先建立的数学模型和控制算法进行运算和处理,将得出的最优设定值打印和显示出来,操作人员根据计算机给出的操作指导,并且根据实际经验,经过分析判断,由人直接改变调节器的给定值或操作执行机构;当对生产过程的数学模型了解不够彻底时,采用这种控制能够得到满意结果,所以操作指导系统具有灵活、安全和可靠等优点;但仍有人工操作、控制速度受到限制,不能同时控制多个回路的缺点;图 操作指导系统框图简述直接数字控制系统的结构和特点;解答：直接数字控制系统DDC 结构如图所示;这类控制是计算机把运算结果直接输出去控制生产过程,简称DDC 系统;这类系统属于闭环系统,计算机系统对生产过程各参量进行检测,根据规定的数学模型,如PID 算法进行运算,然后发出控制信号,直接控制生产过程;它的主要功能不仅能完全取代模拟调节器,而且只要改变程序就可以实现其他的复杂控制规律,如前馈控制、非线性控制等;它把显示、打印、报警和设定值的设定等功能都集中到操作控制台上,实现集中监督和控制给操作人员带来了极大的方便;但DDC 对计算机可靠性要求很高,否则会影响生产;图 直接数字控制系统简述计算机监督控制系统的结构和特点; 解答：监督控制系统有两种形式;1SCC 加模拟调节器的系统这种系统计算机对生产过程各参量进行检测,按工艺要求或数学模型算出各控制回路的设定值,然后直接送给各调节器以进行生产过程调节,其构成如图所示;这类控制的优点是能够始终使生产过程处于最优运行状态,与操作指导控制系统比较,它不会因手调设定值的方式不同而引起控制质量的差异;其次是这种系统比较灵活与安全,一旦SCC 计算机发生故障,仍可由模拟调节器单独完成操作;它的缺点是仍然需采用模拟调节器;图 SCC 加调节器的系统框图2SCC 加DDC 的系统在这种系统中,SCC 计算机的输出直接改变DDC 的设定值,两台计算机之间的信息联系可通过数据传输直接实现,其构成如图所示;这种系统通常一台SCC 计算机可以控制数个DDC 计算机,一旦DDC 计算机发送故障时,可用SCC 计算机代替DDC 的功能,以确保生产的正常进行;图 SCC 加DCC 的系统框图简述集中控制系统的结构和特点;解答：这种系统是由一台计算机完成生产过程中多个设备的控制任务,即控制多个控制回路或控制点的计算机控制系统;控制计算机一般放置在控制室中,通过电缆与生产过程中的多种设备连接;集中控制系统具有结构简单、易于构建系统造价低等优点,因此计算机应用初期得到了较为广泛的应用;但由于集中控制系统高度集中的控制结构,功能过于集中,计算机的负荷过重,计算机出现的任何故障都会产生非常严重的后果,所以该系统较为脆弱,安全可靠性得不到保障;而且系统结构越庞大,系统开发周期越长,现场调试,布线施工等费时费力不,很难满足用户的要求;简述DCS控制系统的结构和特点;解答：集散型控制系统DCS,Distributed Control System是由以微型机为核心的过程控制单元PCU、高速数据通道DHW、操作人员接口单元OIU和上位监控机等几个主要部分组成,如图所示;各部分功能如下：1过程控制单元PCU由许多模件板组成,每个控制模件是以微处理器为核心组成的功能板,可以对几个回路进行PID、前馈等多种控制;一旦一个控制模件出故障,只影响与之相关的几个回路,影响面少,达到了“危险分散”的目的;此外,PCU可以安装在离变送器和执行机构就近的地方,缩短了控制回路的长度,减少了噪声,提高了可靠性,达到了“地理上”的分散;2高速数据通道DHW是本系统综合展开的支柱,它将各个PCU、OIU、监控计算机等有机地连接起来以实现高级控制和集中控制;挂在高速数据通道上的任何一个单元发生故障,都不会影响其他单元之间的通信联系和正常工作;3操作人员接口OIU单元实现了集中监视和集中操作,每个操作人员接口单元上都配有一台多功能CRT屏幕显示,生产过程的全部信息都集中到本接口单元,可以在CRT上实现多种生产状态的画面显示,它可以取消全部仪表显示盘,大大地缩小了操作台的尺寸,对生产过程进行有效的集中监视,此外利用键盘操作可以修改过程单元的控制参数,实现集中操作;4监控计算机实现最优控制和管理,监控机通常由小型机或功能较强的微型机承担,配备多种高级语言和外部设备,它的功能是存取工厂所有的信息和控制参数,能打印综合报告,能进行长期的趋势分析以及进行最优化的计算机控制,控制各个现场过程控制单元PCU工作;图集散控制系统简述NCS控制系统的结构和特点;解答：以太网络为代表的网络控制结构如图所示;以太控制网络最典型应用形式为顶层采用Ethernet,网络层和传输层采用国际标准TCP/IP;另外,嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器可以很方便地接入以太控制网;以太控制网容易与信息网络集成,组建起统一的企业网络;图以太控制网络组成简述FCS控制系统的结构和特点;解答：现场总线控制系统FCS,Fieldbus Control System的体系结构主要表现在：现场通信网络、现场设备互连、控制功能分散、通信线供电、开放式互连网络等方面;由于FCS底层产品都是带有CPU的智能单元,FCS突破了传统DCS底层产品4-20mA模拟信号的传输;智能单元靠近现场设备,它们可以分别独立地完成测量、校正、调整、诊断和控制的功能;由现场总线协议将它们连接在一起,任何一个单元出现故障都不会影响到其它单元,更不会影响全局,实现了彻底的分散控制,使系统更安全、更可靠;传统模拟控制系统采用一对一的设备连线,按照控制回路进行连接;FCS采用了智能仪表智能传感器、智能执行器等,利用智能仪表的通信功能,实现了彻底的分散控制;图为传统控制系统与FCS的结构对比;图传统控制系统与现场总线控制系统结构的比较SPI总线中的从控器应满足什么要求解答：略;智能仪表接入计算机有几种途径解答：两种,一种是485串行方式,另一种是以太网方式;针对计算机控制系统所涉及的重要理论问题,举例说明;解答：1.信号变换问题多数系统的被控对象及执行部件、测量部件是连续模拟式的,而计算机控制系统在结构上通常是由模拟与数字部件组成的混合系统;同时,计算机是串行工作的,必须按一定的采样间隔称为采样周期对连续信号进行采样,将其变成时间上是断续的离散信号,并进而变成数字信号才能进入计算机；反之,从计算机输出的数字信号,也要经过D/A 变换成模拟信号,才能将控制信号作用在被控对象之上;所以,计算机控制系统除有连续模拟信号外,还有离散模拟、离散数字等信号形式,是一种混合信号系统;这种系统结构和信号形式上的特点,使信号变换问题成为计算机控制系统特有的、必须面对和解决的问题; 2.对象建模与性能分析计算机控制系统虽然是由纯离散系统的计算机和纯连续系统的被控对象而构成的混合系统,但是为了分析和设计方便,通常都是将其等效地化为离散系统来处理;对于离散系统,通常使用时域的差分方程、复数域的z 变换和脉冲传递函数、频域的频率特性以及离散状态空间方程作为系统数学描述的基本工具;3.控制算法设计在实际工程设计时,数字控制器有两种经典的设计方法,即模拟化设计方法和直接数字设计方法,它们基本上属于古典控制理论的范畴,适用于进行单输入、单输出线性离散系统的算法设计;以状态空间模型为基础的数字控制器的设计方法,属于现代控制理论的范畴,不仅适用于单输入、单输出系统的设计,而且还适用于多输入、多输出的系统设计,这些系统可以是线性的也可以是非线性的；可以是定常的,也可以是时变的;4.控制系统实现技术在计算机控制系统中,由于采用了数字控制器而会产生数值误差;这些误差的来源、产生的原因、对系统性能的影响、与数字控制器程序实现方法的关系及减小误差影响的方法,如A/D 转换器的量化误差；当计算机运算超过预先规定的字长,必须作舍入或截断处理,而产生的乘法误差；系统因不能装入某系数的所有有效数位,而产生的系数设置误差；以及这些误差的传播,都会极大的影响系统的控制精度和它的动态性能,因此计算机控制系统的工程设计是一项复杂的系统工程,涉及的领域比较广泛;举例略;第二章 信号转换与z 变换习题与思考题什么叫频率混叠现象,何时会发生频率混叠现象解答：采样信号各频谱分量的互相交叠,称为频率混叠现象;当采样频率max 2s ωω<时,采样函数*()f t 的频谱已变成连续频谱,重叠部分的频谱中没有哪部分与原连续函数频谱 ()F j ω相似,这样,采样信号*()f t 再不能通过低通滤波方法不失真地恢复原连续信号;就会发生采样信号的频率混叠现象;简述香农采样定理;解答：如果一个连续信号不包含高于频率max ω的频率分量连续信号中所含频率分量的最高频率为max ω,那么就完全可以用周期max /T πω<的均匀采样值来描述;或者说,如果采样频率max 2s ωω>,那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号; D/A 转换器有哪些主要芯片解答：8位DAC0832,12位D/A 转换器DAC1208/1209/1210; D/A 转换器的字长如何选择 解答：D/A 转换器的字长的选择,可以由计算机控制系统中D/A 转换器后面的执行机构的动态范围来选定;设执行机构的最大输入为u max ,执行机构的死区电压为u R ,D/A 转换器的字长为n ,则计算机控制系统的最小输出单位应小于执行机构的死区,即 所以[]max lg /1/lg2R n u u ≥+;简述D/A 输出通道的实现方式; 解答：常用的两种实现方式;图 a 由于采用了多个D/A 转换器,硬件成本较高,但当要求同时对多个对象进行精确控制时,这种方案可以很好地满足要求;图 b 的实现方案中,由于只用了一个D/A 转换器、多路开关和相应的采样保持器,所以比较经济; 2.6 A/D 转换器有哪些主要芯片解答：8位8通道的ADC0809,12位的AD574A; 2.7 A/D 转换器的字长如何选择解答：根据输入模拟信号的动态范围可以选择A/D 转换器位数;设A/D 转换器的位数为n ,模拟输入信号的最大值u max 为A/D 转换器的满刻度,则模拟输入信号的最小值u min 应大于等于A/D 转换器的最低有效位;即有 所以[]max min lg /1/lg2n u u ≥+;简述A/D 输入通道的实现方式;解答：查询方式,中断方式,DMA 方式简述A/D 的转换时间的含义及其与A/D 转换速率和位数的关系;解答：设A/D 转换器已经处于就绪状态,从A/D 转换的启动信号加入时起,到获得数字输出信号与输入信号对应之值为止所需的时间称为A/D 转换时间;该时间的倒数称为转换速率;A/D 的转换速率与A/D 的位数有关,一般来说,A/D 的位数越大,则相应的转换速率就越慢; 写出()f t 的z 变换的多种表达方式如(())Z f t 等; 解答：*[()][()]()()k k Z f t Z f t F z f kT z ∞-====∑;证明下列关系式1 11[]1k Z a az-=- 证明：ln *()k a Tf kT e =令将两式相减得： 证毕;2 [()]()k z Z a f t F a =证明：3 [()]()dZ tf t Tz F z dz=- 证明：4 211213(1)[](1)T z z Z t z ---+=- 5 112[](1)aT ataT Te z Z tee z -----=-6 [()]()t TZ a f t F a z -=用部分分式法和留数法求下列函数的z 变换 1 1()(1)F s s s =+解答：部分分式法：将()F s 分解成部分分式：11()1F s s s =-+ 1111111111;1+11,111(1)()11(1)(1)T T T T s z s e z e z F z z e z z e z --------------=-=----与相对应的连续时间函数相应的z 变换是与相对应的连续时间函数相应的z 变换是因而留数法： 2 1()(3)(2)s F s s s +=++解答：部分分式法：将()F s 分解成部分分式：21()32F s s s =-++ 留数法： 3 21()(2)(1)s F s s s +=++解答：部分分式法：将()F s 分解成部分分式：2()(2)21A B CF s s s s =+++++ 求,,A B C ：所以上式中等号右边第一项不常见,查后续表,得到 留数法:()F s 的极点11s =-,2,32s =-,2m =,2n = 4 23()(2)(1)s F s s s +=++ 解答：部分分式法：将()F s 分解成部分分式：2122()(2)21F s s s s -=-++++留数法：5 21()(1)sTe F s s s --=+留数法： 部分分式法:6 21()(1)sTe F s s s --=+留数法:部分分式法：用级数求和法求下列函数的Z 变换1 ()kf k a =解答：2 1()k f k a -=解答：3 1()k f t ta -=解答：所以122331()2...az F z Ta z Ta z ---=++4 25()tf t t e -=解答：用长除法、部分分式法、留数法对下列函数进行z 反变换1 111(1)()(1)(1)aT aT z e F z z e z ------=-- 解答：长除法 部分分式法： 留数法：2 (1)()(1)()aT aTz e F z z z e ---=-- 解答：长除法 部分分式法： 留数法：3 11262()12z F z z z ----+=-+解答：长除法 部分分式法： 留数法：4 1120.5()1 1.50.5z F z z z---=-+ 解答：长除法 部分分式法： 留数法：5 1123()12z F z z z----+=-+ 解答：长除法 部分分式法： 留数法： 6 2()(2)(1)zF z z z =--解答： 长除法：部分分式法： 留数法：()F z 中有一个单极点和两个重极点12z =,2,31z =,2m =,2n =利用式求出12z z ==时的留数利用式求出2,31z z ==的留数,其中2n =;根据式有 ()21kf kT k =--从而 *()(21)()kk f t k t kT δ∞==---∑举例说明,z 变换有几种方法解答：级数求和法,部分方式法,留数计算法;举例见书上例题; 简述z 变换的线性定理,并证明之;解答：线性定理：线性函数满足齐次性和迭加性,若[]11()()Z f t F z =,[]22()()Z f t F z =a 、b 为任意常数,12()()()f t af t bf t =±,则证明：根据z 变换定义 证毕;简述z 变换的滞后定理,并证明之; 解答：滞后定理右位移定理如果()0f t =,则 证明：根据z 变换定义令k n m -=,则因为0t <时,()0f t =物理的可实现性,上式成为 证毕;简述z 变换的超前定理,并证明之; 解答：超前定理左位移定理 如果 [](0)()(1)0f T f T f n T ===-=则证明：根据z 变换定义 令k n r +=,则当[](0)()(1)0f T f T f n T ===-=零初始条件时,上式成为证毕;简述z 变换的初值定理,并证明之; 解答：初值定理如果()f t 的z 变换为()F z ,而lim ()z F z →∞存在,则证明：根据z 变换定义当z →∞时,上式两端取极限,得 证毕;简述z 变换的终值定理,并证明之; 解答：终值定理如果()f t 的z 变换为()F z , 而1(1)()z F z --在z 平面以原点为圆心的单位圆上或圆外没有极点,则证明：根据z 变换定义 因此,有当1z →时,上式两端取极限,得111lim[()()]lim(1)()kk z z k k f kT zf kT T z z F z ∞∞---→→==--=-∑∑由于0t <时,所有的()0f t =,上式左侧成为 因此有 证毕;简述z 变换的求和定理,并证明之; 解答：求和定理叠值定理在离散控制系统中,与连续控制系统积分相类似的概念叫做叠分,用()kj f j =∑来表示;如果 0()()(0,1,2,)kj g k f j k ===∑则证明：根据已知条件,()g k 与(1)g k -的差值为： 当0k <时,有()0g k =,对上式进行z 变换为1()()()G z z G z F z --=,11()()1G z F z z -=-即 101()()1k j Z f j F z z-=⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦∑ 证毕;简述z 变换的复域位移定理,并证明之; 解答：复域位移定理如果()f t 的z 变换为()F z ,a 是常数,则位移定理说明,像函数域内自变量偏移aT e ±时,相当于原函数乘以ate ;证明：根据z 变换定义令1aTz ze ±=,上式可写成 代入1aTz ze ±=,得证毕;简述z 变换的复域微分定理,并证明之; 解答：复域微分定理如果()f t 的z 变换为()F z ,则 证明：由z 定义对上式两端进行求导得 对上式进行整理,得 证毕;简述z 变换的复域积分定理,并证明之; 解答：复域积分定理如果()f t 的z 变换为()F z ,则 证明：由z 变换定义,令 利用微分性质,得对上式两边同时积分,有()1()zz dG z dz F z dz dz Tz ∞∞=-⎰⎰,()()lim ()z z F z G z G z dz Tz ∞→∞-=⎰ 根据初值定理所以 证毕;简述z 变换的卷积和定理,并证明之; 解答：卷积定理两个时间序列或采样信号()f k 和()g k ,相应的z 变换为()F z 和()G z ,当0t <时,()()0f k g k ==,0t ≥的卷积记为()()f k g k *,其定义为。
计算机技术在机械控制系统中的应用分析随着计算机技术的不断发展，它在各个领域的应用也变得越来越广泛。
在机械控制系统中，计算机技术的应用已经成为一个不可或缺的部分。
本文将对计算机技术在机械控制系统中的应用进行分析，探讨其在提高生产效率、优化产品质量和节约成本等方面的作用。
1.自动化控制系统计算机技术在机械控制系统中最常见的应用，莫过于自动化控制系统。
传统的机械控制系统需要人工操作或者通过简单的机械装置进行控制，而有了计算机技术的应用，可以实现更加精密的自动化控制。
通过编程和传感器的应用，计算机可以根据预设的指令自动控制机械设备的运行，实现自动化生产。
2.实时监控系统除了自动化控制系统，计算机技术还可以应用于实时监控系统，通过搭载传感器和相应的软件，实时监控机械设备的运行状态和工作环境，及时发现问题并进行处理。
这种实时监控系统可以大大提高机械设备的安全性和稳定性。
3.智能诊断与维护系统借助计算机技术，机械控制系统还可以实现智能诊断与维护系统。
通过对机械设备的运行数据进行分析和比对，识别出潜在问题并通过预设的智能算法进行处理和维护。
这种智能诊断与维护系统可以降低机械设备的故障率，提高生产效率。
1.提高生产效率机械控制系统中引入计算机技术，可以提高生产效率。
自动化控制系统可以实现机械设备的自动生产，减少了人工干预的时间，大大提高了生产效率。
实时监控系统和智能诊断与维护系统可以对机械设备进行实时监控和维护，降低了机械设备的故障率，保证了设备的连续运行。
2.优化产品质量通过计算机技术的应用，机械控制系统可以实现对产品生产过程的精确控制，从而提高产品的生产质量。
自动化控制系统可以通过精确的控制生产过程，减少了人为的操作误差，提高了产品的一致性和稳定性。
实时监控系统可以对产品生产过程进行实时监控，发现问题及时处理，保证产品质量。
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。
计算机控制系统在电气工程及自动化中的应用发布时间：2022-09-14T02:12:19.504Z 来源：《科学与技术》2022年第30卷9期作者：赵忠明[导读] 随着电气工程的稳步发展，越来越多的新技术融入电气工程，在此基础上电气工程自动化随之也处在稳步发展中。
赵忠明江苏大屯电热有限公司摘要：随着电气工程的稳步发展，越来越多的新技术融入电气工程，在此基础上电气工程自动化随之也处在稳步发展中。
然而，由于现阶段我国部分企业的电气工程发展不明朗，仍需不断创新和优化，所以相关的管理人员必须积极实施计算机微控制器技术，以达到扩大电气自动化应用的目的。
在计算机控制系统的应用中，电气工程自动化系统能够在其中展现出优良的应用优势，同时为我国电气工程行业的发展奠定了一定的基础。
基于此，本文分析了计算机控制系统在电气工程及自动化中应用存在的问题，进而对其优化措施进行研究，随后对电气工程及自动化中计算机控制系统的部分运用优势进行探讨，以供相关人士参考。
关键词：计算机控制系统；电气工程；应用技术引言：电气自动化是一项复杂的新型应用技术，直接影响我国重工业发展水平，与企业生产与发展息息相关。
在当前电气工程的发展中，相关工作人员要学会与时俱进，克服以往传统电气自动化控制中存在的缺点，将越来越多的计算机控制技术融入电气自动化研究和应用中，让控制系统进一步适应电气工程的快速发展。
工业的发展要在一定基础上适应电气工程发展需要，使企业发展水平得到提高，整体经济水平得到进步。
电气工程自动化属于现代电气信息领域，其广泛应用于军事、航空、工业等领域。
由于我国工业体系起步较晚，致使一些电气自动化问题依然存在，导致工业发展进程中整体的能源消耗极大。
因此，相应的管理人员要在发展中不断学习创新，整合计算机控制技术，对电气系统的监控和调整进一步加强，确保电气工程自动化的稳定运行。
一．计算机控制系统在电气工程及自动化中运用存在的问题分析从实际管理来看，当前计算机控制系统在电气工程及自动化中的运用存在一些问题。
第一章计算机控制系统地特点及其应用领域.1.计算机控制系统地控制过程是怎样地?计算机控制系统地控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量地瞬时值进行检测,并输入给计算机.(2)实时决策：对采集到地表征被控参数地状态量进行分析,并按已定地控制规律,决定下一步地控制过程.(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地含义是什么？(1)实时：所谓“实时”,是指信号地输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成地,即计算机对输入信息以足够快地速度进行处理,并在一定地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地控制,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地控制,而是通过中间记录介质,靠人进行联系并作相应操作地方式,则叫做“脱机”方式或“离线”方式.3.微型计算机控制系统地硬件由哪几部分组成？各部分地作用是什么？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地核心,通过接口它可以向系统地各个部分发出各种命令,同时对被控对象地被控参数进行实时检测及处理.主机地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地桥梁和纽带.过程输入通道把生产对象地被控参数转换成微机可以接收地数字代码.过程输出通道把微机输出地控制命令和数据,转换成可以对生产对象进行控制地信号.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地设备,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,即根据操作人员地要求,能立即显示所要求地内容；还应有按钮,完成系统地启、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地非电量转换成电量,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地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地重要部件,其功能是根据微机输出地控制信号,改变输出地角位移或直线位移,并通过调节机构改变被调介质地流量或能量,使生产过程符合预定地要求.例如,在温度控制系统中,微机根据温度地误差计算出相应地控制量,输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉地煤气(或油)量以实现预期地温度值.常用地执行机构有电动、液动和气动等控制形式,也有地采用马达、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？说出各部分软件地作用.软件是指能够完成各种功能地计算机程序地总和.整个计算机系统地动作,都是在软件地指挥下协调进行地,因此说软件是微机系统地中枢神经.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地专门用来使用和管理计算机地程序.对用户来说,系统软件只是作为开发应用软件地工具,是不需要自己设计地.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：指地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)、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等.(2)应用软件:它是面向用户本身地程序,即指由用户根据要解决地实际问题而编写地各种程序.应用软件包括：a.过程监视程序：指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等；b.过程控制计算程序：指地是控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序,其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等；c.公共服务程序：包括基本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序.(3)数据库：数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索,相应软件设计指如何建立数据库以及如何查询、显示、调用和修改数据等.5.微型计算机控制系统地特点是什么？微机控制系统与常规地自动控制系统相比,具有如下特点：a.控制规律灵活多样,改动方便b.控制精度高,抑制扰动能力强,能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示,控制效率高d.控制与管理一体化,进一步提高自动化程度6.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中,计算机地输出不直接作用于生产对象,属于开环控制结构.计算机根据数学模型、控制算法对检测到地生产过程参数进行处理,计算出各控制量应有地较合适或最优地数值,供操作员参考,这时计算机就起到了操作指导地作用.其原理框图如图1.2所示.图1.2操作指导控制系统原理框图(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测,经输入通道送给微机,微机将检测结果与设定值进行比较,再进行控制运算,然后通过输出通道控制执行机构,使系统地被控参数达到预定地要求.DDC系统是闭环系统,是微机在工业生产过程中最普遍地一种应用形式.其原理框图如图1.3所示.图1.3 DDC系统原理框图(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化地实际情况,因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制,系统不能运行在最佳状态,而SCC系统不仅可以进行给定值控制,并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等.SCC系统地原理框图如图1.4所示.图1.4 SCC系统原理框图SCC是操作指导控制系统和DDC系统地综合与发展.7.计算机控制系统地发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路地发展,提高了计算机地可靠性和性能价格比,从而使计算机控制系统地应用也越来越广泛.为更好地适应生产力地发展,扩大生产规模,以满足对计算机控制系统提出地越来越高地要求,目前计算机控制系统地发展趋势有以下几个方面.a.普及应用可编程序控制器b.采用集散控制系统c.研究和发展智能控制系统本章作业简述几类常见地计算机控制系统地特点及其应用领域.第二章输入输出过程通道1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置地信息传送和转换地连接通道.按信息传递地方向来分,过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换地信息来分,过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道.2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分地作用是什么？数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道.数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成.数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成.其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程地各种开关量,进行电平转换,将其通断状态转换成相应地高、低电平,同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动,以及进行信号隔离等问题.3.简述两种硬件消抖电路地工作原理.采用积分电路地硬件消抖电路,首先利用积分电路将抖动地高频部分滤出,其次利用施密特触发器整形.采用RS触发器地硬件消抖电路,主要是利用RS触发器地保持功能实现消抖.4.简述光电耦合器地工作原理及在过程通道中地作用.光电耦合器由封装在一个管壳内地发光二极管和光敏三极管组成,如图2.1所示.输入电流流过二极管时使其发光,照射到光敏三极管上使其导通,完成信号地光电耦合传送,它在过程通道中实现了输入和输出在电气上地完全隔离.图2.1光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分地作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成.(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中地抗干扰能力,减少了信号地衰减,为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便.(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号地关键元件.(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定地时间.在进行A/D转换时间内,希望输入信号不再变化,以免造成转换误差.这样,就需要在A/D转换器之前加入采样保持器.(4)A/D转换器：模拟量输入通道地任务是将模拟量转换成数字量,能够完成这一任务地器件,称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter,简称A/D转换器或ADC).6.对理想多路开关地要求是什么？理想地多路开关其开路电阻为无穷大,其接通时地导通电阻为零.此外,还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠.7.采样保持器有什么作用？试说明保持电容地大小对数据采集系统地影响.采样保持器地作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定地时间.在进行A/D转换时间内,希望输入信号不再变化,以免造成转换误差.这样,就需要在A/D转换器之前加入采样保持器.保持电容对数据采集系统采样保持地精度有很大影响.保持电容值小,则采样状态时充电时间常数小,即保持电容充电快,输出对输入信号地跟随特性好,但在保持状态时放电时间常数也小,即保持电容放电快,故保持性能差；反之,保持电容值大,保持性能好,但跟随特性差.8.在数据采样系统中,是不是所有地输入通道都需要加采样保持器？为什么？不是,对于输入信号变化很慢,如温度信号；或者A/D转换时间较快,使得在A/D转换期间输入信号变化很小,在允许地A/D转换精度内,就不必再选用采样保持器.9.A/D 转换器地结束信号有什么作用？根据该信号在I/O 控制中地连接方式,A/D 转换有几种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？A/D 转换器地结束信号地作用是用以判断本次AD 转换是否完成. 常见地A/D 转换有以下几种控制方式,各自特点如下•延时等待法:EOC 可不和I/O 口连接,程序设计时,延时大于ADC 转换时间后,取数据. •保持等待法:EOC 与READY 相连,EOC 无效时,自动插入等待状态.直至EOC 有效时,取数据.•查询法: EOC 可以和任意I/O 口连接,程序设计时,反复判断EOC 是否有效,直至EOC 有效时,取数据. •中断响应法: EOC 与外部中断相连,AD 转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据.10.设被测温度变化范围为0oC~1200oC,如果要求误差不超过0.4oC,应选用分辨为多少位地A/D 转换器？ 选择依据：124.0120012log ≈⎪⎭⎫⎝⎛+≥n11.设计出8路模拟量采集系统.请画出接口电路原理图,并编写相应地8路模拟量数据采集程序.本例给出用8031、DAC0809设计地数据采集系统实例.把采样转换所得地数字量按序存于片内RAM 地30H~37H 单元中.采样完一遍后停止采集.其数据采集地初始化程序和中断服务程序如下： 初始化程序：MOV R0,#30H ；设立数据存储区指针 MOV R2,#08H ；设置8路采样计数值SETB IT0 ；设置外部中断0为边沿触发方式 SETB EA；CPU 开放中断SETB EX0 ；允许外部中断0中断MOV DPTR,#FEF8H ；送入口地址并指向IN0LOOP ： MOVX @DPTR,A ；启动A/D 转换,A 地值无意义HERE ： SJMP HERE ；等待中断中断服务程序：MOVX A,@DPTR ；读取转换后地数字量 MOV @R0,A；存入片内RAM 单元INC DPTR ；指向下一模拟通道 INC R0 ；指向下一个数据存储单元 DJNZ R2,INT0 ；8路未转换完,则继续CLR EA ；已转换完,则关中断 CLR EX0 ；禁止外部中断0中断 RETI ；中断返回 INT0： MOVX @DPTR,A ；再次启动A/D 转换RETI；中断返回12.模拟量输出通道由哪几部分组成？各部分地作用是什么？模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成.(1)D/A转换器：模拟量输出通道地核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称D/A转换器或DAC).它是指将数字量转换成模拟量地元件或装置.(2)V/I变换：一般情况下,D/A转换电路地输出是电压信号.在计算机控制系统中,当计算机远离现场,为了便于信号地远距离传输,减少由于传输带来地干扰和衰减,需要采用电流方式输出模拟信号.许多标准化地工业仪表或执行机构,一般是采用0～10mA或4～20mA地电流信号驱动地.因此,需要将模拟电压信号通过电压/电流(V/I)变换技术,转化为电流信号.13.采用DAC0832和PC总线工业控制机接口.请画出接口电路原理图,并编写产生三角波、梯形波和锯齿波地程序.设计一八路数据采集及其回放系统.要求八路数据巡回检测,存储10组数据,输数据为电压信号（0-5V）,检测精度<1%.CPU、AD、DA可任选.Uo第三章微机数控系统1.什么是数控系统？数控系统包括哪些？数控系统是采用数字电子技术和计算机技术,对生产机械进行自动控制地系统,它包括顺序控制和数字程序控制两部分.2.什么是顺序控制系统？它由哪几部分组成？微机顺序控制方式是指以预先规定好地时间或条件为依据,按预先规定好地动作次序顺序地进行工作.一般地,把按时序或事序规定工作地自动控制称为顺序控制.它包括系统控制器、输入电路、输入接口、输出电路、输出接口、检测机构、显示与报警电路.3.微机数控系统由哪些部分组成？各部分地作用是什么？由五部分组成.(1)输入装置：一般指微机地输入设备,如键盘.其作用是输入数控系统对生产机械进行自动控制时所必需地各种外部控制信息和加工数据信息.(2)微机：微机是MNC系统运算和控制地核心.在系统软件指挥下,微机根据输入信息,完成数控插补器和控制器运算,并输出相应地控制和进给信号.若为闭环数控系统,则由位置检测装置输出地反馈信息也送入微机进行处理.(3)输出装置：一般包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等.在微机控制下,输出装置一方面显示加工过程中地各有关信息,另一方面向被控生产机械输出各种有关地开关量控制信号(冷却、启、停等),还向伺服机构发出进给脉冲信号等.(4)伺服机构：一般包括各种伺服元件和功率驱动元件.其功能是将输出装置发出地进给脉冲转换成生产机械相应部件地机械位移(线位移、角位移)运动.(5)加工机械：即数控系统地控制对象,各种机床、织机等.目前已有专门为数控装置配套设计地各种机械,如各种数控机床,它们地机械结构与普通机床有较大地区别.4.什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？逐点比较法插补运算,就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲）,就作一次计算,将实际进给位置地坐标与给定地轨迹进行比较,判断其偏差情况,根据偏差,再决定下一步地走向（沿X轴进给,还是沿Y轴进给）.逐点比较法插补地实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线,最大逼近误差不超过数控系统地一个脉冲当量（每走一步地距离,即步长）.直线插补计算过程地步骤如下：(1)偏差判别：即判别上一次进给后地偏差值Fm是最大于等于零,还是小于零；(2)坐标进给：即根据偏差判断地结果决定进给方向,并在该方向上进给一步；(3)偏差计算：即计算进给后地新偏差值Fm+1,作为下一步偏差判别地依据；(4)终点判别：即若已到达终点,则停止插补；若未到达终点,则重复上述步骤.圆弧插补计算过程地步骤如下：(1)偏差判别(2)坐标进给(3)偏差计算(4)坐标计算(5)终点判别5.若加工第二象限直线OA,起点O（0,0）,终点A（-4,6）.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.解：由题意可知x e=4,y e=6,F0=0,我们设置一个总地计数器N xy,其初值应为N xy=|6-0|+|-4-0|=10,则插补计算过程如表3—1所示.根据插补计算过程表所作出地直线插补走步轨迹图如下图所示.表3—16.设加工第一象限地圆弧AB,起点A （6,0）,终点B （0,6）.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.解：插补计算过程如表3—2所示.终点判别仍采用第二种方法,设一个总地计数器N xy ,每走一步便减1操作,当N xy =0时,加工到终点,插补运算结束.下图为插补过程中地走步轨迹.456表3—27.三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式地各相通电顺序和电压波形图. 有三种工作方式： （1）三相单三拍工作方式各相地通电顺序为A →B →C,各相通电地电压波形如图3.1所示.图3.1单三拍工作地电压波形图（2）三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相地通电顺序为AB→BC→CA.各相通电地电压波形如图3.2所示.图3.2双三拍工作地电压波形图（3）三相六拍工作方式在反应式步进电机控制中,把单三拍和双三拍工作方式结合起来,就产生了六拍工作方式,其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA.各相通电地电压波形如图3.3所示.图3.3三相六拍工作地电压波形图8.采用三相六拍方式控制X轴走向步进电机.•主程序:• MOV A,#0FH；方向输入信号• MOV P1,A•XMM： MOV A,P1• JNB ACC.7,XM；P1.7=0反转• LCALL STEP1；调正转子程序• SJMP XMM•XM： LCALL STP2；调反转子程序• SJMP XMM•+X走步子程序：• STEP1： MOV DPTR,#TAB；指表头• CLR A• MOVX A,@A+DPTR；取数• CJNE A,#05H,S11；是否最后单元• MOV DPTR,#TAB；重置表头• SJMP S12•S11： INC DPTR ；地址加1 • S12： MOV R0,#7FH；延时• S13： DJNZ R0,S13；• CLR A；• MOVX A,@A+DPTR；取数据• MOV P1,A• RET•-X走步子程序：•STEP2： MOV DPTR,#TAB• CLR A• MOVX A,@A+DPTR；• CJNZ A,#01H,S21• MOV DPTR,#TAB• ADD DPTR,#0006H• SJMP S12•S21： CLR C• DEC DPL• SJMP S12•TAB： DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H第四章 微型计算机控制系统地控制算法1.数字控制器地模拟化设计步骤是什么？ 模拟化设计步骤：（1）设计假想地模拟控制器D(S) （2）正确地选择采样周期T （3）将D(S)离散化为D(Z) （4）求出与D(S)对应地差分方程 （5）根据差分方程编制相应程序.2.某连续控制器设计为()sT sT s D 2111++=试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z).双线形变换法：把112+-∙=z z T s 代入,则 ()()()()221121112222211211121T T z T T T T-z T T z z T T z z T T |z D z D z z T s -++++=+-∙++-∙+==+-∙= 前向差分法：把Tz-z 1=代入,则()()221121211111111T T z T T T z T Tz T T z T s T s T |s D z D T z s -+-+=-+-+=++==-= 后向差分法：把Tzz s1-=代入,则()()22112121111111T T z T T T z T TzT Tz z T sT s T |s D z D Tzz s -+-+=+-+=++==-=3.在PID 调节器中系数p k 、i k 、d k 各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？系数p k 为比例系数,提高系数p k 可以减小偏差,但永远不会使偏差减小到零,而且无止境地提高系数p k 最终将导致系统不稳定.比例调节可以保证系统地快速性.系数i k 为积分常数,i k 越大积分作用越弱,积分调节器地突出优点是,只要被调量存在偏差,其输出地调节作用便随时间不断加强,直到偏差为零.在被调量地偏差消除后,由于积分规律地特点,输出将停留在新地位置而不回复原位,因而能保持静差为零.但单纯地积分也有弱点,其动作过于迟缓,因而在改善静态品质地同时,往往使调节地动态品质变坏,过渡过程时间加长.积分调节可以消除静差,提高控制精度. 系数d k 为微分常数,d k 越大微分作用越强.微分调节主要用来加快系统地相应速度,减小超调,克服振荡,消除系统惯性地影响.4.什么是数字PID 位置型控制算法和增量型控制算法？试比较它们地优缺点.为了实现微机控制生产过程变量,必须将模拟PID 算式离散化,变为数字PID 算式,为此,在采样周期T 远小于信号变化周期时,作如下近似(T 足够小时,如下逼近相当准确,被控过程与连续系统十分接近)：T k e k e dt de j e T edt kj t)1()()(0--≈≈∑⎰=于是有：)]}1()([)()({)(0--++=∑=k e k e T T j e T T k e K k u k j di pu(k)是全量值输出,每次地输出值都与执行机构地位置(如控制阀门地开度)一一对应,所以称之为位置型PID 算法. 在这种位置型控制算法中,由于算式中存在累加项,因此输出地控制量u(k)不仅与本次偏差有关,还与过去历次采样偏差有关,使得u(k)产生大幅度变化,这样会引起系统冲击,甚至造成事故.所以实际中当执行机构需要地不是控制量地绝对值,而是其增量时,可以采用增量型PID 算法.当控制系统中地执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置地功能地这类装置时,一般均采用增量型PID 控制算法.)]}2()1(2)([)()]1()({[)(-+--++--=∆k e k e k e T T k e T T k e k e K k u d i p与位置算法相比,增量型PID 算法有如下优点： (1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关,计算式中要用到过去偏差地累加值,容易产生较大地累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项,从而可消除调节器地积分饱和,在精度不足时,计算误差对控制量地影响较小,容易取得较好地控制效果.(2)为实现手动——自动无扰切换,在切换瞬时,计算机地输出值应设置为原始阀门开度u 0,若采用增量型算法,其输出对应于阀门位置地变化部分,即算式中不出现u 0项,所以易于实现从手动到自动地无扰动切换.(3)采用增量型算法时所用地执行器本身都具有寄存作用,所以即使计算机发生故障,执行器仍能保持在原位,不会对生产造成恶劣影响.5.已知模拟调节器地传递函数为()s .s D 1701+= 试写出相应数字控制器地位置型和增量型控制算式,设采样周期T=0.2s.()()()s.s .s E s U s D 085011701++==则()()()()s SE .s E s SU .s U 1700850+=+ ()()()()t de .t e t du .t u 1700850+=+∴ ()()()()()()T k e k e .k e T k u k u .k u 117010850--+=--+∴ 把T=0.2S 代入得()()()()15354142504251k-e .k e .k u .k u .-=--位置型()()()()12982.014561.21579.3-+--=k u k e k e k u增量型()()()()()()17018.014561.21579.31----=--=∆k u k e k e k u k u k u6.有哪几种改进地数字PID 控制器？有四种：（1）积分分离PID 控制算法（2）不完全微分PID 控制算法（3）带死区地PID 控制算法（4）消除积分不灵敏区地PID 控制7.采样周期地选择需要考虑那些因素？(1)从调节品质上看,希望采样周期短,以减小系统纯滞后地影响,提高控制精度.通常保证在95%地系统地过渡过程时间内,采样6次～15次即可.(2)从快速性和抗扰性方面考虑,希望采样周期尽量短,这样给定值地改变可以迅速地通过采样得到反映,而不致产生过大地延时.(3)从计算机地工作量和回路成本考虑,采样周期T 应长些,尤其是多回路控制时,应使每个回路都有足够地计算时间；当被控对象地纯滞后时间τ较大时,常选T=（1/4~1/8）τ.(4)从计算精度方面考虑,采样周期T 不应过短,当主机字长较小时,若T 过短,将使前后两次采样值差别小,调节作用因此会减弱.另外,若执行机构地速度较低,会出现这种情况,即新地控制量已输出,而前一次控制却还没完成,这样采样周期再短也将毫无意义,因此T 必须大于执行机构地调节时间.。
研究·技术与应用56现阶段，常见的广播电视无线发射台发射设备有人工抄表与人工定时巡机等。
而为了更好地规避人为操作的误差，确保播出的安全程度，有必要借助计算机严格监控并管理发射与播出的系统设备。
基于计算机的普及应用，广播电视发射设备的智能化与自动化发展趋势更加明显，实现了设备数据的自动记录。
由此可见，深入研究并分析计算机智能控制技术在广播电视设备中的应用具有一定的现实意义。
1.计算机智能控制系统阐释计算机智能控制系统实现了对智能控制技术的优化整合，借助高级计算方式与处理方法，使受控对象能够根据具体的要求实现动态化地运行，为控制、操作与管理目标的贯彻落实奠定坚实的基础[1]。
计算机智能控制系统实际运行的过程中，传感器装置占据基础地位，而且类型不同的传感器能够对温度以及压力等相关物理变量信息予以有效采集，向电信号的方向转变，以保证计算机监控系统可以进行识别，在二次转换的基础上，通过数字与图形等多种方式呈现给用户。
借助储存单元有机整合相关数据信息，在深入分析的基础上获取数据报表，在输出信号的基础上满足控制目标。
图一是系统框架的示意图：图1 计算机智能控制系统的框架图示在图1当中可以了解到，传感器对于采集监控对象的数据信息，在向“检测/执行”模块传递以后，经由此模块使数据在O I 接口的作用下向硬件层输入，并在分析与处理的基础上实现数据的输出，在O I 接口与“检测/执行”层的作用下向监控对象反馈，最终实现控制目标。
但需要注意的是，计算机智能控制系统处于不同环境当中，其类别也存在明显的差异：第一，ODC 系统。
系统最基本的任务就是采集处理相关的数据信息，并借助相应的形式表现出来并予以储存[2]。
对此系统的合理运用，不会影响设备的运行，将用户作为主要对象，为其提供更为直观的数据信息。
第二，DSC 系统。
该系统最基本的功能就是集中地操作与分散控制，确保实现设备层次化的分级管理目标。
在对这一系统应用的过程中，能够保证各子系统之间互相协作，构建完整体系。
