计算机控制系统基本知识

第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。

1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。

2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。

3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。

4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。

6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。

输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。

计算机控制系统设计的基本内容
计算机控制系统设计主要包括以下基本内容:
1. 控制理论基础知识：计算机控制系统的设计需要运用控制理论的基础知识，如传递函数、稳定性分析、动态响应分析等。

2. 计算机控制系统的硬件设计：包括控制器、传感器、执行器等硬件设备的设计和选型，需要考虑硬件设备的可靠性、性能、成本和可维护性等因素。

3. 计算机控制系统的软件设计：包括控制系统的算法设计、软件界面设计、数据采集和处理等，需要运用计算机编程语言和软件设计工具进行开发。

4. 计算机控制系统的调试和测试：设计完成后，需要进行系统调试和测试，以确保系统的稳定性、可靠性和性能指标符合要求。

5. 计算机控制系统的应用和优化：在实际应用场景中，需要对计算机控制系统进行优化和调整，以提高控制性能和效率。

以上是计算机控制系统设计的主要基本内容，不同的应用场景和控制需求可能需要针对具体情况进行定制化设计。

计算机控制系统知识点一、计算机控制系统的定义计算机控制系统是一种利用计算机技术进行控制的系统，通过计算机对被控制对象进行监测、分析、控制和调度，实现自动化生产和运行。

计算机控制系统广泛应用于工业生产中的自动化设备、交通运输系统、医疗设备等领域。

二、计算机控制系统的组成1. 控制器：控制器是计算机控制系统的核心部件，负责对整个系统进行控制和监测。

控制器通常由计算机主机、输入输出设备、运算器、存储器等组成。

2. 输入输出设备：输入设备用于将外部系统中的数据传输到计算机控制系统中，输出设备则将计算机处理后的数据传输到外部系统中。

3. 运算器：运算器是计算机控制系统的“大脑”，负责进行各种数学运算和逻辑运算。

4. 存储器：存储器主要用于存储程序和数据，包括内存和外存两种形式。

三、计算机控制系统的工作原理计算机控制系统通过输入设备获取外部信息，经过运算和逻辑判断后，通过输出设备输出控制指令，实现对被控制对象的自动控制。

整个过程中，计算机控制系统需要经历输入、运算、输出三个基本过程。

四、计算机控制系统的应用1. 工业生产领域：计算机控制系统广泛应用于各种自动化生产设备中，提高了生产效率和生产质量。

2. 交通运输领域：交通信号灯、地铁列车调度系统等都是计算机控制系统的应用案例，提高了交通运输效率和安全性。

3. 医疗设备领域：医用X射线机、B超仪、电子胃镜等医疗设备都采用了计算机控制系统，提高了医疗诊断的准确性和效率。

五、计算机控制系统的发展趋势随着计算机技术的不断发展和进步，计算机控制系统将更加智能化、网络化和集成化。

未来，计算机控制系统将更加便捷、高效、智能，为人类社会的发展和进步提供更大的帮助和支持。

《计算机控制系统》课程复习题答案一、知识点：计算机控制系统的基本概念。

具体为了解计算机控制系统与生产自动化的关系；掌握计算机控制系统的组成和计算机控制系统的主要特性；理解计算机控制系统的分类和发展趋势。

回答题：1.画出典型计算机控制系统的基本框图；答：典型计算机控制系统的基本框图如下：2.简述计算机控制系统的一般控制过程；答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理；(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。

3.简述计算机控制系统的组成；答：计算机控制系统由计算机系统和被控对象组成，计算机系统又由硬件和软件组成。

4.简述计算机控制系统的特点；答：计算机控制系统与连续控制系统相比，具有以下特点：⑴计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。

⑵计算机控制系统修改控制规律，只需修改程序，一般不对硬件电路进行改动，因此具有很大的灵活性和适应性。

⑶能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。

⑷计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。

⑸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。

⑹采用计算机控制，便于实现控制与管理一体化。

5.简述计算机控制系统的类型。

答：（1）操作指导控制系统；（2）直接数字控制系统；（3）监督计算机控制系统（4）分级计算机控制系统二、知识点：计算机控制系统的硬件基础。

具体为了解计算机控制系统的过程通道与接口；掌握采样和保持电路的原理和典型芯片的应用，掌握输入/输出接口电路：并行接口、串行接口、A/D和D/A的使用方法，能根据控制系统的要求选择控制用计算机系统。

回答题：1.给出多通道复用一个A/D转换器的原理示意图。

2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。

3.例举三种以上典型的三端输出电压固定式集成稳压器。

答：W78系列,如W7805、7812、7824等；W79系列，如W7805、7812、7824等4.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。

计算机控制技术基础知识复习第一章绪论自动控制系统：在没有人参与的状况下，经过控制器使消费进程自动地依照预定规律运转的系统。

开环控制系统：指无被控量反应的控制系统，即需求控制的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量关于控制造用没有任何影响的系统。

闭环控制系统：指有被被控量反应的控制系统，即系统的输入信号沿反应通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。

典型工业消费进程：延续进程〔流体〕、团圆进程〔固体〕、批量进程〔延续进程和团圆进程交替停止〕。

计算机控制系统：应用计算机〔通常称为工业控制计算机，简称工业控制机〕来完成消费进程自动控制的系统。

计算机控制系统的组成：计算机〔工业控制机〕和消费进程。

工业控制机是指按消费进程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。

硬件包括主机板、外部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通讯接口、输入输入通道。

软件包括系统软件和运用软件，系统软件包括实时多义务操作系统、引导顺序、调度执行顺序，运用软件是系统设计人员针对某个消费进程而编制的控制和管理顺序，包括进程输入顺序、进程控制顺序、进程输入顺序、人机接口顺序、打印显示顺序和公共子顺序等。

消费进程包括被控对象和测质变送、执行机构、电气开关等装置。

计算机控制系统的任务原理：①实时数据采集：对来自测质变送装置的被控量的瞬时值停止检测和输入。

②实时控制决策：对采集到的被控量停止剖析和处置，并按已定的控制规律，决议将要采取的控制行为。

③实时控制输入：依据控制决策，适时地对执行机构收回控制信号，完成控制义务。

计算机控制系统的任务进程：测量、计算、控制、管理。

在线方式：消费进程和计算机直接衔接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；离线方式：消费进程和睦计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人停止联络并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。

实时：指信号的输入、计算和输入都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度停止控制，超出了这个时间，就失掉了控制的机遇，控制也就失掉了意义。

1.简述计算机控制系统的一般控制过程。

答：(1) 数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理。

(2) 实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。

2.计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。

优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。

（2）直接数字控制系统（DDC ），实时性好，可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SSC ），是生产过程始终处于最优工况。

（4）分型控制系统（DCS ），分散控制，集中操作，分级管理。

（5）现场总线控制系统（FCS ），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构。

3. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？简述采样定理的基本内容。

答(1) 周期采样 (2) 同步采样(3) 非同步采样 (4) 多速采样 (5) 随机采样采样定理: 如果连续信号)(t f 具有有限频谱，其最高频率为max ω, 则对)(t f 进行周期采样且采样角频率s m ax 2ωω≥时，连续信号)(t f 可以由采样信号)(*t f 唯一确定，亦即可以从)(*t f 无失真地恢复)(t f 。

4.采用周期的选择 （1）按系统的闭环频带选取（2）按系统的开环传递函数选取 （3）按系统开怀阶跃响应的上升时间选取（4）根据生产过程控制的经验选取5.何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。

不足之处：只针对某种典型输入进行设计，当输入形式改变时，系统性能变坏，输出响应不一定理想6. 试凑法确定PID 调节参数其中在实践中总结出如下规律◆ Kp 增大,系统响应加快,静差减小,但过大的比例系数回使系统有较大的超调，并产生振荡，系统稳定行变坏;Ti 增大,系统超调减小,振荡减弱,但系统静差的消除也随之减慢; Td 增大,调节时间减小,快速性增强 ,但系统对扰动的抑制能力减弱。

选择填空：1 计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网络结构）及其输入输出通道和被控对象（工业生产对象（被控对象、工业自动化仪表））。

两大部分组成。

自动控制系统的基本功能是信号的传递、处理和比较，分为开环控制系统和闭环控制系统两种。

2 计算机控制系统的分类：数据采集系统（DAS）、直接数字控制系统（DDC）、监督控制系统（SCC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、工业过程计算机集成制造系统（流程CIMS）、网络控制系统（NCS）。

1内部总线：（1）STD总线（2）PCI总线：（3）PC104总线2 外部总线: IEEE-488总线3无论是RS-232还是RS-485，均可采用串行异步收发数据格式。

连接握手：是指发送者在发送一个数据块之前使用一个特定的握手信号来引起接收者的注意，表明要发送数据，接收者则通过握手信号回应发送者，说明它已经做好了接收数据的准备。

连接握手可以通过软件，也可以通过硬件来实现。

确认：接收者为表明数据已经收到而向发送者回复信息的过程。

差错检验：数据通信中的接收者可以通过差错检验来判断所接收的数据是否正确。

冗余数据校验、奇偶校验、校验和、循环冗余校验等都是串行通信中常用的差错检验方法。

4 【区分】MODBUS的两种传输方式MODBUS协议是应用于PLC或其他控制器上的一种通用语言。

通过此协议，控制器之间、控制器通过网络（如以太网）和其他设备之间可以实现串行通信。

控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU）中的任何一种在标准的MODBUS网络通信。

用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个MODBUS网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。

RTU模式如图2-15所示。

消息中每个字节包含两个4bit十六进制字符。

优点是：在相同的波特率下，比ASCII 传输更多的数据。

5 LED显示器的驱动方式：静态驱动和时分割驱动；LED显示器的扫描方式：动态和静态。

计算机控制技术复习资料一、计算机控制技术基础1.计算机控制系统的工作过程主要包括：实时数据采集、实时控制决策、实时数据输出阶段2.集散控制系统常用的编程语言包括：LD，FBD，SFC，STL等3.集散控制系统包括：控制站、操作员站、工程师站、控制网络，工程师通过工程师站完成系统的维护，控制站直接完成数据采样、控制决策、输出刷新等。

4.在JX-300XP系统中操作站、工程师站、控制站之间的网络接口是：SCnetII 网卡。

5.DCS成为集散控制系统，FCS成为现场总线控制系统二、集散控制系统应用1、提高DCS电源可靠性措施包括两点：在交流电源方面要求：双路供电，其中至少一路配UPS电源。

在电源模块方面要求冗余配置。

2、控制站的维护方法3、DCS软件组态主要内容包括：总体信息设置、I/O点组态、控制方案组态、操作小组组态、其他组态4、.控制站的站地址通过主控卡集成的网卡地址拨码开关设置，操作站则通过软件设置。

如某控制站主控卡地址设为4，则其拨码开关S1S2S3S4S5S6S7S8应设为00000100（用0、1表示开关状态，实际上是二进制与十进制之间的转换），其A网的网址为，其B网的网址为128.128.2.4其互为冗余的主控卡站地址应设为5。

同一操作站的两块网卡地址网络码相同，站地址相同，其中一块网卡地址为128.128.1.156，则另一块网卡的地址应该设为128.128.2.1565、一个JX—300XP控制站最多实现192个控制回路，其中包括128个自定义控制回路，64个常规控制回路。

6、JX—300XP系统的站地址范围为2-127，操作员站的站地址范围为129-160，控制站内数据转发卡地址范围为0-15.主控卡地址要求设置为6，则和这块卡件相互冗余的另一块主控卡站地址应设为7，其地址拨码开关S1S2S3S4S5S6S7S8的状态应设为000001117、流量累积系数的计算方法：单位系数，时间系数8、AI点位号成员的作用，如：FT_101.PV表示用于保存位号为FT_101的变送器经转换后的测量值9、AI点报警的类型10、在集散控制系统中，常见数据类型及范围，而半浮点数的数值范围为-7.9999~7.9999。

计算机控制系统填空20、选择10、判断5、程序10、简答55CH1绪论知识点提要（1）基本的负反馈闭环控制结构（2）领域：信息技术，生物与农业技术，新材料，先进制造与自动化技术，能源技术，资源与环境技术（3）工作方式：在线方式与离线方式（4）展望：1）集成化：CIMS2）智能化3）全球化4）虚拟化：虚拟现实（VR）、虚拟产品开发(VPD)、虚拟制造(VM)、虚拟企业（VE）5）标准化6）绿色化：面向环境（5）总线结构：内部总线、外部总线内：控制总线CB、数据总线DB、地址总线AB、电流总线PB外：RS-232C串行通信总线、IEEE-488并行通信总线重点知识：（1）计算机控制系统的含义?1）用计算机工程帮助设计人员对控制系统进行分析、设计、仿真以及建模等工作。

简称为计算机辅助设计控制系统或控制系统CAD。

（离线应用）2）利用计算机代替常规的模拟控制器，而使它成为控制系统的一个组成部分。

简称为计算机控制系统。

（在线应用）（2）计算机控制系统的典型结构?主要优点是什么？优点：1）能实现更为复杂的控制规律，如非线性控制、逻辑控制、自适应控制、自学习控制及智能控制。

2）输入输出信号都是数字量，只需A/D、D/A。

（3）计算机控制系统的硬件组成?（4）按控制系统的功能及结构特点分类为哪几种，每种的特点及适用场合?1）计算机巡回检测和操作指导系统优：结构简单、控制灵活而且安全。

缺：需由人工操作，速度受到限制，不能同时控制多个对象。

适用：进行数据检测处理及试验新的数学模型和调试新的控制程序等。

2）直接数字控制系统适用：计算机取代模拟调节器，可通过程序改变实现复杂控制规律。

3）监督控制系统优：它可考虑许多常规调节器不能考虑的因素，如环境温度和湿度对生产过程的影响；可以进行过程操作的在线优化；可以实现先进复杂的控制规律；可以进行故障诊断与预报，可靠性好；适用：应用于较为复杂的工业过程及设备的控制中。

5）集散控制系统DCS优：分散控制，集中操作，分级管理，分而自治和综合协调，将危险分散；积木式结构，构成灵活，易于扩展，系统可靠性高；采用CRT，操作、监视方便；采用数据通信技术，处理量大；与集中控制方式相比，电缆和敷缆成本较低，便于施工。