计算机控制02.过程输入输出技术
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计算机控制技术教学大纲一、课程名称:计算机控制技术二、课程代码:17002025三、课程英文名称:Computer Control Technology四、课程负责人:黄勤五、学时和学分:2.5学分 40学时(32学时理论+16学时实验)六、课程性质:专业主干课程(必修)七、适用专业:自动化专业、物流工程专业、机电类相关专业八、选课对象:本科三年级学生九、预修课程:电子技术基础、复变函数与积分变换、自动控制原理、计算机硬件技术基础、过程控制系统十、使用教材:黄勤等编.《微型计算机控制技术》.机械工业出版社,2010年1月出版十一、参考书目:于海生等编. 《计算机控制技术》. 机械工业出版社,2007年6月出版谢剑英等编. 《微型计算机控制技术》. 国防工业出版社,2001年9月出版十二、开课单位:自动化学院十三、课程的目的和任务本课程是自动化专业必修的专业主干课程之一。
它以自动控制理论和计算机技术为基础,以微型计算机为控制工具,介绍计算机控制系统的基本知识和基本应用技术,讲授数字控制系统的基本原理,数字采样控制的基本理论,是一门综合性较强的课程。
通过本课程的学习,培养学生的独立思考、分析问题和解决问题的能力,学会和掌握控制器的设计方法以及计算机控制系统硬、软件的组织与设计,培养学生的创新意识、创新能力,为今后控制系统的设计、开发和实现打好坚实的基础。
十四、课程的基本要求1.掌握计算机控制系统的概念,了解计算机控制系统的特点、组成、分类以及计算机控制系统的发展趋势。
2.理解计算机控制系统中输入输出通道的一般结构,掌握模拟量输入输出通道中各部分的功能,掌握D/A转换原理、常用D/A转换芯片的结构原理及接口技术,掌握A/D转换原理、常用A/D转换芯片的结构原理及接口技术,了解数字量输入输出通道中各部分的作用。
3.掌握数字滤波技术、标度变换、线性化处理,掌握数字控制器的连续化设计方法、离散化设计方法,理解数字PID控制、最少拍控制、大林控制、模糊控制等常用控制技术和设计方法。
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。
计算机基础知识什么是输入输出(IO)操作计算机基础知识:什么是输入输出(IO)操作计算机是一种用于处理数据的工具,而输入输出(IO)操作是计算机与外部世界进行数据交流的方式。
通过输入,我们可以将外部的数据传递给计算机进行处理,而输出则是将计算机处理后的数据传递给外部环境。
在本文中,我们将探讨输入输出操作的基础知识。
一、输入输出(IO)的概念输入输出是计算机与外部环境进行数据交流的方式。
输入是指将外部数据传递给计算机,供计算机进行处理和分析;输出则是将计算机处理后的数据传递给外部环境,供人们观察和使用。
在计算机系统中,输入输出设备起到了极为重要的作用。
例如,键盘、鼠标和触摸屏等输入设备用于接收用户的命令和数据,显示器、打印机等输出设备则用于向用户展示计算机处理的结果。
二、输入输出的分类1. 人机交互输入输出:这种输入输出方式主要是通过外部设备与人进行交互。
例如,使用键盘输入文字、鼠标点击图标进行操作、触摸屏选择菜单等。
同时,显示器将结果输出给人们观察。
2. 设备驱动程序输入输出:这种输入输出方式是通过设备驱动程序进行的。
计算机通过设备驱动程序与各类外部设备进行通信。
例如,打印机通过打印机驱动程序与计算机通信,将计算机处理的文档输出。
3. 文件输入输出:文件是计算机中存储数据的一种形式,也是计算机与外部世界交流的一种方式。
我们可以将数据存储在文件中,进行读取和写入操作。
三、输入输出的基本操作在计算机基础中,我们了解到输入输出操作的基本函数包括读取和写入。
读取是指从外部获取数据并传递给计算机进行处理;写入则是将计算机处理的结果传递给外部。
读取函数的基本形式如下:input(data):从外部读取数据,存储在变量data中。
写入函数的基本形式如下:output(data):将变量data中的数据写入外部设备,供外部环境使用。
四、输入输出的应用输入输出操作在计算机中得到了广泛的应用。
以下是一些常见的输入输出操作应用场景:1. 数据采集:许多科学实验、气象观测等需要收集大量外部数据,通过输入输出操作,这些数据可以传递给计算机进行进一步的分析和处理。
第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中,为了实现对生产过程的控制,要将对象的被控参数及运行状态,按要求的方式送人计算机处理,再将结果以数字量的形式输出,并将数字量变换为适合生产过程控制的量,因此在计算机接口和生产过程之间,必须设置信息的传递和变换装置,这个装置就称之为过程输入输出通道,也叫I/O通道。
2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向,过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。
生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等),一般是随时间连续变化的模拟量,通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。
由于计算机只识别数字量,故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后,才能送人计算机。
对于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受,因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。
计算机控制生产现场的控制通道也有两种,即模拟量输出通道和数字量输出通道。
计算机输出的控制信号以数字形式给出,若执行元件要求提供模拟电压或电流,则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流,若执行元件要求数字量(开关量),则应采用数字量输出通道,将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。
由此可见,过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。
2.1.2 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种:(1)数据信息反映生产现场的参数及状态的信息,它包括数字量、开关量和模拟量。
(2)状态信息又叫应答信息、握手信息,它反映过程通道的状态,如准备就绪信号等。
(3)控制信号用来控制过程通道的启动和停止等信息,如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。
接口电路含这三类信息交换的端口。
2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道,因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。