《计算机控制系统》作业参考答案
作业一
第一章
1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。
答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分:
软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。
1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。
答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：
①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。
②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。
③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC计算机提供最佳给定值和最优控制量等。
④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT操作站相连。
1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？
答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。
与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：
(1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标.
(3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。
筑龙网
1 DCS教程[第1讲]——Dcs绪论 DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开始采用以太网。总的来看，变化主要体现在Ｉ／Ｏ板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化要小一些。操作站主要表现在由专用机变化到通用机，如PC机和小型机的应用。但是目前它的操作系统一般采用UNIX，也有小系统采用NT，相比较来看UNIX的稳定性要好一些，NT则有死机现象。I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系统。 从理论上讲，一个DCS系统可以应用于各种行业，但是各行业有它的特殊性，所以DCS也就出现了不同的分支，有时也由于DCS厂家技术人员工艺知识的局限性而引起，如HONEYWELL公司对石化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而ＢAILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。用户在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否对该生产工艺比较熟悉；然后要看该系统适用于多大规模，比如NT操作系统的就适应于较小规模的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大的差异，而国产的DCS系统价格比进口的DCS至少要低一半，算上备品备件则要低得更多。 DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作站、通讯网络。I/O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样，I/O板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有I/O数据必须在一秒钟内完成一个循环；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，根据我们的实验，其速度要相差七八倍。 筑龙网
DCS是分散控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。 它是一个 由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统 ，综合了计算机(Computer)、通讯(Co
mmunication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、
DCS是分布式控制系统的英文缩写( Distributed Control System )，在国内自控行业又
称之为集散控制系统。
即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统， 是相对于集中式控制系统而
言的一种新型计算机控制系统， 它是在集中式控制系统的基础上发展、 演变而来的。它是一
个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机， 通信、显示和控制等 4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以 及组态方便。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现 方法上却完全不同。
工程师站是对DCS 进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维 护的网络节点，其主要功能是提供对DCS4行组态，配置工作的工具软件(即组 态软件)，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使 系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定， 使DCS
随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系 统组态功能，
DCS分散控制系统原理
第一讲绪论
DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、 监视软件都是专用的，由各 DCS厂家自己开发的，也没有动态流程图，通讯网络基本上都
是轮询方式的；八十年代就不一样了， 通讯网络较多使用令牌方式； 九十年代操作站出现了
通用系统，九十年代末通讯网络有部份遵守 TCP/IP协议，有的开始采用以太网。 总的来看，
PID控制算法精华和参数整定三大招
PID是闭环控制算法在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器
是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制
参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控
制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控
制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的
参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。
PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法PID控制器结构因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。比如控制一
个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下
面也将以转速控制为例。
但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。我以
前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，将当前结果反馈回来，再与
目标相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。现在知道这只是最简单的闭环
控制算法。
PID控制系统原理结构框图
对偏差信号进行比例、积分和微分运算变换后形成一种控制规律。“利用偏差，
纠正偏差”。
模拟PID控制器
比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用
模拟PID控制器结构图
PID控制器的输入输出关系为：
比例，反应系统的基本(当前)偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过
大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定;
积分，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，
积分调节就进行，直至无误差;
微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的
控制器的P,I,D项选择微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的
趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，
