《计算机控制技术》课程简介

第一篇：《计算机控制技术》课程简介

《计算机控制技术》课程简介

课程编号：04204055

课程名称：计算机控制/Computer Control

学分:2

学时：32

开课单位： 电气信息学院电气工程系

课程负责人：梁平

先修课程： 自动控制原理，微机原理与接口技术，考核方式： 闭卷考试

主要教材：《计算机控制系统》 李正军编著 机械工业出版社2005.1 参考书目：《计算机控制技术》薛弘晔等编著 西安电子科技大学出版社2003.7《微型计算机控制技术》黄一夫主编机械工业出版社1999.12 课程简介：

计算机控制课程主要讲授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。

教学内容包括计算机控制系统的组成、分类和发展趋势，计算机控制系统数字量、模拟量输入输出通道的作用和构成，信号数字滤波和标度变换的方法以及应用，数字控制器的连续化和离散化两种设计技术，PID算法的数字实现方法以及应用，计算机控制系统总线技术，计算机控制系统的设计与实现

通过本课程的学习，使学生获得计算机控制系统的基本理论和基本应用技术，掌握各种数字控制技术的基本设计方法，初步具备分析和设计计算机控制系统以及将其应用于生产过程的能力。

起草人：梁平审核人：日期：2011 1

第二篇：计算机控制技术

《计算机控制技术》课程综述

09热工一班姚跃辉200910610118

计算机控制是自动控制理论与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。自动控制技术在许多工业领域获得了广泛的应用，但是由于生产工艺日益复杂，控制品质的要求越来越高，简单的控制理论有时无法解决复杂的控制问题。计算机的应用促进了控制理论发展，先进的控制理论和计算机技术相结合推动计算机控制技术不断前进。近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。

计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统。在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出时数字信号，而现场采集到得信号或送到执行机构的信号大多是模拟信号，因此与常规的按偏差控制的闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有莫属转换器和数模转换器这两个环节。

计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设

定值上。这种系统称为闭环控制系统。

计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。

（1）数据采集系统

在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。

（2）直接数字控制系统

计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。因为计算机有较强的计算能力，所以控制算法的改变很方便。

微型计算机控制技术是一门跨学科以及应用性、技术性、综合性都很强的专业技术课程，要求具备较强的自动控制理论、微型计算机原理、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础知识。通过学习，要求掌握计算机控制系统的控制原理和分析设计方法，具备基本的设计技能，能够设计出简单的计算机控制系统。学习该课程对我们工科专业的学生是十分重要而有用的。

09热工(1)班姚跃辉

第三篇：计算机控制技术

一、填空题

1、所谓自动控制，就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。

2、计算机控制系统的工作原理的三个步骤：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出

3、实时性：是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件作出反应的特性。

4、计算机控制系统有哪几种典型类型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工业计算机有哪些特点：可靠性高、实时性好、环境适应性强、模块化设计，完善的O/I通道、系统扩充性好、系统开放性好、控制软件包功能强。

二、作图题

1、作出计算机控制系统的组成框图

2、作出计算机制导控制系统（OIS）的系统框图

三、问答题

1、计算机总线大致可分为几类？其内部总线又可分为几类？

2、简述smith预估控制的基本思想。

3、常见的工业控制计算机总线体系结构有哪几种？

4、什么是数字滤波？常用的数字滤波有哪些方法？

5、工业控制计算机系统的干扰来源有哪几类？各类干扰又有哪些具体形式？

6、现场总线的定义是什么？

四、论述题

1、论述DCS、FCS各自的含义是什么？

五、计算题

关于PID控制，要求：

1、写出模拟PID控制器的控制规律及其传递函数。

2、推导出位置式数字PID的控制算式。

3、推导出增量式数字PID的控制算式。

关于模糊控制

六、设计题

现要求用80C51单片机处理A、B、C三个输入信号，其中A为0-20V的交流信号，B为0-10mA的直流电流信号，C为0/24V的直流电压开关信号，要求得到A、B信号的幅值及C信号的状态。其中ADC采用ASC0809。请补充必要的电子元器件，并将元器件正确连接（可用网络符号）。

提示：交流信号？整流，开关

第四篇：计算机控制技术课程论文要求-1

《计算机控制技术》课程论文要求

机械交通学院电气工程及自动化专业 072班 说明

《计算机控制技术》课程考试成绩由两部分组成：  课程论文：占总成绩的70%。

平时成绩：占总成绩的30%，根据课堂考勤、作业、及课程论文的参考文献评定成绩。论文题目自拟 3 论文要求

课程论文内容必须符合以下内容要求，否则成绩为不及格或无成绩。

1）论文内容和选题范围

 介绍一个计算机控制系统：详细说明其工作原理及特点。

 计算机控制系统的硬件平台：详细介绍该计算机控制系统的硬件平台，包括各组成部分的原理及作用。

 计算机控制系统的软件：绘出此计算机控制系统的程序流程框图，应用汇编语言编写相应的程序。要求程序在结构上必须合理，否则该项不予计分。

2）独立完成，不得完全抄袭。可引用他人及网上成果，但要说明出处。

3）如果课程论文雷同率超过50%，所有有关学生论文均视为抄袭，成绩评定不合格； 4）符合科技论文格式。5）篇幅要求：5～8页（A4）

6）提交要求：在要求期限前提交打印文档，评阅后合格后交打印文档及电子文档。7）提交截止时间：2010年11月20日 格式要求

注意：凡未明确指定的地方均采用word缺省设置。参照新疆农业大学机械交通学院课程论文格式。成绩评定依据

1）权重：课程论文中纸质论文按100分计，即满分为100分，占总成绩的70%；课堂考勤、作业各占15%。

2）评分依据：课程论文以内容的丰富程度与科学性、符合内容与格式要求为基准，所附图片的多少与精美程度为参考，参考文献电子文档以内容的丰富程度与科学性为准，所附图片的多少与精美程度为参考。课堂考勤、作业各占10%，以统计记录为准。

3）评分标准：课程论文符合内容要求得及格分（60分），好的递加，满分100分。4）所交论文不符合内容和格式要求者，不能得分，特别是“论文内容和选题范围”方面。

新疆农业大学

题

目: 课

程: 姓

名: 专

业: 班

级: 学

号: 指导教师:

课 程 论 文

职称:

200 年

月

日

题目（3号黑体）

作者及指导教师（小四宋体）

摘要：××××××××××××××××××（200—300字，小四宋体）××××××××××××××××ׄ„„

关键词：×××；××××；×××××；×××（3-5个，小四宋体）

Title（3号Times New Romar）

Name（小四Times New Romar）

Abstract： ××××××（小四Times New Romar，200—300个实词）××××××××××××ׄ„„

Key words: ×××；××××；×××××；×××（3-5个，小四Times New Romar）

前言（引言）： ×××××（标题用小四号黑体，其它文字用小四宋体）×××××××××××××××××ׄ„„

正文： ×××××（标题用小四号黑体，其它文字用小四宋体）×××××××××××××××××××××ׄ„„

结论：××××××（小四宋体）×××××××××××××××××××××××××××××××××××ׄ„„ 参考文献：

[1] 作者姓名，作者姓名.参考文献题目.期刊或杂志等名称，年份，卷数（期数）:起始页号～终止页号.[2] 刘凡丰.美国研究型大学本科教育改革透视[J].高等教育研究，2003，24(1):24～27.[4] 作者姓名.书名.地址：出版社，年份.[4] ×××（五号宋体，10篇以上；其中外文文献至少1篇, 五号Times New Romar）×××××××××ׄ„„

（说明：以上所有红色、蓝色文字仅供参考，学生在写作论文时请保留字体、字号，改写或删除掉文字，黑色文字请保留。每一页的上方(天头)和左侧(订口)分别留边25mm，下方(地脚)和右侧(切口)应分别留边20mm，页眉和页脚为0。论文题目使用黑体三号字，小标题使用黑体小四号字，正文使用宋体小四号字；首行缩进2个字符，行距为单倍行距，段前段后为0.5行，字符间距为标准。

第五篇：计算机控制技术总结

第一章

1、计算机控制系统的工作原理

•实时决策控制：对采集到的被控量进行分析处理，并按已定的控制规律，决定控制行为。

•实时控制输出： 根据控制决策，适时地对控制机构发出控制信号，完成控制任务。

2、计算机控制系统的组成答：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两部分组成。

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和测量变送、执行机构、电气开关等装置。

3、计算机控制系统的典型型式

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，监督控制系统，集散控制系统，现场总线控制系统，综合自动化系统。

第二章

什么是总线

所谓总线，就是计算机各个模块之间互联和传送信息的一组信号线。总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线。

模拟量输入通道：是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。

模拟量输入通道的组成一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。

信号调理：为了将外部开关量信号输入到计算机,必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机所能接受的逻辑信号，这个过程叫信号调理。

采样过程：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟量信号、转变成在时刻0、T、1 T、2 T、…K T的一连串脉冲输出信号的过程成为采样过程。

量化：采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信 号的幅值，将其转化为数字信号。量化过程：将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。

3.采样保持器

（1）孔径时间和孔径误差的消除

 孔径时间：A/D转换器将模拟信号转换成数字量所需的时间，称为孔径时间。

孔径误差：对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。对于一定的转换时间，误差的百分数和信号频率成正比。

孔径误差的消除： 采用带有采样保持器，限制信号的频率范围。

模拟量输出通道任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的。

模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换等组成模拟量输出通道的结构形式

1.一个通路设置一个数/模转换器的形式（数字保持方案）

优点：转换速度快、工作可靠。

缺点：使用较多的D/A转换器。

2.多个通路共用一个数/模转换器的形式（模拟保持方案）

优点：节省数/模转换器

缺点：分时工作，适用于通路数量多且速度要求不高的场合；

要用多路开关，且要求输出采样保持的保持时间与采样时间之比较大； 可靠性差。

2.6 硬件抗干扰技术

3种过程通道抗干扰技术主机抗干扰技术系统供电与接地技术

干扰既可能来源于外部，也有可能来自内部。外部干扰由外界环境因素决定；内部干扰是由系统结构、制造工艺等决定。

过程通道抗干扰技术

1.串模干扰及其抑制方法

（1）串模干扰

定义： 有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。

（2）串模干扰的抑制方法 答：•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。

–如果串模干扰的频率与被测信号频率不同时，可以采用滤波器来抑制干扰；

–当尖峰型串模干扰为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰影响；

–对于串模干扰主要来自电磁感应时，信号应仅可能早地前置放大，提高信噪比；

–利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰；

–采用良好的屏蔽，以减少电磁干扰。

2.共模干扰及其抑制方法

（1）共模干扰

定义：所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

（2）共模干扰的抑制方法

变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比。

数字PID控制器的改进

积分项的改进

（1）积分分离（2）抗积分饱和（3）梯形积分（4）消除积分不灵敏区

微分项的改进

（1）不完全微分PID控制

改进原因：在PID控制中，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。

改进方法：串联一阶惯性环节，组成不完全微分PID控制器。

两种PID控制的阶跃响应：

（2）微分先行PID控制算式

改进原因：为避免给定值的升降给系统带来冲击，如超调过大，调节阀动作剧烈。

改进方法：只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分。

带死区的PID控制算法

作用：避免控制动作过于频繁，消除频繁动作所引起的振荡。

施密斯预估控制的思想

施密斯预估控制原理是：与D(s)并接一补偿环节，用来补偿被控制对象中的纯滞后部分。这个补偿环节为预估器，其传递函数为Gp(s)(1--e-ts),t为纯滞后时间。由施密斯预估器和控制器D（s）组成的补偿回路称为纯滞后补偿器，其传递函数为D’(s),经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，且不影响系统的稳定性。

所谓振铃现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。

振铃现象的消除 第一种方法是先找出D（z）中引起振铃现象的因子（z=-1附近的极点），然后令其中的z=1,根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳定值。

第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数Tt，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象。

软件抗干扰技术

经常采用的软件抗干扰技术技术是数字滤波技术、开关量的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱等。先进控制技术：模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术和预测控制技术。

模糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行机构、测量装置和被控对象等5个部分组成。

6.6.1数字滤波技术

数字滤波是通过一定得的计算或判断程序，减少干扰在有用信号中比重。

与模拟滤波器相比，数字滤波器的优点：

程序实现，不需硬件，可靠性高，稳定性好。

可以对很低频率进行滤波，克服模拟滤波器的缺点，根据信号不同，采用不同的滤波方法，灵活、方便、功能强。

1平均值滤波：适用于周期性干扰

2中位滤波：使用偶然的脉冲干扰

3限幅滤波：使用偶然的脉冲干扰

4惯性滤波：适用于高频干扰

6.6.2开关量的软件抗干扰技术

1.开关量信号输入抗干扰措施

干扰特点：多呈毛刺状，作用时间短。

解决方法：两次采样、多次采样，完全一致方为有效。

2.开关量信号输出抗干扰措施

惯性大的输出设备（如各类电磁执行机构），对毛刺干扰有一定的耐受能力。

惯性小的设备（如通讯口），耐受能力小，需要输出抗干扰。

解决方案：重复输出统一数据，重复中期尽可能短，外设阶受到干扰信号，还来不及做出反应，一个正确的输出信息又来到了。

6.6.3 指令冗余技术

解决方案：在关键地方插入单字节指令（NOP)，这就是指令冗余。

6.6.4 软件陷阱技术

什么是软件陷阱：就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。

软件陷阱的实现：无条件转移指令

软件陷阱的位置（1）未使用的中间向量区（2）未使用的大片ROM区3）表格（4）程序区

网络拓扑结构

星形、环形、总线型、树形。

1.网络拓扑结构

（1）星形结构：结构：中心结点是主结点，它接受各分散结点的信息再转发给相应结点，具有中继交换和数据处理功能。

特点：：①网络结构简单，便于控制和管理，建网容易；

②网络延迟时间短，传输错误率较低；

③网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪；

④网络资源大部分在外围点上，相互结点必须经过中央结点才能转发信息；

⑤通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成本较高。

（2）环形结构：：结构：各结点通过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点。

特点：①信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制； ②环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，因此控制软件较简单；

③环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性；

④环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定的限制。

（3）总线形：；结构：个结点经其接口，通过一条或几条通讯线路与公共总线连接。其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被任一结点接收。由于信息传输方向是从发送结点向两端扩散，因此又称为广播式网络。特点：①结构简单灵活，扩展方便；

②可靠性高，网络响应速度快；

③共享资源能力强，便于广播式工作；

④设备少，价格低，安装和使用方便；

⑤由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。

（4）树形：：结构：分层结构，适用于分级管理和控制系统。

特点：①通讯线路总长度较短，连网成本低，易于扩展，但结构较星形复杂；

②网络中除叶结点外，任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。

介质访问控制技术

什么介质访问控制?

各结点通过公共通道传输信息，因此存在如何合理分配信道的问题，访问控制方式的功能是合理解决信道的分配。

（1）冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）——适用于总线形

工作原理

当某一结点要发送信息时，首先要侦听网络中有无其它结点正在发送信息，若没有则立即发送；否则，等待一段时间，直至信道空闲，开始发送。

确定等待时间的方法

①当某结点检测到信道被占用后，继续检测，发现空闲，立即发送；

②当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机时间，然后再检测。重复这一过程，直到信道空闲，开始发送。

（2）令牌环——适用于环网

令牌的定义

是控制标志，网中只设一张令牌，并依次沿各结点传送。

（3）令牌总线——适用于总线形式

原理：把总线形传输介质的各个结点形成一个逻辑环，即人为地给各个规定一个顺序。控制方式类似于令牌环。.差错控制技术

改善信道的点性能，使误码率降低

（1）奇偶校验

（2）循环冗余校验——CRC校验

（3）纠错方式3种：重发纠错，自动纠错，混合纠错

分布式控制系统

答：分布式控制系统就是指综合了计算机技术、控制技术、CRT显示技术、通信技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能，为用户实现过程控制自动化与信息管理想结合的管控一体化的综合集成系统。什么叫现场总线

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场仪表或现场设备互连的通信网络。

现场总线的体系结构主要表现以下6个方面：

（1）现场通信网络（2）现场设备互连（3）互操作性（4）分散功能块（50通信线供电

（6）开放式互连网络

OPC OPC是用于过程控制的对象链接嵌入技术，OPC采用客户/服务层结构想下层提供接口，时信息进入OPC服务器，向上层提供接口，实现向上互联。

系统集成：

按系统整体性原理，将原来没有联系或联系不紧密的元素组成为具有一定功能的，满足目标、相互联系、彼此协调工作的新系统的过程、技术与科学而引出的系统集成工程。