第一篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

一、填空題

1、所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。

2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理的三個步驟：實(shí)時數(shù)據(jù)采集、實(shí)時控制決策、實(shí)時控制輸出

3、實(shí)時性：是指工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該具有的能夠在限定時間內(nèi)對外來事件作出反應(yīng)的特性。

4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種典型類型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工業(yè)計(jì)算機(jī)有哪些特點(diǎn)：可靠性高、實(shí)時性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、模塊化設(shè)計(jì)，完善的O/I通道、系統(tǒng)擴(kuò)充性好、系統(tǒng)開放性好、控制軟件包功能強(qiáng)。

二、作圖題

1、作出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖

2、作出計(jì)算機(jī)制導(dǎo)控制系統(tǒng)（OIS）的系統(tǒng)框圖

三、問答題

1、計(jì)算機(jī)總線大致可分為幾類？其內(nèi)部總線又可分為幾類？

2、簡述smith預(yù)估控制的基本思想。

3、常見的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線體系結(jié)構(gòu)有哪幾種？

4、什么是數(shù)字濾波？常用的數(shù)字濾波有哪些方法？

5、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾來源有哪幾類？各類干擾又有哪些具體形式？

6、現(xiàn)場總線的定義是什么？

四、論述題

1、論述DCS、FCS各自的含義是什么？

五、計(jì)算題

關(guān)于PID控制，要求：

1、寫出模擬PID控制器的控制規(guī)律及其傳遞函數(shù)。

2、推導(dǎo)出位置式數(shù)字PID的控制算式。

3、推導(dǎo)出增量式數(shù)字PID的控制算式。

關(guān)于模糊控制

六、設(shè)計(jì)題

現(xiàn)要求用80C51單片機(jī)處理A、B、C三個輸入信號，其中A為0-20V的交流信號，B為0-10mA的直流電流信號，C為0/24V的直流電壓開關(guān)信號，要求得到A、B信號的幅值及C信號的狀態(tài)。其中ADC采用ASC0809。請補(bǔ)充必要的電子元器件，并將元器件正確連接（可用網(wǎng)絡(luò)符號）。

提示：交流信號？整流，開關(guān)

第二篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程綜述

09熱工一班姚躍輝200910610118

計(jì)算機(jī)控制是自動控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。自動控制技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，控制品質(zhì)的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復(fù)雜的控制問題。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了控制理論發(fā)展，先進(jìn)的控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合推動計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不斷前進(jìn)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、微電子技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、現(xiàn)場總線智能儀表、軟件技術(shù)以及自控理論的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)水平大大提高，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用突飛猛進(jìn)。利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，人們可以對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成常規(guī)控制技術(shù)無法完成的任務(wù)，微型計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航空航天以及日常生活的各個領(lǐng)域?？梢哉f，21世紀(jì)是計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)獲得重大發(fā)展的時代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計(jì)算機(jī)控制的家庭主婦機(jī)器人，到處可見計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，作為現(xiàn)代從事工業(yè)控制和智能儀表研究、開發(fā)及使用的技術(shù)人員，必須不斷學(xué)習(xí)，加快知識更新的速度，才能適應(yīng)社會的需要，才能在工業(yè)控制領(lǐng)域里繼續(xù)邀游。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。這里的計(jì)算機(jī)通常指數(shù)字計(jì)算機(jī)，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置等。與被控對象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數(shù)字信號進(jìn)行聯(lián)系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進(jìn)行聯(lián)系。被控對象的范圍很廣，包括各行各業(yè)的生產(chǎn)過程、機(jī)械裝置、交通工具、機(jī)器人、實(shí)驗(yàn)裝置、儀器儀表、家庭生活設(shè)施、家用電器和兒童玩具等?？刂颇康目梢允鞘贡豢貙ο蟮臓顟B(tài)或運(yùn)動過程達(dá)到某種要求，也可以是達(dá)到某種最優(yōu)化目標(biāo)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)（通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）來實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機(jī)的輸入和輸出時數(shù)字信號，而現(xiàn)場采集到得信號或送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號大多是模擬信號，因此與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要有莫屬轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器這兩個環(huán)節(jié)。

計(jì)算機(jī)把通過測量元件、變送單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號，直接反饋到輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)要求按偏差進(jìn)行運(yùn)算，所得到數(shù)字量輸出信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對被控對象進(jìn)行控制，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)

定值上。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)硬件指計(jì)算機(jī)本身及外圍設(shè)備。硬件包括計(jì)算機(jī)、過程輸入輸出接口、人機(jī)接口、外部存儲器等。軟件系統(tǒng)是能完成各種功能計(jì)算機(jī)程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件跟應(yīng)用軟件。

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在這種應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)只承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對生產(chǎn)過程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測、處理、記錄及變量的超限報警，同時對這些變量進(jìn)行累計(jì)分析和實(shí)時分析，得出各種趨勢分析，為操作人員提供參考。

（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)根據(jù)控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后將結(jié)果經(jīng)過過程輸出通道，作用到被控對象，從而使被控變量符合要求的性能指標(biāo)。與模擬系統(tǒng)不同之處在于，在模擬系統(tǒng)中，信號的傳送不需要數(shù)字化；而數(shù)字系統(tǒng)必須先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出控制信號也必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后才能驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)有較強(qiáng)的計(jì)算能力，所以控制算法的改變很方便。

微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門跨學(xué)科以及應(yīng)用性、技術(shù)性、綜合性都很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課程，要求具備較強(qiáng)的自動控制理論、微型計(jì)算機(jī)原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識。通過學(xué)習(xí)，要求掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理和分析設(shè)計(jì)方法，具備基本的設(shè)計(jì)技能，能夠設(shè)計(jì)出簡單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。學(xué)習(xí)該課程對我們工科專業(yè)的學(xué)生是十分重要而有用的。

09熱工(1)班姚躍輝

第三篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件范文

第1講 緒論 主要內(nèi)容：

1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

控制對象的復(fù)雜化→控制系統(tǒng)的復(fù)雜化（多輸入—多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、時變和分布參數(shù)系統(tǒng)等等）→常規(guī)控制方法和手段難以實(shí)現(xiàn)→微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)并應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域，使自動控制水平產(chǎn)生了巨大的飛躍。

自動控制是在非人工直接參與的前提下，應(yīng)用自動控制裝置自動地、有目的地控制設(shè)備和生產(chǎn)過程，使他們具有一定的狀態(tài)和性能，完成相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。自動控制系統(tǒng)一般可以分為：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。

所定謂開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器按照先驗(yàn)的控制方案對對象或系統(tǒng)進(jìn)行控制，使被控制的對象或系統(tǒng)能夠按照約來運(yùn)動或變化。如圖1.1所示。

閉環(huán)控制系統(tǒng)是按照偏差進(jìn)行的控制，較開環(huán)控制系統(tǒng)增加了一個比較環(huán)節(jié)和一個來自被控參數(shù)的反饋信號。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可簡單地歸納為三個過程：（1）信息的獲?。?）信息的處理（3）信息的輸出 1.2.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成

典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)、過程控制通道、操作控制臺和常用的外設(shè)，應(yīng)該指出的是，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件不可少的一部分。1.主機(jī)

主機(jī)是指我們用于控制的計(jì)算機(jī)，它主要由CPU、存儲器和接口三大部分組成，是整個系統(tǒng)的核心。

目前使用的主機(jī)有：單片機(jī)、PLC、工業(yè)PC等。

它主要完成數(shù)據(jù)和程序的存取、程序的執(zhí)行、控制外部設(shè)備和過程通道中的設(shè)備的工作，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和網(wǎng)絡(luò)通信。

由于CPU技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主機(jī)還要完成對一些含CPU設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制。2 過程控制通道

過程控制通道是被控對象與主機(jī)進(jìn)行信息交換的通道，根據(jù)信號的方向和形式，過程控制通道又可分為：（1）模擬量輸入通（2）模擬量輸出通道（3）數(shù)字量輸入通道（4）數(shù)字量輸出通道 3.操作控制臺

操作控制臺是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)交互的關(guān)鍵設(shè)備。通過操作控制臺，操作人員可以及時了解被控對象的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)；對控制系統(tǒng)發(fā)出各種控制的操作命令，并且通過操作控制臺還可以修改控制方案和程序。操作控制臺包括：（1）信息的顯示（2）信息的記錄（3）工作方式狀態(tài)的選擇（4）信息輸入 4.通訊設(shè)備

通訊設(shè)備已成為計(jì)算機(jī)硬件的一個重要部分。這些設(shè)備可以完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信息交換。1.2.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件

?系統(tǒng)軟件是維持計(jì)算機(jī)運(yùn)行操作的基礎(chǔ)，是用于管理、調(diào)度、操作計(jì)算機(jī)的各種資源，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控與診斷，提供各種開發(fā)支持的程序。包括：操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、故障診斷程序、各種計(jì)算機(jī)語言及解釋、編譯工具，一般由供應(yīng)商提供或?qū)I(yè)人員開發(fā)，用戶不需自己設(shè)計(jì)開發(fā)。

?應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)控制對象、控制要求，為實(shí)現(xiàn)高效、可靠、靈活的控制而自行編寫的各種程序。包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、鍵盤的處理、過程控制算法、輸出與控制等程序。

1.2.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

?按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為：開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)； ?按控制規(guī)律分為：程序和順序控制、常規(guī)控制、高級控制（最優(yōu)、自適應(yīng)、預(yù)測、非線性等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）

?按系統(tǒng)功能分為：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)六大類。

?控制過程：計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)輸入通道對生產(chǎn)過程各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)工藝和生產(chǎn)的需求進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出優(yōu)化的操作條件和參數(shù)，利用其輸出設(shè)備，將其結(jié)果顯示或打印。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的結(jié)果改變控制器的參數(shù)或設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，屬于計(jì)算機(jī)離線最優(yōu)控制的一種形式。

?該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制安全、靈活，由于人的介入使該系統(tǒng)可以應(yīng)用于一些復(fù)雜的不便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制的場合。

計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)的最初、最基本的模式。分為兩種結(jié)構(gòu)：SCC+模擬調(diào)節(jié)器，SCC+DCC（兩級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）。如圖1.7所示 ：

一、常用的傳感器類型

?壓力檢測及變送 ?溫度檢測和變送 ?流量檢測及變送 ?物位檢測及變送

?其它檢測儀表和裝置（接近開關(guān)、光電開關(guān)、測速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、測厚儀表）

二、變送器的信號傳輸及供電線制

1.氣動變送器：用兩根氣動管線分別傳送氣源和輸出信號。它的氣源或電源從控制室送來，而輸出信號送到控制室。

2.電動模擬式變送器：采用二線制或四線制傳輸電源和輸出信號。

2.2 過程控制中常用的執(zhí)行器

執(zhí)行器在過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的作用是接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。

一、執(zhí)行器的分類

1.按動力能源分：氣動、電動、液動

2.按動作極性分：正作用執(zhí)行器和反作用執(zhí)行器

3.按動作行程分：角行程執(zhí)行器和直行程執(zhí)行器

4.按動作特性分：比例式執(zhí)行器和積分式執(zhí)行器

二、氣動執(zhí)行器

1.原理：利用壓縮空氣作為能源

2.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價格較低；它可以方便的與氣動儀表配套使用，即使是采用電動儀表或計(jì)算機(jī)控制時，只要經(jīng)過電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，將電信號轉(zhuǎn)換為0.02~0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號，仍然可用氣動執(zhí)行器。

三、電動執(zhí)行器

1.原理：它接收來自控制器的4~20mA或0~10mA直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動控制

2.分類：直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式等類型

3.結(jié)構(gòu)：電動執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，如下圖： 現(xiàn)場總線執(zhí)行器

現(xiàn)場總線的智能執(zhí)行器由傳統(tǒng)的執(zhí)行器、含有微處理器的控制器以及可與PC或PLC雙向通信的模件及軟件組成，具有與上位機(jī)或控制系統(tǒng)通信的功能

?智能化和高精度的系統(tǒng)控制功能

?一體化的結(jié)構(gòu)

?智能化的通信功能

?智能化的自診斷功能

2.3 運(yùn)動控制中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

?直流伺服電機(jī) ?交流伺服電機(jī) ?步進(jìn)電機(jī)

?電磁閥和液壓閥

第3講 計(jì)算機(jī)總線技術(shù) 主要內(nèi)容：

1.總線的基本概念

2.內(nèi)部總線

3.外部總線

?隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，總線技術(shù)也得到不斷創(chuàng)新。先后出現(xiàn)了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等總線技術(shù)。

?芯片內(nèi)部的總線技術(shù)也在不斷發(fā)展，AMBA、Core Connect、CoreRAM等已經(jīng)形成集成電路內(nèi)部十分具有競爭力的總線標(biāo)準(zhǔn)。

?工業(yè)控制的PROFIBUS，F(xiàn)F等現(xiàn)場總線技術(shù)。

?總線的數(shù)據(jù)傳輸速度也不斷提升，目前，AGP局部總線數(shù)據(jù)可達(dá)528MB/s，PCI-X可達(dá)1GB/s，系統(tǒng)總線傳輸速率也由66MB/s提高到100MB/s甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。

一、總線的基本概念

（2）按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置分

56根并行總線按功能可分為五大類 ?a邏輯電源線6根(引線1～6)?a數(shù)據(jù)總線8根(引線7～14)?a地址總線16根(引線15～30)?a控制總線22根(引線31～52)?a輔助電源線4根(引線53～56)

–ISA總線：問世較早，是8位、16位數(shù)據(jù)傳輸總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

最高傳輸速率8Mbps；尋址空間16MB；將CPU看作唯一的主模塊，其余外設(shè)均為從模塊，包括可以暫時掌握總線的DMA和協(xié)處理器；98根總線分成5類：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時鐘線和電源線

–MCA：微通道體系結(jié)構(gòu)。IBM在推出386時提出，數(shù)據(jù)、地址總線寬度32位，支持4GB的尋址能力；數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps；在電氣及物理上與ISA不兼容；IBM沒有公布標(biāo)準(zhǔn)

–EISA總線：89年推出486時提出，32位數(shù)據(jù)總線，支持32位地址通路；總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器；與ISA兼容，支持多個主模塊；可以自動根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換；支持多總線主控模塊；

–PCI高性能局部總線：92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)；支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式；具有即插即用功能(PnP)；最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps；兼容性強(qiáng)、成本低

?PCI總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統(tǒng)嵌入自動配置軟件，在加電時自動配置PCI擴(kuò)展卡，為用戶提供了簡便的使用方法。

?又稱為通信總線，用于計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測量儀器儀表之間的通信。

?該類總線不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已有的總線，而是利用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)。外部總線又分為并行總線和串行總線。?常用的外部總線：

IEEE-488總線

RS-232-C總線

RS-422和RS-485總線

通用串行總線（USB）

?IEEE-488總線是一種并行外部總線，專門用于計(jì)算機(jī)與測量儀器、輸入輸出設(shè)備，以及這些儀器設(shè)備之間的并行通信。

?IEEE-488是1970年由美國惠普公司開發(fā)的并行通訊總線,總線上連接的設(shè)備有三種，工作方式也有三種: ?聽者（?°受話?±方式）：同時可有多個 ?講者（?°送話?±方式）：每時只能有一個 ?控者（?°控制?±方式）：每時只能有一個

（2）IEEE-488總線的連接示意圖

–采用異步方式，利用三條控制線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三線握手的數(shù)據(jù)傳輸

–數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒1M字節(jié) –總線上的設(shè)備數(shù)不得多于15個

–電纜總長度不超過20m，兩設(shè)備間不超過2m –采用負(fù)邏輯

?不用MODEM的直接通信線路

（2）USB設(shè)備的主要特點(diǎn)

–采用USB接口的設(shè)備支持熱拔插)–USB接口可以同時連接127臺USB設(shè)備。–速度方面，USB 1.1總線規(guī)范定義了12 Mb/s的帶寬，而USB2.0可提供480Mb/s的傳輸速度。–USB總線能夠提供500 mA的電流

USB總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個類型 –USB主機(jī)

–USB 集線器（HUB）

–USB總線的設(shè)備，又稱USB功能外設(shè)

第4講

過程通道與人機(jī)接口

過程通道:是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量（開關(guān)量）輸入通道、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出通道。本講主要內(nèi)容 1.模擬量輸入通道 2.模擬量輸出通道 3.數(shù)字量輸入輸出通道 4.人機(jī)接口

模擬量輸入通道（A/D接口）的組成

?模擬量輸入通道的組成 –傳感變送器

–輸入信號調(diào)理電路 –多路模擬切換開關(guān) –前置放大器 –采樣保持器

–模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）–控制電路等

五、A/D轉(zhuǎn)換

?A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。

?模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。?A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。

1.A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

（2）逐次逼近法

2.A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)

（1）ADC0809

CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，主要特性：

1）它是具有8路模擬量輸入、8位數(shù)字量輸出功能的A/D轉(zhuǎn)換器。

2）轉(zhuǎn)換時間為100μs。

3）模擬輸入電壓范圍為0V～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。

4）低功耗，約15mW。

1）查詢法

優(yōu)點(diǎn):接口電路設(shè)計(jì)簡單。

缺點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占CPU，致使CPU運(yùn)行效率降低。2）定時法

優(yōu)點(diǎn):接口電路設(shè)計(jì)比查詢法簡單，不必讀取EOC的狀態(tài)。

缺點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占CPU，致使CPU運(yùn)行效率降低；另外還必須知道A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間。3）中斷法

優(yōu)點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換期間CPU可以處理其它的程序，提高CPU的運(yùn)行效率。

缺點(diǎn)：接口電路復(fù)雜

④ ADC0809的接口電路

（2）12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574

② AD574的工作過程

③ AD574的接口電路

4.A/D轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù) 主要采用光電耦合器 4.2 模擬量輸出通道

一、D/A轉(zhuǎn)換器

7.D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)

8.D/A轉(zhuǎn)換器的種類

（1）DAC0832結(jié)構(gòu)框圖及引腳說明

① CPU執(zhí)行輸出指令，輸出8位數(shù)據(jù)給DAC0832；

② 在CPU執(zhí)行輸出指令的同時，使ILE、/CS、/WR1三個控制信號端都有效，8位數(shù)據(jù)鎖存在8位輸入寄存器中；

③ 當(dāng)/WR2、/XFER兩個控制信號端都有效時，8位數(shù)據(jù)再次被鎖存到8位DAC寄存器，這時8位D/A轉(zhuǎn)換器開始工作，8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的模擬電流，從Iout1和Iout2輸出。

三、D/A接口的隔離技術(shù) 通常采用光電耦合器

兩種隔離方式：模擬信號隔離和數(shù)字信號隔離

2.數(shù)字量隔離

4.4數(shù)字量輸入輸出通道

1.數(shù)字量（開關(guān)量）的概念 –開關(guān)的閉合與斷開

–指示燈的亮與滅

–繼電器或接觸器的吸合與釋放

–電機(jī)的啟動與停止

–設(shè)備的安全狀況等

功能：對現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離，以轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號

3．常用的幾種數(shù)字量輸入的接線方式

二、數(shù)字量輸出通道

2．輸出驅(qū)動電路

第5講

數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)

?數(shù)字控制器概述

?數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì) ?數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì) ?數(shù)字PID控制算法 ?常規(guī)控制方案 ?先進(jìn)控制方案

5.1 數(shù)字控制器概述

?整定過程：先按模擬PID控制器參數(shù)整定方法來選擇，然后再適當(dāng)調(diào)整，并考慮采樣周期對整定參數(shù)的影響

2.擴(kuò)充響應(yīng)曲線法（動態(tài)特性法）

?三種常用指標(biāo)：

?最佳整定參數(shù)應(yīng)使這些積分指標(biāo)最小，不同積分指標(biāo)所對應(yīng)的系統(tǒng)輸出被控變量響應(yīng)曲線稍有差別

?一般情況下，ISE指標(biāo)的超調(diào)量大，上升時間短；IAE指標(biāo)的超調(diào)量適中，上升時間稍短；ITAE指標(biāo)的超調(diào)量小，調(diào)整時間也短，用得較多

5.4 常規(guī)控制策略

一、串級控制系統(tǒng)

二、前饋控制系統(tǒng)

1）典型的前饋-反饋控制系統(tǒng)

第6講

常用控制程序設(shè)計(jì)

?軟件系統(tǒng)概述

?測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) ?查表及數(shù)據(jù)排序技術(shù) ?數(shù)字濾波技術(shù)

應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個模塊：

?系統(tǒng)界面模塊 ?采集模塊 ?控制模塊 ?數(shù)據(jù)處理模塊 ?打印顯示模塊 ?數(shù)據(jù)存儲模塊 ?數(shù)據(jù)傳輸模塊等

一、程序設(shè)計(jì)步驟

第7講 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的 抗干擾技術(shù)

?干擾的傳播途徑與作用方式

?硬件抗干擾技術(shù) ?軟件抗干擾技術(shù)

7.1 干擾的傳播途徑與作用方式

一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中干擾的來源

二、干擾的傳播途徑

?在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場，往往有許多強(qiáng)電設(shè)備，它們的啟動和工作過程中將產(chǎn)生干擾電磁場，另外還有來自空間傳播的電磁波和雷電的干擾，以及高壓輸電線周圍交變磁場的影響等。

–電場耦合又稱靜電耦合，是通過電容耦合竄入其他線路的。–電場干擾可以通過兩根導(dǎo)線之間構(gòu)成的分布電容竄入系統(tǒng)

–在任何載流導(dǎo)體周圍都會產(chǎn)生磁場，當(dāng)電流變化時會引起交變磁場，該磁場必然在其周圍的閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢引起干擾。

–在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁也會引起干擾；在設(shè)備外部，平行架設(shè)的兩根導(dǎo)線也會產(chǎn)生干擾，由于感應(yīng)電磁場引起的耦合，可以計(jì)算感應(yīng)電壓

–公共阻抗耦合干擾是由于電流流過回路間公共阻抗，使得一個回路的電流所產(chǎn)生的電壓降影響到另一回路

–在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，普遍存在公共耦合阻抗，例如，電源引線、印刷電路板上的地和公共電源線、匯流排等。這些匯流條都具有一定的阻抗，對于多回路來講，就是公共耦合阻抗

三、干擾的作用方式

按干擾作用方式的不同，可分為差模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾

（1）定義：是指系統(tǒng)的兩個信號輸入端上所共有的干擾電壓,共模干擾也稱為共態(tài)干擾或縱向干擾

（2）產(chǎn)生共模干擾的原因：

計(jì)算機(jī)的地、信號放大器的地與現(xiàn)場信號源的地一般相隔一段距離，在兩個接地點(diǎn)之間往往存在一個電位差Vc，該電位差是系統(tǒng)信號輸入端上共有的干擾電壓，會對系統(tǒng)產(chǎn)生共模干擾

（3）表現(xiàn)方式：

對于系統(tǒng)的干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾的方式表現(xiàn)出來。

結(jié)論：

?對于存在共模干擾的場合，應(yīng)采用雙端差動輸入方式

?為了衡量一個放大器抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即

（1）定義：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場信號到控制計(jì)算機(jī)以及控制計(jì)算機(jī)到現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都經(jīng)過一段較長的線路進(jìn)行信號傳輸，即長線傳輸。（2）信號在長線中傳輸遇到的三個問題

一是波反射現(xiàn)象：高速變化的信號在長線中傳輸時，會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象

二是信號延時

三是外界干擾 7.2 硬件抗干擾技術(shù)

二、接地系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

在過程控制計(jì)算機(jī)中，對上述各種地的處理一般是采用分別回流法單點(diǎn)接地。

單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地 2.輸入系統(tǒng)的接地

?在輸入通道中，為防止干擾，傳感器、變送器、和信號放大器通常采用屏蔽罩進(jìn)行屏蔽，而信號線往往采用屏蔽信號線。屏蔽層的接地也應(yīng)采取單點(diǎn)接地方式，關(guān)鍵是確定接地位置。3.主機(jī)系統(tǒng)的接地

?為了提高計(jì)算機(jī)的抗干擾能力，將主機(jī)外殼作為屏蔽。而把機(jī)內(nèi)器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于50MΩ，即機(jī)內(nèi)信號地浮地。

三、過程通道的抗干擾技術(shù)

?過程通道是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集輸入和輸出通道，它包括了現(xiàn)場信號源、信號線、轉(zhuǎn)換設(shè)備、I/O接口電路，主機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

?過程通道涉及內(nèi)容多，分布廣，受干擾的可能性大，其抗干擾問題非常重要。?過程通道干擾的來源是多方面的，主要有共模干擾、差模干擾和長線干擾。（1）變壓器隔離

?變壓器隔離：利用隔離變壓器將模擬信號電路與數(shù)字信號電路隔離開，也就是把模擬地與數(shù)字地斷開，以使共模干擾電壓不能構(gòu)成回路，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。另外，隔離后的兩電路應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源供電，切斷兩部分的地線聯(lián)系.?這種隔離適用于無直流分量信號的通路。對于直流信號，也可通過調(diào)制器變換成交流信號，經(jīng)隔離變壓器后，用解調(diào)器再變換成直流信號。（2）光電隔離

?光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管（或達(dá)林頓管、或晶閘管等）封裝在一個管殼內(nèi)組成, 實(shí)現(xiàn)以光為媒介的電信號傳輸。（3）浮地屏蔽

?浮地屏蔽：指信號放大器采用雙層屏蔽，輸入為浮地雙端輸入，如圖示。這種屏蔽方法使輸入信號浮空，達(dá)到了抑制共模干擾的目的。2.差模干擾的抑制 3.長線傳輸干擾的抑制

–同軸電纜對于電場干擾有較強(qiáng)的抑制作用，工作頻率較高。雙絞線對于磁場干擾有較好的抑制作用，絞距越短，效果越好。在電場干擾較強(qiáng)時須采用屏蔽雙絞線。

–在使用雙絞線時，盡可能采用平衡式傳輸線路。所謂平衡式傳輸線路，是雙絞線的兩根線不接地傳輸信號。因?yàn)檫@種傳輸方式具有較好的抗差模干擾能力，外部干擾在雙絞線中的兩條線中產(chǎn)生對稱的感應(yīng)電動勢，相互抵消。同時，對于來自地線的干擾信號也受到抑制。4.終端阻抗匹配

?為了消除長線的反射現(xiàn)象，可采用終端或始端阻抗匹配的方法。5.始端阻抗匹配

始端阻抗匹配：在長線的始端串入電阻R，通過適當(dāng)?shù)倪x擇R，以消除波反射

7.3 軟件抗干擾技術(shù) 2.輸入數(shù)字信號的抗干擾 3.輸出數(shù)字信號的抗干擾

?由于干擾，可能使計(jì)算機(jī)輸出的正確數(shù)字信號，在輸出設(shè)備中得到的卻是錯誤信號。

在軟件上可以采取以下一些方法提高抗干擾能力：

二、CPU及程序的抗干擾技術(shù)

?CPU是計(jì)算機(jī)的核心。當(dāng)CPU受到干擾不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序時，就會引起計(jì)算機(jī)控制的混亂，所以需要采取措施，使CPU在受到干擾的情況下，盡可能無擾地恢復(fù)系統(tǒng)正常工作。1.指令冗余

?當(dāng)CPU受到干擾，程序“跑飛”后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令代碼來執(zhí)行，從而引起整個程序的混亂。采用指令冗余技術(shù)是使程序從“跑飛”狀態(tài)，恢復(fù)正常的一種有效措施。2.軟件陷阱

?軟件陷阱是在非程序區(qū)的特定地方設(shè)置一條引導(dǎo)指令（看作一個陷阱），程序正常運(yùn)行，不會落入該引導(dǎo)指令的陷阱，當(dāng)CPU受到干擾，程序“跑飛”時，如果落入指令陷阱，將由引導(dǎo)指令將“跑飛”的程序強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到出錯處理程序，由該程序段進(jìn)行出錯處理和程序恢復(fù)。3.Watchdog技術(shù)

?當(dāng)程序“跑飛”到一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中時，冗余指令和軟件陷阱將不起作用，造成系統(tǒng)完全癱瘓?？撮T狗技術(shù)，可以有效解決這一問題

第四篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)總結(jié)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)總結(jié)

5.17去了東區(qū)做完了兩個實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課算是落下了帷幕。這門課雖然結(jié)束了，但這門課里面所講述的內(nèi)容，對我們以后的工作將是意義深遠(yuǎn)。上學(xué)期我們學(xué)習(xí)了自動控制技術(shù)，但是這門課更多的是包含了自動控制技術(shù)里的理論知識和一些定理的推算證明，此外也涉及到了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，這是一門以計(jì)算機(jī)為控制核心的學(xué)科。如今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為當(dāng)今自動控制的主流系統(tǒng)，已逐步取代傳統(tǒng)的模擬檢測、調(diào)節(jié)、顯示、記錄、控制等儀器設(shè)備和很大部分人工操作管理，并且可以采用較復(fù)雜的計(jì)算機(jī)方法和處理方法，是受控對象的動態(tài)過程按規(guī)定方式和技術(shù)要求運(yùn)行，完成各種過程控制、操作管理等任務(wù)。

這本書我們一共學(xué)習(xí)了7章，下面我將一章一章的進(jìn)行總結(jié)。

第一章 緒論

（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是有各種各樣的計(jì)算機(jī)參與控制的一類控制系統(tǒng)

（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成：由計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、操作臺、輸入通道、輸出通道、檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對象以及相應(yīng)的軟件

（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類：計(jì)算機(jī)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算積分及控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)

（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)信號的采樣與恢復(fù)

（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

第二章 Z變換及Z傳遞函數(shù)

（1）Z變換的定義

?時域（2）

f*(t)??f(kT)?(t?kT)k?0

F*?s???f?kT?e?skT

k?0?

s 域

?

Z[f(t)]?Z[f*(t)]?F(z)??f(kT)z?kZ域

k?0

（3）求Z變換方法：級數(shù)求和法、部分分式法

（4）常用信號Z的變換（P19-20），常用Z變化表（P27）

（5）z 變換的基本定理：線性定理、滯后定理、超前定理、終值定理、卷積和定理、求和定理、初值定理、位移定理、微分定理

（6）求Z反變換：長除法、部分分式法、留數(shù)計(jì)算法

（7）廣義Z變換：超前情況、滯后情況

（8）Z傳遞函數(shù)的求法：用拉氏反變換求脈沖過渡函數(shù)，將g(t)按采樣周期T離散化，得g(kT)，應(yīng)用定義求出Z傳遞函數(shù)

第三章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析

（1）離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：閉環(huán)Z傳遞函數(shù)的全部極點(diǎn)應(yīng)位于Z平面的單位圓內(nèi)。

（2）Routh穩(wěn)定性準(zhǔn)則在離散系統(tǒng)的應(yīng)用（P41）

z?或 z?（3）被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值附近±5%或±3%的范圍內(nèi)就可以表明過渡過程已經(jīng)結(jié)束

第四章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)

（1）最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則:1對于特定的參考輸入信號，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)

在采樣時刻精確實(shí)現(xiàn)對輸入的跟蹤。2系統(tǒng)以最快速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)。3D(z)應(yīng)是物理可實(shí)現(xiàn)的。4閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)是穩(wěn)定的。

(2)三個假設(shè)條件:1G(z)在單位圓上和圓外無極點(diǎn)，（1，j0）點(diǎn)除外；2 G(z)在單位圓上和圓外無零點(diǎn)；3 G0(s)中不含純滯后，q是T的整數(shù)倍。

(3)避免發(fā)生D(z)與G(z)的不穩(wěn)定零極點(diǎn)對消，應(yīng)滿足如下穩(wěn)定性條件: 1．We(z)的零點(diǎn)應(yīng)包含G(z)中全部不穩(wěn)定的極點(diǎn)。2．G(z)在單位圓上或圓的零點(diǎn)應(yīng)全部包含在希望閉環(huán)Z傳遞函數(shù)W(z)的零點(diǎn)中。3．如果G(z)中含有純滯后的環(huán)節(jié)即z-N（N為整數(shù)），則G(z)分子中的z-1因子應(yīng)全部包含在W(z)分子中，這會使系統(tǒng)過渡過程時間延長。

第五章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)

(1)模擬控制器的離散化方法：沖擊不變法，加零階保持器的Z變換法，差分變化法，雙線性變換法，頻率預(yù)畸雙線性變換法，零、極點(diǎn)匹配法

（2）數(shù)字PID控制算法：位置式、增量式

（3）算法改進(jìn)：積分分離PID算法，不完全微分PID算法，微分先行PID算法，帶死區(qū)PID算法，抗積分飽和PID算法

（4）參數(shù)調(diào)定：試湊法

第八章 復(fù)雜控制規(guī)律系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）Smith預(yù)估控制的基本原理：引入預(yù)估補(bǔ)償器，使得補(bǔ)償 以后的閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程中不包含純滯后特性。

(2)純滯后補(bǔ)償控制的數(shù)字控制算法步驟:① 計(jì)算反饋回路的偏差② 計(jì)算純滯后補(bǔ)償器的輸出③計(jì)算偏差④計(jì)算控制器的輸出

（3）純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用:減溫器溫度純滯后補(bǔ)償控制,精餾塔的溫度純滯后補(bǔ)償控制

（4）串級控制系統(tǒng)控制原理: 單回路負(fù)反饋控制。

（5）串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則:系統(tǒng)中的主要擾動應(yīng)該包含在副控回路之中, 副控回路中應(yīng)該盡量包含積分環(huán)節(jié)

（6）串級控制系統(tǒng)基本概念:主調(diào)節(jié)回路用于保證控制精度，系統(tǒng)中起“細(xì)調(diào) ”作用，主調(diào)節(jié)器一般采用 PID 控制器。副調(diào)節(jié)回路用于克服主要干擾，系統(tǒng)中起“粗調(diào) ”作用，副調(diào)節(jié)器一般采用 P或PI 控制器。

第十二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則:1．系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)良的操作性能2．通用性好、便于擴(kuò)充3．可靠性高4．實(shí)時性好5．設(shè)計(jì)周期要短，價格要便宜

(2)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟:

1．研究被控對象、確定控制任務(wù)

2．確定系統(tǒng)整體方案

3．建立數(shù)學(xué)模型，確定控制算法

4．硬件的設(shè)計(jì)

5．軟件的設(shè)計(jì)

6．系統(tǒng)仿真與調(diào)試

7．現(xiàn)場安裝調(diào)試

(3)干擾的抑制方法:1接地方式2．屏蔽技術(shù)3．隔離技術(shù)4．串模干擾的抑制5．共模干擾的抑制6．電源噪聲的抑制7．提高軟件可靠性

由于上課時間有限，自己學(xué)習(xí)能力還有待于加強(qiáng)，關(guān)于這門課以后還需要我們多花點(diǎn)時間去多翻翻書。以后如有機(jī)會到計(jì)算機(jī)類軟硬件公司、電子設(shè)備公司、各類企事業(yè)單位等從事有關(guān)控制系統(tǒng)的硬件開發(fā)、技術(shù)支持等工作，都會用到這門課。盡管這是一門考查課，但我們不能放松。否則一旦踏上工作崗位會有“書到用時方很少” 的悔感，那是我們就后悔也莫及了，所以一定要在畢業(yè)之前掌握好各門專業(yè)課。最后真心要感謝葉樹霞老師，不僅是教了我們這門課，更多的是一種敬佩。我們上課的時候，由于一部分無心學(xué)習(xí)的同學(xué)，教室里吵雜。但是老師總是會把該講的都講到，不會因?yàn)槟承┩瑢W(xué)不想學(xué)就不教，教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真負(fù)責(zé)。

第五篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)總結(jié)

第一章

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

?實(shí)時決策控制：對采集到的被控量進(jìn)行分析處理，并按已定的控制規(guī)律，決定控制行為。

?實(shí)時控制輸出： 根據(jù)控制決策，適時地對控制機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。

2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)（工業(yè)控制機(jī)）和生產(chǎn)過程兩部分組成。

工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對象和測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。

3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式

答：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督控制系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，綜合自動化系統(tǒng)。

第二章

什么是總線

所謂總線，就是計(jì)算機(jī)各個模塊之間互聯(lián)和傳送信息的一組信號線?？偩€可以分為內(nèi)部總線和外部總線，而內(nèi)部總線又可分為片級總線和系統(tǒng)總線。

模擬量輸入通道：是把從系統(tǒng)中檢測到的模擬信號，變成二進(jìn)制數(shù)字信號，經(jīng)接口送往計(jì)算機(jī)。

模擬量輸入通道的組成一般由I/V變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯等組成。

信號調(diào)理：為了將外部開關(guān)量信號輸入到計(jì)算機(jī),必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能接受的邏輯信號，這個過程叫信號調(diào)理。

采樣過程：按一定的時間間隔T，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬量信號、轉(zhuǎn)變成在時刻0、T、1 T、2 T、…K T的一連串脈沖輸出信號的過程成為采樣過程。

量化：采用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來逼近離散模擬信 號的幅值，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。量化過程：將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為量化過程。

3.采樣保持器

（1）孔徑時間和孔徑誤差的消除

? 孔徑時間：A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量所需的時間，稱為孔徑時間。

?孔徑誤差：對于隨時間變化的模擬信號來說，孔徑時間決定了每一個采樣時刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。對于一定的轉(zhuǎn)換時間，誤差的百分?jǐn)?shù)和信號頻率成正比。

?孔徑誤差的消除： 采用帶有采樣保持器，限制信號的頻率范圍。

模擬量輸出通道任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制的目的。

模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I變換等組成模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式

1.一個通路設(shè)置一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式（數(shù)字保持方案）

優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠。

缺點(diǎn)：使用較多的D/A轉(zhuǎn)換器。

2.多個通路共用一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式（模擬保持方案）

優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

缺點(diǎn)：分時工作，適用于通路數(shù)量多且速度要求不高的場合；

要用多路開關(guān)，且要求輸出采樣保持的保持時間與采樣時間之比較大； 可靠性差。

2.6 硬件抗干擾技術(shù)

3種過程通道抗干擾技術(shù)主機(jī)抗干擾技術(shù)系統(tǒng)供電與接地技術(shù)

干擾既可能來源于外部，也有可能來自內(nèi)部。外部干擾由外界環(huán)境因素決定；內(nèi)部干擾是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造工藝等決定。

過程通道抗干擾技術(shù)

1.串模干擾及其抑制方法

（1）串模干擾

定義： 有用信號以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。

（2）串模干擾的抑制方法 答：?實(shí)時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進(jìn)行檢測和輸入。

–如果串模干擾的頻率與被測信號頻率不同時，可以采用濾波器來抑制干擾；

–當(dāng)尖峰型串模干擾為主要干擾源時，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾影響；

–對于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)時，信號應(yīng)僅可能早地前置放大，提高信噪比；

–利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾；

–采用良好的屏蔽，以減少電磁干擾。

2.共模干擾及其抑制方法

（1）共模干擾

定義：所謂共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。

（2）共模干擾的抑制方法

變壓器隔離、光電隔離、浮地屏蔽、采用儀表放大器提高共模抑制比。

數(shù)字PID控制器的改進(jìn)

積分項(xiàng)的改進(jìn)

（1）積分分離（2）抗積分飽和（3）梯形積分（4）消除積分不靈敏區(qū)

?微分項(xiàng)的改進(jìn)

（1）不完全微分PID控制

改進(jìn)原因：在PID控制中，對具有高頻擾動的生產(chǎn)過程，微分作用響應(yīng)過于靈敏，容易引起控制過程振蕩，降低調(diào)節(jié)品質(zhì)。

改進(jìn)方法：串聯(lián)一階慣性環(huán)節(jié)，組成不完全微分PID控制器。

兩種PID控制的階躍響應(yīng)：

（2）微分先行PID控制算式

改進(jìn)原因：為避免給定值的升降給系統(tǒng)帶來沖擊，如超調(diào)過大，調(diào)節(jié)閥動作劇烈。

改進(jìn)方法：只對被控量y(t)微分，不對偏差e(t)微分。

?帶死區(qū)的PID控制算法

作用：避免控制動作過于頻繁，消除頻繁動作所引起的振蕩。

施密斯預(yù)估控制的思想

施密斯預(yù)估控制原理是：與D(s)并接一補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償被控制對象中的純滯后部分。這個補(bǔ)償環(huán)節(jié)為預(yù)估器，其傳遞函數(shù)為Gp(s)(1--e-ts),t為純滯后時間。由施密斯預(yù)估器和控制器D（s）組成的補(bǔ)償回路稱為純滯后補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為D’(s),經(jīng)補(bǔ)償后，消除了純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響，且不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

所謂振鈴現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。

振鈴現(xiàn)象的消除 第一種方法是先找出D（z）中引起振鈴現(xiàn)象的因子（z=-1附近的極點(diǎn)），然后令其中的z=1,根據(jù)終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)定值。

第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時間常數(shù)Tt，使得數(shù)字控制器的輸出避免產(chǎn)生強(qiáng)烈的振鈴現(xiàn)象。

軟件抗干擾技術(shù)

經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱等。先進(jìn)控制技術(shù)：模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)和預(yù)測控制技術(shù)。

模糊控制系統(tǒng)通常由模糊控制器、輸入輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測量裝置和被控對象等5個部分組成。

6.6.1數(shù)字濾波技術(shù)

數(shù)字濾波是通過一定得的計(jì)算或判斷程序，減少干擾在有用信號中比重。

與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)：

程序?qū)崿F(xiàn)，不需硬件，可靠性高，穩(wěn)定性好。

可以對很低頻率進(jìn)行濾波，克服模擬濾波器的缺點(diǎn)，根據(jù)信號不同，采用不同的濾波方法，靈活、方便、功能強(qiáng)。

1平均值濾波：適用于周期性干擾

2中位濾波：使用偶然的脈沖干擾

3限幅濾波：使用偶然的脈沖干擾

4慣性濾波：適用于高頻干擾

6.6.2開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)

1.開關(guān)量信號輸入抗干擾措施

干擾特點(diǎn)：多呈毛刺狀，作用時間短。

解決方法：兩次采樣、多次采樣，完全一致方為有效。

2.開關(guān)量信號輸出抗干擾措施

慣性大的輸出設(shè)備（如各類電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)），對毛刺干擾有一定的耐受能力。

慣性小的設(shè)備（如通訊口），耐受能力小，需要輸出抗干擾。

解決方案：重復(fù)輸出統(tǒng)一數(shù)據(jù)，重復(fù)中期盡可能短，外設(shè)階受到干擾信號，還來不及做出反應(yīng)，一個正確的輸出信息又來到了。

6.6.3 指令冗余技術(shù)

解決方案：在關(guān)鍵地方插入單字節(jié)指令（NOP)，這就是指令冗余。

6.6.4 軟件陷阱技術(shù)

什么是軟件陷阱：就是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進(jìn)行處理的程序。

軟件陷阱的實(shí)現(xiàn)：無條件轉(zhuǎn)移指令

軟件陷阱的位置（1）未使用的中間向量區(qū)（2）未使用的大片ROM區(qū)3）表格（4）程序區(qū)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星形、環(huán)形、總線型、樹形。

1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（1）星形結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：中心結(jié)點(diǎn)是主結(jié)點(diǎn)，它接受各分散結(jié)點(diǎn)的信息再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)結(jié)點(diǎn)，具有中繼交換和數(shù)據(jù)處理功能。

特點(diǎn)：：①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于控制和管理，建網(wǎng)容易；

②網(wǎng)絡(luò)延遲時間短，傳輸錯誤率較低；

③網(wǎng)絡(luò)可靠性較低，一旦中央結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓；

④網(wǎng)絡(luò)資源大部分在外圍點(diǎn)上，相互結(jié)點(diǎn)必須經(jīng)過中央結(jié)點(diǎn)才能轉(zhuǎn)發(fā)信息；

⑤通訊電路都是專用線路，利用率不高，故網(wǎng)絡(luò)成本較高。

（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)：：結(jié)構(gòu)：各結(jié)點(diǎn)通過環(huán)接口連于一條首尾相連的閉合環(huán)形通信線路中，環(huán)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)按事先規(guī)定好的方向從一個結(jié)點(diǎn)單向傳送到另一結(jié)點(diǎn)。

特點(diǎn)：①信息流在網(wǎng)絡(luò)中是沿固定的方向流動，故兩個結(jié)點(diǎn)之間僅有唯一的通路，簡化了路徑選擇控制； ②環(huán)路中每個結(jié)點(diǎn)的收發(fā)信息均由環(huán)接口控制，因此控制軟件較簡單；

③環(huán)路中，當(dāng)某結(jié)點(diǎn)故障時，可采用旁路環(huán)的方法，提高了可靠性；

④環(huán)結(jié)構(gòu)其結(jié)點(diǎn)數(shù)的增加將影響信息的傳輸效率，故擴(kuò)展受到一定的限制。

（3）總線形：；結(jié)構(gòu)：個結(jié)點(diǎn)經(jīng)其接口，通過一條或幾條通訊線路與公共總線連接。其任何結(jié)點(diǎn)的信息都可以沿著總線傳輸，并且能被任一結(jié)點(diǎn)接收。由于信息傳輸方向是從發(fā)送結(jié)點(diǎn)向兩端擴(kuò)散，因此又稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單靈活，擴(kuò)展方便；

②可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快；

③共享資源能力強(qiáng)，便于廣播式工作；

④設(shè)備少，價格低，安裝和使用方便；

⑤由于所有結(jié)點(diǎn)共用一條總線，因此總線上傳送的信息容易發(fā)生沖突和碰撞，故不易用在實(shí)時性要求高的場合。

（4）樹形：：結(jié)構(gòu)：分層結(jié)構(gòu)，適用于分級管理和控制系統(tǒng)。

特點(diǎn)：①通訊線路總長度較短，連網(wǎng)成本低，易于擴(kuò)展，但結(jié)構(gòu)較星形復(fù)雜；

②網(wǎng)絡(luò)中除葉結(jié)點(diǎn)外，任一結(jié)點(diǎn)或連線的故障均影響其所在支路網(wǎng)絡(luò)的正常工作。

介質(zhì)訪問控制技術(shù)

什么介質(zhì)訪問控制?

各結(jié)點(diǎn)通過公共通道傳輸信息，因此存在如何合理分配信道的問題，訪問控制方式的功能是合理解決信道的分配。

（1）沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）——適用于總線形

工作原理

當(dāng)某一結(jié)點(diǎn)要發(fā)送信息時，首先要偵聽網(wǎng)絡(luò)中有無其它結(jié)點(diǎn)正在發(fā)送信息，若沒有則立即發(fā)送；否則，等待一段時間，直至信道空閑，開始發(fā)送。

確定等待時間的方法

①當(dāng)某結(jié)點(diǎn)檢測到信道被占用后，繼續(xù)檢測，發(fā)現(xiàn)空閑，立即發(fā)送；

②當(dāng)某點(diǎn)檢測到信道被占用后就延遲一個隨機(jī)時間，然后再檢測。重復(fù)這一過程，直到信道空閑，開始發(fā)送。

（2）令牌環(huán)——適用于環(huán)網(wǎng)

令牌的定義

是控制標(biāo)志，網(wǎng)中只設(shè)一張令牌，并依次沿各結(jié)點(diǎn)傳送。

（3）令牌總線——適用于總線形式

原理：把總線形傳輸介質(zhì)的各個結(jié)點(diǎn)形成一個邏輯環(huán)，即人為地給各個規(guī)定一個順序?？刂品绞筋愃朴诹钆骗h(huán)。.差錯控制技術(shù)

改善信道的點(diǎn)性能，使誤碼率降低

（1）奇偶校驗(yàn)

（2）循環(huán)冗余校驗(yàn)——CRC校驗(yàn)

（3）糾錯方式3種：重發(fā)糾錯，自動糾錯，混合糾錯

分布式控制系統(tǒng)

答：分布式控制系統(tǒng)就是指綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信技術(shù)，集中了連續(xù)控制、批量控制、邏輯順序控制、數(shù)據(jù)采集等功能，為用戶實(shí)現(xiàn)過程控制自動化與信息管理想結(jié)合的管控一體化的綜合集成系統(tǒng)。什么叫現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)以下6個方面：

（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)（2）現(xiàn)場設(shè)備互連（3）互操作性（4）分散功能塊（50通信線供電

（6）開放式互連網(wǎng)絡(luò)

OPC OPC是用于過程控制的對象鏈接嵌入技術(shù)，OPC采用客戶/服務(wù)層結(jié)構(gòu)想下層提供接口，時信息進(jìn)入OPC服務(wù)器，向上層提供接口，實(shí)現(xiàn)向上互聯(lián)。

系統(tǒng)集成：

按系統(tǒng)整體性原理，將原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的元素組成為具有一定功能的，滿足目標(biāo)、相互聯(lián)系、彼此協(xié)調(diào)工作的新系統(tǒng)的過程、技術(shù)與科學(xué)而引出的系統(tǒng)集成工程。