计算机控制系统-第三章资料
第三章 计算机系统分层结构
PF
CF
奇偶（偶/奇）
进位（是/否）
PE
CY
PO
NC
3．总线
所谓总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路， 它分时接收各部件送来的信息，并发送信息到有关部件。
由于多个部件连接在一组公共总线上，可能会出现多个部件争 用总线，因此需设置总线控制逻辑以解决总线控制权的有关问题。
总线分类:
CPU内部总线用来连接CPU内的各寄存器与ALU ; 系统总线用来连接CPU、主存储器与I/O接口，它通常包括 三组：数据总线、地址总线和控制总线。 按总线传送的方向可将总线分为单向总线和双向总线。
CPU是计算机的核心组成部分
3.1.1
CPU的组成
• 由算术逻辑部件ALU 、控制器、各种寄存器（寄 存器群）和CPU内部总线（连接部件） • 另：Cache
•
1．ALU部件
ALU的功能是实现数据的算术与逻辑运算 两个输入端口，参加运算的两个操作数，通常 来自CPU中的通用寄存器或ALU总线。 控制信号：ADD,SUB,OR,AND等 输出：运算结果
时序控制方式就是指微操作与时序信号之间采取何种关系，
它不仅直接决定时序信号的产生，也影响到控制器及其他部件的组 成，以及指令的执行速度。
1．同步控制方式
同步控制方式是指各项操作由统一的时序信号进行同步控制。 同步控制的基本特征是将操作时间分为若干长度相同的时钟 周期（也称为节拍），要求在一个或几个时钟周期内完成各个微 操作。在CPU内部通常是采用同步控制方式 。 同步控制方式的优点是时序关系简单，结构上易于集中，相应 的设计和实现比较方便。
计算机系统结构
系统的层次结构
★★
5层
翻译(编译器)
DCS系统的介绍
第三章 DCS系统的介绍多级计算机分布控制系统又称集散控制系统（DCS,distributed control system），是网络技术和控制技术结合的产物。
它是根据分布设计的基本思想，实现功能上分离，位置上分散，达到以分散控制为主，集中管理为辅。
3.1 DCS系统的定义DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control Systerm），在国内自控行业又称为集散控制系统。
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。
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。
3.2 DCS的组成集散控制系统DCS（Distributed Control Systerm）是基于“4C”技术（Computer Control Communicatiao CRT）在20世纪70年代中期出现的新型工业控制系统。
采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高系统可靠性。
它将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解，再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。
1975年Honey-well公司推出了第一套DCS控制系统，首先被应用于石油化工行业。
自1975年以来，DCS控制系统的硬件和软件功能不断完善和强化，已经经历了三代，但从基本结构来看特性相同，可分解为三大基本部分。
（1）过程控制站过程控制站是集散控制系统与生产过程之间的界面，生产过程的各种过程变量和状态信息通过过程控制站转化为操作监视的数据，而操作的各种信息业通过过程控制站送到执行机构。
在过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成各种控制算法的运算，以及对输入和输出量的数据处理等运算。
（2）操作站操作站是操作人员与集散控制系统的界面，操作人员通过操作站了解生产过程的运行状况，并通过他发出操作指令。
计算机控制系统4第三章 (2)
②量程 它是指所能转换的电压范围。如5V、10V等。
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
③转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确
度。A/D转换器的转换精度取决于量化误差q、微分线性 度误差DNLE和积分线性度误差INLE 。 积分线性度误差INLE: 在满量程输入范围内，偏离理想转
A/D转换器
PUSH DS
STI MOV AX,DATA
MOV AX,250AH
INT 21H MOV DX,220H
MOV DS,AX
MOV DX,220H IN AL,DX;读数 MOV ADTEMP,AL
MOV AL,21H;发EOI 命令 OUT 20H,AL POP DS;恢复现场 POP DX POP AX IRET
A B C G2A VCC y0 y1 y2
G2B y3 G1 Y7 y4 y5
* 1 * * * 1 1 1 1 1 1 1 1 0 * * * * 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
地
y6
设计时，根据具体接口芯片的要求，AO、 A1用作端口地址。
A/D转换器
例 ： AD574与ISA总线前62根信号线（即PC/XT总线）的接口
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
74LS138 16芯译码器
• A.B.C为选择端 G1、G2A、G2B为允许端 G2=G2A+G2B
G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
计算机控制系统复习资料(精简版 列出重点知识点)
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。
第三章复习题计算机操作系统概论复习资料习题答案
第三章复习题计算机操作系统概论复习资料习题答案一、单项选择题1.多道程序设计是指（C）。
A.把一个计算问题的程序分成多个可独立执行的程序模块B.一个处理器上同时运行多个程序C.把多个计算问题同时装入主存储器并行执行D.每个用户同时编制多个程序2.进程队列是把（B）链接在一起而形成的。
A.进程B.进程控制块PCBC.程序D.数据3.把一个进程让出处理器，由另一个进程占用处理器的过程称为（C）。
A.进程转换B.进程阻塞C.进程切换D.进程撤销4.UNI某采用的进程调度算法是（D）。
A.先来先服务调度算法B.时间片轮转调度算法C.分级调度算法D.动态优先数调度算法5.一种能使作业平均周转时间最短的作业调度算法是（B）算法。
A.先来先服务B.计算时间短者优先C.响应比高者优先D.均衡调度6.程序是静止的，而进程是（A）的。
A.动态的B.活动的C.不动的D.顺序的5.操作系统把一些能完成特定功能、不可中断的过程称为（B）。
A.程序B.原语C.进程D.语句6.若某系统的进程调度采用优先级调度算法，则对具有相同优先级的进程经常又使用（A）算法。
A.先来先服务B.按优先级C.轮转法D.任何7.LRU页面调度算法总是选择（A）页面调出主存储器。
A.最近最久未被使用B.在贮存中驻留时间最长的C.最近被访问的次数最少的D.最先被装入主存储器的8.原语是操作系统中用来完成特定功能的程序模块，它们的执行是（D）的。
A.可并发B.可交叉C.可被中断D.不可被中断9.下列对进程的属性描述错误的是（D）。
A.进程具有动态性B.进程可以并发执行C.进程具有等待态、就绪态和运行态三种基本状态D.多个不同的进程不可以包含相同的程序10.一个作业被选中装入主存储器后，系统就为该作为创建一个（A）。
A.进程B.文件C.作业D.程序11.作业调度选中了一个作业且把它装入主存储器时就为该作业创建了一个进程，该进程（C）。
A.立即可占用处理器运行B.应排入等待队列等待分配外围设备C.就排入就绪队列等待分配处理器D.应排入等待队列等待分配处理器12.进程在执行过程中状态会发生变化，然而下列变化是不可能发生的（C）。
计算机控制系统课后答案 (3)
计算机控制系统课后答案问题1：什么是计算机控制系统？计算机控制系统是指利用计算机技术对物理过程或机械设备进行监控、控制和管理的系统。
它由计算机硬件、软件和工程配套设备等多个组成部分构成。
计算机控制系统具有实时性好、反应速度快、准确性高等特点，广泛应用于各种工业自动化领域。
问题2：计算机控制系统的组成部分有哪些？计算机控制系统由以下几个部分组成：1.传感器和执行器：传感器用于感知物理过程的状态和参数，并将其转换为电信号，以便计算机能够处理。
执行器根据计算机的指令来执行控制动作，控制物理过程或机械设备的运行。
2.计算机硬件：包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出接口等。
计算机硬件负责接收传感器采集的数据，并根据预设的算法进行处理和判断，进而控制执行器的动作。
3.计算机软件：包括控制算法、界面程序等。
控制算法根据输入的传感器数据进行计算和判断，生成相应的控制指令。
界面程序提供控制系统的人机交互界面，使操作员能够对系统进行监控和控制。
4.工程配套设备：包括可编程逻辑控制器（PLC）、仪表仪器等。
这些设备与计算机系统相连，作为中间装置，用于完成不同领域的控制任务。
问题3：计算机控制系统的工作原理是什么？计算机控制系统的工作原理是通过传感器采集物理过程的状态和参数，将其转换为电信号输入到计算机系统中。
计算机根据预设的控制算法，对输入的数据进行处理和判断，生成相应的控制指令。
这些控制指令通过输出接口发送给执行器，执行器根据指令来执行相应的控制动作，从而实现对物理过程或机械设备的控制。
计算机的工作过程可以理解为以下几个步骤：1.信号采集：传感器采集物理过程的状态和参数，并将其转换为电信号。
2.信号处理：计算机系统接收传感器的电信号，对其进行滤波、放大、数字量化等处理，以获取准确的数据。
3.控制计算：根据输入的数据，计算机系统进行控制算法的计算和判断，生成相应的控制指令。
4.控制输出：控制指令通过输出接口发送给执行器，执行器根据指令来执行相应的控制动作。
于海生---微型计算机控制技术课后习题答案
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。
计算机控制技术课后习题详解答案
第一章计算机控制系统概述习题参考答案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。
(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。
图微机控制系统组成框图(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。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
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3.2 Z变换
Z变换的定义 Z变换的性质和定理
求Z变换的方法
13
3.2.1 Z变换的定义
f(t)的采样信号 f *(t) f (kT ) (t kT ) k 0
拉氏变换
F*(s) f (kT )ekTs k 0
在拉氏变换中引入新复变量
从而有
z eTs
F
(z)
F*(s)
|
初始条件为y[0]=0, r[n]=1. 解： y[n] =0.6y[n-1]+r[n]
n=1, y[1]= 0.6y[0]+r[1]=1 n=2 , y[2]= 0.6y[1]+r[2]=1.6 n=3 , y[3]= 0.6y[2]+r[3]=1.96 ……
10
练习：
已知离散系统的差分方程 y[n]-2y[n-1]=r(k)
重根
y f [k] l11k k m1 l21k k m2 lm1k
l k
m1 m1
lN Nk
4
2. 差分方程的求解
差分方程的求解方法包括经典法、迭代法、z变换法 ✓差分方程的经典解法 （2）非齐次方程的一个特解yp[k]
输入函数r[n]形式
特解形式
λn （指数 函数）
nm（多项式） λ不是方程的特征根 单根
（2）时移性质
左位移定理（超前定理）：Z
[x[n
n0 ]]
z n0
X
(z)
n0 1
zk
x[k ]
k 0
右位移定理（延迟定理）： Z [x[n n0 ]] zn0 X (z)
6
例 3.1
求解差分方程 y[n]+3y[n-1]+2y[n-2]=2nu[n]
初始条件为y[0]=0, y[1]=2.
7
练习：
求解差分方程 y[n]-5y[n-1]+6y[n-2]= 2nu[n]
初始条件为y[1]=5, y[2]=9.
8
2. 差分方程的求解
✓差分方程的求解方法包括经典法、迭代法、z变换法 ✓差分方程的迭代解法
1
za
Z
[e j0nu[n]]
1 1 e j0 z 1
Z
[e
j0nu[n]]
1
1 e j0
z 1
z e j0 1 z e j0 1
Z [cos[0n]u[n]]
1 2
1
1 e j0
z 1
1
1 e j0
z 1
z(z cos0 ) z2 2z cos0 1
z 1 19
3.2.2 Z变换的性质和定理
λ是方程的特征根 (m-1)重根
pmnm+pm-1nm-1+…+p1n+p0 pλn
p1nλn+p0λn pm-1nm-1λn+pm-2nm-2λn+…+p0λn
5
2. 差分方程的求解
差分方程的求解方法包括经典法、迭代法、z变换法 ✓差分方程的经典解法 （3）差分方程的全解
y[k] y f [k] yp[k]
Z [ax1[n] bx2[n]]
(ax1[n] bx2[n])zn n
ax1[n]zn bx2[n]zn
n
n
aX1(z) bX2 (z)
18
例3.5 利用Z变换的性质，求余弦函数
cos[0n]u[n]
1 2
(e
j0n
e
j0n
)u[n]
的Z变换
解： 已知
Z
[anu[n]]
1
1 az
s
1
ln
z
f (kT )zk
T
k 0
14
3.2.1 Z变换的定义
离散序列x[n]的Z变换定义为: X (z) x[n]zn n
✓ Z变换实际是一个无穷级数形式，它必须是收敛的。 就是说，极限
lim x[n]zn
n n
存在时， x[n]的Z变换才存在。
✓ Z变换常记为 Z [x[n]] X (z)
如果已知系统的差分方程和输入值序列，则在给定 输出值序列的初始值之后，就可以利用迭代方法计算出 任何时刻的输出值。 原理：根据初始条件(边界条件)，逐步递推计算出后面 各时刻的输出，即由前一时刻的已知结果，递推出后一 时刻的待求值。
9
例 3.2
已知离散系统的差分方程 y[n]-0.6y[n-1]=r[n]
✓ 连续时间函数与相应的离散时间函数具有相同的Z变 换，即
Z [x(t)] Z [x[n]] X (z)
15
例3.3 求下列离散序列的Z变化及收敛域，其中a为任意复常数
(1) Z [ (t)] [k]zk 1
k 0
(2)
Z
[u(t)]
k 0
z
k
1
1 z
1
z 1
(3) Z [at Tu(t)] Z [anu[n]]
ak zk k 0
1 1 az1
za
16
例3.4求下列离散序列的Z变化及收敛域，其中a为任意复常数
x[n] anu[n 1]
X (z) anu[n 1]zn n
1
an zn
n
ak zk
k 1
a1z 1 a1z
z
za
za
17
3.2.2 Z变换的性质和定理
（1）线性性质
证明：
Z [ax1[n] bx2[n]] aX1(z) bX2(z)
2
1. 差分方程的一般概念
✓ 输入序列
r=r[k]={r[0],r[1],r[2],…} ✓输出序列
c=c[k]={c[0],c[1],c[2],…} ✓系统的输入与输出之间可以用线性常系数差分方程来描述，即
N
M
c[n] aic[n i] bjr[n j]
i1
j0
其中，aj，bj是由系统物理参数确定的常数。方程的求解方法包括经典法、迭代法、z变换法 ✓差分方程的经典解法 （1） 对应齐次方程的通解
齐次方程 y[n] a1y[n 1] aN y[n N ] 0
特征方程 N a1 N1 an1 an 0
单根
y f [k] l11k l22k lN Nk
初始条件为y[0]=0, r[k]={1,0,1,0,1,0,…}.
11
Matlab程序 clear; clc; ck=0;rk=1; for k=1:10
ckplus1=2*ck+rk; a=num2str(k); b=num2str(ckplus1); c=['y(' a ')=' b]; disp(c) rk=1-rk; ck=ckplus1; end
第三章 线性常系数差分方程
3.1 线性常系数差分方程 3.2 z变换
3.3 z反变换
3.4 用z变换求解线性常系数差分方程
1
3.1 线性常系统差分方程
在离散系统中，用差分方程、脉冲传递 函数和离散状态空间表达式三种方式来描述表 示输出和输入信号关系的数学模型。
差分方程的一般概念 差分方程的求解