计算机控制系统的原理
计算机控制系统原理
计算机控制系统原理哎呀呀，一听到“计算机控制系统原理”这个词儿，是不是感觉脑袋都大啦？我一开始也是这样的，觉得这东西肯定超级难，超级复杂，就像一个怎么也解不开的谜题。
我还记得有一次上科学课，老师一上来就讲计算机控制系统原理。
我心里直犯嘀咕：“这到底是啥呀？能比我玩游戏还难？”老师在讲台上讲得眉飞色舞，什么传感器收集信息啦，控制器做出决策啦，执行器执行命令啦。
我听得云里雾里，感觉自己就像一只在大雾里迷路的小兔子，完全找不到方向。
我瞅瞅旁边的同桌小明，小声问他：“你听懂了吗？”小明皱着眉头摇摇头，说：“这简直就是外星语言！”哈哈，看来不止我一个人觉得难。
后来老师可能看出来我们都懵了，就打了个比方说：“这计算机控制系统啊，就好比是一个聪明的大管家。
传感器就是它的眼睛和耳朵，能看到和听到各种情况；控制器呢，就是它的大脑，负责思考该怎么做；执行器就是它的手脚，按照大脑的指示去干活。
”这一下，我好像有点明白了。
我就想啊，那我家里的空调不就是这样吗？那个温度传感器就是“眼睛”，感觉到温度高了或者低了，然后把信息传给“大脑”，也就是空调里的控制芯片，“大脑”一琢磨，就让制冷或者制热的“手脚”，也就是压缩机啥的开始工作。
这不就是计算机控制系统在发挥作用嘛！再比如说，咱们坐的电梯。
电梯里也有各种传感器，能知道有人按了按钮，要去几楼。
然后控制器就指挥电梯上升或者下降，执行器就是让电梯动起来的那些电机啥的。
这多有意思啊！现在想想，计算机控制系统原理好像也没那么可怕啦。
它就在我们身边，默默地帮我们做着好多事情呢。
所以说呀，很多看起来很难很复杂的东西，只要我们用心去琢磨，去发现，总能找到理解它的办法。
就像我们解数学题一样，一开始觉得难，多想想，多琢磨，说不定就能找到答案啦！你们说是不是呀？。
第一章计算机控制系统组成和特点
2） 软件组成 ）
软件： 能完成各种功能的计算 软件 ： 机程序的总和。 机程序的总和。整个系统的工作都 是在程序的指挥下协调工作的。 是在程序的指挥下协调工作的。 软件通常分为两大类： 软件通常分为两大类 ： 一类是 系统软件，另一类是应用软件。 系统软件，另一类是应用软件。
37
1-2-1 系统组成
本节主要内容
计算机控制系统的概述 工作原理 计算机控制系统的经济效益
22
1-1-1 概述
常规自动控制系统的工作原理
按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。 按偏差e进行控制，目的是减少或消除偏差。
23
典型工业生产工程 1. 连续过程 连续过程也称为流程工业。 连续过程也称为流程工业。流程工业主要通过对原材料进 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法， 行混合、分离、粉碎、加热等物理或化学方法，使原材料增 值。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 主要包括化工、炼油、造纸、钢铁、食品饮料、制药等。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 最终产品类型有固体、液体、能量和气体。 通常以批量或连续的方式进行生产。 通常以批量或连续的方式进行生产。 2. 离散过程 离散过程也称为制造业。 离散过程也称为制造业。生产过程中基本上没有发生物质 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 改变，只是物料的形状和组合发生改变。 最终产品由各种物料装配而成。 最终产品由各种物料装配而成。产品与所需物料有确定的 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 数量比例。一个产品确定的部件，一个部件有确定的零件。 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、 按行业划分属于离散过程有机械制造业、汽车制造业、家 电制造业等。 电制造业等。
可靠性好， 可靠性好，可维修 性好，软件丰富， 性好，软件丰富，运 算处理能力强。 算处理能力强。
第一章 计算机控制系统概述
第一章计算机控制系统概述§1．1概述随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
1．1．1计算机控制技术研究的内容及特点1、研究的内容：主要研究控制理论、计算机技术（软、硬件技术）、网络通信技术、测量技术、信号处理技术等在微机控制中的应用、以及微机的控制方法及其应用。
2、主要的特点：1）理论性强：应用各种控制理论、信号处理理论等2）综合性强：应用有控制理论、计算机硬件技术、编程技术、网络技术、测量技术、信号处理技术、电子技术等3）实践性强：所有设计、计算必须要反复进行实验；在实践中积累了大量的经验方法、经验数据等4）理论与实践相结合5）实用性强6）应用广泛等1．1．2计算机控制技术这门课所应用到的技术：计算机技术、自动控制技术、微电子技术、信息处理技术、检测与传感技术、通信与网络技术、CRT显示技术等等1．1．3计算机控制技术的现状与发展趋势计算机控制技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分1．1．4目前，计算机控制技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展。
一、以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流二、PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展三、面向测控管一体化设计的DCS系统四、控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、工业控制软件正向先进控制方向发展► 1.2. 计算机控制系统的组成► 1.3 计算机控制系统分类► 1.4 计算机控制系统中的计算机► 1.5 微型计算机控制系统的发展趋势§1.2 计算机控制系统的组成★自动控制：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。
计算机控制系统工作原理
计算机控制系统工作原理
嘿，朋友们！今天咱就来唠唠计算机控制系统工作原理。
你想过吗，就像一个超级大脑一样，计算机控制系统那可是超厉害的！
比如说你家里的智能恒温器吧，它为啥能那么精准地控制室内温度呢？这就是计算机控制系统在起作用呀！它就像是一个特别细心的管理员，时刻关注着温度的变化，然后迅速做出调整。
再看看那些自动化的工厂，成百上千的机器有条不紊地工作着，这背后是谁在指挥呢？对啦，就是计算机控制系统！它就如同一个经验丰富的指挥官，给每一台机器都下达着准确的指令。
计算机控制系统第一步呢，就是收集各种信息，就好像侦探在收集线索一样。
传感器就是它的小帮手，把温度、压力、位置等等这些信息都传递给它。
然后啊，计算机就开始分析这些信息啦，哎呀，真的就像个学霸在认真思考解题呢！接着，它根据分析的结果来做出决策，该让哪个机器动起来，该调整什么参数。
这不就是在掌控大局嘛！最后，它下达指令，让一切都按照它的计划进行。
想象一下，如果没有计算机控制系统，那我们的生活得变成啥样啊？那可不就乱套啦！所以说，它真的是太重要啦！它让我们的生活变得更加高效、便捷、智能。
我觉得计算机控制系统就是现代科技的奇迹，给我们带来了这么多的好处和便利，难道我们不应该为它点赞吗！。
计算机控制系统的工作原理及应用
计算机控制系统的工作原理及应用1. 引言计算机控制系统是一种利用计算机进行自动化控制的技术。
它通过集成了计算机软硬件以及相应的传感器、执行器等设备来实现精确的控制操作。
本文将介绍计算机控制系统的工作原理和应用。
2. 工作原理计算机控制系统的工作原理可以分为以下几个步骤：2.1 数据采集计算机控制系统首先通过传感器采集各种物理量的数据，如温度、压力、速度等。
这些传感器将物理量转化为电信号，并传输给计算机。
2.2 信号处理计算机接收到传感器传来的信号后，会进行相应的处理。
这包括数据的滤波、放大、标定等操作，以得到更准确的数据。
2.3 控制算法通过对采集到的数据进行分析和处理，计算机控制系统会根据预设的控制算法来决策下一步的操作。
控制算法可以是基于PID控制、模糊控制、神经网络等方法。
2.4 控制执行计算机通过输出控制信号控制执行器，如电机、阀门等设备，来达到控制的目的。
控制信号经过数字到模拟转换或数字输出端口送达执行器，进行相应的操作。
2.5 反馈控制计算机控制系统通常还会引入反馈控制机制，根据执行器的实际输出，通过传感器再次采集数据，与预设的目标进行对比，并进行调整。
3. 应用领域计算机控制系统广泛应用于各个领域，以下是其中几个应用领域的介绍：3.1 工业自动化在工业生产中，计算机控制系统可以实现流水线生产、自动化装配、机器人控制等操作。
它可以提高生产效率，降低工人劳动强度，保证产品质量的一致性。
3.2 智能交通计算机控制系统在交通领域的应用包括交通信号灯控制、智能交通管理系统等。
它可以优化交通流量，提高交通运行效率，减少交通拥堵和事故发生的概率。
3.3 智能家居计算机控制系统可以将家庭设备、家用电器等集成到一个智能化的系统中，通过计算机控制，使得家居设备的控制更加智能和便捷。
比如通过手机APP控制家里的灯光、空调、电视等设备。
3.4 医疗设备计算机控制系统在医疗领域的应用非常广泛，如手术机器人、心脏起搏器、检测仪器等。
描述计算机控制系统中反馈控制的原理和作用
描述计算机控制系统中反馈控制的原理和作用一、引言在计算机控制系统中，反馈控制是一个核心概念。
它通过将系统的输出信号反馈到输入端，以实现系统行为的调节与优化。
反馈控制是自动控制理论中的关键组成部分，它允许计算机系统根据其操作状态和目标自行调整。
本文将深入探讨反馈控制在计算机控制系统中的原理和作用。
二、反馈控制的原理1. 系统输出与反馈：在反馈控制中，系统首先检测其输出信号，然后将这些信号与原始目标值进行比较。
产生的差异信号，即误差信号，用于指导系统的调整。
2. 误差信号处理：误差信号是系统实际输出与期望输出之间的差异。
通过一系列的逻辑和算术处理，计算机控制系统可以计算误差，并确定为了消除该误差应采取的行动。
3. 调整与优化：根据误差信号，系统会调整其输入或内部参数，以减小误差并优化输出。
这种调整可以是改变系统的增益、调整控制参数或重新配置系统资源等。
三、反馈控制在计算机控制系统中的作用1. 稳定性增强：反馈控制有助于增强计算机控制系统的稳定性。
通过比较实际输出和期望值，系统可以检测到任何偏差并采取纠正措施，防止系统行为的失控或异常。
2. 优化性能：通过实时监控和调整系统参数，反馈控制可以持续优化计算机控制系统的性能。
这确保了系统始终在最佳状态下运行，提高了生产效率和工作质量。
3. 适应性调整：在面对环境变化或操作条件不稳定的情况下，反馈控制系统能够快速适应并调整其行为。
这种能力使计算机控制系统能够在复杂多变的环境中表现出强大的适应性和鲁棒性。
4. 提高精度与准确度：通过持续监测和纠正误差，反馈控制显著提高了计算机控制系统的精度和准确度。
这对于需要高精度输出的系统来说至关重要，例如在制造业中的高精度加工或科学实验中的测量设备。
5. 降低能耗与资源消耗：通过精确调整和控制系统的运行状态，反馈控制有助于降低计算机控制系统的能耗和资源消耗。
这不仅有助于提高系统的运行效率，还有助于减少环境污染和资源浪费。
四、实际应用中的反馈控制1. 温度控制：在工业加热和冷却系统中，温度是一个关键的被控参数。
计算机控制系统试题及答案
计算机控制系统试题及答案（内容部分，字数超过5000字）试题一：1. 什么是计算机控制系统？描述其基本原理和组成部分。
答案：计算机控制系统是一种通过计算机对工业或生产过程进行自动化控制的技术系统。
其基本原理是通过获取传感器的输入信号，经过计算机处理并产生相应的控制命令，再通过执行器输出控制信号来实现对系统的控制。
计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：- 传感器：用于将被控对象（如温度、压力等）转化为电信号，为计算机提供输入数据。
- 计算机：作为系统的核心，负责数据处理、控制策略计算等工作。
- 控制器：根据计算机处理后的控制信号，通过执行器发送控制信号给被控对象。
- 执行器：根据控制信号，对被控对象进行操作，实现控制目标。
- 通信网络：为各个组件之间提供数据传输的通道。
2. 请简要介绍常见的控制系统分类。
答案：常见的控制系统分类包括：- 开环控制系统：控制器的输出不受被控对象的反馈作用影响。
这种系统只能根据预先设定的控制策略进行控制，无法根据系统实际情况进行调整，容易受到外界干扰的影响。
- 闭环控制系统：控制器的输出受到被控对象的反馈作用影响。
通过对被控对象输出信号的反馈进行比较和调整，实现系统对目标状态的精确控制。
闭环控制系统具有较高的鲁棒性和适应性，但也容易引起稳定性问题。
- 自适应控制系统：根据被控对象的实时变化情况，自动调整控制器的控制策略和参数，以实现对系统的最优控制。
自适应控制系统能够适应不断变化的工作环境，提高控制质量和效率。
- 模糊控制系统：通过引入模糊逻辑，将系统输入和输出之间的关系表示为模糊规则，并通过推理和模糊推理机制得到控制器的输出，实现对复杂非线性系统的控制。
模糊控制系统具有较强的鲁棒性和适应性，能够处理一些难以建立精确数学模型的控制问题。
3. 请简述PID控制器的基本原理及其优缺点。
答案：PID控制器是一种常用且经典的控制器。
其基本原理是根据系统误差的大小及其变化率来产生控制信号。
计算机控制系统的工作原理
1.计算机控制系统的工作原理1}。
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2}。
实施控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理并按已定的控制规律决定将要采取的控制行为。
3}实时控制输入：根据控制决策，实时的对执行机构发出控制信号，完成控制任务（有图）2.在线方式和离线方式在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式;生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式3 实时的含义：所谓实时，是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成二、RS-232/RS-422/RS-485串行通信总线串行数据传输的线路通常有两种方式：平衡和不平衡传输方式1.不平衡方式是单线传输线号，已地线作为信号回路，接收器是用单线输入信号的2.平衡方式是用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线。
接收器是双端差动方式输入信号的。
3.在不平衡方式中，信号线上所感应到的干扰和地线的干扰将迭加后影响输入信号;而在平衡方式中，双绞线上所感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端。
因此平衡传输方式在干扰方面有较良好的性能，并核实较远距离的数据传输。
（RS-232C所采用的电路是单端驱动单端接收电路缺点：它不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部引入的干扰信号）（RS-485/RS422A都是采用平衡差动分电路 RS-485为半双工工作方式工作方式）三．采样保持器1.孔径时间和孔径误差的消除在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需的时间称为孔径时间。
2.采样保持原理 A/D转换过程（即采样信号的量化过程）所需要的时间，这个时间称为A/D转换时间。
在A/D转换期间，如果输入信号变化较大，就会引起转换误差。
所以一般情况下采样信号都不直接送至A/D转换器转换，还需加保持器作信号保持，。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 计算机控制技术主要研究任何将计算机技术、自动控制理论、电子技术应用于
工业生产过程。
• 本课程以IBM PC系列微型计算机为控制主机。同时介绍单片机及数字信号处理
器。
2、本课程知识范围及与相关课程的关系
• 本课程作为 “数字电路—微型机原理及接口技术—计算机控制技术”系列课程
蒸汽
冷流体
冷凝水
热流体
图1-1 蒸汽加热器带控制点的工艺流程图
• 现代控制理论阶段：20世纪50年代末~60年代，为适应航天航空技术的发展需
要，以状态空间分析方法为基础。包括：
• 以最小二乘法为基础的系统辨识。 • 以极大值原理和动态规划为主要方法的最优控制。 • 以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计。 • 以实现从外部现象深入到揭示系统内在规律，从局部简单控制到全局最优控制
第1 章 绪 论
1.1 自动控制系统概述
◆ 自动控制技术的发展 • 经典控制理论阶段：20世纪40~50年代，采用传递函数进行数学描述、以根
轨迹法和频率法作为分析和综合系统的基本方法。
• 将复杂的生产过程人为地分解为若干个简单过程。
• 如单输入单输出的控制系统，其控制目标为保持生产的平稳和安全。
的一个应用环节。
• 它的先修课程是数字电路、汇编语言、计算机组成原理、微型机原理及接口技
术、自动控制理论、单片机原理等。
3、本课程主要内容
• 微机控制系统概述—系统组成、结构类型、特点和发展趋势 。
•控制系统硬件设计—常用总线及接口，数字量、模拟量输入输出接口及通道，
抗干扰技术。
• 数字程序控制系统—逐点比较法插补原理，步进电机控制技术，伺服控制系统
律变化）的物理量，如蒸汽加热器热流体出口温度。
• 操纵变量：受到控制装置（如调节器）操纵，用以使被控变量保持在给定值
的物料量或能量，如加热蒸汽。
• 扰动（干扰）：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因
素，如蒸汽加热器出口热流体温度受冷流体流量的变化的影响。
• 给定值：被控变量的预定值。 • 偏差：在理论上应该是被控变量的给定值与实际值之差，通常把给定值与
控制装置
设定值
控制装置
蒸汽
（a）按设定值热 控制的开环系统
蒸汽 （b）按扰动热控 制的开环系统
图1-2 开环控制系统的基本结构
• 闭环（反馈）控制系统
蒸汽
图1-3 闭环控制系统的基本结构
• 闭环控制系统类型
1）定值控制系统：给定值恒定不变，任务是克服扰动对被控对象的影响。
2）随动控制系统：给定值是事先未知的时间函数，任务是使被控变量能够尽快、 准确无误地跟踪给定值的变化，而不考虑扰动对被控变量的影响。
◆ 计算机控制系统的工作原理
图1-5
▼ 计算机控制系统的工作步骤
• 实时数据采集，对被控变量的瞬时值进行检测和输入。
• 实时控制决策，对采集被控变量进行分析处理。 • 实时控制输出，对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
• 实时的含义
▼ 在线方式和离线方式
◆ 计算机控制系统的组成
图1-6
1.2.2 计算机控制系统的典型形式
◆ 操作指导控制系统
图1-7
◆ 直算，最后发出控制消息，通过输出通道控制生产过程的闭环系统。
按数学模型确定设定值
图1-9
◆ 分散型控制系统（DCS)
图1-10
1.3 工业控制机的组成结构及特点
。
• PID控制系统—介绍比例、积分、微分三大基本的控制规律及算法。 • 常规及复杂控制技术—离散化设计、复杂控制
• 现代控制技术—状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法等。
• 先进控制技术—模糊控制、神经元、专家系统。 • 现场总线及网络技术—测控网络、现场总线控制系统。
• 计算机控制系统的实现—系统的硬件软件设计、抗干扰和工程实例。
，从单、闭环系统扩展到自适应环、自学习环。
• 计算机技术用于自动控制理论领域：20世纪70年~，采用工业控制机，使用冗
余技术、软硬件自诊断，多参数多回路控制，提高稳定性和可靠性。
• 大系统理论和智能控制理论的形成，考虑多因素应用系统，建立数学模型，
以满足闭环最优控制控制的需要。
◆ 计算机过程控制系统的任务和要求
东南大学电气工程系
计算机控制技术
主讲教师： 尤鋆
办公室：动力楼305 Email：youjun@
• 教材 • 于海生，计算机控制技术 ，机械工业出版社 ，ISBN 978-7-111-21294-2 ，2007 • 于海生，微型计算机控制技术 ，清华大学出版社 ，ISBN 7302033595 ，1999
3）程序（顺序）控制系统：给定值是已知的时间函数，如玻璃熔化炉的升温控制 系统。
◆ 闭环控制系统的组成
设定值 r(t)
扰动
控制器
f(t)
广义对象
比较
机构
被控变量
e(t) 控制装置
执行器
过程
u(t)
q(t)
c(t)
测量值
y(t)
检测元件变送器
图1-4 闭环控制系统的组成
1.2 计算机控制系统概述
1.2.1 计算机控制系统及其组成
测量值之差作为偏差
▼ 偏差产生的原因
• 扰动的出现，此时操纵变量必须随着作相应变化，如冷流体的流量增加，应加
大蒸汽流量。
• 给定值的变化，此时操纵变量也必须随着作相应变化，如要求提高蒸汽加
热器的出口温度。
• 累计误差的存在，很难长期保持平稳，如蒸汽加热器的进出口流量的累计误
差。
◆ 开环控制系统和闭环控制系统
• 参考教材 • 赖寿宏，微型计算机控制技术 ，机械工业出版社 , 7111048911，2005年7月 • 潘新民 王燕，微型计算机控制技术 ，电子工业出版社 ，7505383183，2003年1
月 • 曹承志，微型计算机控制新技术，机械工业出版社 ，711108648，2004年7月
前言
1、本课程的地位
▼ 计算机过程控制的六大参数：
• 温度 • 压力 • 流量 • 液位（或物位） • 成分 • 物性参数
▼ 三项要求：安全性、经济性、稳定性。
◆ 自动控制系统的类型
▼ 自动控制系统的的几个术语：
• 被控对象和过程：需要实现控制的设备，机器和生产过程，如蒸汽加热器
。
• 被控变量：被控对象内要求与给定数值保持一致（接近恒定值或按预定规