计算机控制系统的分类
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。
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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。
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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。
计算机操作系统有哪几种分类
计算机操作系统有哪几种分类计算机操作系统是指控制和管理计算机硬件和软件资源的一种软件系统。
根据功能和结构的不同，计算机操作系统可以分为几种分类。
本文将就计算机操作系统的分类进行讨论。
一、单用户操作系统单用户操作系统是指只能同时支持一个用户使用计算机系统的操作系统。
这种操作系统的代表是个人计算机操作系统，如Windows、Mac OS等。
单用户操作系统主要用于个人用户进行办公、娱乐等日常活动，提供了图形界面和用户友好的操作界面。
二、多用户操作系统多用户操作系统是指能够支持多个用户同时使用计算机系统的操作系统。
这种操作系统的代表是服务器操作系统，如Unix、Linux等。
多用户操作系统可以同时处理多个用户的请求，并保证多个用户之间的安全性和隔离性。
三、分时操作系统分时操作系统是指操作系统将计算机的时间分割成多个时间片段，轮流为多个用户提供服务。
分时操作系统可以使多个用户共享计算机系统的资源，实现多用户之间的公平共享和响应速度的提高。
四、实时操作系统实时操作系统是指能够对外界事件做出及时响应的操作系统。
实时操作系统主要用于对时间要求严格的应用，如工业控制、航空航天等。
根据实时性的不同，实时操作系统可以分为硬实时操作系统和软实时操作系统。
五、网络操作系统网络操作系统是指能够支持网络通信和分布式计算的操作系统。
这种操作系统的代表是分布式操作系统，如Amoeba、Plan 9等。
网络操作系统可以连接多个计算机节点，实现资源共享、通信和协同工作。
六、批处理操作系统批处理操作系统是指能够自动化执行一系列作业的操作系统。
这种操作系统的代表是大型机操作系统，如IBM的OS/360。
批处理操作系统可以自动按照事先设定的顺序执行用户提交的作业，提高计算机系统的利用率和效率。
七、分布式操作系统分布式操作系统是指将多个计算机节点组织起来，形成一个统一的操作系统，使其具有分布式计算和资源共享的能力。
这种操作系统的代表是Amoeba、Plan 9等。
计算机控制系统的组成
计算机控制系统的组成计算机控制系统是指利用计算机进行控制的系统，它由计算机硬件、软件和控制对象三部分组成。
计算机控制系统具有高精度、高速度、高可靠性、自动化程度高等优点，已广泛应用于工业、农业、交通、医疗、航空、航天等领域。
一、计算机硬件计算机硬件是计算机控制系统的基础，包括中央处理器、存储器、输入输出设备、通信设备等。
中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行指令、控制计算机的运行。
中央处理器的性能越高，计算机的处理速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。
存储器是计算机用来存储程序和数据的设备，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
随机存储器是一种易失性存储器，它的数据在断电后会丢失，只读存储器是一种非易失性存储器，它的数据在断电后不会丢失。
输入输出设备是计算机与外部世界交换数据的接口，包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
输入输出设备的性能越高，计算机与外部世界交换数据的速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。
通信设备是计算机用来进行数据通信的设备，包括调制解调器、网卡等。
通信设备的性能越高，计算机之间数据通信的速度越快，计算机控制系统的响应速度也越快。
二、计算机软件计算机软件是计算机控制系统的灵魂，它由系统软件和应用软件两部分组成。
系统软件是计算机控制系统的基本软件，包括操作系统、数据库管理系统、网络管理系统等。
操作系统是计算机控制系统的核心软件，它负责管理计算机的硬件资源和提供服务，使得应用软件能够运行。
数据库管理系统是用来管理和维护数据库的软件，它提供了数据的存储、查询、更新等功能。
网络管理系统是用来管理和维护计算机网络的软件，它提供了数据通信、数据共享等功能。
应用软件是计算机控制系统的具体应用软件，包括工业控制软件、医疗软件、交通管理软件等。
工业控制软件是用来控制工业生产过程的软件，它可以实现自动化生产、提高生产效率、降低生产成本。
医疗软件是用来管理医疗信息的软件，它可以实现医疗信息的共享、查询、更新等功能。
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。
第1章 计算机控制系统概述
与RS232相比：速度快、传输距离远。
3.MODBUS总线
是MODICON公司为生产的PLC与外界通信而设计的一种通信协议。
（可通过24总线命令实现）
特点（3） ： 1）应用广泛：凡具有RS232/485接口的MODBUS协议设备都可以使 用本产品实现与过程现场总线（PROFIBUS）的互连。
监督计算机控制系统（Supervisory Computer Control, SCC）有两种不 同的结构形式：一种是SCC＋模拟调节器，另一种是SCC＋DDC控制系统。 1.SCC＋模拟调节器 如图1-6（a）所示，在该系统中，计算机对工业对象的各个物理量进行巡 回检测，并按生产过程的数学模型计算出最佳给定值，送给模拟调节器。 检测元件获得的测量值与该给定值进行比较后，得到的偏差经模拟调节器 分析计算后输出至执行机构，从而实现控制生产过程的目的。 2.SCC＋DDC控制系统 如图1-6（b）所示，该系统可看成是一种二级控制系统，SCC监督级的作 用是计算最佳给定值，送给DDC直接控制生产过程，它与DDC级计算机之 间通过接口进行信息交换。当DDC级计算出现故障时，可由SCC级计算代 替，因此，大大提高了系统的可靠性。
2）应用简单：用户不必了解PROFIBUS和MODBUS技术细节以及复 杂编程，用户只需参考本手册及提供的应用实例，根据要求完成配置， 即可在短时间内实现连接通信。 3）透明通信：用户可以依照PROFIBUS通信数据区和MODBUS通信 数据区的映射关系，实现PROFIBUS到MODBUS之间的数据透明通 信。
(4) 通信网络为开放式互连网络，可极其方便地实现数据共享；
(5) 技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户。
1.4 计算机控制系统的控制规律
计算机控制系统的分类与典型系统介绍
内存储器(RAM和ROM)
—计算机控制系统—
★接口电路: 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁
★过程输入/输出通道
模拟量输入通道 模拟量输出通道
开关量输入通道
开关量输出通道
★外部设备
输入设备 输出设备 外存储器
★ 操作台
（CRT）显示器或(LED)数码显示器
键盘（功能键和数字键）
2
燕燕山 山大大学学自自动动化化系系
—计算机控制系统—
第一节 Unit 1
计算机控制概述 Introduction of Computer Control System
2020/10/13
第一章 绪 论
3
燕山大学自动化系
本节主要内容
—计算机控制系统—
• 计算机控制系统的一般概念 • 计算机控制系统的组成
24
燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
至其它工厂
企业级 经营管理计算机
工厂级 集中控制计算机
至其它工厂
车间级监控计算机（SCC）
车间级监控计算机（SCC）
装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC） 装置控制级（DDC）
工厂对象A
工厂对象B
工厂对象C
工厂对象D
图 分级计算机控制系统
第一章 绪 论
34
燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
SCARA型机器人
2020/10/13
第一章 绪 论
35
燕山大学自动化系
—计算机控制系统—
计算机技术和人工智能技术的迅速发展使机器 人
在功能和技术层次上有了很大提高。到目前为止 ，机器人已进入了第三代：智能化的高级机器人 ，具有感觉、思考、决策和动作能力的机器人系 统，这类机器人目前还处于研究开发阶段；第一 代工业机器人主要是指示教再现控制的操作机器 人，目前国内外工业应用中的机器人绝大多数都 是这一类；第二代工业机器人具有感受功能，是 具有光觉、视觉、力觉、触觉、声觉、语音识别 等功能的工业机器人，
计算机控制系统的典型形式名词解释
计算机控制系统的典型形式名词解释控制系统是指通过传感器获取输入信号，经过处理和分析后，产生控制器的输出信号，实现对被控对象（如机械系统、电力系统、化工系统、交通系统等）的控制。
在这个过程中，计算机被广泛应用于控制系统中，实现对被控对象的精确、灵活、高效的控制操作。
计算机控制系统不仅被广泛应用于工业自动化领域，还涉及到交通、能源、环保、医疗等多个领域。
对于计算机控制系统，有许多典型形式，下面我们来逐一解释。
1. 开环控制系统开环控制系统也称为非反馈控制系统，是指控制器的输出信号不受被控对象的状态影响。
简单来说，开环控制系统仅根据输入信号的大小来决定控制器的输出，而不考虑输出对被控对象产生的影响。
这种系统通常用于对被控对象的要求不高、且对控制精度要求不严格的场景。
2. 闭环控制系统闭环控制系统是指控制器的输出信号受被控对象状态的影响，通过传感器实时监测被控对象的状态，并将反馈信号传递给控制器，从而调节控制器的输出。
闭环控制系统能够实现对被控对象的精确控制，具有良好的稳定性和鲁棒性，因此被广泛应用于工业自动化领域。
3. 自动控制系统自动控制系统是指在事先设计好的规律下，能够自动地使被控对象按照设计要求进行运行或操作的系统。
这种系统广泛应用于生产线、机器设备、飞机、火箭等领域，能够提高生产效率、降低成本、减少人力投入。
4. 手动控制系统手动控制系统是指通过人工操作的方式来控制被控对象的系统。
在这种系统中，人工操作起着至关重要的作用，通常用于对被控对象要求不高、且灵活性要求较高的场景。
5. 开关控制系统开关控制系统是指控制器的输出信号只有两种状态，即开和关。
这种系统简单、成本低廉，通常用于对被控对象要求不高、且控制方式简单的场景。
通过解释以上典型形式，我们可以更深入地理解计算机控制系统的多样性和灵活性。
在实际应用中，我们需要根据被控对象的要求和控制需求来选择适合的控制系统形式，以实现最佳的控制效果。
总结回顾：在工业自动化和生产控制领域，计算机控制系统是不可或缺的重要角色。
计算机控制系统清华大学出版社何克忠李伟习题参考答案
第一章1.1 计算机控制系统是怎么样分类的？按功能和控制规律可各分几类？答：计算机控制系统可按功能分类，按控制规律分类和按控制方式分类。
按功能计算机控制系统的分类：（1）数据处理系统。
（2）直接数字控制（简记为DDC）。
（3）监督控制（简记为SCC）。
（4）分级控制。
（5）集散控制。
（6）计算机控制网络。
按照控制规律计算机控制系统的分类：（1）程序和顺序控制。
（2）比例积分微分控制（简称PID控制）。
（3）有限拍控制。
（4）复杂规律控制。
（5）智能控制。
1.2 计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。
答：计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。
方框图：P115 图1.21 输出反馈计算机控制系统1.9 简述采样定理及其含义。
答：采样定理：如果采样角频率ωω=2π/T大于2ωmax，即ωω≥2ωmax，则采样的离散信号ω∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)。
式中ωmax是连续信号y(t)的频谱特性中的最高角频率。
含义：要使采样信号ω∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)，必须正确选择采样角频率，使ωω≥2ωmax1.10 多路巡回检测时，采样时间τ，采样周期T和通道数N之间的关系。
答：采样时间是足够短的时间，y(kT)≈y(kT+?t),0<?t<ωω。
应满足 T≥Nωω。
1.12 设有模拟信号(0～5)V 和(2.5～5)V ，分别用8位、10位和12位A/D 转换器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。
答：量化单位q=ωωωω∗−ωωωω∗2ω−1≈ωωωω∗−ωωωω∗2ω,量化误差ε=q /2根据以上公式可求得(0~5)V ：(2.5~5)V ：1.14 试述数模转换器的作用？如何选择转换器的位数？答：数模转换器把数字量u(kT)转换成离散的模拟量ω∗(t)。
转换的精度取决模-数转换器的位数n ，当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。
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4 集散控制统DCS
管理 计算机
生产管理级： 规划产品
工厂生产监视
过程优化 计算机
过程管理级： 优化过程控制
设备间协调
直接控制 微型机
直接控制 微型机
设备单元
设备单元
直接控制 微型机
直接控制级： 数据采集
开环或闭环控制 故障诊断
设备单元 生产过程
5 现场总线控制系统FCS
现场总线控制 系统具有现场通信 网络、现场设备互 连、互操作性、分 散功能块、通信线 供电和开放式互联 网络六大功能。
2 直接数字控制系统
工 业 对 象
检测
执行 器
输入通道 输出通道
接口 接口
计 算 机
显示
显示 打印 记录
直接数字控制系统DDC中的计算机部分参加闭环控制过程， 无需中间环节（调节器）。计算机通过过程输入通道对一上或多个 物理量进行巡回检测，并根据规定的控制规律进行运算 。
3 监督控制系统
监督控制系统SCC（Supervisory Computer Control）中， 计算机根据工艺信息和其它参数，按照描述生产过程的数学模型或其 它方法，自动地改变模拟调节器或直接数字控制方式工作的计算机中 的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如高质量、高效率、 低能耗、低成本和低污染等）。
Station MMI
Gateway or Linking Device
Maintenance PC
509 -BOD
24vdc
Modular I/O
Micro PLC
Micro Drive Motor Starter
Operator Interface
Sensor
Drive1
Drive2
Drive3
客
户 机
Etherne t
/
服 ControlNet
务
器 结
DeviceNet
构
Block I/O
Programmabl e Device Support PC
Desktop PC
Servo Drive
Gateway or Linking Device
数据采集和数据处理微机控制系统
工
采样
A/D 转换
业
－对 象
并行
计 算 机
接口
显示 打印 报警
在这种应用方式中，计算机不直接参与生产过程的控制，但对整 个生产过程进行集中监视。同时，由于微处理器具运算、逻辑判断能 力，可以对大量的输入数据进行必要的集中、加工和处理，并且能以 有利于指导生产过程控制的方式表示出来。这种应用方式可以得到大 量的统计数据，利于建立理想的数学模型。
计算机控制系统的分类
1.采集和监视系统 2.直接数字控制系统 3.监督控制系统 4.集散控制系统DCS
5.现场总线控制系统FCS
6.计算机控制系统的网络结构
1 采集和监视系统
计算机在数据采集和处理时，主要是对大量的过程参 数进行巡回检测、数据记录、数据计算、数据统计和处理、 参数的越限报警及对大量数据进行积累和实时分析。这种 应用方式，计算机不直接参与过程控制，对生产过程不直 接产生影响。
监督控制系统有两种典型的结构形式，即SCC＋模拟调节器的控 制系统和SCC＋DDC分级控制系统。
键盘、显示、打印
SCC计算机
模 模出出通通道道
模入通道
模拟调节器
生产过程
SCC计算机＋模拟调节器的监督 控制系统
键盘、显示、打印
SCC计算机
DDDDCC计计算算机机
模入通道
模拟调节器
生产过程
SCC计算机＋DDC计算机的监督 控制系统
6 计算机控制系统的网络结构
对等式 结构
Controller
Data Acquisition
HMI
ALLEN- BRADLEY
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
F1 0
Panel Vi ew 550
7
8
9
4
5
6
1
2
3
.
0
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<- -- --- -- --- -- --- -'
-
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v
Analog I/O