《计算机控制技术》
《计算机控制技术》
《计算机控制技术》计算机控制技术的发展具有重要的实际意义。
它广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、航空航天、军事防卫等。
在工业生产中，计算机控制技术可以自动化生产过程，提高生产效率和质量。
在交通运输中，计算机控制技术可以实现交通信号优化，提高交通流动性和安全性。
在航空航天和军事防卫中，计算机控制技术可以用于飞行器的导航和自动驾驶，以及武器系统的精确打击等。
计算机控制技术的核心是控制算法和控制系统。
控制算法是指根据系统的输入和输出关系，设计出一种数学模型来描述系统的动态特性，并通过计算机实现对系统的控制。
常见的控制算法有PID控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法等。
控制系统是指利用计算机作为硬件平台，将控制算法实现为软件程序，并与传感器、执行器等硬件设备相结合，构成一个完整的控制系统。
控制系统的主要功能是测量系统的实时状态，计算控制量，并输出给执行器来控制系统的运动。
计算机控制技术的研究内容主要包括控制算法设计、控制系统建模与仿真、控制系统优化等。
在控制算法设计方面，研究者通过数学建模和系统辨识技术，确定系统的数学模型，并设计出适应系统需求的控制算法。
在控制系统建模与仿真方面，研究者使用计算机软件，将控制系统的数学模型转化为计算机可执行的代码，并进行仿真实验，验证控制算法的有效性和性能。
在控制系统优化方面，研究者通过数学优化方法，对控制系统的参数和结构进行优化，以达到系统的最佳控制效果。
计算机控制技术的发展还面临一些挑战和难题。
首先，不同系统的控制特性各异，需要采用不同的控制算法和方法。
因此，如何根据系统特点选择合适的控制算法，是一个重要的课题。
其次，控制系统的实时性要求较高，需要在有限的时间内对系统进行测量、计算和控制。
因此，如何提高控制系统的实时性和响应速度，是一个需要解决的问题。
最后，控制系统的鲁棒性和稳定性也是一个需要考虑的问题。
不同系统在不同工况下，会出现参数变化、扰动干扰等情况，如何使控制系统具有较好的鲁棒性和稳定性，是一个需要解决的难题。
《计算机控制技术》课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
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界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制技术课程讲义讲解课件
智能家居控制系 统
总结词
智能家居控制系统是计算机控制技术在家庭生活中的应用， 通过智能家居设备和互联网技术实现对家庭环境的智能化管 理和控制。
详细描述
智能家居控制系统利用传感器、控制器和执行器等设备，实 现对家庭照明、空调、门窗、安防等系统的智能化管理，提 高居住舒适度和便利性。常见的智能家居控制系统包括智能 音箱、智能插座和智能门锁等。
传感器
输入输出接口
根据控制信号执行相应的动作， 如电机、阀门等。
检测被控对象的参数，如温度、 压力、流量等，并将检测到的 信号转换为电信号传送给控制 器。
连接控制器与外部设备，实现 数据交换和控制信号的输出。
软件组成
控制算法
根据被控对象的数学模型和性能要求， 设计合适的控制算法，如PID控制、 模糊控制等。
交通控制系 统
总结词
交通控制系统是计算机控制技术在交通管理中的重要应用，通过信号灯、监控 设备和控制系统实现对交通流量的智能化管理和优化。
详细描述
交通控制系统利用传感器、摄像头和信号灯等设备，实现对交通流量的监测、 控制和优化，提高道路通行效率和安全性。常见的交通控制系统包括智能信号 灯控制系统、交通监控系统和交通诱导系统等。
智能家居
实现家庭设备的智能化控制，提高生活便利性和 舒适度。
交通管理
实现交通信号的智能化控制，提高交通效率和安 全性。
医疗设备
实现医疗设备的自动化控制，提高医疗效率和诊 断精度。
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计算机控制系统组成
硬件组成
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控制器
负责接收输入信号，根据程序 要求产生控制信号，驱动执行 机构。
执行机构
开环控制系统的优点是结构简单，不存在稳定性问 题，但抗干扰能力较弱。
《计算机控制技术》课程教学大纲
《计算机控制技术》课程教学大纲课程代码：ABJD(M16课程中文名称:计算机控制技术课程英文名称：ComputerContro1Techno1ogy课程性质：必修课程学分数：2学分课程学时数：32学时授课对象：自动化专业本课程的前导课程：数字电子技术、模拟电子技术、电力电子技术、自动控制原理等一、课程简介该课程是自动化专业一门重要的专业必修课。
它的目的是使学生通过本课程的学习，获得计算机控制系统的组成、原理、设计等基础知识和基本应用技术。
学习掌握计算机控制系统软硬件设计的基本方法与原则。
通过本课程的学习，使学生具有计算机控制系统硬件设计、应用软件编程与系统调试的基本能力。
二、教学基本内容和要求1 .绪论课程教学内容：计算机控制技术一般概念，计算机控制系统的组成和分类，计算机控制系统的发展概况和趋势。
课程的重点、难点：计算机控制系统工作原理、组成和分类。
课程教学要求：了解计算机控制技术一般概念、计算机控制系统的发展概况和趋势。
理解计算机控制系统控制过程。
掌握计算机控制系统组成结构和分类。
2 .输入输出过程通道与接口技术课程教学内容：模拟量输入输出通道，数字量输入输出通道，人机接口技术，电机控制接口技术。
课程的重点、难点：D/A、A/D转换器接口技术和模板标准化设计，数字量输入输出通道，键盘接口技术，7段显示器接口技术，直流电机和步进电机接口技术。
课程教学要求：了解模拟量输入输出通道、数字量输入输出通道的结构形式组成。
理解D/A、A/D转换的工作原理，人机接口电路工作原理，电机接口电路工作原理等。
掌握模拟量输入输出通道设计技术，数字量输入输出通道设计技术，键盘接口技术，7段显示器接口技术，直流电机和步进电机接口技术。
3 .计算机控制基础理论课程教学内容：计算机控制系统的信号变换理论，计算机控制系统的数学描述，连续系统的离散化方法及特点。
课程的重点、难点：计算机控制系统的信号变换理论，Z变换与反Z变换的定义，连续系统的离散化方法，差分方程的求解。
《计算机控制技术》课程简介
《计算机控制技术》课程简介
《计算机控制技术》是自动化、计算机、电子、电气类专业的一门专业选修课，以计算机为核心的过程控制和运动控制，与自动化控制系统融为一体的一门综合性学科。
本课程立足于理论联系实际，从工程实际应用出发，介绍计算机系统组成、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与应用，数字控制技术的连续化与离散化，PID算法的数字实现方法与应用，计算机控制系统的总线技术及系统设计与实现，通过本课程的学习，使学生获得计算机控制系统基本理论与基本应用技术，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及其应用于生产过程的能力。
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计算机控制技术课件
2 智能家居
3 医疗健康
制造业、石油化工、能源、 交通运输等领域的控制系 统。
智能家居控制、安防、环 境监测与控制，提高生活 质量和便利性。
医疗设备控制、健康监测 与诊断，患者照护与康复 辅助。
计算机控制技术课件
计算机控制技术是掌握现代控制技术的重要组成部分，本课件将为您详细介 绍计算机控制技术的相关知识。
计算机控制技术概述
电子元件与电路
芯片、半导体器件、三极管， 不同电路的特性和应用。
机器人控制系统
机械臂、传感器、运动控制与 规划，机器人控制技术的发展 现状与前景。
智能家居控制
物联网、传感器、智能家居控 制系统与应用案例。
无人机飞行控制
飞行器航迹规划、控制与稳定 性分析，无人机应用与发展。
控制系统基础知识
系统模型建立
控制系统模型、状态方程、转移函数，常见控制系统建模方法。
采样与控制
采样、量化与编码，基于采样的数字控制系统及其设计。
控制系统分析
控制系统性能度量与分析，灵敏度和稳定性分析，校正方法与控制器设计。
常见的控制算法
PID控制器
比例、积分、微分控制算法，控 制精度与稳定性的关系。
Kalman滤波
状态估计算法，基于最小均方误 差（MMSE）的实时信号处理。
模糊控制
基于模糊数学的控制方法，可以 处理非线性、复杂系统。
计算机控制系统设计
设计思路
基于不同控制系统的特点，如何设计计算机控制系统。
接口设计
不同传感器与执行器的接口设计，数据采集与控制指令发送。
软硬件设计
控制器的硬件、程序设计，开发环境与调试工具的选择与使用。
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》课件计算机控制技术是一门研究计算机在控制系统中应用的学科，其研究内容主要包括计算机控制系统的设计、优化和应用等方面。
随着计算机技术的不断发展和应用，计算机控制技术已成为现代工业控制领域中不可或缺的关键技术之一。
一、计算机控制技术的发展概述随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也得以快速发展。
从早期的计算机控制系统，如总线控制技术、时分多路复用控制技术，到现代智能化控制系统，如模糊控制技术、神经网络控制技术、遗传算法控制技术等，计算机控制技术在工业控制领域中起到了举足轻重的作用。
二、计算机控制系统的基本组成计算机控制系统的基本组成包括三个部分：计算机控制器、执行机构和控制对象。
其中，计算机控制器主要由计算机、I/O设备和接口电路组成；执行机构包括驱动器、电机、气动元件等；控制对象则是需要进行控制的物理过程或系统，如机械、化工、电力等。
三、计算机控制系统中常用的控制算法1. 比例积分微分控制算法（PID）PID控制算法是计算机控制系统中最常用的控制算法之一，其根据当前误差、误差变化率和误差积分值计算控制量，以达到控制系统的稳定性和响应速度等要求。
2. 模糊控制算法模糊控制算法是一种智能化控制算法，其根据模糊推理技术将模糊的输入变量转化为精确的输出变量，以实现对控制对象的精准控制。
3. 神经网络控制算法神经网络控制算法是一种基于神经网络技术的控制算法，其利用神经网络模拟人类大脑的工作方式，以实现对控制对象的自适应控制和非线性控制。
四、计算机控制技术在工业领域中的应用案例1. 汽车制造在汽车制造领域，计算机控制技术主要应用于机器人控制、汽车零部件生产线控制和汽车整车生产过程控制等方面。
通过计算机控制系统的精准控制，汽车制造企业可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量和稳定性。
2. 机床制造在机床制造领域，计算机控制技术主要应用于数控机床和智能化机床控制方面。
通过计算机控制系统的精准控制，机床制造企业可以实现对机床加工过程的自动化和智能化控制，提高加工精度和生产效率。
《计算机控制技术》PPT课件
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PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的 管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的 局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率 33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种， 数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
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• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• DCS采用分散控制，集中操作，分级
管理，分而自治和综合协调的设计原则， 把系统从上到下分为分散过程控制级、 集中操作监控级、综合信息管理级，形 成分级分布式控制。
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• （5）现场总线控制系统
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3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础 上缩小模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系 统的要求。有104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结 构。
第一章 绪论
一.计算机控制系统概论 二.工业控制机的组成结构及特点 三.计算机控制系统的发展概述 •
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一 计算机控制系统概论
1.计算机控制系统及其组成 图示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,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。 偏差 控制量
给定量 + r-
e
u
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二.工业控制机的组成结构及特点
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《计算机控制技术》课程标准
一、课程信息
课程名称：计算机控制技术课程类型：电气自动化专业支撑课
课程代码：授课对象：电气自动化专业
学分：3.0 先修课：模拟电子技术、数字电子技术
微机原理
学时：52 后续课：单片机
二、课程性质、地位和目标
计算机控制技术已成为信息时代推动自动化的重要动力。
对于电气、电子、自动化和计算机应用等专业的学生，计算机控制技术已成为一门重要的专业课程。
本课程也是一门集电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术为一体的综合性专业课程，学好本课程有利于促进培养知识面宽、动手能力强的高级应用型人才。
本课程通过介绍反馈控制系统的基本工作原理和连续控制系统的最基本的理论以及自动控制系统中常用的传感器和执行器，使学生建立起自动控制系统的最基本概念，然后平稳地过渡到计算机控制系统，通过对采样、数据处理、输入输出通道的设计、PID算法、各种抗干扰措施和大型微机测控系统的介绍，使学生了解或掌握计算机控制的基本技术。
然后，通过对微机测控系统中正在大量使用的PLC和先进的单片机的简单介绍，进一步扩宽学生的知识面，使他们今后能够设计出高性能价格比的产品。
通过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统相关的基本理论和主要技术，如计算机过程输入输出及过程通道技术，数据处理技术，数字程序控制技术，常规及复杂控制技术以及计算机控制系统中各种控制算法的实现方法，并以实例的方式介绍计算机在控制系统的应用，使学生掌握各种微机控制系统的组成及一般的设计方法，并对计算机控制系统的现状及发展有一定的了解。
同时，学生应了解并基本能够将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，设计出相应的计算机控制系统。
最后，通过本课程的学习，学生还应基本了解相关的现代控制技术以及分散型测控网络技术。
三、教学内容与要求
四、教材、资料
教材：杨立，《计算机控制与仿真技术》（第二版）
参考书：1、俞光昀，《计算机控制技术》（第二版），电子工业出版社，2008；
2、王建华，《计算机控制技术》，高等教育出版社， 2009年；
3、丁建强等《计算机控制技术及其应用》，清华大学出版社， 2012年；
4、温希东，《自动控制原理及其应用》，西安电子科技大学出版社,2007年。
五、需要说明的其他问题
1、教学评价与考核
基本知识闭卷考试，占60%。
出勤占10%，作业占10%，课堂表现占5%，期中考试成绩占10%。
2、教学设施要求：电气测量实验室、电工电子实验室、单片机实验室、PLC实验室。