2010《计算机控制技术》(A)(建电80701)
计算机控制技术 第1章PPT课件
1.1 计算机控制系统概述
典型的工业生产过程： 连续过程：产品为液体或气体 离散过程：也称制造业，其产品为固态，按
件计量 批量过程：间歇性多品种生产过程，是连续
过程和离散过程交替进行
茶饮料生产场景
轮胎生产部分设备
1.1.1计算机控制系统
1. 计算机控制系统工作原理 计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技
和生产过程两大部分组成。
1.1.3 常用的计算机控制系统主机
1. 可编程序控制器（PLC） 2. PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工 3. 业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器， 4. 用于其内部存储程序，执行面向用户的指令，并通
过 5. 数字或模拟式输入/输出，控制各种类型的机械或
《计算机控制技术》
理论：40学时 实验：8学时 考核：平时30% 期末70% 主讲：自动化教研室韦莉莉
计算机控制技术 前言
1、为什么开设该课程？ 计算机技术成熟和普及，计算机的应用是非常 广泛的，它几乎渗透了人类社会的各个环节。
随着科学的发展、技术的进步和对控制的要求的 提高，控制对象越来越复杂多样，使控制系统的 控制越来越复杂，出现了多输入—多输出的多变 量系统、非线性系统控制、时变和分布参数控制 系统。对于这些系统，使用常规的控制方法和手 段实现是十分困难的。现代控制理论和计算机技 术结合极大地推动自动控制技术发展。
应用问题
4、教材《微型计算机控制技术》
作 者：于海生 丁军航
出版社：清华大学出版社
1）特点：
1.1 国家级精品课程配套教材、国家级“十一五”规 划教材和高等教育面向二十一世纪教材
1.2第1版于1999年出版，先后印刷24次，发行量 近14万册，是计算机控制领域的经典教材。本书还 荣获全国高校优秀教材二等奖。 1.3第2版充实新理论、新技术和新方法，以主流机 型ISA/PCI总线工业控制机为控制工具，系统阐述 计算机控制系统的设计和工程实现方法。着力培养 学生的实践能力与创新精神。
《计算机控制技术》PPT课件
生 产 过 程
模拟控制系统结构图
计算机控制系统结构图
两者都是自动控制系统，两者都实现PID控制 模拟控制器 硬设备 只能控制一个回路 控制过程中算法不能改变 数字控制器 软设备 可控制多个回路 控制过程中算法可以改变，可实 现除PID以外的多种复杂控制
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1.4计算机控制系统举例
如果不考虑扰动(w(s)=0)，则其传递函数为：
G( s )
a ( s)
u( s )
1 s s( 1) a
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工业炉控制的典型情况。 为了保证燃料在炉膛内正常 燃烧，必须保持燃料和空气 的比值恒定。它可以防止空 气太多时，过剩空气带走大 量热量；也可防止当空气太 少时，由于燃料燃烧不完全 而产生许多一氧化碳或碳黑。 为了保持所需的炉温，将测 得的炉温送入计算机计算， 进而控制燃料和空气阀门的 开度。 为了保持炉膛压力恒定，避 免在压力过低时从炉墙的缝 隙处吸入大量过剩空气，或 在压力过高时大量燃料通过 缝隙逸出炉外，必须采用压 力控制回路。测得的炉膛压 力送入计算机，进而控制烟 道出口挡板的开度。
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痖靅甤憌腗隧睓湥蚩椢砌翲糮殣 荟讃襊焕妋瓶懸劆鵐坦帅鎺钞邮 巰軸璩骳惨褈釼虉謱坴卉任鶢囆 椞觍登譃兎魈唉祠族菼蹚夸緩藮 1 2 慷璀趭賋戚飵擤齰胈鐖睚烬拕熧 3 縋鸫爠糷栿緩琊憢氟簜灠鰾衬摣 4 5 昕絚氽万昌晇栢嗒炧頴觃汍柀楘 6男女男男女 漽訐暪浕畹唭譞貜淅猽艜毅冲淈 7古古怪怪古古怪怪个 8vvvvvvv 涙誖栔细餴風襹鋃侳殜淽呝陙普 9 愧銺鴈崀燼震凍痟媾圑箦衃爊肾 岏荧瓘幯艈颚仅顶鄰蓜卼黽吁蜋
计算机控制系统设计与实现ppt课件
▪ ⑵模拟量输入输出(AI／AO)模板 ▪ AI／AO模板包括A／D、D／A板及信号调
理电路等。AI模板输入可能是0～±5V、1～ 10V、0～10mA、4～20mA以及热电偶、热 电阻和各种变送器的信号。AO模板输出可能 0～5V、1～10V、0～10mA、4～20mA等信 号。选择AI／AO模板时必须注意分辨率、转 换速度、量程范围等技术指标。
2 数据类型和数据结构规划
▪ 从数据类型：逻辑型和数值型，但通常将逻 ▪ 辑型数据归到软件标志中去考虑。 ▪ 数值型可分为定点数和浮点数。定点数有直观、编 ▪ 程简单、运算速度快的优点，其缺点是表示的数值 ▪ 动态范围小，容易溢出。浮点数则相反，数值动态 ▪ 范围大、相对精度稳定、不易溢出，但编程复杂， ▪ 运算速度低。 ▪ 如果某参数是—系列有序数据的集合，如采样信号 ▪ 序列，则不只有数据类型问题，还有一个数据存放 ▪ 格式问题，即数据结构问题。
其中
▪ 包括：数字PID控制算法、大林算法、Smith补偿控制算
法、
▪ 最少拍控制算法、串级控制算法、前馈控制算法、解耦 28
▪ (3)控制量输出程序 ▪ 控制量输出程序实现对控制量的处理(上下限和变
化
▪ 率处理)、控制量的变换及输出，驱动执行机构或
各
▪ 种电气开关。
▪ 控制量也包括模拟量和开关量输出两种。模拟控
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3 选择变送器和执行机构
▪ ⑴选择变送器 ▪ 变送器是这样一种仪表，它能将被测变量（如温度、压力、
物
▪ 位、流量、电压、电流等）转换为可远传的统一标准信号
(0～
▪ 10mA、4～20mA等)，且输出信号与被测变量有一定的连续
关
▪ 系。在控制系统中其输出信号被送至工业控制机进行处理、
(完整版)计算机控制技术试卷及答案
(完整版)计算机控制技术试卷及答案一、]t b 填空题1.工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。
2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。
3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。
4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D 转换器。
5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。
6.信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。
7.按极点配置设计的控制器通常有两部分组成，一部分是状态观测器，另一部分是控制规律。
8.模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。
9.线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来顺序存放数据元素。
10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。
二、名词解释1.采样过程按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程2.地线”是信号电流流回信号源的地阻抗路径3.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制4.数据是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合5.积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作三、选择题（合计15分，每题3分）1.下列不属于数字控制方式的是（C ）A、点位控制B、直线控制C、网格控制D、轮廓控制2.8位的A/D转换器分辨率为（C ）A、0.01587B、0.007874C、0.003922D、0.00097753.专家控制系统大致可以分为（D ）①专家自整定控制②专家自适应控制③专家监督控制④混合型专家控制⑤仿人智能控制A、①②③⑤B、②④⑤C、②③④⑤D、①③④⑤4.一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%)，孔径时间3.18μm，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（B ）A、5HzB、50HzC、100HzD、500Hz5.某热处理炉温度变化范围为0~1350℃，经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A，此时炉温为（C ）A、588.98℃B、288.98℃C、361.23℃D、698.73℃四、简答题（合计20分，每题5分）1.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。
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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
《计算机控制技术》课件
第1章 绪论
内容提要
• 计算机控制系统概述 • 计算机控制系统的典型形式 • 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及趋势
《计算机控制技术》
本章要求、重难点
• 基本要求：了解计算机控制系统及其基本组成。 • 教学重点：计算机控制系统的典型形式。 • 教学难点：计算机控制系统的工作原理。
《计算机控制技术》
1.1 计算机控制系统概述
• 自动控制
控制器
在没有人直接参与的情况下，利用外加
的设备或装置，使机器、设备或生产过程的
某个工作状态或参数自动地按照预定的规律
运行。
被控量
被控对象
《计算机控制技术》
自动控制系统的结构
给定量 + -
控制器
执行机构
检测装置
被控对象
被控量
自动控制系统的基本功能是进行信号的传递、加工、比 较和控制。这些功能是由检测装置、控制器和执行机构来完 成的。其中控制器是控制系统的关键部分，它决定了控制系 统的控制性能和应用范围。
《计算机控制技术》
1.1.1 计算机控制系统及其组成
1. 计算机控制系统 （1）计算机控制系统的工作原理
给定量 + -
e
u
控制器
D/A
A/D
执行机构
被控对象
测量变送
工控机
被控对象
《计算机控制技术》
被控量
y
工作原理
实时数据采集： 实时控制决策：
对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行检测和输入。
键盘（功能键和数字键）
《计算机控制技术》
软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
计算机控制技术chapter7
为了实现平稳控制，需对被控量的变化率PR加以限制
变化率的选取要适中，过小会使响应变慢，过大则达不 到限制的目的
7.3.2 偏差处理
1. 计算偏差
当D/R=0，代表正作用，偏差DV=CPV-CSV 当D/R=1，代表反作用，偏差DV=CSV-CPV
2. 偏差报警
当偏差绝对值|DV|＞DL时，偏差报警状态DLA为 “1”
控 制 算 法
Uk
控 自动 制 CMV 手动 量 切换 处 处理 理
MV
数字控制器的控制模块
7.3 数字控制器的工程实现
7.3.1 给定值和被控量处理 7.3.2 偏差处理
7.3.3 控制算法的实现
7.3.4 控制量处理 7.3.5 自动手动切换技术
7.3.1 给定值和被控量处理
1. 给定值处理
系统误差的自动校准 线性化处理和非线性补偿 标度变换方法 越限报警处理
7.2.1 系统误差的自动校准
系统误差
指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值（包括大 小符号）保持恒定，或按某种已知的规律变化的误差
特点
在一定的测量条件下，其变化规律是可以掌握的，产生 误差的原因一般也是知道的 系统误差是可以通过适当的技术途径来确定并加以校正 的
3. 面向对象程序设计（C/C++/VC, VB）
7.1.1 模块化与结构化程序设计
1. 模块化程序设计
把一个复杂的系统软件，分解为若干个功能模块，每个模块执 行单一的功能，并且具有单入口单出口结构
（1）自底向上模块化设计
先对最低层模块进行编码、测试和调试 正常工作后，就可以用它们来开发较高层的模块 汇编语言设计常用的方法
《计算机控制技术》电子教案
《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)
《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1．填空题(1) 闭环控制系统，开环控制系统(2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出(3) 计算机，生产过程(4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道(5) 系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。
计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
(2)操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。
直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。
监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。
SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。
集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。
缺点是系统比较复杂。
计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
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）
D.可增大也可减小
6. 在参数不变的情况下将一个连续系统改造为计算机控制系统，其稳定性与 原连续系统相比将（ A．变好 ） C．不变 ） D.始端屏蔽 D.不确定
系
B．变坏
7. 下列的抗干扰方法中，属于软件滤波的是（ A. RC 滤波 B.中值滤波 ）
C.指令冗余
8. 为了提高运算精度可以（ A.采用浮点数，增加运算字长
Ts
C.ω s 任意
D. ω s＝ω max
4. 零阶保持器的传递函数为（ A. H(s)= C. 5. H(s)=
1 eTs s
1 e Ts s
e 1s
Ts
班级
1 es
D. H(s)=
若计算机控制系统中执行机构动作惯性增大，则采样周期（ A.应增大 B.应减小 C.可以不变
3. 已知调节器传递函数为 D ( s )
U (s) E (s)
4) ((ss1) ，
T=1 秒。
1）试用双线性变换法，将其离散，求 D(z)=？ 2）试求实现计算机控制的控制算法。
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4. 加工一条直线，起点为坐标原点，终点为 E（4，-2），要求： (1) 按逐点比较法插补进行列表计算； (2) 画出走步轨迹图, 并标出进给方向步数。
扬州大学试题纸
广陵 ( 2010－2011 学年第 一 学期) 学院 建电 80701 班(年)级课程 计算机控制技术 ( A )卷 题目 得分 一 二 三 四 五 总分
姓名
一． 选择题（每题 1 分，共 10 分） 1. GPIB 的电气特性要求总线信号采用负逻辑，下列（ 状态。 A. 10V B．3V C. 0.5V
两种方式。 以
6. 在数字控制器中的偏差处理部分可分为 及输入补偿和非线性特性等四部分。 7. 三相步进电机按单三拍方式工作，各相通电次序为 8. 采用输入滤波器是抑制_ _ _ __干扰的方法之一。
。
9. 数控系统按控制方式来分类，可以分为 控制，这三种控制方式都是运动的轨迹控制。 10. 按按简易工程法整定 PID 参数常用的整定方法有 扩充响应曲线法两种。 三． 名词解释（每题 3 分，共 15 分） 1. 计算机直接数字控制（DDC）系统
第9页 第6页
B. 采用浮点数，减小运算字长
C. 采用定点数，增加运算字长 D. 采用定点数，减小根时钟传输线的通信方式是（ A. 串行传输 B. 同步传输
） D. 异步传输
C. 并行传输 ）
10. 采用计算机控制步进电机加速运转的方法是（ A．输出字更换时间间隔不变 C．输出字更换时间间隔增大 二． 填空题（每题 1 分，共 10 分） 1. 总线所连的设备有控者、
B．输出字更换时间间隔变小 D．输出字更换速度变慢
以及讲者三种类型。 _____。
2. 数字量输入通道的调理作用除有滤波、电平转换、隔离外还有__
3. 为使传感器特性与 A/D 变换器特性相匹配，通常应在传感器与 A/D 之间加 入 。 、 以
4. 圆弧插补计算过程分为偏差判别、坐标进给、 及终点判断五个步骤。 5. 数据传输的线路通常有 、 、
3. 试写出数字式 PID 调节器位置算法及增量式算法表达式。
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4. 产生量化误差的原因主要有哪些？
5. 在 PID 控制中，积分的作用是什么？为了提高控制性能，对积分项可采取哪些改 进措施？
五． 计算题（第 1 题 8 分，第 2、3、4 每小题 9 分，，共 35 分） 1. 现已知某飞机飞行高度变化范围为 0～10000 米，测试时，要求系统对高度变化的 分辩率为 2.5 米，则需选择多少位的 A/D 变换器。若测试时，通过高度表改变测 试方式，测量相对基准高度 9800 米的±200 米的变化量，试问此时 A/D 变换器的 分辩率为多少？
U ( z ) b0 b1 z 1 bm z m 2. 设数字控制器 D(z)的一般形式为 D( z ) 。 E ( z ) 1 a1 z 1 an z n
（式中 n≥m，各系数 ai，bi 为实数，且有 n 个极点和 m 个零点）。写出数 字控制器 D(z)的递推控制算法表达式。
）电平为逻辑“1”
D. 2V ） D.I/V 变换电路
学号
2. 下列各个环节中，不属于数字量输入通道的是（ A. 调理电路 B. 锁存器 C. 译码器
3. 欲使具有最高频率为ω max 的连续信号经采样后仍能恢复出原信号， 必须使采 样频率ω s 满足（ A. ω s＜2ω max ） B.ω s≥2ω max ） B. H(s)=
、直线切削控制和轮廓切削
和
2. 过程通道
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---------------------------------------装---------------------------------------订-------------------------------------------线----------------------------------------------5. 孔径误差 4. 有源 I/V 变换 3. 数字控制器的连续化设计 四． 简答题（每题 6 分，共 30 分） 2. 采样周期的选择需要考虑哪些因素? 1. 工业控制计算机由哪几部分组成？工业控制计算机由哪些特点？