计算机检测与控制系统
计算机控制系统
计算机控制系统组成：被控对象、执行机构、测量装置、指令给定装置计算机系统主要部件：A/D变换器、D/A变换器、数字计算机计算延迟：计算机控制系统中由于信号的采集，输出信号的保持，以及计算机处理信息的延迟作用产生的输入与输出信号之间的延迟。
计算机控制系统的控制过程：1实时数据采集即对被控量及指令信号的瞬时值进行检测和输入2实时决策即按给定的算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令3实时控制即根据决策实时地向被控对象发出控制信号计算机控制系统优点：1. 运算速度快、精度高、具有极丰富的逻辑判断功能和大容量的存储能力，容易实现复杂的控制规律，极大地提高系统性能。
2. 功能/价格的性价比高。
3. 控制算法灵活，由软件程序实现，因此适应性强，灵活性高。
4. 可使用各种数字部件，从而提高系统测量灵敏度并可利用数字通信来传输信息。
5. 使控制与管理更易结合，并实现层次更高的自动化。
6. 实现自动检测和故障诊断较为方便，故提高了系统的可靠性和容错及维修能力。
缺点与不足：抗干扰能力较低。
计算机实际工程设计的设计方法：1.连续域设计-离散化方法。
将计算机控制系统看成是连续系统，在连续域上设计得到连续控制器。
由于它要在数字计算机上实现，因此，采用不同方法将其数字化(离散化)。
2.直接数字域(离散域)设计。
把系统看成是纯离散信号系统，直接在离散域进行设计，得到数字控制器，并在计算机里实现。
控制系统中信号分类从时间上区分：连续时间信号__在任何时刻都可取值的信号；离散时间信号__仅在离散断续时刻出现的信号。
从幅值上区分模拟信号__信号幅值可取任意值的信号。
离散信号__信号幅值具有最小分层单位的模拟量。
数字信号__信号幅值用一定位数的二进制编码形式表示的信号。
保持采样间隔内信号不变的装置为零阶保持器zoh。
特点：1.幅频为非理想的滤波器2.相频存在滞后，与采样周期有关周期采样和随机采样的区别：周期采样过程中采样周期不变，而随机采样过程中采样周期发生变化，且采样间隔物规律。
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。
简述计算机控制系统的一般组成
简述计算机控制系统的一般组成
计算机控制系统一般由以下组成部分组成：
1. 传感器：用来检测被控制对象（如温度、压力、流量、位置等）的状态和变化，并将这些信息转换成计算机可识别的信号。
2. 执行执行机构：根据控制指令对被控制对象进行动作控制的执行器，例如电动机、阀门、泵等。
3. 控制器：计算机控制系统的中枢，进行控制逻辑的编程和指令执行。
4. 人机界面：提供与计算机控制系统进行人机交互的接口，例如触摸屏、键盘、显示器等。
5. 通信网络：用来实现不同部件之间的通讯和数据传输，例如局域网、串口通信等。
6. 电源系统：提供电能给各个部分。
《检测与过程控制》习题集
《检测与过程控制》习题集1、计算机控制系统的类型很多，其中最为典型的控制系统是哪四种？（0.2）答：DDC（直接数字控制系统）PCS（管控一体化系统）DCS（集散控制系统）FCS（现场总线网络控制系统）2、图1为某测控仪表的单片机共阳型LED数码管显示接口电路，软件采用动态扫描显示方式，试确定其显示十进制数码0～9的段码表。
（0.2）数字0 1 2 3 4 5 6 7 8 9段码表0X03 0X3F 0X4A 0X2A 0X36 0XA2 0X82 0X3B 0X02 0X223、何谓直接测量？何谓间接测量？什么情况下可采用间接测量方式？（1.1）答:直接测量：对被测量进行测量时，直接可以得到待测量的数值。
间接测量：用测量一个或多个与被测量有关的物理量，通过函数关系式计算出被测量的数值。
采用间接测量方式：在采用直接测量方式，直接测量不方便或直接测量误差大于情况下可采用采用间接测量方式4、一般检测系统是由哪几部分组成？其中的检测环节的主要设备有哪些？变换环节主要由什么电路构成？目前常用的硬件信号调理方法（模拟信号调理技术）有哪几些？（1.2）答：检测系统组成：检测环节、变换环节、显示环节检测环节的主要设备：敏感元件、传感器、变换器变换环节主要电路构成：信号调理电路组成硬件信号调理方法：测量电桥、信号放大、信号隔离、硬件滤波、v/f转换、v/i转换5、传感器的种类很多，从能量的角度出发，可将传感器划分为哪两种类型？（1.2）答：能量控制型传感器和能量转换型传感器6、何谓能量控制型传感器？何谓能量转换型传感器？（1.2）答：能量控制型传感器：指被测量的变化转换成电参数的变化，传感器需外加激励电源，才可将电参数的变化转化为电量的变化。
能量转换型传感器：可以直接将被测量的变化转换成电压、电流的变化，不需要外加激励电源。
7、变送器的输出目前通用的两种标准直流电流信号分别为多少mA？而变送器输出的标准空气压力信号为多少kPa？它们与被测参数的性质和测量范围有无关系？(1.2)答：两种标准直流电流信号：4~20mA和0~10mA变送器输出的标准空气压力信号：20~100kPa它们与被测参数的性质和测量范围无关8、检测仪表按信号的输出（显示）形式可分为哪几类？(1.3)答：模拟式仪表和数字式仪表9、根据被测参数的不同，检测系统按被测参数可分为哪几类？(1.3)答：机械参数、电气参数、过程参数等10、检测系统按照仪表使用的能源类型不同可分为哪几类？(1.3)答：机械式仪表检测系统\电动式仪表检测系统\气动式仪表检测系统和光电式仪表检测系统11、检测系统的基本特性是指什么？其基本特性包括哪两类？（1.4）答：基本特性：检测系统的输出与输入的关系；其基本特性包括：静态特性和动态特性12、什么是检测系统的静态特性？工程上常用哪几个指标来衡量仪表或系统的静态特性的品质？（1.4）答：检测系统的静态特性：当系统输入量不随时间变化时，输出与输入之间的关系。
汽车检测站计算机控制系统
与自动控制技术、网络通讯技术相结合，对 车辆的安全性、动力性、燃料经济性、尾气 排放、整车装备等参数进行测量、计算、判 断，并将结果进行输出、存储、传送的智能 化系统，它具有实时性、可靠性、准确性的 特点，是现代汽车检测作业中不可或缺的重 要工具。
◆C/S的优点是能充分发挥客户端PC的处理能 力，很多工作可以在客户端处理后再提交 给服务器。对应的优点就是客户端响应速 度快
◆任一电脑出问题或系统软件升级时，每一 台客户机需要重新安装，其维护和升级成 本非常高
4.关于B/S系统结构
◆ B/S(Browser/Server)又称浏览器/服务器模式。 ◆ B/S最大的优点就是可以在任何地方进行
（3）网络访问的控制方法 CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路存取）、 令牌环法、 令牌总线。
开关量1 传感器1
开关量2 传感器2
分布式联网方式
远程 internet
工
位
管理机
机
1
站长机
服
务
器
登录机
工
位 机
调度机
2
3.关于C/S系统结构
◆ C/S(Client ／ Server Structure)又称客户 机/服务器模式。
1.按联网系统结构分类： （1）集中式：采用单一的计算机来实现对
工业大系统的控制。数据集中采集，集中 处理。 （2）集散式（DCS）：以微处理器为基础， 是应用于过程控制的工业化的分布式计算 机控制系统。数据分散采集，集中处理。
（3）分布式：将一个工业大系统划分为若 干个子系统，分别由若干个控制器去控 制。在各工位分别采集处理，并存储输 出。再通过网络将各工位（节点）组成 局域网。
数学模型与计算机控制 第二章 计算机测控系统组成及类型
第二章计算机测控系统组成及类型2.1 计算机测控系统的组成及特点计算机测控系统是应用计算机来实现生产过程的测试、控制的系统。
其组成框图如图2-1所示。
操作人员微机测控系统图2-1 计算机测控系统的组成主机是计算机的测控系统的中心。
主机由的系统板上装有微处理器、内存贮器和一些支持元件组成。
外部设备是计算机专用的输入输出设备。
主要有：键盘、打印机、视频显示器、外存贮器（软盘、硬盘、磁带、可读写光盘等）。
外部设备起人机联系的作用，通过它人工才能了解和干预生产过程。
计算机是由主机和外部设备组成。
外围设备计算机测控系统中生产过程信号输入输出通道。
输入通道包括模拟量输入、开关量输入和脉冲量输入通道。
输出通道包括模拟量输出、数字量输出、脉冲量输出、报警通道和时钟通道。
由计算机和外围设备组成了工业控制机。
生产过程的各种参数，如温度、压力、流量、位移、成分等，通过传感器的测量输给外围设备的输入通道。
控制部件则通过接收外围设备的输出通道的信号来控制生产过程。
用工业控制机对生产过程进行测控就组成了计算机测控系统。
主机、外部、外围和测控仪器仪表，是计算机测控系统的硬件部分。
除硬件部分之外，还必须配备相应的软件。
计算机测控系统的软件可分系统软件和应用软件。
系统软件是计算机本身的操作系统和监控程序，它有一定的通用性，由计算机生产厂家提供。
应用软件是实现生产过程测控的应用程序，也称用户程序，它具有专用性，由用户根据具体需要编制。
由常规测控仪器仪表构成的模拟测控系统，虽具有可靠性高、成本低、易于维护操作的优点，但是它难以实现多变量测控、复杂控制规律的控制，如最优控制，自适应控制，时变控制；模拟控制屏越来越长，难以实现集中控制；各分子系统之间不便于进行通讯联系，难以实现多级控制；控制方案的修改比较麻烦。
计算机测控系统则能很好地解决上述问题。
计算机测控系统不仅能完成模拟测控系统的所有功能，而且还具有如下优点：（1）测控的速度和精度高；（2）由于计算机具有分时操作功能，所以一台计算机可以代替多台常规测控装置；（3）由于计算机具有记忆和逻辑判断功能，所以能够综合生产过程各方面的情况，在工艺参数变化时能及时地作出判断，选择最优控制。
计算机控制系统概要
实时性与可靠性
嵌入式系统和微控制器 在实时性和可靠性方面 不断提高，满足各种工 业控制和安全关键系统 的要求。
THANKS
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远程控制
通过网络对远端的控制系统进行操作和控制，实 现远程维护和调试。
无线控制
利用无线网络技术，实现对控制系统的无线连接 和控制，提高系统的灵活性和便利性。
嵌入式系统与微控制器的应用
小型化与低功耗
嵌入式系统和微控制器 在不断向小型化和低功 耗方向发展，满足各种 便携式和物联网设备的 需求。
高集成度与多功能
自适应控制
通过人工智能技术，使控制系统能够根据环境变 化和系统状态自适应地调整控制策略，提高系统 的稳定性和效率。
故障诊断与预防
利用人工智能技术对系统运行过程中的异常数据 进行检测和分析，提前发现潜在的故障并进行预 防。
网络化与远程控制技术的发展
远程监控
通过网络实现对控制系统的远程监控，方便对系 统的实时状态和运行情况进行了解。
早期阶段
20世纪50年代，计算机开始被应 用于工业控制领域，出现了基于
模拟电路的计算机控制系统。
发展阶段
20世纪70年代，随着微处理器和 集成电路技术的发展，计算机控制 系统逐渐向数字化、智能化方向发 展。
成熟阶段
21世纪初，计算机控制系统已经广 泛应用于各个领域，成为现代工业 生产中不可或缺的重要部分。
控制算法
根据控制系统的要求，采用一定的数 学模型和算法，对数据进行运算和处 理，得到控制信号。
执行机构与传感器
执行机构
根据控制信号调节被控对象的参数，如阀门、电动机等。
计算机控制系统
图2-1 输入输出过程通道组成结构图பைடு நூலகம்
表2-1 生产过程输入输出信息来源与用途
信息种类
模拟量输入 数字量输入 脉冲计数器 模拟量输出 数字量输出
输入信息来源或输出信息的用途
温度、压力、物位、转速、成分等 接点的通断状态、电平高低状态、数字装置的输出数码等 流量积算、电功率计算、转速及脉冲形式的输入信号等 控制执行装置、显示、记录等 对执行器进行控制、报警显示等
图2.12是采用晶闸管输出型光电隔离器驱动 双向晶闸管的电路图，图中与晶闸管并联的RC 网络用于吸收带感性负载时产生的与电流不同步 的过压，晶闸管门极电阻则用于提高抗干扰能力， 以防误触发。
图2.12 光电隔离的双向晶闸管输出
功率场效应管输出（了解）
功率场效应管(MOSFET)是压控电子开关，只要在其 栅极G和源极S之间加上足够的控制电压，漏极D和源极S 之间即可导通。MOSFET的栅极控制电流为微安级，而 导通后漏极D和源极S之间允许通过较大的电流，如 IRF640导通时，D、S间允许通过的最大电流可达18A。
为便于后续的描述和分析，下面定义几种类型信号，并在图2. IN+ 的电压低于 IN- 的电压时，则S断开，外接电容保持S断开时刻的电压，并经A3 组成的跟随器输出至输出端。 21是LF398典型应用电路。 W117、W217、W317是正输出三端电压可调式集成稳压器，使用方便，内部具有过热、过流等保护措施，比W7800系列稳压器有更
根据输入级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器件可分为 三极管型、晶闸管型等几种，但其工作原理都是采用光作为传输 信号的媒介，实现电气隔离。
使用光电隔离器件的注意事项
输入侧导通电流
要使光电隔离器件导通，必须在其输入侧提供足 够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光电 隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流 IF=10mA。
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计算机检测与控制系统
Computer Measurement and Control System
课程编号：30410102 学分数：2 开课单位：计算机技术与自动化学院
课内总时数：40
任课教师姓名及职称：王萍教授
开课学期：2 教学方式：讲授
教学要求及目的
了解和掌握组成计算机测控系统的各个环节以及组成部分的设计方法和步骤。
熟悉计算机测控系统中高性价比的解决方案和新技术的应用。
课程的主要内容
1.计算机测控系统概论
计算机测控系统的发展过程，微处理器与微控制器技术，数字信号处理DSP技术，以及计算机测控系统的发展趋势。
2.基本输入输出系统设计
简单I/O接口电路的扩展方法，可编程并行接口及其应用，可编程计数器/定时器及其应用，可编程双通道异步收发器，数字量与脉冲量接口技术。
3.键盘接口技术
独立式键盘接口设计，矩阵式键盘接口设计，及DIP开关与拨码盘接口设计。
4.测控系统的显示技术
显示技术的发展及其特点，LED显示器接口设计，点阵液晶显示控制器及其应用。
5.计算机测控系统的控制技术
计算机测控系统的被控对象及性能指标，PID控制技术，串级控制技术，前馈-反馈控制技术，数字控制器的直接设计方法，大林算法，模糊控制技术。
6.模拟信号测量与控制接口技术
传感器，模拟信号放大技术模拟量输入通道，模拟量输出通道，AD和DA转换器，电流/电压转换电路。
7.数字控制与应用程序设计
数字控制基础，插补计算原理，步进电机控制，数字滤波程序和标度变换程序。
8.现场总线技术
现场总线的现状与发展，串行通信接口，Modbus通信协议，CAN现场总线，PROFIBUS现场总线。
9.测控系统的抗干扰与可靠性设计
干扰的分类，计算机测控系统的可靠性设计，抗干扰的硬、软件措施。
课程主要参考书
⒈李正军编著，计算机测控系统设计与应用，机械工业出版社，20XX。
⒉何克忠等，计算机控制系统，清华大学出版社，20XX。
⒊高金源等，计算机控制系统—理论、设计与实现，北京航空航天大学出版社，20XX。
预修课程
自动控制原理、微机原理。
适用专业、范围
控制理论与控制工程、模式识别与智能系统、计算机应用技术、信息工程。
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