第一篇：《_計算機(jī)控制技術(shù)》教案

《 計算機(jī)控制技術(shù)》教案

一 教學(xué)目的和基本要求

工業(yè)控制是計算機(jī)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，計算機(jī)控制是為適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)。本課程的目的是簡明、系統(tǒng)地向?qū)W生介紹關(guān)于工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)的基本原理與技術(shù)，以提高本專業(yè)學(xué)生應(yīng)用計算機(jī)的能力，為今后從事計算機(jī)控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作打下一個良好的基礎(chǔ)。

基本要求： 掌握工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成原理及特點，了解計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢； 2 熟悉計算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)； 數(shù)字程序控制：熟練掌握逐點比較法插補(bǔ)原理和步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)； 4 熟練掌握數(shù)字PID控制器的設(shè)計及其參數(shù)的整定； 5 熟練掌握最少拍無紋波控制器的設(shè)計； 現(xiàn)代控制技術(shù)：掌握采用狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計法和極點配臵設(shè)計法； 掌握常用的幾種復(fù)雜控制的原理：純滯后控制，串級控制，前饋-反饋控制和解耦控制； 8 掌握模糊控制的基本概念和模糊控制器的設(shè)計方法； 9 了解分散型測控網(wǎng)絡(luò)的簡單技術(shù)； 熟練掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)中測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)； 11 掌握計算機(jī)系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)。

二 內(nèi)容提要

本課程從工程技術(shù)的觀點介紹工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原理和系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)。主要內(nèi)容如下：

緒論

主要介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原理，特點，指標(biāo)要求，發(fā)展概況和趨勢。2 數(shù)字程序控制

重點介紹逐點比較插補(bǔ)法原理和步進(jìn)電機(jī)的控制技術(shù)。3 常規(guī)控制技術(shù)

1）數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計：重點介紹目前應(yīng)用廣泛的數(shù)字PID控制器的工程實現(xiàn)和參數(shù)的整定：

2）離散化設(shè)計技術(shù)

重點介紹最少拍無紋波控制器的設(shè)計。4 模糊控制技術(shù)

1）模糊控制技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：主要包括模糊集合及其運算，模糊關(guān)系，模糊邏輯和模糊推理。2）模糊控制原理：主要包括模糊化，知識庫，模糊推理和清晰化。

3）模糊控制器的設(shè)計：包括模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，模糊規(guī)則的選擇和推理，模糊控制器論域及比例因字的確

定，模糊控制器程序的編寫。

5現(xiàn)代控制技術(shù)

主要介紹采用狀態(tài)空間的輸出反饋設(shè)計法，極點配臵設(shè)計法和最優(yōu)化設(shè)計法。6 復(fù)雜控制技術(shù)

簡單介紹純滯后補(bǔ)償控制，串級控制，前饋-反饋控制和解耦控制。7 應(yīng)用程序設(shè)計與實現(xiàn)

包括程序設(shè)計技術(shù)，測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)，數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)和軟件抗干擾技術(shù)。8 分散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

簡單介紹工業(yè)網(wǎng)技術(shù)，分散型控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線技術(shù)。

9 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

以實例說明計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)全過程。

三 教案的主要內(nèi)容

第1章 緒論

1.概述

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人們越來越多地用計算機(jī)來實現(xiàn)控制。近年來，計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計算機(jī)控制技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展，使自動控制技術(shù)正向著深度和廣度兩個方向發(fā)展。在廣度方面，國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域----從工業(yè)過程控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防技術(shù)到家用電器已廣泛使用計算機(jī)控制；控制對象也從單一對象的局部控制發(fā)展到對整個工廠、整個企業(yè)等大規(guī)模復(fù)雜對象的控制。在深度方面則向智能化發(fā)展，出現(xiàn)了自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等智能控制方法。

本章主要介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成、工業(yè)控制計算機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點、計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況和趨勢。2 重點與難點

2.1 控制系統(tǒng)的幾個重要概念

1.自動控制一般是指應(yīng)用控制器自動地、有目的地控制或操縱控制對象，使之能夠達(dá)到所要求的性能。控制對象是被控制的機(jī)器、物體及其所處的外部環(huán)境等。控制器是為達(dá)到系統(tǒng)要求的性能所使用的控制裝臵，它可采用電氣、機(jī)械或液壓等技術(shù)來完成控制操作。

2.控制系統(tǒng)由控制器和控制對象兩大部分組成，控制器是控制系統(tǒng)中

最重要的部分，它從質(zhì)和量的方面決定了控制系統(tǒng)的性能和應(yīng)用范圍。一個控制系統(tǒng)一般應(yīng)滿足以下兩個基本要求：(1)跟隨輸入

對一個控制系統(tǒng)通常都要求其輸出量隨輸入量的變化而變化，輸入量可能是常數(shù)或隨時間變化的軌跡，對于前者通常把輸入稱為給定值或期望值，而后者常稱為參考輸入或期望輸入。

(2)系統(tǒng)輸出盡量不受干擾的影響

3．開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)

若系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響，則稱該系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，既不需要對系統(tǒng)的輸出量進(jìn)行測量，也不需要將它反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行比較。

凡是系統(tǒng)的輸出信號對控制作用能有直接影響的系統(tǒng)都叫作閉環(huán)控制系統(tǒng)，即閉環(huán)系統(tǒng)是一個反饋系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個重要問題。

2．2計算機(jī)控制系統(tǒng)

1．采用計算機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為計算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱它為 數(shù)字控制系統(tǒng)。若不考慮量化問題，計算機(jī)控制系統(tǒng)即為采樣系統(tǒng)。進(jìn)一步，若將連續(xù)的控制對象和保持器一起離散化，那么采樣控制系統(tǒng)即為離散控制系統(tǒng)。所以采樣和離散系統(tǒng)理論是研究計算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)

2．計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可以歸結(jié)為一下三步：

（1）實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝臵的被控量的瞬 時 值進(jìn)行檢測和輸入。

（2）實時控制決策：對采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制規(guī)律決定進(jìn)一步的的控制過程。

（3）實時控制：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。

3．“實時“的含義是指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成，以及計算機(jī)對輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個時間就失去了控制的時機(jī)，控制也就失去了意義。實時的概念不能脫離具體過程，一個在線系統(tǒng)不一定是一個實時系統(tǒng)，但是一個實時控制系統(tǒng)必定是一個在線系統(tǒng)。

2．3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式

計算機(jī)控制系統(tǒng)所采用的形式與它所控制的生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度密切相關(guān)，不同的被控對象和不同的要求，應(yīng)有不同的控制方案。計算機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為以下幾種典型的形式。它們是：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC），DDC 2 系統(tǒng)屬于計算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計算機(jī)工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用方式；監(jiān)督控制系統(tǒng)；分散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

2．4 計算機(jī)控制系統(tǒng)的性能及其指標(biāo)

計算機(jī)控制系統(tǒng)的性能跟連續(xù)系統(tǒng)類似，可以用穩(wěn)定性、能控性、能觀性、穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性來表征，相應(yīng)地用穩(wěn)態(tài)裕量、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)、動態(tài)指標(biāo)和綜合指標(biāo)來衡量一個系統(tǒng)的好壞和優(yōu)劣。

第2章 數(shù)字程序控制技術(shù)

2．1概述

數(shù)字程序控制主要用于機(jī)床的控制，如用于銑床、車床、加工中心、線切割機(jī)以及焊接機(jī)、氣割機(jī)等自動控制系統(tǒng)中。采用數(shù)字程序控制的機(jī)床叫做數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床具有能加工形狀復(fù)雜的另件、加工精度高、生產(chǎn)效率高、便于改變加工零件品種等許多特點，它是實現(xiàn)機(jī)床自動化的一個重要發(fā)展方向。本章介紹數(shù)字程序控制基礎(chǔ)、逐點比較法插補(bǔ)原理以及步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)。

2．2 重點與難點

2．2．1 逐點比較法插補(bǔ)原理

逐點比較法插補(bǔ)就是刀具或畫筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，從而決定下一步的進(jìn)給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走，…。如此走一步看一看，比較一次，決定下一步的走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點逼近插補(bǔ)

2．2．2 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)中，輸出控制部分常采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動元件。步進(jìn)電機(jī)控制線路接受計算機(jī)發(fā)來的指令脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動數(shù)控系統(tǒng)的工作臺或刀具。指令脈沖的總數(shù)決定了數(shù)控系統(tǒng)的工作臺或刀具的總移動量，指令脈沖的頻率就決定了移動的速度。因此指令脈沖能否被可靠地執(zhí)行，基本上取決與步進(jìn)電機(jī)的性能。

第3章 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)

3.1概述 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計,是指在給定系統(tǒng)性能指標(biāo)的條件下,設(shè)計出控制器的控制規(guī)律和相應(yīng)的數(shù)字控制算法。本章主要介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)的常規(guī)和復(fù)雜控制技術(shù)。常規(guī)控制技術(shù)介紹數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計技術(shù)和離散化設(shè)計技術(shù)；復(fù)雜控制技術(shù)介紹純滯后控制、串級控制等技術(shù)。對大多數(shù)統(tǒng)，采用常規(guī)控制技術(shù)均可達(dá)到滿意的控制效果，但對于復(fù)雜及有特殊控制要求的系統(tǒng)，采用常規(guī)控制難以達(dá)到目的，在這種情況下，則需要采用復(fù)雜控制技術(shù)，甚至采用現(xiàn)代控制和智能控制技術(shù)。3.2重點與難點

3．2．1數(shù)字PID控制器的設(shè)計 1．控制算法

PID控制是一種應(yīng)用最廣泛的控制規(guī)律，它是根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行控制的。實際運行的經(jīng)驗和理論的分析都表明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時，都能得到滿意的效果。圖3.1示出了PID控制的示意圖。

其中D（Z）為PID控制器的Z傳遞函數(shù)，H（S）為保持器，G（S）為控制對象的傳遞函數(shù)。

（1）數(shù)字（PID）的位臵型算法

u(k)=KP(e(k)+T/TI?i?0e(i)+T/T(e(k)-e(k-1)))

Dk其中 u(k)為控制器的輸出，e(k)為偏差，KP為比例增益，TI為積分時間常數(shù)，TD為微分時間常數(shù)。由于上述算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位臵u(k)（如閥門的開度），所以被稱為數(shù)字PID的位臵型控制算法。

（2）數(shù)字PID增量控制算法

為了消除位臵型算法中的累加誤差e(i)，減少存儲單元，便于程序的編寫，我們引入PID的增量型算法。值得注意的是增量型算法僅僅是計算方法上的改進(jìn)，并沒有改變位臵型算法的本質(zhì)。在實現(xiàn)增量控制時必須采用具有保持歷史位臵功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如步進(jìn)電機(jī)等。增量算法為

?u(k)

=u(k)-u(k-1)=KP(e(k)-e(k-1))+KIe(k)+KD(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))其中 KP為比例增益，KI=KPT/TI稱為積分系數(shù)，KD=KP TD/T 稱為微分系數(shù)。2．?dāng)?shù)字PID控制器的參數(shù)整定

數(shù)字PID控制系統(tǒng)必須通過參數(shù)整定才能正常運行。需要整定的參數(shù)為采樣周期T、KP、KI 和TD。由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一般可選較小的采樣周期T，它相對于被空對象的時間常數(shù)來說就更短了，所以數(shù)字PID參數(shù)的整定過程是先按模擬PID控制參數(shù)整定的方法來選擇，然后再調(diào)整，并考慮采樣周期對整定參數(shù)的影響。常用的方法有：擴(kuò)充臨界比例度法、歸一參數(shù)整定法、優(yōu)選法等。

3．2．2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計技術(shù)

當(dāng)把圖3.1中的控制對象和保持器一起離散化后它就變成了一個純離散系統(tǒng)，這時可以直接根據(jù)計算機(jī)控制理論來設(shè)計控制器D（Z），通常我們把這種方法稱為離散化設(shè)計方法。設(shè)計D（Z）的基本公式為

D（Z）=1/G（Z）*?(z)/(1??(z))（3。1）其中G（Z）為廣義對象，?(z)為計算機(jī)控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。有限拍控制器的設(shè)計步驟：

1． 根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和約束條件確定所需的?(z)； 2． 求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)G（Z）； 3． 根據(jù)式（3.1）算出D（Z）；

4． 由D（Z）求出控制算法的遞推公式，進(jìn)而導(dǎo)出計算機(jī)控制算法。第4章 模糊控制技術(shù)

4．1 概述

數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計法、離散化設(shè)計法以及狀態(tài)空間設(shè)計法都要求有精確的被空對象的模型。但在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域中，由于被控對象大都具有非 線性、時變性和不確性等特點，往往難于用一個簡單而精確的數(shù)學(xué)模型來描述，因而給控制系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的困難。

模糊控制在一定程度上模仿了人的控制，它不需要有準(zhǔn)確的控制對象模型。因此它是一種智能控制方法，這種控制方法既可用于簡單的控制對象也可用于復(fù)雜的對象。模糊控制系統(tǒng)不僅在工業(yè)控制中獲得了廣泛的應(yīng)用，而且也已擴(kuò)展到其他領(lǐng)域，如地鐵的自動化、照相機(jī)頭的自動聚焦、彩色電視的自動調(diào)節(jié)、冰箱的除霜、空調(diào)、洗衣機(jī)、洗塵器、交通信號燈和電梯的控制等。

4．2 重點與難點

4．2．1 模糊集合及其運算 4．2．2 模糊關(guān)系

4．2．3 模糊控制原理 4．2．4模糊控制起的設(shè)計 1． 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2． 模糊規(guī)則的選擇和模糊推理 3． 清晰化

4． 模糊控制器論域及比例因子的確定 5． 編寫模糊控制器的算法程序 6． 雙輸入單輸出模糊控制器的設(shè)計 第5章 現(xiàn)代控制技術(shù)

5.1概述

上一章學(xué)過的模擬化和離散化設(shè)計方法,都是利用傳遞函數(shù)模型,根據(jù)對控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求設(shè)計出滿足要求的計算機(jī)控制系統(tǒng)。他們適用于簡單的線性定常系統(tǒng)。由于計算機(jī)的引入,目前在工業(yè)過程控制中PID仍用的比較普遍。

模糊控制是一種智能控制方法，它不需要有準(zhǔn)確的被控對象的模型，這種方法適用于控制無法或難以建立精確模型的物理對象，目前越來越得到了廣泛的應(yīng)用。但模糊控制非常依靠人的知識和經(jīng)驗，所以這就不能保證模糊控制器在任何情況下都能工作得好。

這一章我們介紹離散狀態(tài)空間設(shè)計法。這種方法利用對象的狀態(tài)空間模型，根據(jù)給定的系統(tǒng)的性能指標(biāo)，設(shè)計出滿足要求的計算機(jī)控制系統(tǒng)。這種方法的優(yōu)點是能夠處理多輸入多輸出、時變和非線性系統(tǒng)；便于計算機(jī)輔助設(shè)計和實現(xiàn)，但難于沿用古典控制理論中現(xiàn)成的設(shè)計方法。由于這種方法必須基于控制對象的精確模型，再加上許多算法比較復(fù)雜，所以目前在工業(yè)控制中應(yīng)用得還不普遍，從控制策略上講仍然是PID控制占主導(dǎo)地位。但離散空間設(shè)計法正在逐漸受到人們的重視和普及應(yīng)用。

5．2 重點與難點

5．2．1離散系統(tǒng)的能控性和能觀性

1． 一般概念：

能控性和能觀性是在狀態(tài)空間模型基礎(chǔ)上提出來的新概念。設(shè)線性定常系

統(tǒng)的離散狀態(tài)方程為

x(k+1)=Fx(k)+Gu(K)y(k)=Cu(k)+Du(K)系統(tǒng)的能控性討論輸入量u（k）和狀態(tài)量之間的關(guān)系，是指系統(tǒng)的狀態(tài)能否受輸入量的控制，若系統(tǒng)的狀態(tài)在輸入量的控制下能夠從任意一個狀態(tài)運動到另外一個任意狀態(tài)，則稱系統(tǒng)是能控的，否則系統(tǒng)是不能控的。

能觀性則討論狀態(tài)量x（k）和輸出量y（k）之間的關(guān)系，是指在系統(tǒng)的輸出量中是否包含有每個狀態(tài)變量的信息，即能否根據(jù)輸出量（一般是能夠量測的）來確定或重夠出所有的狀態(tài)變量。若上面的結(jié)論是肯定的，則系統(tǒng)時能管的，否則系統(tǒng)是不能觀的。

對于比較簡單的系統(tǒng)可用直接觀察的方法來判斷系統(tǒng)的能控性和能觀性，但對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)必須采用下面系統(tǒng)的方法來判斷。

2． 能控性和能觀性的判斷

n?1系統(tǒng)能控的充要條件為 rank [G FG FG… F 系統(tǒng)能觀的充要條件為

2G]=n（n為系統(tǒng)的階數(shù)）

?C?CF? rank????CF????=n ??n?1??

5．2．2 極點配臵設(shè)計法

閉環(huán)系統(tǒng)的極點分布與系統(tǒng)的控制性能之間有著密切的聯(lián)系。極點配臵設(shè)計法是通過恰當(dāng)?shù)臓顟B(tài)反饋把系統(tǒng)的極點配臵到所希望的位臵，以滿足系統(tǒng)性能的要求。

極點配臵法的設(shè)計步驟是先設(shè)計一個相當(dāng)于r=0的控制系統(tǒng)，再在此基礎(chǔ)上引入?yún)⒖驾斎耄罱K完成跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計。

按極點配臵設(shè)計的控制系統(tǒng)其控制器由狀態(tài)觀測器和控制規(guī)律兩部分組成。觀測器的作用是根據(jù)輸出量y(k)和控制量u(k)重構(gòu)出系統(tǒng)的狀態(tài)x(k)；控制規(guī)律的作用是根椐重構(gòu)狀態(tài)x(k)計算出所需要的控制量。

根據(jù)分離性原理控制器的設(shè)計可分成兩個獨立部分，一是按極點配臵設(shè)計控制規(guī)律，這時假定全部狀態(tài)均可用于反饋，二是按極點配臵設(shè)計狀態(tài)觀測器，最后把二著結(jié)合起來構(gòu)成一個完整的狀態(tài)反饋系統(tǒng)。

按極點配臵設(shè)計控制器的步驟：（1）（2）按閉環(huán)系統(tǒng)的性能要求給定控制極點； 按極點配臵設(shè)計控制規(guī)律L 可用阿克蔓公式來計算控制規(guī)律

其中 ?(F)?

(3)L=[0 0…0 1][G FG … F n-1G]-1 ?（F）

?(Z)F?Z

?(Z)?ZI?F?GL

Z是根據(jù)給定的系統(tǒng)性能指標(biāo)所求得的期望極點。

合理地給定觀測器極點，并選擇觀測器的類型，計算增益矩陣K-1 ?C?CF?K=?(F)?????CF

??? [0 0…01]T ??n?1??其中 ?(F)??(Z)?(Z)?ZI?F?KCF?Z

觀測奇極點的選擇：一般情況下可把全部觀測器的極點設(shè)臵在圓點，若測量信號包含較大的噪聲，則按觀測極點所對應(yīng)的衰減速度比控制極點對應(yīng)的衰減速度快約4或5倍的要求設(shè)臵。

第6章 應(yīng)用程序設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)

重點與難點

6．1測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理技術(shù)

在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對生產(chǎn)過程的各種信號進(jìn)行測量。測量時一般先用傳感器把生產(chǎn)過程的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后利用A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，讀入計算機(jī)。對于這樣得到的數(shù)據(jù)一般要進(jìn)行一些預(yù)處理，其中最基本的是線性化處理、標(biāo)度變換和系統(tǒng)誤差的校準(zhǔn)。

6．1．1系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn)

自動校準(zhǔn)的基本思想是在系統(tǒng)開機(jī)或每隔一段時間自動測量基準(zhǔn)參數(shù)（如數(shù)字電壓表中的基準(zhǔn)參數(shù)為基準(zhǔn)電壓和零電壓），然后計算誤差模型，獲得并存儲誤差補(bǔ)償因子。在正式測量時，根據(jù)測量結(jié)果和誤差補(bǔ)償因子計算校準(zhǔn)方程，從而消除誤差。

6．1．2線性化處理和非線性補(bǔ)償 6．2數(shù)字控制器的工程實現(xiàn)

數(shù)字控制器算法的工程實現(xiàn)可分為6個部分： 1． 給定值 2． 被控量處理 3． 偏差處理 4． 控制算法的實現(xiàn) 5． 控制量處理 6． 自動手動切換 6．3軟件抗干擾技術(shù)

為了提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性，僅靠硬件抗干擾措施是不夠的，需要進(jìn)一步借助于軟件措施來克服某些干擾。經(jīng)常采用的技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)和軟件陷阱技術(shù)等。第7章分散型測控網(wǎng)洛技術(shù)

7．1概述

數(shù)據(jù)通信是工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)和分散型測控系統(tǒng)得關(guān)鍵技術(shù)。在一個較大的工業(yè)測控系統(tǒng)中，常常會有幾十個、幾百個甚至更多的測量和被空對象，即使速度的系統(tǒng)也難以滿足要求，因此必須將任務(wù)分給多個計算機(jī)系統(tǒng)并行工作，不同地理位臵何不同功能的計算計之間需要交換信息，如果把它們按統(tǒng)一的協(xié)議連接起來就構(gòu)成了計算機(jī)分散測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本章介紹數(shù)據(jù)通信技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分散型控制系統(tǒng)、為總線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)。

7．2 重點與難點 7．2．1 數(shù)據(jù)通信技術(shù) 7．2．2工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 7．2．3 分散型控制系統(tǒng)

分散型控制系統(tǒng)綜合了計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、CRT顯示技術(shù)即4C技術(shù)，集中了連續(xù)控制、批量控制、邏輯順序控制、數(shù)據(jù)采集等功能。先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)將以計算機(jī)集成制造系統(tǒng)為目標(biāo)，以新的控制方法、現(xiàn)場總線智能儀表、專家系統(tǒng)、局域網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，為用戶實現(xiàn)過程自動化與信息管理自動化相結(jié)合的管控一體化的綜合集成系統(tǒng)。

分散控制系統(tǒng)采用分散控制、集中操作、綜合管理和分而自治地設(shè)計原則。系統(tǒng)安全可靠、通用靈活、最優(yōu)控制性能和綜合管理能力，為工業(yè)過程的計算機(jī)控制開創(chuàng)了新方法。

7．2．4 現(xiàn)場總線（Fieldbus）技術(shù)

現(xiàn)場總線是連接工業(yè)工程現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)之間的全數(shù)字化、雙向、多站點的串行通信網(wǎng)絡(luò)，與控制系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表聯(lián)用組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，它是用新一代的現(xiàn)場FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分散型控制系統(tǒng)DCS，實現(xiàn)現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。

第8章 計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

8．1概述

通過前面的介紹，我們已經(jīng)掌握了計算機(jī)控制系統(tǒng)各部分的工作原理、硬件和軟件以及控制算法，因而具備了設(shè)計計

算機(jī)控制系統(tǒng)的條件。計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，既是一個理論問題又是一個工程問題。計算機(jī)控制系統(tǒng)的理論設(shè)計包括：建立被空對象得數(shù)模型；確定滿足一定經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，尋求滿足該目標(biāo)函數(shù)的控制規(guī)律；選擇適宜的計算方法和程序設(shè)計語言；進(jìn)行系統(tǒng)功能的軟、硬件界面劃分，并對硬件提出具體要求。計算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計，不僅要求掌握生產(chǎn)過程的工藝要求，以及被空對象的動態(tài)和靜態(tài)特性，而且要通曉自動檢測技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)和微電子技術(shù)等。

本章主要介紹計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的原則和步驟、計算機(jī)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計與實現(xiàn)和計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計舉例。8．2 重點與難點 8．2．1 系統(tǒng)的設(shè)計原則 1．安全可靠

工業(yè)控制計算機(jī)不同于一般用于科學(xué)計算或管理的計算機(jī)，它的工作

環(huán)境比較惡劣，周圍的各種干擾隨時地威脅著它的正常運行，而且它所擔(dān)當(dāng)?shù)目刂浦厝斡植辉试S它發(fā)生異常現(xiàn)象。因此在設(shè)計過程中要把安全可靠放在首位。

2． 作維護(hù)方便

操作方便體現(xiàn)在操作簡單、直觀形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握計算機(jī)知識才能操作。既要體現(xiàn)操作的先進(jìn)性，又要兼顧原有得操作習(xí)慣。維修方便體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。采用標(biāo)準(zhǔn)的功能沒，模板式結(jié)構(gòu)，便于更換故障模板。并在功能模板上安裝狀態(tài)指示燈 和監(jiān)測點，便于維修人員檢查。另外配制診斷程序用來查找故障。

3． 時性強(qiáng)

工業(yè)控制機(jī)的實時性表現(xiàn)在對內(nèi)部和外部事件能及時的響應(yīng)，并做出響應(yīng)的處理，不丟失信息，不延誤操作。計算機(jī)處理的事件一般分為兩類，一類是定時事件，如數(shù)椐的定時采集、運算控制等；另一類是隨機(jī)事件，如事故、報警等。對于定時事件，系統(tǒng)設(shè)臵時鐘保證定時處理。對于隨機(jī)事件系統(tǒng)設(shè)臵中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急，預(yù)先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生保證優(yōu)先處理緊急故障。4．通用性好

工業(yè)控制計算機(jī)的通用靈活性體現(xiàn)在兩個方面，一是硬件模板設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，配臵各種通用的功能模板，以便在擴(kuò)充功能時只需增加功能摸板就能實現(xiàn)；二是軟件模塊或控制算法采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時不需要二次開發(fā)，只需按要求選擇各功能模塊，靈活地進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)。

5． 濟(jì)效益高

計算機(jī)控制應(yīng)該帶來高的經(jīng)濟(jì)效益，系統(tǒng)設(shè)計時要考慮性能價格比，要有市場競爭意識。經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)兩個方面，一是系統(tǒng)設(shè)計的性能價格比要盡可能高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能的低。

8．2．2系統(tǒng)的設(shè)計步驟 8．2．3系統(tǒng)的工程設(shè)計與實現(xiàn) 一般按如下步驟進(jìn)行： 1． 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2． 硬件的工程設(shè)計與實現(xiàn) 3． 軟件的工程設(shè)計與實現(xiàn) 4． 系統(tǒng)的調(diào)試與運行

8．2．4計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計舉例

第二篇：計算機(jī)控制技術(shù)

一、填空題

1、所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。

2、計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理的三個步驟：實時數(shù)據(jù)采集、實時控制決策、實時控制輸出

3、實時性：是指工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該具有的能夠在限定時間內(nèi)對外來事件作出反應(yīng)的特性。

4、計算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種典型類型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工業(yè)計算機(jī)有哪些特點：可靠性高、實時性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、模塊化設(shè)計，完善的O/I通道、系統(tǒng)擴(kuò)充性好、系統(tǒng)開放性好、控制軟件包功能強(qiáng)。

二、作圖題

1、作出計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖

2、作出計算機(jī)制導(dǎo)控制系統(tǒng)（OIS）的系統(tǒng)框圖

三、問答題

1、計算機(jī)總線大致可分為幾類？其內(nèi)部總線又可分為幾類？

2、簡述smith預(yù)估控制的基本思想。

3、常見的工業(yè)控制計算機(jī)總線體系結(jié)構(gòu)有哪幾種？

4、什么是數(shù)字濾波？常用的數(shù)字濾波有哪些方法？

5、工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)的干擾來源有哪幾類？各類干擾又有哪些具體形式？

6、現(xiàn)場總線的定義是什么？

四、論述題

1、論述DCS、FCS各自的含義是什么？

五、計算題

關(guān)于PID控制，要求：

1、寫出模擬PID控制器的控制規(guī)律及其傳遞函數(shù)。

2、推導(dǎo)出位置式數(shù)字PID的控制算式。

3、推導(dǎo)出增量式數(shù)字PID的控制算式。

關(guān)于模糊控制

六、設(shè)計題

現(xiàn)要求用80C51單片機(jī)處理A、B、C三個輸入信號，其中A為0-20V的交流信號，B為0-10mA的直流電流信號，C為0/24V的直流電壓開關(guān)信號，要求得到A、B信號的幅值及C信號的狀態(tài)。其中ADC采用ASC0809。請補(bǔ)充必要的電子元器件，并將元器件正確連接（可用網(wǎng)絡(luò)符號）。

提示：交流信號？整流，開關(guān)

第三篇：計算機(jī)控制技術(shù)

《計算機(jī)控制技術(shù)》課程綜述

09熱工一班姚躍輝200910610118

計算機(jī)控制是自動控制理論與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，計算機(jī)控制技術(shù)是隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。自動控制技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，控制品質(zhì)的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復(fù)雜的控制問題。計算機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了控制理論發(fā)展，先進(jìn)的控制理論和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合推動計算機(jī)控制技術(shù)不斷前進(jìn)。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、微電子技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、現(xiàn)場總線智能儀表、軟件技術(shù)以及自控理論的高速發(fā)展，計算機(jī)控制的技術(shù)水平大大提高，計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用突飛猛進(jìn)。利用計算機(jī)控制技術(shù)，人們可以對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成常規(guī)控制技術(shù)無法完成的任務(wù)，微型計算機(jī)控制已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航空航天以及日常生活的各個領(lǐng)域。可以說，21世紀(jì)是計算機(jī)和控制技術(shù)獲得重大發(fā)展的時代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計算機(jī)控制的家庭主婦機(jī)器人，到處可見計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，作為現(xiàn)代從事工業(yè)控制和智能儀表研究、開發(fā)及使用的技術(shù)人員，必須不斷學(xué)習(xí)，加快知識更新的速度，才能適應(yīng)社會的需要，才能在工業(yè)控制領(lǐng)域里繼續(xù)邀游。計算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。這里的計算機(jī)通常指數(shù)字計算機(jī)，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C(jī)。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置等。與被控對象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數(shù)字信號進(jìn)行聯(lián)系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進(jìn)行聯(lián)系。被控對象的范圍很廣，包括各行各業(yè)的生產(chǎn)過程、機(jī)械裝置、交通工具、機(jī)器人、實驗裝置、儀器儀表、家庭生活設(shè)施、家用電器和兒童玩具等。控制目的可以是使被控對象的狀態(tài)或運動過程達(dá)到某種要求，也可以是達(dá)到某種最優(yōu)化目標(biāo)。

計算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計算機(jī)（通常稱為工業(yè)控制計算機(jī)）來實現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機(jī)的輸入和輸出時數(shù)字信號，而現(xiàn)場采集到得信號或送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號大多是模擬信號，因此與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)相比，計算機(jī)控制系統(tǒng)需要有莫屬轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器這兩個環(huán)節(jié)。

計算機(jī)把通過測量元件、變送單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號，直接反饋到輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)要求按偏差進(jìn)行運算，所得到數(shù)字量輸出信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對被控對象進(jìn)行控制，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)

定值上。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

計算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)硬件指計算機(jī)本身及外圍設(shè)備。硬件包括計算機(jī)、過程輸入輸出接口、人機(jī)接口、外部存儲器等。軟件系統(tǒng)是能完成各種功能計算機(jī)程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件跟應(yīng)用軟件。

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在這種應(yīng)用中，計算機(jī)只承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對生產(chǎn)過程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測、處理、記錄及變量的超限報警，同時對這些變量進(jìn)行累計分析和實時分析，得出各種趨勢分析，為操作人員提供參考。

（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)

計算機(jī)根據(jù)控制規(guī)律進(jìn)行運算，然后將結(jié)果經(jīng)過過程輸出通道，作用到被控對象，從而使被控變量符合要求的性能指標(biāo)。與模擬系統(tǒng)不同之處在于，在模擬系統(tǒng)中，信號的傳送不需要數(shù)字化；而數(shù)字系統(tǒng)必須先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出控制信號也必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后才能驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因為計算機(jī)有較強(qiáng)的計算能力，所以控制算法的改變很方便。

微型計算機(jī)控制技術(shù)是一門跨學(xué)科以及應(yīng)用性、技術(shù)性、綜合性都很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課程，要求具備較強(qiáng)的自動控制理論、微型計算機(jī)原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識。通過學(xué)習(xí)，要求掌握計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理和分析設(shè)計方法，具備基本的設(shè)計技能，能夠設(shè)計出簡單的計算機(jī)控制系統(tǒng)。學(xué)習(xí)該課程對我們工科專業(yè)的學(xué)生是十分重要而有用的。

09熱工(1)班姚躍輝

第四篇：計算機(jī)控制技術(shù)學(xué)習(xí)體會

計算機(jī)控制技術(shù)學(xué)習(xí)體會

時間過得真快，不知不覺間，又有一門課程結(jié)課了。而通過本課程，我也學(xué)到了不少東西，同時也培養(yǎng)成了記筆記的好習(xí)慣。

一、主要內(nèi)容

課上老師主要講了數(shù)據(jù)通信技術(shù)、輸入輸出通道、控制算法的計算機(jī)實現(xiàn)、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)常用軟件以及畢業(yè)設(shè)計等內(nèi)容。課程注重理論聯(lián)系實際，從實際應(yīng)用出發(fā)，為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計和將來的工作奠定基礎(chǔ)。

其中，在數(shù)據(jù)通信技術(shù)方面，老師首先講了數(shù)據(jù)通信中一些名詞的基本概念，便于在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中對一些名詞的出現(xiàn)有一定的了解。然后講了傳輸代碼，就是將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。這在我們以前的數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)過程中有所涉及，所以聽起來很容易明白。還有像同軸電纜和雙絞線這樣的傳輸介質(zhì)和對串行通信技術(shù)的更深一步的講解。最后講了無線通信技術(shù)（如ZigBee技術(shù)和GPRS技術(shù)等）和工業(yè)以太網(wǎng)。

在輸入輸出通道方面，先講了接口部件數(shù)據(jù)緩沖、信號轉(zhuǎn)換、驅(qū)動功能、中斷管理等功能，接著是過程通道和I/O接口，還簡要介紹了多路模擬開關(guān)和采樣以保持。然后是A/D與D/A轉(zhuǎn)換器，這是老師重點介紹的內(nèi)容，因為A/D與D/A轉(zhuǎn)換器是以后設(shè)計時的核心部分。這部分內(nèi)容包括了A/D轉(zhuǎn)換原理、各個管腳的作用、它的連接以及對它的編程。課后老師還讓我們在網(wǎng)上查詢一個A/D轉(zhuǎn)換器以及它的詳細(xì)數(shù)據(jù)，我查的是AD7887。通過查詢，使我對各種轉(zhuǎn)換器的認(rèn)識與了解更進(jìn)一步。還有對數(shù)字和模擬輸入與輸出通道的介紹，這在我們的數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)中都有詳細(xì)的介紹和計算。

在控制算法的計算機(jī)實現(xiàn)方面，首先將模擬原件和數(shù)字元件做了對比介紹，分別解釋了模擬元件的優(yōu)缺點和數(shù)字元件的優(yōu)缺點，以及由模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的方法。接著是數(shù)字濾波方法：

1、算術(shù)平均值濾波

2、程序判斷濾波

3、中值濾波。非線性補(bǔ)償：

1、公式計算法

2、查表法

3、線性插值法。最后是控制系統(tǒng)的直接數(shù)字化設(shè)計法方面。其中講了它的基本思想和優(yōu)點，以及設(shè)計法的具體步驟和要求。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)常用軟件技術(shù)方面，具體內(nèi)容可分為辦公類（WPS、office等）、學(xué)習(xí)類（CAD等）、游戲類（CS等）、應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)（IE、QQ、MSN等）。還有操作系統(tǒng)的發(fā)展史和編程語言，以及動態(tài)連技與嵌入技術(shù)、動態(tài)鏈接庫、動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)。

最后老師根據(jù)歷屆畢業(yè)生的結(jié)業(yè)設(shè)計實例給我們講了微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計步驟和在做畢業(yè)設(shè)計時需要注意的一些細(xì)節(jié)，讓我們學(xué)到了很多。

二、學(xué)到的方法

通過本門課程的學(xué)習(xí)，我首先學(xué)會了一種記筆記的方法。這是一種很有效的筆記方法，看上去一目了然，在復(fù)習(xí)的時候也很容易記憶。雖然我沒有記筆記的習(xí)慣，也沒能將這種方法在別的方面應(yīng)用，但在以后記筆記的時候首先想到的一定是這種方法。

除此之外，我還學(xué)會了如何查詢集成電路芯片以及它各管腳的功能。在本門課程講到A/D與D/A轉(zhuǎn)換器時，老師讓我們自己查一個A/D轉(zhuǎn)換器。通過查詢，我對A/D7887有了一個詳細(xì)的了解。在一次模擬電子技術(shù)實驗時，電路中出現(xiàn)了一個我們以前沒學(xué)過的集成電路芯片，讓我們自己安裝，由于上課聽的不怎么認(rèn)真，對這個實驗不怎么了解，一時間不知該怎么辦。過了一會，突然想起了在計算機(jī)控制技術(shù)課程中老師讓我們查的A/D轉(zhuǎn)換器，想著應(yīng)該和這個差不多，于是先找著集成芯片上的缺口，將芯片安裝在了電路實驗板上，然后上網(wǎng)查了它的各管腳的用途以及整個芯片的功能，最后結(jié)合電路圖成功將實驗圓滿完成。還有在本課程中所學(xué)的模數(shù)轉(zhuǎn)換的取樣方法在模擬電子技術(shù)中同樣也講到了。由此可見，計算機(jī)控制技術(shù)不僅僅是對計算機(jī)的簡單介紹，它其中的一些知識和應(yīng)用方法對 別的課程也有所幫助，所以要細(xì)心品味書中的內(nèi)容，對所學(xué)能容有一定的認(rèn)識，在日后學(xué)習(xí)工作生活中注意和本課程的聯(lián)系。尤其是在畢業(yè)設(shè)計時，本課程所學(xué)習(xí)的一些方法和理論一定能夠用得上。

三、不明白的會否查參考文獻(xiàn)

參考文獻(xiàn)是優(yōu)秀科技論文中必不考少的部分，參考著會對參考內(nèi)容有更獨到的理解，以加深自己對所學(xué)內(nèi)容的印象。而在論文中，它的正確合理引用不僅可以反映論文研究工作的基礎(chǔ)、創(chuàng)新性和學(xué)術(shù)水平，而且也表明作者的學(xué)術(shù)風(fēng)格和學(xué)術(shù)水平。

本書（計算機(jī)控制技術(shù) 重慶大學(xué)出版社 何小陽主編）247頁所列出的參考文獻(xiàn)即本書在編寫過程中所查閱的著作和報刊雜志。我們查閱才考文獻(xiàn)，是為了加深對本課程內(nèi)容的理解。在本課程學(xué)習(xí)過程中，我曾對數(shù)字濾波方法比較感興趣，但又不是太明白，于是我在網(wǎng)上用我們學(xué)校的圖書館中的中國知網(wǎng)查了一下，有很多這方面的文獻(xiàn)，我點擊了“淺談微機(jī)控制中的數(shù)字濾波方法（張輝 丹東師專學(xué)報 2000-12-25 期刊）”。在這里邊，他對數(shù)字濾波作了更為詳細(xì)的介紹。

其中，在數(shù)字濾波方面:

算數(shù)平均值法對信號的平滑程度完全取決于N。當(dāng)N較大時,平滑度高,但靈敏度低;當(dāng)N較小時,平滑度低,但靈敏度高。

在中值濾波方面：

設(shè)表首地址為DATA的N個數(shù),先由小到大排列,再取中間1/3個數(shù)進(jìn)行求平均運算,結(jié)果存放于SAMP單元。程序流程圖如上。

四、以后面對問題如何解決

在工作中，每個人都會遇到很多問題，面對問題，我們應(yīng)該如何解決、如何處理，如何把問題化小，最終把問題消除，這些都是值得探討的。

有時問題與困難并非導(dǎo)致生活艱難的根本原因，而決定因素往往是你面對問題的心態(tài)，看待困難的角度不同造成了困難過后的結(jié)果不同，多數(shù)人苦惱的原因大多是因為他們面對問題時的負(fù)面、消極的情緒，而非困難本身。

通過課程學(xué)習(xí)，讓我明白了面對問題要冷靜思考解決的辦法。首先要仔細(xì)檢查問題產(chǎn)生的原因，最后再通過一切可能的辦法將問題解決。

計算機(jī)控制技術(shù)結(jié)課作業(yè)

姓

名：張建國

學(xué)

院：機(jī)械學(xué)院

班

級：測控11-1

學(xué)

號：201110107021 主講教師：徐剛

第五篇：計算機(jī)控制技術(shù)總結(jié)

第一章

1、計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

?實時決策控制：對采集到的被控量進(jìn)行分析處理，并按已定的控制規(guī)律，決定控制行為。

?實時控制輸出： 根據(jù)控制決策，適時地對控制機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。

2、計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成答：計算機(jī)控制系統(tǒng)由計算機(jī)（工業(yè)控制機(jī)）和生產(chǎn)過程兩部分組成。

工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對象和測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。

3、計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型型式

答：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督控制系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，綜合自動化系統(tǒng)。

第二章

什么是總線

所謂總線，就是計算機(jī)各個模塊之間互聯(lián)和傳送信息的一組信號線。總線可以分為內(nèi)部總線和外部總線，而內(nèi)部總線又可分為片級總線和系統(tǒng)總線。

模擬量輸入通道：是把從系統(tǒng)中檢測到的模擬信號，變成二進(jìn)制數(shù)字信號，經(jīng)接口送往計算機(jī)。

模擬量輸入通道的組成一般由I/V變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯等組成。

信號調(diào)理：為了將外部開關(guān)量信號輸入到計算機(jī),必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計算機(jī)所能接受的邏輯信號，這個過程叫信號調(diào)理。

采樣過程：按一定的時間間隔T，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬量信號、轉(zhuǎn)變成在時刻0、T、1 T、2 T、…K T的一連串脈沖輸出信號的過程成為采樣過程。

量化：采用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來逼近離散模擬信 號的幅值，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。量化過程：將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為量化過程。

3.采樣保持器

（1）孔徑時間和孔徑誤差的消除

? 孔徑時間：A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量所需的時間，稱為孔徑時間。

?孔徑誤差：對于隨時間變化的模擬信號來說，孔徑時間決定了每一個采樣時刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。對于一定的轉(zhuǎn)換時間，誤差的百分?jǐn)?shù)和信號頻率成正比。

?孔徑誤差的消除： 采用帶有采樣保持器，限制信號的頻率范圍。

模擬量輸出通道任務(wù)是把計算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制的目的。

模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I變換等組成模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式

1.一個通路設(shè)置一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式（數(shù)字保持方案）

優(yōu)點：轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠。

缺點：使用較多的D/A轉(zhuǎn)換器。

2.多個通路共用一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式（模擬保持方案）

優(yōu)點：節(jié)省數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

缺點：分時工作，適用于通路數(shù)量多且速度要求不高的場合；

要用多路開關(guān)，且要求輸出采樣保持的保持時間與采樣時間之比較大； 可靠性差。

2.6 硬件抗干擾技術(shù)

3種過程通道抗干擾技術(shù)主機(jī)抗干擾技術(shù)系統(tǒng)供電與接地技術(shù)

干擾既可能來源于外部，也有可能來自內(nèi)部。外部干擾由外界環(huán)境因素決定；內(nèi)部干擾是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造工藝等決定。

過程通道抗干擾技術(shù)

1.串模干擾及其抑制方法

（1）串模干擾

定義： 有用信號以外的噪聲或造成計算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。

（2）串模干擾的抑制方法 答：?實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進(jìn)行檢測和輸入。

–如果串模干擾的頻率與被測信號頻率不同時，可以采用濾波器來抑制干擾；

–當(dāng)尖峰型串模干擾為主要干擾源時，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾影響；

–對于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)時，信號應(yīng)僅可能早地前置放大，提高信噪比；

–利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾；

–采用良好的屏蔽，以減少電磁干擾。

2.共模干擾及其抑制方法

（1）共模干擾

定義：所謂共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。

（2）共模干擾的抑制方法

變壓器隔離、光電隔離、浮地屏蔽、采用儀表放大器提高共模抑制比。

數(shù)字PID控制器的改進(jìn)

積分項的改進(jìn)

（1）積分分離（2）抗積分飽和（3）梯形積分（4）消除積分不靈敏區(qū)

?微分項的改進(jìn)

（1）不完全微分PID控制

改進(jìn)原因：在PID控制中，對具有高頻擾動的生產(chǎn)過程，微分作用響應(yīng)過于靈敏，容易引起控制過程振蕩，降低調(diào)節(jié)品質(zhì)。

改進(jìn)方法：串聯(lián)一階慣性環(huán)節(jié)，組成不完全微分PID控制器。

兩種PID控制的階躍響應(yīng)：

（2）微分先行PID控制算式

改進(jìn)原因：為避免給定值的升降給系統(tǒng)帶來沖擊，如超調(diào)過大，調(diào)節(jié)閥動作劇烈。

改進(jìn)方法：只對被控量y(t)微分，不對偏差e(t)微分。

?帶死區(qū)的PID控制算法

作用：避免控制動作過于頻繁，消除頻繁動作所引起的振蕩。

施密斯預(yù)估控制的思想

施密斯預(yù)估控制原理是：與D(s)并接一補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償被控制對象中的純滯后部分。這個補(bǔ)償環(huán)節(jié)為預(yù)估器，其傳遞函數(shù)為Gp(s)(1--e-ts),t為純滯后時間。由施密斯預(yù)估器和控制器D（s）組成的補(bǔ)償回路稱為純滯后補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為D’(s),經(jīng)補(bǔ)償后，消除了純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響，且不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

所謂振鈴現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。

振鈴現(xiàn)象的消除 第一種方法是先找出D（z）中引起振鈴現(xiàn)象的因子（z=-1附近的極點），然后令其中的z=1,根據(jù)終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)定值。

第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時間常數(shù)Tt，使得數(shù)字控制器的輸出避免產(chǎn)生強(qiáng)烈的振鈴現(xiàn)象。

軟件抗干擾技術(shù)

經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱等。先進(jìn)控制技術(shù)：模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)和預(yù)測控制技術(shù)。

模糊控制系統(tǒng)通常由模糊控制器、輸入輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測量裝置和被控對象等5個部分組成。

6.6.1數(shù)字濾波技術(shù)

數(shù)字濾波是通過一定得的計算或判斷程序，減少干擾在有用信號中比重。

與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的優(yōu)點：

程序?qū)崿F(xiàn)，不需硬件，可靠性高，穩(wěn)定性好。

可以對很低頻率進(jìn)行濾波，克服模擬濾波器的缺點，根據(jù)信號不同，采用不同的濾波方法，靈活、方便、功能強(qiáng)。

1平均值濾波：適用于周期性干擾

2中位濾波：使用偶然的脈沖干擾

3限幅濾波：使用偶然的脈沖干擾

4慣性濾波：適用于高頻干擾

6.6.2開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)

1.開關(guān)量信號輸入抗干擾措施

干擾特點：多呈毛刺狀，作用時間短。

解決方法：兩次采樣、多次采樣，完全一致方為有效。

2.開關(guān)量信號輸出抗干擾措施

慣性大的輸出設(shè)備（如各類電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)），對毛刺干擾有一定的耐受能力。

慣性小的設(shè)備（如通訊口），耐受能力小，需要輸出抗干擾。

解決方案：重復(fù)輸出統(tǒng)一數(shù)據(jù)，重復(fù)中期盡可能短，外設(shè)階受到干擾信號，還來不及做出反應(yīng)，一個正確的輸出信息又來到了。

6.6.3 指令冗余技術(shù)

解決方案：在關(guān)鍵地方插入單字節(jié)指令（NOP)，這就是指令冗余。

6.6.4 軟件陷阱技術(shù)

什么是軟件陷阱：就是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進(jìn)行處理的程序。

軟件陷阱的實現(xiàn)：無條件轉(zhuǎn)移指令

軟件陷阱的位置（1）未使用的中間向量區(qū)（2）未使用的大片ROM區(qū)3）表格（4）程序區(qū)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星形、環(huán)形、總線型、樹形。

1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（1）星形結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：中心結(jié)點是主結(jié)點，它接受各分散結(jié)點的信息再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)結(jié)點，具有中繼交換和數(shù)據(jù)處理功能。

特點：：①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于控制和管理，建網(wǎng)容易；

②網(wǎng)絡(luò)延遲時間短，傳輸錯誤率較低；

③網(wǎng)絡(luò)可靠性較低，一旦中央結(jié)點出現(xiàn)故障將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓；

④網(wǎng)絡(luò)資源大部分在外圍點上，相互結(jié)點必須經(jīng)過中央結(jié)點才能轉(zhuǎn)發(fā)信息；

⑤通訊電路都是專用線路，利用率不高，故網(wǎng)絡(luò)成本較高。

（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)：：結(jié)構(gòu)：各結(jié)點通過環(huán)接口連于一條首尾相連的閉合環(huán)形通信線路中，環(huán)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)按事先規(guī)定好的方向從一個結(jié)點單向傳送到另一結(jié)點。

特點：①信息流在網(wǎng)絡(luò)中是沿固定的方向流動，故兩個結(jié)點之間僅有唯一的通路，簡化了路徑選擇控制； ②環(huán)路中每個結(jié)點的收發(fā)信息均由環(huán)接口控制，因此控制軟件較簡單；

③環(huán)路中，當(dāng)某結(jié)點故障時，可采用旁路環(huán)的方法，提高了可靠性；

④環(huán)結(jié)構(gòu)其結(jié)點數(shù)的增加將影響信息的傳輸效率，故擴(kuò)展受到一定的限制。

（3）總線形：；結(jié)構(gòu)：個結(jié)點經(jīng)其接口，通過一條或幾條通訊線路與公共總線連接。其任何結(jié)點的信息都可以沿著總線傳輸，并且能被任一結(jié)點接收。由于信息傳輸方向是從發(fā)送結(jié)點向兩端擴(kuò)散，因此又稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。特點：①結(jié)構(gòu)簡單靈活，擴(kuò)展方便；

②可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快；

③共享資源能力強(qiáng)，便于廣播式工作；

④設(shè)備少，價格低，安裝和使用方便；

⑤由于所有結(jié)點共用一條總線，因此總線上傳送的信息容易發(fā)生沖突和碰撞，故不易用在實時性要求高的場合。

（4）樹形：：結(jié)構(gòu)：分層結(jié)構(gòu)，適用于分級管理和控制系統(tǒng)。

特點：①通訊線路總長度較短，連網(wǎng)成本低，易于擴(kuò)展，但結(jié)構(gòu)較星形復(fù)雜；

②網(wǎng)絡(luò)中除葉結(jié)點外，任一結(jié)點或連線的故障均影響其所在支路網(wǎng)絡(luò)的正常工作。

介質(zhì)訪問控制技術(shù)

什么介質(zhì)訪問控制?

各結(jié)點通過公共通道傳輸信息，因此存在如何合理分配信道的問題，訪問控制方式的功能是合理解決信道的分配。

（1）沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）——適用于總線形

工作原理

當(dāng)某一結(jié)點要發(fā)送信息時，首先要偵聽網(wǎng)絡(luò)中有無其它結(jié)點正在發(fā)送信息，若沒有則立即發(fā)送；否則，等待一段時間，直至信道空閑，開始發(fā)送。

確定等待時間的方法

①當(dāng)某結(jié)點檢測到信道被占用后，繼續(xù)檢測，發(fā)現(xiàn)空閑，立即發(fā)送；

②當(dāng)某點檢測到信道被占用后就延遲一個隨機(jī)時間，然后再檢測。重復(fù)這一過程，直到信道空閑，開始發(fā)送。

（2）令牌環(huán)——適用于環(huán)網(wǎng)

令牌的定義

是控制標(biāo)志，網(wǎng)中只設(shè)一張令牌，并依次沿各結(jié)點傳送。

（3）令牌總線——適用于總線形式

原理：把總線形傳輸介質(zhì)的各個結(jié)點形成一個邏輯環(huán)，即人為地給各個規(guī)定一個順序。控制方式類似于令牌環(huán)。.差錯控制技術(shù)

改善信道的點性能，使誤碼率降低

（1）奇偶校驗

（2）循環(huán)冗余校驗——CRC校驗

（3）糾錯方式3種：重發(fā)糾錯，自動糾錯，混合糾錯

分布式控制系統(tǒng)

答：分布式控制系統(tǒng)就是指綜合了計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信技術(shù)，集中了連續(xù)控制、批量控制、邏輯順序控制、數(shù)據(jù)采集等功能，為用戶實現(xiàn)過程控制自動化與信息管理想結(jié)合的管控一體化的綜合集成系統(tǒng)。什么叫現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)以下6個方面：

（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)（2）現(xiàn)場設(shè)備互連（3）互操作性（4）分散功能塊（50通信線供電

（6）開放式互連網(wǎng)絡(luò)

OPC OPC是用于過程控制的對象鏈接嵌入技術(shù)，OPC采用客戶/服務(wù)層結(jié)構(gòu)想下層提供接口，時信息進(jìn)入OPC服務(wù)器，向上層提供接口，實現(xiàn)向上互聯(lián)。

系統(tǒng)集成：

按系統(tǒng)整體性原理，將原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的元素組成為具有一定功能的，滿足目標(biāo)、相互聯(lián)系、彼此協(xié)調(diào)工作的新系統(tǒng)的過程、技術(shù)與科學(xué)而引出的系統(tǒng)集成工程。