第一篇：計算機控制技術-教學大綱-10版

研究生課程教學大綱

本課程是機械電子工程專業碩士研究生的學位課。

課程目的和任務是使學生在已學控制工程基礎即經典控制理論、微機原理及接口技術等課的基礎上，初步了解計算機控制技術的應用與發展概況，掌握數字控制技術的設計理論及方法。使學生掌握線性離散控制系統的z變換分析法、連續控制系統及其控制規律的離散化，計算機控制系統的模擬化設計、計算機控制系統的離散化設計及數字控制器的計算機實現方法。并能綜合應用所學到的基本概念、基本知識和基本方法，緊密結合工程實際，對典型機電液控制系統進行數字控制技術的應用。課程要求學生能夠進行主動學習，強調學生對知識的融會貫通和靈活運用的能力，培養學生分析問題和解決問題的能力。學生除認真參加課堂學習、課堂交流討論外，還必須借助參考資料進行適當的訓練，消化吸收和拓展課程內容；必須通過實驗強化對“計算機控制技術”的感性認識，鍛煉運用理論知識分析問題和解決問題的能力。

課程主要內容及學時分配：

第一章 緒論2學時

1.計算機控制系統的地位、作用和任務

2.計算機控制系統的結構和組成3.計算機控制系統的分類

4.計算機控制系統的研究課題和發展方向

第二章 線性離散系統（采樣控制系統）的z變換分析法6學時

1.線性離散系統、采樣定理、保持器及差分方程概念

2.z變換、性質和定理

3.z反變換原理

4.用z變換求解差分方程的方法

5.離散系統的z傳遞函數的求法

6.線性離散系統分析（穩定性分析和穩態誤差分析）

第三章 數字程序控制技術4學時

1.數字程序控制方式

2.插補原理：直線插補和圓弧插補

3.步進電機工作原理

第四章 計算機控制系統的模擬化設計4學時

1.數字控制器模擬化設計步驟

2.數字PID控制器的設計方法和改進方法

3.了解數字PID控制器參數的整定方法

第五章 計算機控制系統的離散化設計8學時

1.數字控制器離散化設計步驟

2.最少拍控制器和最少拍無波紋控制器的設計方法

3.了解純滯后控制方法（大林算法及史密施估計）

第六章 控制系統難點解析及Matlab仿真軟件介紹（自學）2+2學時

第七章 數字控制器的計算機實現及設計實例（自學）4學時

1.數字控制器的計算機實現的方法（直接、串聯、并聯程序）

2.設計實例分析

第二篇：計算機控制技術教學大綱201003

《計算機控制技術》課程教學大綱

英文名稱：Computer contrl technology

課程代碼：179003105 課程類別：公共類課程（）學科類課程（）專業必修課（√）專業選修課（）其他（）

學 分： 3.5學分

總 學 時： 60 其中實踐學時： 8 授課對象： 電氣類專業本科

先修課程：自動控制原理 微機原理 單片機原理等

一、課程目的與任務

本課程主要學習微型計算機控制系統的構成及分類，微型機控制系統的設計方法。講述計算機控制系統中工程的設計與控制過程設計，過程量I/O通道的構成原理及系統軟硬件實現的方法，數字控制器的模擬化設計法、直接數字設計法，以及認識了解DCS和FCS系統等。

本課程旨在培養學生掌握微型計算機控制的基本概念，掌握微型計算機控制系統的基本分析方法和設計方法。要求學生從理論上掌握計算機控制系統的基本原理及應用，為學生提供有效地分析和設計計算機控制系統所需的必要的洞察力、知識和理解力。在實踐過程中能利用計算機技術解決控制系統中的實際問題。通過該課程的學習能獨立承擔和開展計算機控制系統方面的研究工作。

二、教學基本要求

通過本課程的學習，學生應了解計算機控制技術的發展及應用前景。理解計算機控制系統的基本組成。掌握一些最基本的計算機控制系統的分析方法、較簡單的軟硬件的設計與實現。

三、教學內容（按章、節、目三個層次詳細編寫，含具體要求、重難點內容和學時分配）1 微型計算機控制系統概述（4學時）

1.1微型計算機控制系統組成（1學時）1.2微型計算機控制系統分類（1學時）

1.3 微型計算機控制系統的發展概況與趨勢（1學時）1.4 控制裝置種類（1學時）

重點 計算機控制系統組成，計算機控制系統分類，工業控制計算機 難點 計算機控制系統分類 輸入/輸出通道及接口技術（14學時）

2.1 數字量輸入輸出通道及接口技術（2學時）2.2 模擬量輸入通道接口技術（6學時）2.2.1 多路開關及采樣保持器（2學時）

2.2.2 A/D轉換器與接口技術（4學時）2.3 模擬量輸出通道接口技術（4學時）2.3.1 模擬量輸出通道結構形式（2學時）2.3.2 D/A轉換器與接口技術（2學時）2.4 硬件抗干擾技術（2學時）

重點

數字量輸入輸出通道及接口，模擬量輸入通道，多路轉換器,S/H器，ADC0809,AD574A,A/D轉換接口及編程，D/A轉換及接口，硬件抗干擾措施 難點 A/D轉換接口及編程，D/A轉換及接口順序控制與數字控制技術（6學時）3.1 順序控制技術（1學時）3.2 數字程序控制技術（5學時）3.2.1 數字程序控制基礎（1學時）3.2.2 逐點比較法插補原理（2學時）3.2.3 步進電機控制技術（2學時）

重點 數字程序控制原理，直線插補算法，圓弧插補算法，步機電機工作原理，步進電機計算機控制

難點 逐點比較法插補算法，步進電機計算機控制方法 4.控制系統數據處理技術（4學時）4.1 測量數據預處理技術（1學時）4.2 量程自動轉換和標度變換（1學時）

4.3 數字濾波技術（2學時）

重點 系統誤差處理方法，量程轉換，標度變換，常用數字濾波方法 難點 標度變換，常用數字濾波方法 5數字PID及其算法（10學時）

5.1 PID算法的數字實現（2學時）5.2 數字PID調節中的幾個實際問題（2學時）

5.3 幾種發展的PID算法（4學時）

5.4 PID參數的整定方法（2學時）

重點 數字控制器模擬化設計方法，數字PID控制算法，改進的數字PID控制器設計，數字PID參數整定方法

難點 數字PID控制算法及其改進，PID參數整定

6直接數字控制極其算法（10學時）6.1 最少拍隨動系統的設計（4學時）6.2 最少拍無波紋隨動系統的設計（2學時）

6.3大林算法（2學時）

6.4 數字控制器在微機系統中實現的方法（2學時）

重點 數字控制器離散化設計方法，最少拍有紋波控制，最少拍無紋波控制，大林算法 難點 最少拍有紋波控制，最少拍無紋波控制 微機控制系統設計（4學時）

7.1 微機控制系統設計方法及步驟（2學時）

7.2 微機控制系統設計舉例（2學時）重點 微機控制系統設計步驟及應用

難點 微機控制系統設計步驟及應用

四、推薦教材或參考書目

（一）推薦教材：

計算機控制技術（第2版）.顧德英主編.北京郵電大學出版社.2007年

（二）參考書目：

微型計算機控制技術（第1版）潘新民，王燕芳編著.高等教育出版社.2001年 計算機控制技術（第1版）于海生編著.機械工業出版社.2007年

計算機控制技術（第1版）薛弘曄 劉原編著 西安電子科技大學出版社.2003年 大綱撰寫人：喻曉紅 系（教研室）意見： 學院學術委員會意見：（簽字）

學院審核：（簽字、蓋章）年 月 日

第三篇：計算機控制技術

《計算機控制技術》課程綜述

09熱工一班姚躍輝200910610118

計算機控制是自動控制理論與計算機技術相結合而產生的一門新興學科，計算機控制技術是隨著計算機技術的發展而發展起來的。自動控制技術在許多工業領域獲得了廣泛的應用，但是由于生產工藝日益復雜，控制品質的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復雜的控制問題。計算機的應用促進了控制理論發展，先進的控制理論和計算機技術相結合推動計算機控制技術不斷前進。近年來，隨著計算機技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、網絡與通信技術、微電子技術、CRT顯示技術、現場總線智能儀表、軟件技術以及自控理論的高速發展，計算機控制的技術水平大大提高，計算機控制系統的應用突飛猛進。利用計算機控制技術，人們可以對現場的各種設備進行遠程監控，完成常規控制技術無法完成的任務，微型計算機控制已經被廣泛地應用于軍事、農業、工業、航空航天以及日常生活的各個領域。可以說，21世紀是計算機和控制技術獲得重大發展的時代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計算機控制的家庭主婦機器人，到處可見計算機控制系統的應用。計算機控制技術的發展日新月異，作為現代從事工業控制和智能儀表研究、開發及使用的技術人員，必須不斷學習，加快知識更新的速度，才能適應社會的需要，才能在工業控制領域里繼續邀游。計算機控制系統是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。這里的計算機通常指數字計算機，可以有各種規模，如從微型到大型的通用或專用計算機。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執行裝置等。與被控對象的聯系和部件間的聯系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數字信號進行聯系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進行聯系。被控對象的范圍很廣，包括各行各業的生產過程、機械裝置、交通工具、機器人、實驗裝置、儀器儀表、家庭生活設施、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或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優化目標。

計算機控制系統就是利用計算機（通常稱為工業控制計算機）來實現工業過程自動控制的系統。在計算機控制系統中，由于工業控制機的輸入和輸出時數字信號，而現場采集到得信號或送到執行機構的信號大多是模擬信號，因此與常規的按偏差控制的閉環負反饋系統相比，計算機控制系統需要有莫屬轉換器和數模轉換器這兩個環節。

計算機把通過測量元件、變送單元和模數轉換器送來的數字信號，直接反饋到輸入端與設定值進行比較，然后根據要求按偏差進行運算，所得到數字量輸出信號經過數模轉換器送到執行機構，對被控對象進行控制，使被控變量穩定在設

定值上。這種系統稱為閉環控制系統。

計算機控制系統由工業控制機和生產過程兩大部分組成。工業控制機硬件指計算機本身及外圍設備。硬件包括計算機、過程輸入輸出接口、人機接口、外部存儲器等。軟件系統是能完成各種功能計算機程序的總和，通常包括系統軟件跟應用軟件。

（1）數據采集系統

在這種應用中，計算機只承擔數據的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對生產過程各種工藝變量進行巡回檢測、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）直接數字控制系統

計算機根據控制規律進行運算，然后將結果經過過程輸出通道，作用到被控對象，從而使被控變量符合要求的性能指標。與模擬系統不同之處在于，在模擬系統中，信號的傳送不需要數字化；而數字系統必須先進行模數轉換，輸出控制信號也必須進行數模轉換，然后才能驅動執行機構。因為計算機有較強的計算能力，所以控制算法的改變很方便。

微型計算機控制技術是一門跨學科以及應用性、技術性、綜合性都很強的專業技術課程，要求具備較強的自動控制理論、微型計算機原理、模擬電子技術、數字電子技術等專業基礎知識。通過學習，要求掌握計算機控制系統的控制原理和分析設計方法，具備基本的設計技能，能夠設計出簡單的計算機控制系統。學習該課程對我們工科專業的學生是十分重要而有用的。

09熱工(1)班姚躍輝

第四篇：計算機控制技術

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，通過控制器使生產過程自動地按照預定的規律運行。

2、計算機控制系統的工作原理的三個步驟：實時數據采集、實時控制決策、實時控制輸出

3、實時性：是指工業控制計算機系統應該具有的能夠在限定時間內對外來事件作出反應的特性。

4、計算機控制系統有哪幾種典型類型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工業計算機有哪些特點：可靠性高、實時性好、環境適應性強、模塊化設計，完善的O/I通道、系統擴充性好、系統開放性好、控制軟件包功能強。

二、作圖題

1、作出計算機控制系統的組成框圖

2、作出計算機制導控制系統（OIS）的系統框圖

三、問答題

1、計算機總線大致可分為幾類？其內部總線又可分為幾類？

2、簡述smith預估控制的基本思想。

3、常見的工業控制計算機總線體系結構有哪幾種？

4、什么是數字濾波？常用的數字濾波有哪些方法？

5、工業控制計算機系統的干擾來源有哪幾類？各類干擾又有哪些具體形式？

6、現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

關于PID控制，要求：

1、寫出模擬PID控制器的控制規律及其傳遞函數。

2、推導出位置式數字PID的控制算式。

3、推導出增量式數字PID的控制算式。

關于模糊控制

六、設計題

現要求用80C51單片機處理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的直流電壓開關信號，要求得到A、B信號的幅值及C信號的狀態。其中ADC采用ASC0809。請補充必要的電子元器件，并將元器件正確連接（可用網絡符號）。

提示：交流信號？整流，開關

第五篇：計算機控制技術課件范文

第1講 緒論 主要內容：

1.1 計算機控制系統概述

控制對象的復雜化→控制系統的復雜化（多輸入—多輸出系統、非線性系統、時變和分布參數系統等等）→常規控制方法和手段難以實現→微型計算機的出現并應用于自動控制領域，使自動控制水平產生了巨大的飛躍。

自動控制是在非人工直接參與的前提下，應用自動控制裝置自動地、有目的地控制設備和生產過程，使他們具有一定的狀態和性能，完成相應的功能，實現預定的目標。自動控制系統一般可以分為：開環控制系統和閉環控制系統兩大類。

所定謂開環控制系統是指控制器按照先驗的控制方案對對象或系統進行控制，使被控制的對象或系統能夠按照約來運動或變化。如圖1.1所示。

閉環控制系統是按照偏差進行的控制，較開環控制系統增加了一個比較環節和一個來自被控參數的反饋信號。

計算機控制系統的控制過程可簡單地歸納為三個過程：（1）信息的獲取（2）信息的處理（3）信息的輸出 1.2.2計算機控制系統的硬件組成

典型的計算機控制系統的硬件主要包括：計算機主機、過程控制通道、操作控制臺和常用的外設，應該指出的是，隨著計算機網絡技術的快速發展，網絡設備也成為計算機控制系統硬件不可少的一部分。1.主機

主機是指我們用于控制的計算機，它主要由CPU、存儲器和接口三大部分組成，是整個系統的核心。

目前使用的主機有：單片機、PLC、工業PC等。

它主要完成數據和程序的存取、程序的執行、控制外部設備和過程通道中的設備的工作，實現對被控對象的控制，實現人機對話和網絡通信。

由于CPU技術的發展和廣泛應用及網絡技術的發展和廣泛應用，主機還要完成對一些含CPU設備和網絡設備的控制。2 過程控制通道

過程控制通道是被控對象與主機進行信息交換的通道，根據信號的方向和形式，過程控制通道又可分為：（1）模擬量輸入通（2）模擬量輸出通道（3）數字量輸入通道（4）數字量輸出通道 3.操作控制臺

操作控制臺是計算機控制系統人機交互的關鍵設備。通過操作控制臺，操作人員可以及時了解被控對象的運行狀態，運行參數；對控制系統發出各種控制的操作命令，并且通過操作控制臺還可以修改控制方案和程序。操作控制臺包括：（1）信息的顯示（2）信息的記錄（3）工作方式狀態的選擇（4）信息輸入 4.通訊設備

通訊設備已成為計算機硬件的一個重要部分。這些設備可以完成計算機控制系統的信息交換。1.2.3 計算機控制系統的軟件組成系統軟件和應用軟件

?系統軟件是維持計算機運行操作的基礎，是用于管理、調度、操作計算機的各種資源，實現對系統監控與診斷，提供各種開發支持的程序。包括：操作系統、監控管理程序、故障診斷程序、各種計算機語言及解釋、編譯工具，一般由供應商提供或專業人員開發，用戶不需自己設計開發。

?應用軟件是用戶根據控制對象、控制要求，為實現高效、可靠、靈活的控制而自行編寫的各種程序。包括：數據采集、數字濾波、標度變換、鍵盤的處理、過程控制算法、輸出與控制等程序。

1.2.4計算機控制系統的分類

?按系統結構分為：開環和閉環控制系統； ?按控制規律分為：程序和順序控制、常規控制、高級控制（最優、自適應、預測、非線性等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統和神經網絡等）

?按系統功能分為：操作指導控制系統、直接數字控制系統、監督控制系統、集散控制系統、現場總線控制系統和計算機集成制造系統六大類。

?控制過程：計算機通過數據輸入通道對生產過程各項參數進行采集，根據工藝和生產的需求進行最優化計算，計算出優化的操作條件和參數，利用其輸出設備，將其結果顯示或打印。操作人員根據計算機提供的結果改變控制器的參數或設定值，實現對生產過程的控制，屬于計算機離線最優控制的一種形式。

?該系統結構簡單、控制安全、靈活，由于人的介入使該系統可以應用于一些復雜的不便由計算機進行直接控制的場合。

計算機監督控制系統是計算機集散系統的最初、最基本的模式。分為兩種結構：SCC+模擬調節器，SCC+DCC（兩級計算機控制系統）。如圖1.7所示 ：

一、常用的傳感器類型

?壓力檢測及變送 ?溫度檢測和變送 ?流量檢測及變送 ?物位檢測及變送

?其它檢測儀表和裝置（接近開關、光電開關、測速發電機、光電編碼器、測厚儀表）

二、變送器的信號傳輸及供電線制

1.氣動變送器：用兩根氣動管線分別傳送氣源和輸出信號。它的氣源或電源從控制室送來，而輸出信號送到控制室。

2.電動模擬式變送器：采用二線制或四線制傳輸電源和輸出信號。

2.2 過程控制中常用的執行器

執行器在過程計算機控制系統中的一個重要組成部分。它的作用是接收控制器送來的控制信號，改變被控介質的流量，從而將被控變量維持在所要求的數值上或一定的范圍內。

一、執行器的分類

1.按動力能源分：氣動、電動、液動

2.按動作極性分：正作用執行器和反作用執行器

3.按動作行程分：角行程執行器和直行程執行器

4.按動作特性分：比例式執行器和積分式執行器

二、氣動執行器

1.原理：利用壓縮空氣作為能源

2.特點：結構簡單、動作可靠、平穩、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價格較低；它可以方便的與氣動儀表配套使用，即使是采用電動儀表或計算機控制時，只要經過電/氣轉換器或電/氣閥門定位器，將電信號轉換為0.02~0.1MPa的標準氣壓信號，仍然可用氣動執行器。

三、電動執行器

1.原理：它接收來自控制器的4~20mA或0~10mA直流電流信號，并將其轉換成相應的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機構，以實現自動控制

2.分類：直行程、角行程和多轉式等類型

3.結構：電動執行器主要由伺服放大器和執行機構組成，如下圖： 現場總線執行器

現場總線的智能執行器由傳統的執行器、含有微處理器的控制器以及可與PC或PLC雙向通信的模件及軟件組成，具有與上位機或控制系統通信的功能

?智能化和高精度的系統控制功能

?一體化的結構

?智能化的通信功能

?智能化的自診斷功能

2.3 運動控制中常用的執行機構

?直流伺服電機 ?交流伺服電機 ?步進電機

?電磁閥和液壓閥

第3講 計算機總線技術 主要內容：

1.總線的基本概念

2.內部總線

3.外部總線

?隨著微處理器技術的飛速發展，總線技術也得到不斷創新。先后出現了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等總線技術。

?芯片內部的總線技術也在不斷發展，AMBA、Core Connect、CoreRAM等已經形成集成電路內部十分具有競爭力的總線標準。

?工業控制的PROFIBUS，FF等現場總線技術。

?總線的數據傳輸速度也不斷提升，目前，AGP局部總線數據可達528MB/s，PCI-X可達1GB/s，系統總線傳輸速率也由66MB/s提高到100MB/s甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。

一、總線的基本概念

（2）按照總線在系統結構中的層次位置分

56根并行總線按功能可分為五大類 ?a邏輯電源線6根(引線1～6)?a數據總線8根(引線7～14)?a地址總線16根(引線15～30)?a控制總線22根(引線31～52)?a輔助電源線4根(引線53～56)

–ISA總線：問世較早，是8位、16位數據傳輸總線的工業標準

最高傳輸速率8Mbps；尋址空間16MB；將CPU看作唯一的主模塊，其余外設均為從模塊，包括可以暫時掌握總線的DMA和協處理器；98根總線分成5類：地址線、數據線、控制線、時鐘線和電源線

–MCA：微通道體系結構。IBM在推出386時提出，數據、地址總線寬度32位，支持4GB的尋址能力；數據傳輸速率33Mbps；在電氣及物理上與ISA不兼容；IBM沒有公布標準

–EISA總線：89年推出486時提出，32位數據總線，支持32位地址通路；總線主控技術，擴展卡上具有總線主控處理器；與ISA兼容，支持多個主模塊；可以自動根據需要進行32、16、8位數據間的轉換；支持多總線主控模塊；

–PCI高性能局部總線：92年由Intel公司帶頭制定的設備總線標準；支持64位數據傳送、多總線主控模塊、線性猝發讀寫和并發工作方式；具有即插即用功能(PnP)；最高傳送數據132Mbps；兼容性強、成本低

?PCI總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統嵌入自動配置軟件，在加電時自動配置PCI擴展卡，為用戶提供了簡便的使用方法。

?又稱為通信總線，用于計算機之間，計算機與遠程終端，計算機與外部設備以及計算機與測量儀器儀表之間的通信。

?該類總線不是計算機系統已有的總線，而是利用電子工業或其他領域已有的總線標準。外部總線又分為并行總線和串行總線。?常用的外部總線：

IEEE-488總線

RS-232-C總線

RS-422和RS-485總線

通用串行總線（USB）

?IEEE-488總線是一種并行外部總線，專門用于計算機與測量儀器、輸入輸出設備，以及這些儀器設備之間的并行通信。

?IEEE-488是1970年由美國惠普公司開發的并行通訊總線,總線上連接的設備有三種，工作方式也有三種: ?聽者（?°受話?±方式）：同時可有多個 ?講者（?°送話?±方式）：每時只能有一個 ?控者（?°控制?±方式）：每時只能有一個

（2）IEEE-488總線的連接示意圖

–采用異步方式，利用三條控制線進行握手聯絡，實現三線握手的數據傳輸

–數據傳輸率不得超過每秒1M字節 –總線上的設備數不得多于15個

–電纜總長度不超過20m，兩設備間不超過2m –采用負邏輯

?不用MODEM的直接通信線路

（2）USB設備的主要特點

–采用USB接口的設備支持熱拔插)–USB接口可以同時連接127臺USB設備。–速度方面，USB 1.1總線規范定義了12 Mb/s的帶寬，而USB2.0可提供480Mb/s的傳輸速度。–USB總線能夠提供500 mA的電流

USB總線系統中的設備可以分為三個類型 –USB主機

–USB 集線器（HUB）

–USB總線的設備，又稱USB功能外設

第4講

過程通道與人機接口

過程通道:是在計算機和生產過程之間設置的信息傳送和轉換的連接通道，它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數字量（開關量）輸入通道、數字量（開關量）輸出通道。本講主要內容 1.模擬量輸入通道 2.模擬量輸出通道 3.數字量輸入輸出通道 4.人機接口

模擬量輸入通道（A/D接口）的組成

?模擬量輸入通道的組成 –傳感變送器

–輸入信號調理電路 –多路模擬切換開關 –前置放大器 –采樣保持器

–模／數轉換器（A/D）–控制電路等

五、A/D轉換

?A/D轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變為數字量。

?模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉換前，輸入到A/D轉換器的輸入信號必須經各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。?A/D轉換后，輸出的數字信號可以有8位、10位、12位和16位等。

1.A/D轉換器的工作原理

（2）逐次逼近法

2.A/D轉換器的性能指標

（1）ADC0809

CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，主要特性：

1）它是具有8路模擬量輸入、8位數字量輸出功能的A/D轉換器。

2）轉換時間為100μs。

3）模擬輸入電壓范圍為0V～+5V，不需零點和滿刻度校準。

4）低功耗，約15mW。

1）查詢法

優點:接口電路設計簡單。

缺點：A/D轉換期間獨占CPU，致使CPU運行效率降低。2）定時法

優點:接口電路設計比查詢法簡單，不必讀取EOC的狀態。

缺點：A/D轉換期間獨占CPU，致使CPU運行效率降低；另外還必須知道A/D轉換器的轉換時間。3）中斷法

優點：A/D轉換期間CPU可以處理其它的程序，提高CPU的運行效率。

缺點：接口電路復雜

④ ADC0809的接口電路

（2）12位A/D轉換器AD574

② AD574的工作過程

③ AD574的接口電路

4.A/D轉換器接口的隔離技術 主要采用光電耦合器 4.2 模擬量輸出通道

一、D/A轉換器

7.D/A轉換器性能指標

8.D/A轉換器的種類

（1）DAC0832結構框圖及引腳說明

① CPU執行輸出指令，輸出8位數據給DAC0832；

② 在CPU執行輸出指令的同時，使ILE、/CS、/WR1三個控制信號端都有效，8位數據鎖存在8位輸入寄存器中；

③ 當/WR2、/XFER兩個控制信號端都有效時，8位數據再次被鎖存到8位DAC寄存器，這時8位D/A轉換器開始工作，8位數據轉換為相對應的模擬電流，從Iout1和Iout2輸出。

三、D/A接口的隔離技術 通常采用光電耦合器

兩種隔離方式：模擬信號隔離和數字信號隔離

2.數字量隔離

4.4數字量輸入輸出通道

1.數字量（開關量）的概念 –開關的閉合與斷開

–指示燈的亮與滅

–繼電器或接觸器的吸合與釋放

–電機的啟動與停止

–設備的安全狀況等

功能：對現場輸入的狀態信號進行轉換、保護、濾波、隔離，以轉換成計算機能夠接收的邏輯信號

3．常用的幾種數字量輸入的接線方式

二、數字量輸出通道

2．輸出驅動電路

第5講

數字控制器的設計

?數字控制器概述

?數字控制器的模擬化設計 ?數字控制器的離散化設計 ?數字PID控制算法 ?常規控制方案 ?先進控制方案

5.1 數字控制器概述

?整定過程：先按模擬PID控制器參數整定方法來選擇，然后再適當調整，并考慮采樣周期對整定參數的影響

2.擴充響應曲線法（動態特性法）

?三種常用指標：

?最佳整定參數應使這些積分指標最小，不同積分指標所對應的系統輸出被控變量響應曲線稍有差別

?一般情況下，ISE指標的超調量大，上升時間短；IAE指標的超調量適中，上升時間稍短；ITAE指標的超調量小，調整時間也短，用得較多

5.4 常規控制策略

一、串級控制系統

二、前饋控制系統

1）典型的前饋-反饋控制系統

第6講

常用控制程序設計

?軟件系統概述

?測量數據預處理技術 ?查表及數據排序技術 ?數字濾波技術

應用軟件的設計主要包括以下幾個模塊：

?系統界面模塊 ?采集模塊 ?控制模塊 ?數據處理模塊 ?打印顯示模塊 ?數據存儲模塊 ?數據傳輸模塊等

一、程序設計步驟

第7講 計算機控制系統中的 抗干擾技術

?干擾的傳播途徑與作用方式

?硬件抗干擾技術 ?軟件抗干擾技術

7.1 干擾的傳播途徑與作用方式

一、計算機控制系統中干擾的來源

二、干擾的傳播途徑

?在計算機控制系統的現場，往往有許多強電設備，它們的啟動和工作過程中將產生干擾電磁場，另外還有來自空間傳播的電磁波和雷電的干擾，以及高壓輸電線周圍交變磁場的影響等。

–電場耦合又稱靜電耦合，是通過電容耦合竄入其他線路的。–電場干擾可以通過兩根導線之間構成的分布電容竄入系統

–在任何載流導體周圍都會產生磁場，當電流變化時會引起交變磁場，該磁場必然在其周圍的閉合回路中產生感應電勢引起干擾。

–在設備內部，線圈或變壓器的漏磁也會引起干擾；在設備外部，平行架設的兩根導線也會產生干擾，由于感應電磁場引起的耦合，可以計算感應電壓

–公共阻抗耦合干擾是由于電流流過回路間公共阻抗，使得一個回路的電流所產生的電壓降影響到另一回路

–在計算機控制系統中，普遍存在公共耦合阻抗，例如，電源引線、印刷電路板上的地和公共電源線、匯流排等。這些匯流條都具有一定的阻抗，對于多回路來講，就是公共耦合阻抗

三、干擾的作用方式

按干擾作用方式的不同，可分為差模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾

（1）定義：是指系統的兩個信號輸入端上所共有的干擾電壓,共模干擾也稱為共態干擾或縱向干擾

（2）產生共模干擾的原因：

計算機的地、信號放大器的地與現場信號源的地一般相隔一段距離，在兩個接地點之間往往存在一個電位差Vc，該電位差是系統信號輸入端上共有的干擾電壓，會對系統產生共模干擾

（3）表現方式：

對于系統的干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾的方式表現出來。

結論：

?對于存在共模干擾的場合，應采用雙端差動輸入方式

?為了衡量一個放大器抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即

（1）定義：在計算機控制系統中，現場信號到控制計算機以及控制計算機到現場執行機構，都經過一段較長的線路進行信號傳輸，即長線傳輸。（2）信號在長線中傳輸遇到的三個問題

一是波反射現象：高速變化的信號在長線中傳輸時，會出現波反射現象

二是信號延時

三是外界干擾 7.2 硬件抗干擾技術

二、接地系統的抗干擾技術

在過程控制計算機中，對上述各種地的處理一般是采用分別回流法單點接地。

單點接地與多點接地 2.輸入系統的接地

?在輸入通道中，為防止干擾，傳感器、變送器、和信號放大器通常采用屏蔽罩進行屏蔽，而信號線往往采用屏蔽信號線。屏蔽層的接地也應采取單點接地方式，關鍵是確定接地位置。3.主機系統的接地

?為了提高計算機的抗干擾能力，將主機外殼作為屏蔽。而把機內器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于50MΩ，即機內信號地浮地。

三、過程通道的抗干擾技術

?過程通道是計算機控制系統的現場數據采集輸入和輸出通道，它包括了現場信號源、信號線、轉換設備、I/O接口電路，主機和執行機構等。

?過程通道涉及內容多，分布廣，受干擾的可能性大，其抗干擾問題非常重要。?過程通道干擾的來源是多方面的，主要有共模干擾、差模干擾和長線干擾。（1）變壓器隔離

?變壓器隔離：利用隔離變壓器將模擬信號電路與數字信號電路隔離開，也就是把模擬地與數字地斷開，以使共模干擾電壓不能構成回路，從而達到抑制共模干擾的目的。另外，隔離后的兩電路應分別采用兩組互相獨立的電源供電，切斷兩部分的地線聯系.?這種隔離適用于無直流分量信號的通路。對于直流信號，也可通過調制器變換成交流信號，經隔離變壓器后，用解調器再變換成直流信號。（2）光電隔離

?光電耦合器是由發光二極管和光敏三極管（或達林頓管、或晶閘管等）封裝在一個管殼內組成, 實現以光為媒介的電信號傳輸。（3）浮地屏蔽

?浮地屏蔽：指信號放大器采用雙層屏蔽，輸入為浮地雙端輸入，如圖示。這種屏蔽方法使輸入信號浮空，達到了抑制共模干擾的目的。2.差模干擾的抑制 3.長線傳輸干擾的抑制

–同軸電纜對于電場干擾有較強的抑制作用，工作頻率較高。雙絞線對于磁場干擾有較好的抑制作用，絞距越短，效果越好。在電場干擾較強時須采用屏蔽雙絞線。

–在使用雙絞線時，盡可能采用平衡式傳輸線路。所謂平衡式傳輸線路，是雙絞線的兩根線不接地傳輸信號。因為這種傳輸方式具有較好的抗差模干擾能力，外部干擾在雙絞線中的兩條線中產生對稱的感應電動勢，相互抵消。同時，對于來自地線的干擾信號也受到抑制。4.終端阻抗匹配

?為了消除長線的反射現象，可采用終端或始端阻抗匹配的方法。5.始端阻抗匹配

始端阻抗匹配：在長線的始端串入電阻R，通過適當的選擇R，以消除波反射

7.3 軟件抗干擾技術 2.輸入數字信號的抗干擾 3.輸出數字信號的抗干擾

?由于干擾，可能使計算機輸出的正確數字信號，在輸出設備中得到的卻是錯誤信號。

在軟件上可以采取以下一些方法提高抗干擾能力：

二、CPU及程序的抗干擾技術

?CPU是計算機的核心。當CPU受到干擾不能按正常狀態執行程序時，就會引起計算機控制的混亂，所以需要采取措施，使CPU在受到干擾的情況下，盡可能無擾地恢復系統正常工作。1.指令冗余

?當CPU受到干擾，程序“跑飛”后，往往將一些操作數當作指令代碼來執行，從而引起整個程序的混亂。采用指令冗余技術是使程序從“跑飛”狀態，恢復正常的一種有效措施。2.軟件陷阱

?軟件陷阱是在非程序區的特定地方設置一條引導指令（看作一個陷阱），程序正常運行，不會落入該引導指令的陷阱，當CPU受到干擾，程序“跑飛”時，如果落入指令陷阱，將由引導指令將“跑飛”的程序強制跳轉到出錯處理程序，由該程序段進行出錯處理和程序恢復。3.Watchdog技術

?當程序“跑飛”到一個臨時構成的死循環中時，冗余指令和軟件陷阱將不起作用，造成系統完全癱瘓。看門狗技術，可以有效解決這一問題