计算机控制技术发展史

2022-12-30

第一篇：计算机控制技术发展史

计算机控制技术

一、填空题

1、所谓自动控制，就是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。

2、计算机控制系统的工作原理的三个步骤：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出

3、实时性：是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件作出反应的特性。

4、计算机控制系统有哪几种典型类型：OIS 、DDC、 SCC 、DCS 、FCS 、PLC

5、工业计算机有哪些特点：可靠性高、实时性好、环境适应性强、模块化设计，完善的O/I通道、系统扩充性好、系统开放性好、控制软件包功能强。

二、作图题

1、作出计算机控制系统的组成框图

2、作出计算机制导控制系统(OIS)的系统框图

三、问答题

1、计算机总线大致可分为几类?其内部总线又可分为几类?

2、简述smith预估控制的基本思想。

3、常见的工业控制计算机总线体系结构有哪几种?

4、什么是数字滤波?常用的数字滤波有哪些方法?

5、工业控制计算机系统的干扰来源有哪几类?各类干扰又有哪些具体形式?

6、现场总线的定义是什么?

四、论述题

1、论述DCS、FCS各自的含义是什么?

五、计算题

关于PID控制，要求：

1、写出模拟PID控制器的控制规律及其传递函数。

2、推导出位置式数字PID的控制算式。

3、推导出增量式数字PID的控制算式。

关于模糊控制

六、设计题

现要求用80C51单片机处理A、B、C三个输入信号，其中A为0-20V的交流信号，B为0-10mA的直流电流信号，C为0/24V的直流电压开关信号，要求得到A、B信号的幅值及C信号的状态。其中ADC采用ASC0809。请补充必要的电子元器件，并将元器件正确连接(可用网络符号)。

提示：交流信号?整流，开关

第二篇：计算机控制技术总结

第一章

1、计算机控制系统的工作原理

•实时决策控制：对采集到的被控量进行分析处理，并按已定的控制规律，决定控制行为。

•实时控制输出：根据控制决策，适时地对控制机构发出控制信号，完成控制任务。

2、计算机控制系统的组成

答：计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两部分组成。

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和测量变送、执行机构、电气开关等装置，。

3、计算机控制系统的典型型式

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，监督控制系统，集散控制系统，现场总线控制系统，综合自动化系统。

第二章

什么是总线

所谓总线，就是计算机各个模块之间互联和传送信息的一组信号线。总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线。

模拟量输入通道：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。

模拟量输入通道的组成一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。

信号调理：为了将外部开关量信号输入到计算机,必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机所能接受的逻辑信号，这个过程叫信号调理。

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量信号、转变成在时刻0、 T、1 T、2 T、…K T的一连串脉冲输出信号的过程成为采样过程。

量化：采用一组数码(如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值，将其转化为数字信号。量化过程：将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。

3. 采样保持器

(1)孔径时间和孔径误差的消除

 孔径时间：A/D转换器将模拟信号转换成数字量所需的时间，称为孔径时间。

孔径误差：对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。对于一定的转换时间，误差的百分数和信号频率成正比。

孔径误差的消除：采用带有采样保持器，，限制信号的频率范围。

模拟量输出通道任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的。

模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换等组成

模拟量输出通道的结构形式

1. 一个通路设置一个数/模转换器的形式(数字保持方案)

优点：转换速度快、工作可靠。

缺点：使用较多的D/A转换器。

2. 多个通路共用一个数/模转换器的形式(模拟保持方案)

优点：节省数/模转换器

缺点：分时工作，适用于通路数量多且速度要求不高的场合;

要用多路开关，且要求输出采样保持的保持时间与采样时间之比较大; 可靠性差。

2.6 硬件抗干扰技术

3种过程通道抗干扰技术主机抗干扰技术系统供电与接地技术

干扰既可能来源于外部，也有可能来自内部。外部干扰由外界环境因素决定;内部干扰是由系统结构、制造工艺等决定。

过程通道抗干扰技术

1. 串模干扰及其抑制方法

(1)串模干扰

定义：有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。

(2)串模干扰的抑制方法答：•实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。

–如果串模干扰的频率与被测信号频率不同时，可以采用滤波器来抑制干扰;

–当尖峰型串模干扰为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰影响;

–对于串模干扰主要来自电磁感应时，信号应仅可能早地前置放大，提高信噪比;

–利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰;

–采用良好的屏蔽，以减少电磁干扰。

2.共模干扰及其抑制方法

(1)共模干扰

定义：所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

(2)共模干扰的抑制方法

变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比。

数字PID控制器的改进

积分项的改进

(1)积分分离(2)抗积分饱和(3)梯形积分(4)消除积分不灵敏区

微分项的改进

(1)不完全微分PID控制

改进原因：在PID控制中，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。

改进方法：串联一阶惯性环节，组成不完全微分PID控制器。

两种PID控制的阶跃响应：

(2)微分先行PID控制算式

改进原因：为避免给定值的升降给系统带来冲击，如超调过大，调节阀动作剧烈。

改进方法：只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分。

带死区的PID控制算法

作用：避免控制动作过于频繁，消除频繁动作所引起的振荡。

施密斯预估控制的思想

施密斯预估控制原理是：与D(s)并接一补偿环节，用来补偿被控制对象中的纯滞后部分。这个补偿环节为预估器，其传递函数为Gp(s)(1--e-ts),t为纯滞后时间。由施密斯预估器和控制器D(s)组成的补偿回路称为纯滞后补偿器，其传递函数为D’(s),经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，且不影响系统的稳定性。

所谓振铃现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。

振铃现象的消除第一种方法是先找出D(z)中引起振铃现象的因子(z=-1附近的极点)，然后令其中的z=1,根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳定值。

第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数Tt，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象。

软件抗干扰技术

经常采用的软件抗干扰技术技术是数字滤波技术、开关量的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱等。先进控制技术：模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术和预测控制技术。

模糊控制系统通常由模糊控制器、输入输出接口、执行机构、测量装置和被控对象等5个部分组成。

6.6.1数字滤波技术

数字滤波是通过一定得的计算或判断程序，减少干扰在有用信号中比重。

与模拟滤波器相比，数字滤波器的优点：

程序实现，不需硬件，可靠性高，稳定性好。

可以对很低频率进行滤波，克服模拟滤波器的缺点，

根据信号不同，采用不同的滤波方法，灵活、方便、功能强。

1平均值滤波：适用于周期性干扰

2中位滤波：使用偶然的脉冲干扰

3限幅滤波：使用偶然的脉冲干扰

4惯性滤波：适用于高频干扰

6.6.2开关量的软件抗干扰技术

1.开关量信号输入抗干扰措施

干扰特点：多呈毛刺状，作用时间短。

解决方法：两次采样、多次采样，完全一致方为有效。

2.开关量信号输出抗干扰措施

惯性大的输出设备(如各类电磁执行机构)，对毛刺干扰有一定的耐受能力。

惯性小的设备(如通讯口)，耐受能力小，需要输出抗干扰。

解决方案：重复输出统一数据，重复中期尽可能短，外设阶受到干扰信号，还来不及做出反应，一个正确的输出信息又来到了。

6.6.3 指令冗余技术

解决方案：在关键地方插入单字节指令(NOP)，这就是指令冗余。

6.6.4 软件陷阱技术

什么是软件陷阱：就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。

软件陷阱的实现：无条件转移指令

软件陷阱的位置(1)未使用的中间向量区(2)未使用的大片ROM区3)表格(4)程序区

网络拓扑结构

星形、环形、总线型、树形。

1.网络拓扑结构

(1)星形结构：结构：中心结点是主结点，它接受各分散结点的信息再转发给相应结点，具有中继交换和数据处理功能。

特点：：①网络结构简单，便于控制和管理，建网容易;

②网络延迟时间短，传输错误率较低;

③网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪;

④网络资源大部分在外围点上，相互结点必须经过中央结点才能转发信息;

⑤通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成本较高。

(2)环形结构：：结构：各结点通过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点。

特点：①信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制; ②环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，因此控制软件较简单;

③环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性;

④环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定的限制。

(3)总线形：;结构：个结点经其接口，通过一条或几条通讯线路与公共总线连接。其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被任一结点接收。由于信息传输方向是从发送结点向两端扩散，因此又称为广播式网络。特点：①结构简单灵活，扩展方便;

②可靠性高，网络响应速度快;

③共享资源能力强，便于广播式工作;

④设备少，价格低，安装和使用方便;

⑤由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。

(4)树形：：结构：分层结构，适用于分级管理和控制系统。

特点：①通讯线路总长度较短，连网成本低，易于扩展，但结构较星形复杂;

②网络中除叶结点外，任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。

介质访问控制技术

什么介质访问控制?

各结点通过公共通道传输信息，因此存在如何合理分配信道的问题，访问控制方式的功能是合理解决信道的分配。

(1)冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)——适用于总线形

工作原理

当某一结点要发送信息时，首先要侦听网络中有无其它结点正在发送信息，若没有则立即发送;否则，等待一段时间，直至信道空闲，开始发送。

确定等待时间的方法

①当某结点检测到信道被占用后，继续检测，发现空闲，立即发送;

②当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机时间，然后再检测。重复这一过程，直到信道空闲，开始发送。

(2)令牌环——适用于环网

令牌的定义

是控制标志，网中只设一张令牌，并依次沿各结点传送。

(3)令牌总线——适用于总线形式

原理：把总线形传输介质的各个结点形成一个逻辑环，即人为地给各个规定一个顺序。控制方式类似于令牌环。 .差错控制技术

改善信道的点性能，使误码率降低

(1)奇偶校验

(2)循环冗余校验——CRC校验

(3)纠错方式3种：重发纠错，自动纠错，混合纠错

分布式控制系统

答：分布式控制系统就是指综合了计算机技术、控制技术、CRT显示技术、通信技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能，为用户实现过程控制自动化与信息管理想结合的管控一体化的综合集成系统。什么叫现场总线

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场仪表或现场设备互连的通信网络。

现场总线的体系结构主要表现以下6个方面：

(1) 现场通信网络(2)现场设备互连(3)互操作性(4)分散功能块(50通信线供电

(6)开放式互连网络

OPC OPC是用于过程控制的对象链接嵌入技术，OPC采用客户/服务层结构想下层提供接口，时信息进入OPC服务器，向上层提供接口，实现向上互联。

系统集成：

按系统整体性原理，将原来没有联系或联系不紧密的元素组成为具有一定功能的，满足目标、

相互联系、彼此协调工作的新系统的过程、技术与科学而引出的系统集成工程。

。

第三篇：计算机控制技术知识总结

注：计算题知识略

第一章

12(online)、离线控制(offline)、实时控制(real-time)

3、自动控以控制方式分类：直接数字控制系统(DDC)、计算机监督控制系统(SCC)分布式控制系统(DCS)现场总线控制系统(FCS)计算机集成控制系统(CIMS)

第二章

45、总线的组成：数据总线、地址总线、控制总线、电源线

678

第三章

9、CPU断控制方式

10、I/O

11、A/D第四章

13 第五章

14、PID

15、PID算法积分改进：抗积分饱和、积分分离、消除积分不灵敏区、变速积分

第八章

1617设、接地抗干扰

18阱)

1920

21、共模干扰的抑制方法：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽

第四篇：“计算机控制技术”双语教学初探

摘要：首先介绍了在高校理工科学生中开展双语教学的重要意义和必要性。然后结合作者所在学院双语教学的现状和“计算机控制技术”课程的特点讨论了在学院开展“计算机控制技术”课程双语教学的实施计划。最后结合实际教学情况阐述了进行“计算机控制技术”课程双语教学应该注意的一些问题。

关键词：计算机控制技术;双语教学;必要性;实施计划

机械电子是工程科学的一个跨学科的新兴专业，为了开阔教师和学生的国际化视野，探索一条适合于机械电子工程类课程的双语教学模式极为重要。本文在充分调研相关参考文献的基础上，立足于“计算机控制技术”课程，从开展机械电子工程专业课双语教学的重要意义与必要性、开展“计算机控制技术”课程双语教学的实施计划和进行“计算机控制技术”课程双语教学中应该注意的一些问题等方面进行阐述。

一、开展双语教学的重要意义和必要性

一般来说，双语教学指的是在教学过程中以外语为教学媒介来进行非英语专业课程的教学方式。双语教学可以完成专业课程的教学任务，通过使用原版英文教材、制作英语课件、英文授课、使用英语完成作业和考核等手段来提高学生的英语听说读写能力和使用英文进行交流和表达的能力。目前，比较受关注的双语教育模式有沉浸式双语教学模式、导入型双语教学模式和三向分流双语教育模式等。近些年来，我国的综合国力得到了迅速提高，在经济、科技、文化等方面与国际交流不断增加。这对英语的使用和交流表达能力提出了更高的要求。为了更好地适应经济全球化，英语的熟练掌握和灵活使用起着至关重要的作用。因此，大学学习中除了进行相应英语课程的教授外，专业课程双语教学也势在必行。

双语教学有利于学生提高英语的听说读写能力和交流水平。在专业课程双语教学中既传授了专业理论和英语语言知识，也可以通过课堂讨论、专题研讨等形式培养学生的语言交流能力，提高学生使用英语进行文献查询、问题讨论的水平。这样可以在很大程度上丰富学生的词汇。计算机技术和互联网技术的飞速发展使得学生获取知识和信息的手段与速度大大提高。双语教学中，学生可以频繁地接触和使用英语进行学习和交流。

二、“计算机控制技术”双语教学的实施计划

“计算机控制技术”是机械电子工程方向的一门重要的专业课程。涉及的教学内容丰富，难度相对较高，英语专业词汇多。因此在准备教学辅助材料时要做到精挑细选。计算机控制技术双语教学辅助材料的建设包括原版教材配套的讲义的制作、制作与收集相关音像资料和建立与双语教学相应的题库。在讲义中，要对原版教材的重点和难点内容进行注释，可以让学生更好地理解教材内容，避免因英文太难而产生厌学情绪。对书中的相关专业词汇和术语增加中文注释，在书后增加中英文词汇对照表，这样有利于学生对教学要点的理解和掌握。为了提高学生学习的积极性，应建立有利于激发学生学习主动性的试题库。

为了适应高校教学的要求和提高专业课程的授课效果，应该采用启发探究式的教学模式和研讨式的教学方法。在教学方法上，要充分调动学生的学习热情和积极性。在教学中，既要注重发挥传统教学灵活性强、节奏感好的优点，又要充分利用多媒体等新兴的教学手段教学形象、直观的特点。

三、双语教学中应该注意的一些问题

1.注重双语教学师资力量的培养。在双语教学中，常常会遇到这种情况，一方面，外语专业出身的教师具有较强的外语听说读写能力，但欠缺理工科专业课程的知识;另一方面，部分专业课知识扎实的相关专业教师由于缺乏外语使用的环境，虽然有一定的外语基础，却受到外语听和说的限制，无法胜任相关专业课程双语教学任务。因此，要重视双语教学教师的选拔和培养，积极引进英语水平高的年轻博士和有海外留学经历的教师。鼓励年轻教师积极阅读英文文献，撰写英文文章，安排教师去国外进行中长期的访学和短期的英文培训，提高教师的英文听说读写能力。

2.随着我国社会经济和国际化进程的不断发展，社会对大学毕业生外语能力的要求越来越高。这就对高校理工科的双语教学提出了更高的要求。

本文结合我院“计算机控制技术”课程双语教学的思考，阐述了在高校理工科学生中开展双语教学的重要意义和必要性，讨论了在学院开展“计算机控制技术”课程双语教学的实施计划。最后结合实际教学情况阐述了进行“计算机控制技术”课程双语教学中应该注意的一些问题。

参考文献：

[1]孙文，姜国新.浅析高校微分方程双语教学[j].教育教学论坛，2015(15)：271-272.

[2]成晓毅.我国高校双语教学模式初探[j].西安外国语学院学报，2005，13(03)：89-91.

[3]何伟.重庆高校双语教学探讨[j].中国教育学刊，2014(11)：118-119.

注：本文由淮海工学院教学改革研究课题(xjg2015-2-1)，江苏高校品牌专业建设工程项目，江苏省中高等职业教育衔接课程体系建设立项课题资助。

第五篇：计算机控制技术课程设计要求

一、课程设计的目的和任务

计算机控制技术是生产过程自动化专业的专业必修课。该课程是在自动化技术、计算机技术、控制技术，通信技术和网络技术及管理信息系统的基础上发展和建立起来的，它是实现综合自动化的核心技术，是一门综合性和实践性较强的课程。

课程设计是完成教学计划达到工科大专学生培养目标的重要环节，是教学计划中进行综合训练的重要实践环节，是有助于培养应用性人才的一种教学形式，它将使学生在综合运用所学知识，解决本专业方向的实际问题方面得到系统性的训练。

通过课程设计使学生在以下几个方面得到训练和提高：

1.利用所学过的知识，初步分析计算机控制系统的能力;

2.综合运用本专业方向所学知识，构成以微机或单片机为核心，包括过程通道的小型计算机控制系统的能力;

3.计算机控制系统实时软件(包括管理软件及控制应用软件) 的设计、编制与调试的能力;

4.计算机控制系统中模拟部件(包括电压及功率放大部件)以及常规传感部件的使用、调试的能力;

5.计算机控制系统综合调整及性能测试的能力; 6.实验结果分析、总结及撰写技术报告的能力。

通过课程设计，使学生进一步学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，进一步巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能;培养学生独立自主、综合分析的思维与创新能力，最终使学生初步具有设计小型计算机控制系统的硬件及软件的能力。同时，通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的一系列过程，使学生得到一次科学研究工作的初步训练。

二、课程设计内容和基本要求

应用所学的计算机控制系统理论知识完成一些实际的计算机控制系统设计。可参考以下题目：(四选一)

(1)温度闭环控制系统设计;(C语言编程) (2)基于PID控制的淬火炉炉温控制系统设计;

(3)萃取过程控制系统设计;(中成药萃取、猕猴桃或自选萃取对象) (4)直流电机闭环调速控制系统的设计;(C语言编程) 设计要求：

(1)初步掌握计算机控制系统的分析和设计的基本方法。完成系统电气原理图的绘制，主要程序框图的绘制，完成一份10页左右的设计报告，并于12月30日前上交。

(2)培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，除咨询老师外，应通过独立思考、查阅文献和互相讨论的方式解决。

(3)通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生在实际工作中应具有的生产观点，经济观点和全局观点。

三、课程设计方式与安排

1 每个同学根据所选题目，独立完成设计和设计报告书。每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。课程设计完成后，交课程设计报告一份。

课程设计时间为2周，将其分为三个阶段。

第一阶段：阅读研究课程设计指导书与任务书，复习有关知识，收集文献资料，系统总体设计，设计系统框图。此阶段约占总时间的20%。

第二阶段：系统详细设计，对装置、器件、芯片作好选型，细划与设计、绘出各部分接口电路图，完成主要程序框图绘制。约占总时间的60%。