计算机控制技术电子教案-(青岛科技大学word版)

第 1 章 绪论
本章将简要介绍计算机控制系统的概述、计算机控制系统的组成及分类、计算机控制研究的课题与发展方向。
第 2 章 计算机控制系统中的检测设备和执行机构
在计算机控制系统中，为了正确的指导生产操作、保证生产安全、产品质量和实现生产过程自动化，一项必不可少的工作是准确而及时的检测生产过程中的各个有关参数，例如压力、流量、物位及温度等。用于将这些参数转换为一定的便于传送的信号(例如电信号或气压信号)的仪表通常称为传感器。当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称为变送器。变送器输出的标准信号送到调节器中，与给定值相比较，调节器按照比较后得出的偏差，以一定的调节规律发出控制信号。执行器接收来自调节器的控制信号，由执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构(调节阀)，改变控制量，使被控变量符合预期要求。此外，计算机控制系统中还经常用到其它类型的检测设备和执行元件。
第3章 计算机总线技术
随着微处理器技术的飞速发展，使得计算机的应用领域不断扩大，与之相应的总线技术也得到不断创新。本章主要讨论总线的分类及其结构，并介绍几种常用的内部总线和外部总线。
第4章 过程通道与人机接口
要实现计算机对生产过程的控制，需要设法给计算机提供生产过程的各种物理参数，这就需要有信号的输入通道，另外还需将计算机的控制命令作用于生产过程，这就需要有信号的输出通道。
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道。生产过程的各种参数通过模拟量输入通道或数字量输入通道送到计算机，计算机经过计算和处理之后将所得的结果通过模拟输出通道或数字量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。
为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。其作用一是显示生产过程的状况，二是供操作人员操作，三是显示操作结果。
第5章数据处理与控制策略
计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出控制器的控制规律和相应的数字控制算法。对数字控制器的设计一般有连续化设计和离散化设计两类。
数控技术和运动控制装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。计算机控制系统中的控制策略是指基于控制理论、在被控对象数学模型或操作人员的先验知识基础上设计并用计算机软件实现的数字控制器或某种控制算法。早期的工业过程控制系统受经典控制理论和常规仪表的限制，难以处理工业过程中存在的时变、非线性、强耦合和不确定性等复杂情况，一般采用常规PID控制器进行控制，其控制目标是保证生产的基本平稳和安全运行。随着工业现代化发展中提出的高效益、高柔性控制的综合要求，常规控制已不能满足新的控制要求，各种新型的过程控制策略(Advanced Process Control，简称APC)应运而生，在工业过程控制中得到许多成功的应用。
第 6 章 计算机控制中的网络与通信技术
现代化工业生产规模不断扩大，对生产过程的控制和管理也日趋复杂，往往需要几台或几十台计算机才能完成控制和管理任务。不同的地理位置、不同功能的计算机及设备之间需要交换信息，这样把多台计算机或设备连接起来，就构成了计算机网络。对于广大的从事过程控制的技术人员来说，为了提高计算机的应用水平，更好地编制程序，有必要了解数据通信的通信网络技术、通信网络协议和数据通信知识。
第7章 计算机控制系统软件
只有计算机硬件的计算机叫裸机，它不能实现任何功能，只是计算机控制系统的设备基础；软件是任何系统的头脑、心脏和灵魂。计算机只有在配备了所需的各种软件后，才能展现出令人眩目的多功能的光彩，也只有通过软件和硬件的相互配合，才能将各种控制策略、控制算法和控制目标实现，才能充分发挥计算机的优势，使计算机控制系统具有更高的性价比。本章主要介绍有关计算机控制系统的软件知识。
第8章典型计算机控制系统简介

本章简要介绍目前常用的比较典型的计算机控制系统，主要包括：基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统；基于数字调节器的计算机控制系统；基于PLC的计算机控制系统；基于嵌入式系统的计算机控制系统；分散控制系统；现场总线控制系统和计算机集成制造系统。
第 9 章 计算机控制系统中的抗干扰技术
由于工业现场的工作环境往往十分恶劣，计算机控制系统不可避免地受到各种各样的干扰。这些干扰可能会影响到测控系统的精度，使系统的性能指标下降，降低系统的可靠性，甚至导致系统运行混乱或故障，进而造成生产事故。干扰可能来自外部，也可能来自内部；它可通过不同的途径作用于控制系统，且其作用程度及引起的后果与干扰的性质及干扰的强度等因素有关。干扰是客观存在的，研究抗干扰技术就是要分清干扰的来源，探索抑制或消除干扰的措施，以提高计算机控制系统的可靠性和稳定性。本章首先介绍干扰的种类及传播途径，然后根据硬件和软件抗干扰措施的不同，分别加以论述。
第 10 章 计算机控制系统的设计与实施
通过前面的介绍，我们已经掌握了计算机控制系统各部分的工作原理、硬件和软件技术以及控制算法，因而具备了设计计算机控制系统的条件。计算机控制系统的设计，既是一个理论问题，又是一个工程问题。计算机控制系统的理论设计包括：建立被控对象的数学模型；确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控制规律；选择适宜的计算方法和程序设计语言；进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。进行计算机控制系统的工程设计，不仅要掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象的动态和静态特性，而且要熟悉自动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、微电子技术等。本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现。
第11章计算机控制系统实例
前面几章着重介绍了计算机控制系统涉及到的软硬件知识、控制算法及设计方法等方面的内容，本章将结合两个有代表性的计算机控制系统设计和应用实例：工业锅炉计算机控制系统、硫化机计算机群控系统。
锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高效率发展。