1.13-17天津城建大学计算机控制技术期末考试部分考点.pdf

计算机控制技术是现代工业自动化的重要组成部分，特别是在天津城建大学的课程中，它涉及了如何利用计算机实现生产过程的高效自动控制。计算机控制系统（IPC）是这种自动化的核心，通过实时数据采集、控制决策和控制输出这三个关键步骤来完成任务。 实时数据采集阶段，系统会监测输入的测量变送装置，捕捉被控量的瞬时值，这是控制过程的基础。实时控制决策则涉及对采集数据的分析处理，依据预设的控制规律来确定最佳的控制策略。实时控制输出会根据决策结果向执行机构发送控制信号，确保控制任务得以及时执行。 实时性是工控机系统的一个关键特性，意味着系统必须在规定的时间内对任何外部事件做出响应。虽然在线系统并不一定具备实时性，但实时系统一定是时刻在线的。计算机控制系统的经典形式包括操作指导控制系统（OIS）、直接数字控制系统（DDC）、监督控制系统（SCC）、集散控制系统（DCS）以及现场总线控制系统（FCS）。此外，还有PLC（可编程逻辑控制器）与上位机组成的系统，它们广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域。 工控机的输入功能包括模拟量输入通道，它将检测到的模拟信号转换为数字信号。这个过程中，I/U变换器、多路转换器、程控放大器、采样/保持器和A/D转换器共同发挥作用。例如，I/U变换能增强信号的抗干扰能力，而采样保持器则保证在A/D转换期间输入信号的稳定性，避免转换误差。 PID（比例-积分-微分）控制是控制理论中的基础算法，针对其积分饱和问题，发展出了积分分离、抗积分饱和、不完全微分以及带死区的PID控制等改进方法。这些改进旨在提高控制精度，防止系统振荡，并适应各种复杂工况。 工控机通常采用加固型设计，包括工业机箱、工业电源、一体化主板等，以确保在恶劣环境下也能稳定工作。它们的特点包括高可靠性、良好的实时性、强环境适应性、模块化设计、出色的扩展性和开放性，以及强大的控制软件包和通信功能。同时，计算机总线（如内部总线和外部总线）在系统内部和外部通信中起到关键作用，数据总线、地址总线、控制总线和电源总线等不同类型的总线各自承担着特定的任务。 输入/输出接口作为计算机与生产过程间的桥梁，包含模拟量输入接口、输出接口以及开关量输入/输出接口。模拟量接口负责信号的采集与转换，而开关量接口则处理现场的开关信号，实现对环境、动作和数量的监控。 计算机控制技术涵盖了从数据采集到控制决策的全过程，涉及到多种硬件和软件组件，以及各种控制策略的优化和调整，是构建高效自动化生产环境的基石。