第1章计算机控制系统概述 1.1简述计算机控制系统的组成，并画出系统框图。 简答：计算机控制系统由计算机、数/模转换、执行机构、被控对象、模/数转换等。 计算机 设定值 控制潜 D/A 执行机构 破控州单 莜控变量 A/D 1.2简述计算机控制系统的分类。 简答：数据采集系统、直接数字控制系统、计算机监督控制系统、分级控制系统、集散 型控制系统及现场总线控制系统。 1.3简述直接数字控制系统的特点。 简答：直接数字控制系统由于采用了计算机，在信号传送到计算机之前必须经模数转换 将模拟信号转换为数字信号才能被计算机接收，计算机的控制信号必须经数模转换后才能驱 动执行机构。另外，由于是用程序进行控制运算，其控制方式比常规控制系统灵活且又经济。 采用计算机代替模拟仪表控制，只要改变程序就可以对控制对象进行控制，因此计算机可以 控制几百个回路，并可以对上下限进行监视和报警。此外，因为计算机有较强的计算能力， 所以控制方法的改变很方便，只要改变程序就可以实现。 1.4简述集散控制系统的组成与特点。 简答：集散控制系统以微机为核心，把过程控制装置、数据通信系统、显示操作装置、 输入输出通道、控制仪表等有机地结合起来，构成分布式结构系统。其结构如下图所示。 监控计算机 操作站 通信系统 数据采集站 控制站 集撒控制系统结构图 生产过程 -1-
- 1 - 第 1 章 计算机控制系统概述 1.1 简述计算机控制系统的组成，并画出系统框图。 简答：计算机控制系统由计算机、数/模转换、执行机构、被控对象、模/数转换等。 1.2 简述计算机控制系统的分类。 简答：数据采集系统、直接数字控制系统、计算机监督控制系统、分级控制系统、集散 型控制系统及现场总线控制系统。 1.3 简述直接数字控制系统的特点。 简答：直接数字控制系统由于采用了计算机，在信号传送到计算机之前必须经模数转换 将模拟信号转换为数字信号才能被计算机接收，计算机的控制信号必须经数模转换后才能驱 动执行机构。另外，由于是用程序进行控制运算，其控制方式比常规控制系统灵活且又经济。 采用计算机代替模拟仪表控制，只要改变程序就可以对控制对象进行控制，因此计算机可以 控制几百个回路，并可以对上下限进行监视和报警。此外，因为计算机有较强的计算能力， 所以控制方法的改变很方便，只要改变程序就可以实现。 1.4 简述集散控制系统的组成与特点。 简答：集散控制系统以微机为核心，把过程控制装置、数据通信系统、显示操作装置、 输入输出通道、控制仪表等有机地结合起来，构成分布式结构系统。其结构如下图所示。 集散控制系统结构图 监控计算机 操作站 数据采集站 通信系统 控制站 生产过程
集散控制系统既有计算机控制系统控制算法先进、精度高、响应速度快的优点.又有仪 表控制系统安全可靠、维护方便的优点。集散控制系统容易实现复杂的控制规律，系统是积 木式结构，结构灵活，可大可小，易于扩展。 1.5简述现场总线控制系统的组成与特点。 简答：现场总线控制系统，是新一代分布式控制结构，其组成如下图所示。该系统采用 工作站-现场总线智能仪表的二层结构模式，完成了DCS中三层结构模式的功能，国际标准 统一后，它可实现真正的开放式互连体系结构。现场总线是连接工业现场仪表和控制装置之 工作站 LAN 服务器 现场总线 H2 HI 现场总线 HL 网桥 现场总线 现场数字传感器 现场数字执行器 现场数字控制功能模块 生产过程 图现场总线控制系统 间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络。由于计算机科学的飞速发展，在计算机控制 算法方面，最优控制、自适应、自学习和自组织系统和智能控制等先进的控制方法，为提高 复杂控制系统的控制质量，有效地克服随机扰动，提供了有力的工具。 1.6计算机控制系统输入输出通道各有什么作用？ 简答：输入通道的作用：将被控对象的各种测、控变量按要求的方式送入计算机，以便 运算和处理。被控对象所提供的信息是纷繁复杂的，其种类、性质及大小等各不相同，因此 需要通过某种装置将生产过程中的各种被测变量转换成计算机能够接受的信号。 输出通道的作用：将计算机运算处理后的各种数字控制信号变换成适合于对生产过程或 装置进行控制的信号。 1.7简述什么是常规PID算法。 简 答 u0)=k,e0+Jeh+7n1 1+Tn] Us)=K,E(s1+T亦 式中K。 一一控制器比例增益： -2-
- 2 - 集散控制系统既有计算机控制系统控制算法先进、精度高、响应速度快的优点．又有仪 表控制系统安全可靠、维护方便的优点。集散控制系统容易实现复杂的控制规律，系统是积 木式结构，结构灵活，可大可小，易于扩展。 1.5 简述现场总线控制系统的组成与特点。 简答：现场总线控制系统，是新一代分布式控制结构，其组成如下图所示。该系统采用 工作站-现场总线智能仪表的二层结构模式，完成了 DCS 中三层结构模式的功能，国际标准 统一后，它可实现真正的开放式互连体系结构。现场总线是连接工业现场仪表和控制装置之 间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络。由于计算机科学的飞速发展，在计算机控制 算法方面，最优控制、自适应、自学习和自组织系统和智能控制等先进的控制方法，为提高 复杂控制系统的控制质量，有效地克服随机扰动，提供了有力的工具。 1.6 计算机控制系统输入输出通道各有什么作用？ 简答：输入通道的作用：将被控对象的各种测、控变量按要求的方式送入计算机，以便 运算和处理。被控对象所提供的信息是纷繁复杂的，其种类、性质及大小等各不相同，因此 需要通过某种装置将生产过程中的各种被测变量转换成计算机能够接受的信号。 输出通道的作用：将计算机运算处理后的各种数字控制信号变换成适合于对生产过程或 装置进行控制的信号。 1.7 简述什么是常规 PID 算法。 简 答 ： ] ( ) ( ) 1 ( ) [ ( ) = + + dt de t e t dt T T u t K e t D I p ] 1 ( ) ( )[1 T s T s U s K E s D I = p + + 式中 K p ——控制器比例增益； 工作站 LAN 服务器 网桥 现场总线 H1 H2 现场总线 现场数字传感器 …… 生产过程 现场数字控制功能模块 …… H1 现场总线 图 现场总线控制系统 …… 现场数字执行器
T,一一积分时间： TD一一微分时间。 1.8什么叫积分分离？什么叫微分先行？ 简答：积分分离：即在被控制量开始跟踪时，取消积分作用：而当被控制量接近给定值 时，才将积分作用投入以消除静差。 微分先行：只对被控变量求导，而不对设定值求导。这样，在改变设定值时，输出不会 突变，而被控变量的变化，通常总是比较和缓的。此时控制算法为： △u(k)=-KD[y(k)-2y(k-1)+yk-2] 微分先行的控制算法明显改善了随动系统的动态特性，而静态特性不会产生影响，所以 这种控制算法在模拟式控制器中也在采用。 -3
- 3 - TI ——积分时间； TD ——微分时间。 1.8 什么叫积分分离？什么叫微分先行？ 简答：积分分离：即在被控制量开始跟踪时，取消积分作用；而当被控制量接近给定值 时，才将积分作用投入以消除静差。 微分先行：只对被控变量求导，而不对设定值求导。这样，在改变设定值时，输出不会 突变，而被控变量的变化，通常总是比较和缓的。此时控制算法为： u (k) = −K [y(k) − 2y(k −1) + y(k − 2)] d D 微分先行的控制算法明显改善了随动系统的动态特性，而静态特性不会产生影响，所以 这种控制算法在模拟式控制器中也在采用