计算机控制系统知识点
（一）基本概念
第一章
1、什么是计算机控制系统？及传统的控制系统相比，计算机控制系统的优点是什么？
答：计算机控制系统：用计算机代替常规控制系统中的模拟控制器对系统进行控制的系统。
优点：具有精度高速度快、存储容量大和逻辑判断功能，看完实现高级复杂的控制方法，获得快速静谧的控制效果。
2、简述计算机控制系统的硬件组成和各自的功能。
答：计算机控制系统的硬件一般由主机、接口和输入/输出通道、通用外部设备、执行机构、检测元件、仪表、操作台等部分组成。
主机：采用一台或多台计算机，通过接口和I/O口通道，接收检测设备传来的信息并向控制系统的各个部件发出命令，同时计算机对系统的各个参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、分析报警、逻辑判断等。
接口及I/O通道：主机及被控对象之间进行信息交换的纽带。
通用外部设备：扩大计算机的功能，是计算机系统及操作人员的交互界面，用来完成信息的记录、存储、显示、打印、传送。
检测元件、仪表、执行机构：检测元件和仪表用来测量生产对象的某些参数，并将非电量的被测参数转换为电量表示；执行机构接受CPU的命令使被控对象完成规定的控制动作。
操作台：用来实现人机之间的交互功能。
3、计算机控制系统应当有哪些主要特征？
答：1.实时性 2.良好的输入/输出能力 3.标准化和系列化 4.模块化的系统结构 5.可靠性（平均无故障时间、抗干扰能力强、具有定时自动启动功能和硬件自检功能）
4、计算机控制系统大致可分为哪几类？简述各类计算机控制系统的结构和特点。 答：计算机控制系统大致可分为以下五类：
1）数据采集系统（DAS，Data Acquision System） 2）直接数字控制系统（DDC，Direct Digital Control）
3）计算机监督系统（SCC，Supervisory Computer Control） 4）分布式控制系统（DCS，Distributed Control System） 5）现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System） 1）数据采集系统简称：DAS
计算机只对控制系统的参数进行采集、加工和分析处理，并将处理后的数据输出。操作人员根据输出的数据，对生产过程出现的问题进行处理，计算机不直接参及生产过程的控制，该系统结构简单，安全可靠。
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2）直接数字控制系统简称：DDC
直接数字控制系统中，计算机经输入（AI或DI）对生产过程进行数据采集。采集的数据进入计算机后及预先设定的值进行比较，或按照要求进行处理。计算机根据比较和分析的结果，按照控制规律（如PID）经输出（AO或DO）对生产过程进行直接控制。
3）计算机监督系统简称：SCC
计算机监督系统实际是两级计算机控制系统，上一级为SCC，下一级为DDC。生产过程采集数据经AI、DI送DDC的同时也送SCC。SCC根据采集的数据，经过计算后获得最佳设定值传送给DDC。DDC对设定值和测量值进行比较，比较后的结果经AO、DO送出，对生产过程进行控制。对计算机监督系统，要求SCC级具有强大的数据处理能力，存储容量大；DCC则需要实时性好、可靠性高和环境适应性好。
4）分布式计算机控制系统（DCS） 又称集散式控制系统。
分布式计算机控制系统的特点是“控制分散，管理集中”
5）现场总线控制系统（FCS）
FCS是建立在网络基础的计算机控制系统。现场总线是一种通信协议，是连接设备和系统的数字式网络。现场总线使控制系统实现了现场网络通信、设备互连及互操作、全数字通信等。
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现场总线的组成由监控设备、服务器和网桥、执行器、变送器、辅助设备等部分。
FCS及DCS系统相比有以下特点：全数字信息传输 系统结构更合理 方便的互操作性
第二章
5、什么是PID控制算法？其优点是什么？
答：控制系统中，控制器的输出是其输入的比例、积分、微分（Proportional、Integral、Differential）的函数，简称PID控制 优点：（1）PID控制技术成熟 (2) 不需要求出系统的数学模型 (3) 控制效果好
6、试述PID算法的表达式中各项的作用。 答：比例系数Kp决定控制 作用的强弱，Kp加大时可 减少系统的稳态误差，提高系统的动态响应速度，但Kp过大会引起振荡或导致系统不稳定。 积分项Ki/S用于消除系统的稳态误差，但积分项会使动态过程变慢，增大系统的超调量，使系统的稳定性变坏。
微分KdS的控制作用及偏差的变化速度有关。微分能产生超前的校正作用，有助于减少超调和振荡，并能减少调整时间，从而改善系统的动态性能。
7、写出位置式PID和增量式PID的表达式，增量式PID及位置式PID相比有什么优点？ 答：数字PID控制的位置式：
k ??Td??T??u(kT)?ke(kT)?e(jT)?e(kT)?e(kT?T)???p TiT??i?1??
)T对上式作Z变换 U (z) ?kp E(z )?Ti E(z? Td1?Z?1)E(z)1?T(1?z
Z传递函数 D(Z )?U (Z) 1 ?1 E(Z)?Kp?Ki1?Z?1?Kd(1?Z)
式中：Kp 为比例系数 Ki=Kp*T/Ti 为积分系数 Kd=Kp*Td/T 为微分系数。 增量式数字PID的控制算式
?u(kT)?u(kT)?u(kT?T)
?kp?e(kT)?e(kT?T)??kie(kT)???kd?e(kT)?2e(kT?T)?e(kT?2T)?3 / 12
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