• 计算机控制技术是电气工程系的一门专业课程，是突出计算机应用的一门课程。
• 计算机控制技术主要研究任何将计算机技术、自动控制理论、电子技术应用于
工业生产过程。
• 本课程以IBM PC系列微型计算机为控制主机。同时介绍单片机及数字信号处理
器。
2、本课程知识范围及与相关课程的关系
• 本课程作为 “数字电路—微型机原理及接口技术—计算机控制技术”系列课程
蒸汽
冷流体
冷凝水
热流体
图1-1 蒸汽加热器带控制点的工艺流程图
• 现代控制理论阶段：20世纪50年代末~60年代，为适应航天航空技术的发展需
要，以状态空间分析方法为基础。包括：
• 以最小二乘法为基础的系统辨识。 • 以极大值原理和动态规划为主要方法的最优控制。 • 以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计。 • 以实现从外部现象深入到揭示系统内在规律，从局部简单控制到全局最优控制
第1 章 绪 论
1.1 自动控制系统概述
◆ 自动控制技术的发展 • 经典控制理论阶段：20世纪40~50年代，采用传递函数进行数学描述、以根
轨迹法和频率法作为分析和综合系统的基本方法。
• 将复杂的生产过程人为地分解为若干个简单过程。
• 如单输入单输出的控制系统，其控制目标为保持生产的平稳和安全。
的一个应用环节。
• 它的先修课程是数字电路、汇编语言、计算机组成原理、微型机原理及接口技
术、自动控制理论、单片机原理等。
3、本课程主要内容
• 微机控制系统概述—系统组成、结构类型、特点和发展趋势 。
•控制系统硬件设计—常用总线及接口，数字量、模拟量输入输出接口及通道，
抗干扰技术。
• 数字程序控制系统—逐点比较法插补原理，步进电机控制技术，伺服控制系统
律变化）的物理量，如蒸汽加热器热流体出口温度。
• 操纵变量：受到控制装置（如调节器）操纵，用以使被控变量保持在给定值
的物料量或能量，如加热蒸汽。
• 扰动（干扰）：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因
素，如蒸汽加热器出口热流体温度受冷流体流量的变化的影响。
• 给定值：被控变量的预定值。 • 偏差：在理论上应该是被控变量的给定值与实际值之差，通常把给定值与
控制装置
设定值
控制装置
蒸汽
（a）按设定值热 控制的开环系统
蒸汽 （b）按扰动热控 制的开环系统
图1-2 开环控制系统的基本结构
• 闭环（反馈）控制系统
蒸汽
图1-3 闭环控制系统的基本结构
• 闭环控制系统类型
1）定值控制系统：给定值恒定不变，任务是克服扰动对被控对象的影响。
2）随动控制系统：给定值是事先未知的时间函数，任务是使被控变量能够尽快、 准确无误地跟踪给定值的变化，而不考虑扰动对被控变量的影响。
◆ 计算机控制系统的工作原理
图1-5
▼ 计算机控制系统的工作步骤
• 实时数据采集，对被控变量的瞬时值进行检测和输入。
• 实时控制决策，对采集被控变量进行分析处理。 • 实时控制输出，对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
• 实时的含义
▼ 在线方式和离线方式
◆ 计算机控制系统的组成
图1-6
1.2.2 计算机控制系统的典型形式
◆ 操作指导控制系统
图1-7
◆ 直算，最后发出控制消息，通过输出通道控制生产过程的闭环系统。
按数学模型确定设定值
图1-9
◆ 分散型控制系统（DCS)
图1-10
1.3 工业控制机的组成结构及特点
。
• PID控制系统—介绍比例、积分、微分三大基本的控制规律及算法。 • 常规及复杂控制技术—离散化设计、复杂控制
• 现代控制技术—状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法等。
• 先进控制技术—模糊控制、神经元、专家系统。 • 现场总线及网络技术—测控网络、现场总线控制系统。
• 计算机控制系统的实现—系统的硬件软件设计、抗干扰和工程实例。
，从单、闭环系统扩展到自适应环、自学习环。
• 计算机技术用于自动控制理论领域：20世纪70年~，采用工业控制机，使用冗
余技术、软硬件自诊断，多参数多回路控制，提高稳定性和可靠性。
• 大系统理论和智能控制理论的形成，考虑多因素应用系统，建立数学模型，
以满足闭环最优控制控制的需要。
◆ 计算机过程控制系统的任务和要求
东南大学电气工程系
计算机控制技术
主讲教师： 尤鋆
办公室：动力楼305 Email：youjun@
• 教材 • 于海生，计算机控制技术 ，机械工业出版社 ，ISBN 978-7-111-21294-2 ，2007 • 于海生，微型计算机控制技术 ，清华大学出版社 ，ISBN 7302033595 ，1999
3）程序（顺序）控制系统：给定值是已知的时间函数，如玻璃熔化炉的升温控制 系统。
◆ 闭环控制系统的组成
设定值 r(t)
扰动
控制器
f(t)
广义对象
比较
机构
被控变量
e(t) 控制装置
执行器
过程
u(t)
q(t)
c(t)
测量值
y(t)
检测元件变送器
图1-4 闭环控制系统的组成
1.2 计算机控制系统概述
1.2.1 计算机控制系统及其组成
测量值之差作为偏差
▼ 偏差产生的原因
• 扰动的出现，此时操纵变量必须随着作相应变化，如冷流体的流量增加，应加
大蒸汽流量。
• 给定值的变化，此时操纵变量也必须随着作相应变化，如要求提高蒸汽加
热器的出口温度。
• 累计误差的存在，很难长期保持平稳，如蒸汽加热器的进出口流量的累计误
差。
◆ 开环控制系统和闭环控制系统
• 参考教材 • 赖寿宏，微型计算机控制技术 ，机械工业出版社 , 7111048911，2005年7月 • 潘新民 王燕，微型计算机控制技术 ，电子工业出版社 ，7505383183，2003年1
月 • 曹承志，微型计算机控制新技术，机械工业出版社 ，711108648，2004年7月
前言
1、本课程的地位
▼ 计算机过程控制的六大参数：
• 温度 • 压力 • 流量 • 液位（或物位） • 成分 • 物性参数
▼ 三项要求：安全性、经济性、稳定性。
◆ 自动控制系统的类型
▼ 自动控制系统的的几个术语：
• 被控对象和过程：需要实现控制的设备，机器和生产过程，如蒸汽加热器
。
• 被控变量：被控对象内要求与给定数值保持一致（接近恒定值或按预定规