计算机控制系统的设计方法：一种是基于连续系统设计方法的模拟化设计方法；另一种是基于离散系统设计方法的直接数字化设计方法。信号类型的区别：从幅值上可以区分为：1、模拟量；2、离散量；3 数字量。从时间上可以分为：1、连续时间信号；2 离散时间信号。计算机控制系统的信号类型：1、连续控制系统。2、离散控制系统 3 采样控制系统。4、数字控制系统。极点位置越靠近原点，收敛越快；极点的相角越大，振荡频率越高。若相角为零（即在正实轴上） ，则单调变化。计算机控制系统模拟化设计步骤：1、设计模拟控制器 D（s） ；2、选择合适的采样周期T；3、模拟控制器 D（s）的离散化； 4、仿真校验是否达到设计要求；5、数字控制器的计算机实现。模拟控制器离散化的方法：1、后向差分法；2、双线性变换法；3、加零阶保持器的 Z 变换方法。数字控制器的实现方法：1、直接程序设计法；2、串行程序设计法；3、并行程序设计法。PID 控制器的输出是由比例控制、积分控制和微分控制三项组成。PID 控制器分为 1、比例控制器（P） ；2、比例积分调节器（PI） ；3、比例积分微分调节器（PID）PID 控制器三个环节的作用：1、比例环节的作用：能迅速反应偏差，从而减少偏差，但不能消除静差，Kp 的加大，会引起系统的不稳定； 2、积分环节的作用：只要系统存在偏差，积分环节就会产生控制作用减小偏差，直到最终消除偏差，但积分作用太强会使系统超调加大，甚至是系统出现振荡；3、微分环节的作用：有助于系统减小超调，克服振荡，加快系统的响应速度，减小调节时间，从而改善了系统的动态性能，但 Td 过大，会使系统出现不稳定。PID 控制算法：控制量为全量值输出，也就是每次的输出值都与执行机构的位置一一对应，所以把它称之为位置式数字 PID 控制算法。与位置式数字 PID 控制算法相比，增量式数字 PID 控制算法有如下优点：1、位置式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用刀过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差。而在增量式中由于消去了积分项，从而可消除控制器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。2、为实现手动自动无忧切换，在切换瞬时，必须首先将计算机的输出值设置为阀门原始开度 Uo。由于增量式计算只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，其输出对应于阀门位置的变化部分，因此，易于实现从手动到自动的无扰切换。3、采用增量式算法时所用的执行器本身都具有保持功能，即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。PID 控制器三个参数对系统响应的影响：1、增大比例系数 Kp 一般会加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但是如果比例系数过大，会使系统有较大的超调，并产生震荡，稳定性下降。2、增大积分时间常数 Ti 有利于超调，减小振荡，提高系统的稳定性，但加大消除静差的时间，使调节时间变长。3、增大微分时间常数 Td 有利于加快系统响应，减小超调，增加稳定性，但它使系统抗干扰的能力下降，对扰动有较敏感的响应。在数字控制过程中一个采样周期称为一拍。最小拍控制是指系统在典型输入信号作用下，经过最少个采样周期是系统输出的稳态误差为零。对最小拍控制系统设计的要求是：1、调节时间最短，即系统跟踪输入信号所需的采样周期数最少；2、在采样点处无静差，即对特定的参考输入信号，在达到稳态后，系统在采样点能精确实现对输入信号的跟踪；3、设计出来的数字控制器必须是物理上可以实现的；4、闭环系统必须是稳定的。具有纯滞后特性的被控对象对快速性的要求是次要的，而对稳定性、超调量的要求是主要的。Dahlin 算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器 D（z） ，使整个闭环系统的传递函数(s)相当于一个一阶惯性纯滞后环节，即式中， 为被控对象的纯滞后时间，=NT。To 为期望闭环传递函数的时间常数。数字控制器的输出 u（k）以接近二分之一的采样频率大幅度上下 5 摆动，这称为振铃现象。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳定性，所以在系统设计中，应该设法消除振铃现象。产生振铃现象的原因是数字控制器 D（z）在 z 平面上 z= -1 附近有极点。当 z= -1 时，振铃现象最严重，在单位圆内离 z= -1 越远，振铃现象越弱。振铃现象的消除方法：1、参数选择法。对于一阶滞后对象，如果合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数 To 和采样周期 T，使 RA0，也可以把 RA 减到最小，最大限度地抑制振铃。2、消除振铃因子法。找出数字控制器 D（z）中引起振铃现象的因子（即 z= -1 附近的极点） ，然后人为地令这个因子中的 z= 1，消除这个极点。Dahlin 算法的一般设计步骤：1、根据系统性能要求，确定期望闭环系统的参数 To，给出振铃幅度 RA 的指标。2、根据振铃幅度 RA 的要求，有 RA 的计算式，确定采样周期 T，如果 T 有多解，则选择较大的 T。3、确定整数 N=T。4、求广义对象的脉冲传递G（z）及期望闭环系统的脉冲传递函数 (z)。5、求数字控制器的脉冲传递函数 D（z） 。6、将 D（z）变换为差分方程，以便于计算机编写相应算法程序。干扰的作用途径：1、传导耦合；2、静电耦合；3、电池耦合；4、公共阻抗耦合。消除共模干扰的方法：1、变压器隔离；2、光电隔离；3、浮地屏蔽 4、采用具有高共模抑制比的仪表放大器作为输入放大器。抗干扰稳压电源的设计：1、隔离变压器；2、低通滤波器；3、交流稳压器；4、电源变压器；5、直流稳压系统。计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤：1、数据采集：对被控量进行采样测量，形成反馈信号。2、计算控制量：根据反馈信号和给定信号，按一定的控制规律，计算出控制量。3、输出控制信号：向执行机构发出控制信号，实现控制作用。计算机控制系统由计算机和生产过程两大部分组成。计算机系统包括硬件和软件。计算机控制的特点：1、控制规律的实现灵活、方便。2、控制精度高。3、控制效率高。4、可集中操作显示。5、可实现分级控制与整体优化。6、存在采样延迟。计算机控制系统按其控制方式和控制功能，可以分为一下几种类型：1、操作指导控制系统。2、直接数字控制系统。3 监督计算机控制系统。4、分布式控制系统。计算机控制系统的发展趋势:1 可编程控制器，2、集散控制器系统。3、计算机集成控制系统。4、嵌入式系统。5、网络控制系统。工业控制计算机的组成 1、主机板。2、各类输入输出接口模板。3、人机接口。4、硬盘。5、工业电源。6、加固型工业机箱。工业计算机的特点：1、具有较完善的过程通道。2、具有不叫完善的中断系统和高速数据通道。3、具有高可靠性。4、具有人机连续功能。5、能够实现复杂的控制算法。6、具有适于控制用的软件系统。可编程控制器的特点：1 可靠性高，抗干扰能力强。2、配套齐全，功能完善，适用性强。3、易学易用，深受工程技术人员的欢迎。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。5、体积小，重量轻，能耗低。嵌入式处理器的特点：1、对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度 2、具有功能很强的存储区保护功能。3、可扩展的处理器结构。4、嵌入式微处理器的功耗很低。ARM 微处理器的特点：1、体积小、功耗低、低成本、高性能。2、支持 thumb（16 位）ARM（32 位）双指令集，能很好的兼容 8 位/16 位器件。 3、大量使用寄存器，大多数数据操作都在寄存器中完成，指令执行速度更快。4、寻址方式灵活简单，执行效率高。5、指令长度固定。过程通道根据信息的来源和类型的不同，可分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道四种。操作台的基本功能：1 具有显示装置。2、具有一组或几组功能键或转换开关用于启动、停止系统，切换工作方式或完成某种指令的功能。3、具有一组或几组数据输入部件。4、具有一个紧急停止按钮。5、具有安全可靠功能。执行器按其使用能源形式可分为气动、电动和液动三大类。电气转换器是电动单元组合仪表中一个转换单元。他了可以将电动控制系统的标准信号转换为标准气压信号。总线按结构分为：专用总线和非专用总线。总线按应用环境分芯片总线、板级总线和外总线总线按传送信号形式分为：并行总线和串行总线应用程序大体分为以下四类：1、控制算法程序。2、数据采集及处理程序。3、实时时钟和中断处理程序。4、过程管理程序。应用程序设计的几个特点：1、应用程序与硬件配置密切相关。2、频繁的端口操作。3、实时性要求。4、软件可靠性与抗干扰能力要求。应用软件设计的基本步骤:1、问题定义。 2 程序设计。3 手编程序。4 查错。5、调试。6、文件编制。7、维护和在设计。通用通常查表的方法有顺序查表法、计算查表法、对分查表法等。数字滤波器与模拟滤波器相比的优点：1、由于数字滤波是用程序实现的，因而不需要增加硬件设备，很容易实现。2、由于数字滤波不需要硬件设备因而可靠性高，稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配的问题。3、数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波器在低频段滤波难以取得好的滤波效果。4、通过改写数字滤波程序，可以实现不同的滤波方法或调整滤波参数，他比改变模拟滤波器的硬件方便的多。程序判断滤波根据滤波方法的不同，可分为限幅滤波和限速滤波两种。干扰源分为内部干扰和内部干扰。外部干扰主要来源有：电源电网的波动、大型用电设备的启停、压设备和电磁开关的电磁辐射、输电缆的共模干扰等。内部干扰有：系统的软件不稳定、布电容或分布电感产生的干扰、多点接地造成的电位差给系统带来的影响等。消除串模干扰的方法：1，在输入回路中接入模拟滤波器。2，使用双积分式 A/D 转换器。3，采用信号线的屏蔽措施。4，电流传送。信号在长线中传输时会遇到的三个问题：1，长线传输易受外界干扰。2，具有信号延时。3，高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。软件故障的几种变现形式：1，数据采集不可靠。2，控制失灵。3，程序运行失常。提高计算机控制系统可靠性的方法：1，数据冗余。2，软件冗余。3，硬件冗余。4，故障整乱。计算机控制系统中的地线分为以下几种：1，数字地。2，模拟地。3，信号地。4，功率地。5，屏蔽地。6，交流地。7，直流地。常用的接地方法：1，一点接地和多点接地。2，模拟地和数字地的连接。3，将逻辑地浮空并使机柜良好接地。4，交流接地点和直流接地点分开。5，印制电路板地线的安排。电源系统的异常保护：1，不间断电源 UPS。2，连续备用供电系统。3，计算机的掉电保护。计算控制系统的设计原则：1，安全可靠。2，操作维护和维修方便。3，实时性强。4，通用性好。5，经济性高。6，升级功能。计算机控制系统的研制可分为以下几个阶段：1，工程项目与控制任务的确定阶段。2，工程项目的设计阶段。3，离线仿真和调试阶段。4，在线调试和运行阶段。程序设计需要考虑以下三个方面：1，程序结构规划。2，资源分配。3，实时控制软件设计。