计算机控制技术复试面试（一）

计算机控制系统概述

微机系统的特征

1.结构特征

控制器

为执行机构提供执行方式和执行量值。

执行机构

系统用来操作、改变、管理被控对象的工具。

传统模拟控制系统与计算机控制系统的区别？
（1）模拟控制系统以运算放大器等电子元件作为控制器；计算机系统以计算机作为控制器。
（2）模拟系统控制器中的信号形式是连续量；微机控制系统只能处理离散量（因为计算机只能识别机器码）。➡D/A转换：将离散量和数字量转换为连续量或模拟量；A/D转换：将连续量或模拟量转换为离散量和数字量，以便计算机接受。

微机闭环控制系统抽象结构

三条通道：
（1）含D/A转换环节的通道，称为后向通道或输出过程通道。
（2）含A/D转换环节的通道，称为前向通道或输入过程通道。
（3）人机对话或交互通道。

与模拟控制相比，微机控制的特征？
（1）以软件代替硬件。一方面是改变控制对象，只需对过程通道硬件做出少量变化，甚至不用做出变化，只需重新设置软件即可；另一方面，用软件代替硬件，降低了成本，减小了设备体积。
（2）数据保存。数据可以长期保存，系统断电也不会丢失数据。
（3）状态、数据可视化。通过微机的显示功能，实时监测数据、状态。
（4）联网管理。实现资源共享。

2.工作过程特征

实时性

实时数据采集

实时控制决策

实时控制输出

被控对象参数处于可调节范围内，微机将决策结果（新的控制量值）及时送至执行机构调整被控对象的被控参数。
决策环节分析出被控对象参数达到或超过安全极限值，应在短时间内报警（实时报警）。

这三个环节中，实时控制决策最为耗时，所以要保证实时性，主要是要保证该阶段的实时性，选择合理的控制算法、优化控制程序。
硬件上具备实时时钟，软件上具备优先级中断系统，是保证微机控制系统实时性的必要条件。

3.工作方式特征

离线工作方式

又称脱机工作方式，微机不直接参与对控制对象的控制，而是将控制信息打印出来，由人根据打印信息来进行控制。
离线控制系统不存在实时性。

在线工作方式

又称联机工作方式，微机在控制系统中直接参与控制和交换信息。
在线工作方式可以具备实时性，但是不一定非得具备实时性。

微机控制系统硬件组成

1.工业生产过程

在工业生产过程中，被控对象可以是一个，也可以是多个。

2.过程通道

过程通道包括模拟量输入、输出通道，开关量输入、输出通道。
过程通道处于工业生产过程和主机接口之间，主要任务是交换信息。

3.接口

并行接口、串行接口。
输入端口、输出端口。

4.主机

在工业生产过程中，处于在线的主机又被称为工业控制计算机（工控机），其特点是可靠性性高、可维修性好、环境适用性强、实时控制性好、输入输出通道完善、软件丰富。

5.操作控制台

显示
操作
数据保存
远程信息交换

微机控制系统软件

系统软件
应用软件

计算机控制系统的典型形式

1.操作指导控制系统

计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制系统。

2.直接数字控制系统DDC

计算机直接参与控制，一般为在线实时闭环控制系统。

3.监督式计算机控制系统SCC

两级微机控制系统，第一级为DDC系统，微机完成生产过程的直接数字控制；第二级为SCC系统，微机根据生产过程的工艺信息和预定的给定值计算方法，进行优化分析，产生最优化给定值，送给DDC系统。

4.集散控制系统DCS

集散控制系统指的是一种多机系统，是由集中管理部分、分散控制监测部分和通信部分组成的。
最基本特征：实现系统的分散控制和集中管理。
主要特点：面向现场的自动控制。
两种网络结构：Bus总线结构和环流网络结构。

总线结构的优点是系统简单、通信速度较快，适用于中小型系统；缺点是大型工程中布线复杂。
环流网络的优点是扩充能力较强。

5.现场总线控制系统FCS

现场总线把控制系统最基础的现场设备变成网络节点连接起来，从而实现了自上而下的全数字化通信。

计算机系统的发展和趋势

以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流
PLC在向微型化、网络化发展
面向测控管一体化设计的DCS系统
控制系统正向现场总线控制系统FCS方向发展
计算机控制软件正向先进控制方向发展

面试（简答）题

1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？

计算机控制系统就是利用计算机（工控机）来实现生产过程自动控制的系统。
计算机控制系统由计算机（工控机）和生产过程两大部分组成。

2.微型计算机控制系统的特点是什么？

微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：
a.控制规律灵活多样，改动方便。
b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制。
c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高。
d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度。

3.计算机控制系统结构有哪些类型？指出这些类型的结构特点和主要应用场合？

（1）操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活，安全。
缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制系统（DDS）
优点：实时性好，可靠性高，适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）
优点：生产过程始终处于最优工况。
（4）分散控制系统（DCS）
优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
（5）现场总线控制系统（FCS）
优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。

4.计算机控制系统的控制过程是怎样的？

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：
(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

5.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。

6.操作指导控制系统、DDC系统和SCC系统的工作原理是什么？它们之间有什么区别和联系？

（1）操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制系统。
（2）直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。
（3）计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。
SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。

7.计算机控制系统的发展趋势是什么？

以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流

PLC在向微型化、网络化发展

面向测控管一体化设计的DCS系统

控制系统正向现场总线控制系统FCS方向发展

计算机控制软件正向先进控制方向发展