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长春理工大学电子教案－计算机控制系统第十章

第10章计算机控制系统的设计与实施

通过前面的介绍，我们已经掌握了计算机控制系统各部分的工作原理、硬件和软件技术

以及控制算法，因而具备了设计计算机控制系统的条件。计算机控制系统的设计，既是一个

理论问题，又是一个工程问题。计算机控制系统的理论设计包括：建立被控对象的数学模型；

确定满足一定技术经济指标的系统目标函数，寻求满足该目标函数的控制规律；选择适宜的

计算方法和程序设计语言；进行系统功能的软、硬件界面划分，并对硬件提出具体要求。进

行计算机控制系统的工程设计，不仅要掌握生产过程的工艺要求，以及被控对象的动态和静

态特性，而且要熟悉自动检测技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术、微电子技术等。

本章主要介绍计算机控制系统设计的原则与步骤、计算机控制系统的工程设计与实现。

10.1计算机控制系统设计原则与步骤

10.1.1计算机控制系统设计原则

尽管计算机控制系统的对象各不相同，其设计方案和具体技术指标也千变万化，但在系

统的设计与实施过程中，还是有许多共同的设计原则与步骤，这些共同的原则和要求在设计

前或设计过程中都必须予以考虑。

1.操作性能好，维护与维修方便

对一个计算机应用系统来说，所谓操作性能好，就是指系统的人机界面要友好，操作简

单、方便、便于维护。为此，我们在设计整个系统的硬件和软件时，都应处处为用户想到这

一点。

例如，在考虑操作先进性的同时要兼顾操作工以往的操作习惯，使操作工易于掌握；考

虑配备何种系统和环境，能降低操作人员对某些专业知识的要求；对硬件方面，系统的控制

开关不能太多、太复杂，操作顺序要尽量简单，控制台要便于操作人员工作，尽量采用图示

与中文操作提示，显示器的颜色要和谐，对重要参数要设置一些保护性措施，增加操作的鲁

棒性等，凡是涉及人机工程的问题都应逐一加以考虑。维修方便要从软件与硬件两个方面考

虑，目的是易于查找故障、排除故障。

硬件上宜采用标准的功能模板式结构，便于及时查找并更换故障模板。模板上还应安装

工作状态指示灯和监测点，便于检修人员检查与维修。在软件上应配备检测与诊断程序，用

于查找故障源。必要时还应考虑设计容错程序，在出现故障时能保证系统的安全。

2.通用性好，便于扩展

过程计算机控制系统的研制与开发需要一定的投资和周期。尽管控制的对象千变万化，

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长春理工大学电子教案－计算机控制系统第十章

但若从控制功能上进行分析与归类，仍然可以找到许多共性。如计算机控制系统的输入输出

信号统一为0～10mADC或4～20mADC；控制算法有PID、前馈、串级、纯滞后补偿、预

测控制、模糊控制、最优控制等。因此，在设计开发过程计算机控制系统时就应尽量考虑能

适应这些共性，就必须尽可能地采用标准化设计，采用积木式的模块化结构。

在此基础上，再根据各种不同设备和不同控制对象的控制要求，灵活地构造系统。一般

来说，一个计算机应用系统，在工作时能同时控制几台设备。但是，在大多数情况下，系统

不仅要适应各种不同设备的要求，而且也要考虑在设备更新时，整个系统不需要大的改动就

能立即适应新的情况。

这就要求系统的通用性要好，而且必要时能灵活地进行扩充。例如，尽可能采用通用的

系统总线结构，像采用STD总线、AT总线、MULTIBUS总线等。在需要扩充时，只要增

加一些相应的接口插件板就能实现对所扩充的设备进行控制。

另外，接口部件尽量采用