计算机控制体系结构

简介：
《计算机控制体系结构》是一本深入探讨计算机控制系统设计与实现原理的专业书籍。它详细介绍了如何构建高效、可靠的计算机控制系统，并涵盖了最新的研究进展和技术应用，适合相关领域的研究人员和工程技术人员参考学习。 计算机控制系统是现代工业生产与自动化领域中的核心技术，在制造业、能源管理、交通运输等多个行业中有着广泛的应用。吉林大学通信工程学院为大三学生开设的相关课程深入浅出地介绍了这一主题，旨在帮助学生们理解和掌握计算机控制系统的原理及应用。 该系统的核心在于通过计算机对物理过程进行实时监控和调节，实现高精度与高效能的自动化控制。其主要组成部分包括： 1. **传感器**：作为“眼睛”，用于采集被控对象的状态参数（如温度、压力、速度等），并将这些信息转化为电信号。 2. **数据采集系统(DAS)**：接收并处理来自传感器的信息，进行放大、滤波和模数转换，将模拟信号转变为数字信号以供计算机使用。 3. **计算机**：“大脑”角色，在控制系统中执行控制算法，并对收集的数据进行分析与决策生成相应的指令。 4. **控制器**：根据计算机制定的策略产生适当的控制命令来调整被控对象的行为。 5. **执行机构**：接收来自控制器信号并转换为物理动作，如电机转动或阀门开关等操作以改变系统状态。 6. **反馈回路**：通过比较实际输出与设定目标之间的差异，并据此调节控制策略实现闭环控制系统，提高稳定性和准确性。 7. **人机界面(HMI)**：提供给用户一个友好的图形化交互平台来显示系统的运行状况、警报信息及接受操作员输入指令。 计算机控制系统类型多样，包括但不限于开环系统、闭合回路系统、分布式控制(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)和现场总线(FCS)，其中PLC与DCS由于其灵活性高、可靠性强以及易于部署的特点，在工业界得到了广泛应用。 学习过程中需要掌握的关键知识点有： - **控制理论**：涵盖经典PID（比例积分微分）控制及现代状态空间法、最优控制等。 - **数字信号处理**：了解离散时间信号特性，熟悉Z变换与数字滤波器设计原理。 - **实时操作系统(RTOS)**：理解RTOS在控制系统中的应用如任务调度和同步机制。 - **网络通信协议**：掌握MODBUS、CAN总线、PROFINET及Ethernet/IP等工业标准的使用方法及其架构特点。 - **安全与故障诊断**：了解系统设计的安全性原则，包括冗余配置、隔离技术和自我检测功能的重要性。 - **软件工程实践**：学习从需求分析到测试和维护整个过程中的控制系统开发流程。 通过吉林大学通信工程学院自动化专业的课程学习，学生将全面掌握计算机控制系统的概念与应用，并为其未来在该领域的职业发展奠定坚实基础。