计算机控制范文10篇

计算机控制范文篇1

一、现有教材内容分析

目前国内《计算机控制》课程教材数量很多，从“读秀”网检索书名《计算机控制》，能搜索到近千本相关图书。这些教材依名称大致可分为《计算机控制技术》、《计算机控制系统》、《微型计算机控制技术》等3类。纵观上世纪90年代以来出版的代表性教材和规划教材，《计算机控制》教材内容可明显分为理论知识和应用技术2个部分。其中，理论知识部分内容相对统一，即包含线性离散系统的Z变换分析、数字控制器的模拟化设计、数字控制器的离散化设计、线性离散系统的离散状态空间分析等4大部分，但各教材对于这些内容的取舍不尽相同，且各部分篇目名称也不尽一致。应用技术部分内容虽然一般归在“计算机控制系统的设计与实现”篇目下介绍，但内容却很不统一。上述问题具体可归纳为以下几点：（一）理论知识内容取舍不够合理。《计算机控制》课程的理论内容基本承接自《自动控制原理》、《过程控制》和《现代控制理论》课程。具体说来，《自动控制原理》课程的“线性离散系统的分析与校正”是《计算机控制》课程的理论基础知识，这部分内容在应用型工科院校本科《自动控制原理》课程教学中一般讲授较少，所以，在《计算机控制》课程中应着重介绍，但现有《计算机控制》课程教材一般只介绍“Z变换及离散系统传递函数”部分，对于“离散系统频域分析”介绍不多，这会造成知识结构缺失，是应该避免的[1，2]。《过程控制》课程中的PID控制和克服线性系统纯滞后问题，在《计算机控制》课程中重新得到体现，其中“数字PID控制器”、“Smith预估控制”和“大林算法”等内容最为突出。从实现角度看，“数字PID控制器”和“Smith预估控制”属于数字控制器的“模拟化设计”，“大林算法”则属于数字控制器的“直接设计”。但有些教材过于强调《计算机控制》课程与《过程控制》课程的联系，将《过程控制》课程中的“串级控制”、“前馈-反馈控制”等“解耦控制”等数字控制技术也纳入《计算机控制》课程中，而限于篇幅，对这些内容的介绍与推导又不够详细，结果造成学生理解困难，不得要领[2]。其实，对于应用型工科院校能将“数字PID控制器”、“Smith预估控制”和“大林算法”掌握就足够了，“串级控制”等内容有需要者可以自学，不必专门介绍。《现代控制理论》课程的“状态空间模型与极点配置设计”内容在《计算机控制》课程中仍十分重要，离散系统的状态空间模型分析与观测器、控制器设计促进了现代控制理论的广泛应用，所以，虽然这部分内容较难理解，但不可或缺。很多现有教材对这部分内容略而不谈，这是很不应该的。随着电子信息技术的飞速发展，以往难以实现的先进控制方法陆续在实践中获得应用，一些较先进控制规律，如“二次型最优控制”、“自校正控制”、“预测控制”、“模糊控制”，甚至“网络控制”等数字设计也被写进了教材[3，4]。这部分内容几乎每一部分都曾是研究热点，掌握该内容对于拓展思路具有极大帮助，还可以为日后科研工作铺垫良好基础。但对于应用型工科院校学生而言，掌握这部分内容难度较大，且普遍兴趣不高，从就业前景看，这部分内容与之关系也较疏远。所以，这部分内容可以不必纳入课程，相关内容可以移到其他课程做详细介绍，如“模糊控制”可以归入《智能控制》课程、“网络控制”等可以归入《先进控制理论》（选修）课程或专题讲座。综合上述，结合应用型工科院校特点，《计算机控制》课程的理论内容应力求“细而精”，避免“全而疏”。理论推导应尽可能详细，即便是与前导课程中重复的内容，仍不要轻易省略，以免造成学生理解困难。（二）应用技术内容差异巨大。《计算机控制》课程的应用技术内容几乎涵盖了自动化专业所有应用领域。因应用涉及面太大，且技术更新较快，较早教材的应用技术部分已不适合现有教学[5]，但现有教材的应用技术内容差异却十分突出。具体表现可归纳为以下几点：1.《计算机控制》应用领域选择不够恰当做为一本容量有限的教材，不可能把所有《计算机控制》的应用领域内容都进行介绍，只能选择相对具有代表性的案例。而且选择的案例最好是前导课程没有介绍或较少介绍的内容。但有些教材过于偏重微型控制器的应用，将PLC或单片机控制系统做为主要应用对象介绍。其实，这部分内容已经在微机原理或单片机课程中做过详细介绍，没有必要再重复说明。2.应用技术案例设计介绍不够详细大部分教材选择“集散型控制系统”做为典型《计算机控制》应用案例，但对其《计算机控制》设计过程却说明的不够详细。这部分内容在《过程控制》课程中有所涉及，基于理论内容的延续性，在《计算机控制》课程中也应进行详细的介绍。“集散型控制系统”本身只会在大型或超大型工厂中应用，学生接触条件有限。如果教材仍然泛泛介绍系统架构，或以实例说明代替设计过程，会令学生既不能深入了解应用技术，也认识不到理论知识在实践中的具体应用，造成理论知识与应用知识的割裂。3.应用技术内容过于庞杂部分教材注意到了计算机控制新技术的应用与发展，将较为成熟的新技术，如组态软件、现场总线、实时网络控制等引进教材，这是值得肯定和学习的[1，3]。但这些内容有的与理论知识联系不大（如组态软件和现场总线），有的可以在其他课程中进行更为详细的介绍（如实时网络控制和现场总线），而且引入这些内容会让应用技术的内容过于庞杂。有些教材应用技术内容篇幅比例竟占全书80%，这种过于挤压理论知识的教材很不适合应用型工科院校学生学习。综合上述，结合应用型工科院校特点，《计算机控制》课程的应用技术内容仍应力求“细而精”，通过一二个具体应用案例，将应用理论知识的工程设计技术展示给学生，会让学生对《计算机控制》课程的学习有更生动的体会。（三）仿真分析介绍不足仿真分析是控制理论学习的重要组成部分，《计算机控制》也不例外。现有《计算机控制》课程的仿真分析一般都放在课程实验环节进行，由于《计算机控制》课程的理论知识相对理解较难，不及时跟进仿真分析，不利于知识点的掌握。但现有教材大多不涉及这部分内容，而是将这部分任务推给了配套的实验课程或实验指导书。即使有些教材辟出专门的仿真章节，仍不能满足对相关知识点的覆盖[3]。这种现象虽然和目前《计算机控制》课程实验平台单一、仿真实验简化有一定关系，但仍应该引起重视。

二、新的教学内容体系

针对上述问题，本文对《计算机控制》课程按“理论知识”、“应用技术知识”和“仿真分析”三部分安排教学内容，提出一种新的教学体系，具体如下：（一）理论知识部分。该部分仍以线性离散系统的Z变换分析、数字控制器的模拟化设计、数字控制器的离散化设计、线性离散系统的离散状态空间分析等4大部分为主体。其中，“离散系统的Z变换分析”主要包括“Z变换”、“离散系统脉冲传递函数”、“离散系统稳定性分析”、“离散系统频域特性分析”等，虽然内容较多，但因与《自动控制原理》课程重叠较大，可以安排较少学时；“数字控制器的模拟化设计”主要包括“数字PID”与“Smith预估控制”，该内容相对简单，应安排较少学时；“数字控制器的离散化设计”主要包括“最少拍控制器设计”和“大林算法”，涉及内容代表性强，难度较大，应安排较多学时；“线性离散系统的离散状态空间分析”包括“离散系统状态空间模型”、“系统能控性与能观性”、“极点配置观测器设计”和“状态不可测控制器设计”等，该内容难度最大，为了与《现代控制理论》课程衔接，所以，也应安排较多课时。教学过程中，教师对上述各部分的知识点均做详细推导，4部分的课时比例大致为2：1：4：3，这与现有教材篇幅比例有明显区别。（二）应用技术知识部分。该部分主要包括“计算机控制系统的设计”和“计算机控制系统的工程实现”2部分。其中，“计算机控制系统的设计”主要介绍计算机控制系统的硬件、软件设计基本原则与方法；“计算机控制系统的工程实现”主要通过一个具体计算机控制实例（如机器人控制或某一工业控制任务），详细介绍控制系统的计算机辅助设计过程，将理论知识在计算机控制任务设计中的具体应用展示出来，尤其要突出工程设计与理论计算之间的差异，并通过数字仿真，实现控制任务要求，从而掌握计算机辅助设计基本要领。该部分对于计算机控制实例的架构、硬件选型、软件搭建、通讯接口等只做简要介绍，重点突出离散控制系统的数字控制器设计与实现。应用技术知识部分是本课程教学内容与现有教材的明显区别之一。（三）仿真分析部分。该部分不设独立章节，而是在理论知识每一章的最后和应用知识部分的案例中安排仿真分析环节，采用MATLAB软件验证该章节主要理论知识点和设计结果。在理论知识点中融入仿真分析，学生可以边学习边仿真，加深知识点的理解，同时掌握仿真分析软件相关操作技巧。这些仿真分析技巧仍可以在配套实验课程中根据具体实验要求使用，这不但与实验课程不冲突，而且还有助于提高实验课程质量。理论知识仿真分析不占用教学课时，而是要求学生自学；应用知识部分的案例仿真则需要授课教学。仿真分析部分是本课程教学内容与现有教材的另一主要区别。以上3部分教学内容课时比例为6：2：2，理论知识仍是主体，这样做的目的并非减少课程的实践内容，而是突出重点，使学生在尽可能少的课时里掌握尽可能全面的知识点。

三、教学实践

在相关教学改革政策的推动下，2017-2019年我们按上述思想对《计算机控制》课程进行了改革。对本校自动化本科专业的《计算机控制》课程，将原计划的48学时调整为40学时（不含实验）。按上述教学体系授课，并通过实验课程、课程设计等实践课程强化，结果表明，学生普遍掌握了《计算机控制》基本理论和设计步骤，部分学生具备了基本的工程设计技能。另外，通过Likert量表问卷调查，统计结果表明，学生对该教学体系满意度达92%，比采用旧教学方法的满意率高出15个百分点，这表明本文的课程体系可以有效提高《计算机控制》课程教学质量。

四、结束语

《计算机控制》课程具有理论内容多、知识交叉性强、技术更新快的特点。本文通过对现有《计算机控制》课程教材内容的分析，提出了新的教学内容调整方案。本文提出的课程体系包含理论知识、应用技术知识和仿真分析等3个部分，其中，仿真分析融入理论知识和应用技术知识之中。通过教学验证，该课程教学内容体系可以有效提高《计算机控制》课程教学质量。该课程体系存在的不足之处有待在今后的教学中继续改进。

参考文献：

[1]丁建强，任晓，卢亚平.计算机控制技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2]陈红卫.计算机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2018.

[3]刘建昌.计算机控制系统（第2版）[M].北京：科学出版社，2016.

[4]何克忠，李伟.计算机控制系统[M].北京：清华大学出版社，1998.

计算机控制范文篇2

一、深入解读计算机控制技术在冶金中的应用原理，具有权威性特征

本书基于理论与实例相结合的方式，深入解读了计算机控制技术如何在冶金生产中应用，将深奥晦涩的原理转化为平实易懂的形式，既有助于读者理解掌握，也不失学术权威特征。究其原因，与本书目标读者群体定位有关，作者在开篇之际就明确指出，本书是以提高应用型本科冶金类专业教育质量为目标的，因此书中列举的冶金生产工艺、设备、技术等，均以国内冶金企业为参照，如山西太钢、晋西集团等企业。客观上，由于冶金工业自身的复杂性，导致计算机控制技术应用的复杂性，作者采取了两种表述方式满足“深入浅出”的描述：其一，将冶金生产系统解构成六大模块，按照模块主题组织内容，包括“生产过程控制模块”“控制系统过渡模块”“调节控制模块”“单回路控制模块”等。其二，在内容中添加丰富的表达元素，除了文字、公式、工程模型等，添加了大量计算机控制技术应用示意图，以此增强读者的直观体验。

二、详细介绍计算机控制技术在冶金中的典型应用，具有实用性优势

我国自20世纪70年代就开始构建冶金工业自动化系统，发展至今，计算机控制技术已经渗透到冶金生产的各个领域、各种环节、各类流程中。然而，冶金工业属于知识技术高度密集的产业，产品创新速度快、周期短，相对落后的计算机控制技术会被迅速淘汰，例如机械设备硬件升级下，必然需要与之匹配的新型计算机控制技术。经过“大浪淘沙”式的进化，当前计算机控制技术在国内冶金生产应用领域形成了“三足鼎立”的格局，即其典型的应用包括“计算机集散控制（DCS）”“现场总线控制（FCS）”“可编程控制器（PLC）”三种。本书立足精益求精的研究宗旨，在三个具有代表性的计算机控制技术应用中进一步筛选，突出可编程控制器（PLC）的优势，这一技术在现实中也是应用最广泛的，具备操作方式简单、精准程度高、模拟量控制等特点，最为重要的是，PLC控制技术应用原理与冶金生产全过程管理高度契合，它通过“输入采样、程序执行、输出刷新”三个阶段实现功能，属于典型的顺序控制机制。此外，本书从计算机控制技术实用性出发，明确其在冶金生产领域未来趋势，即朝向“智能控制”发展，目前国内已经实现的专家控制系统、模糊控制系统等，都属于智能控制范畴。

三、全面演示计算机控制技术监控画面与操作手段，具有借鉴性价值

计算机控制范文篇3

关键词:计算机控制;优化设计;ADuCM360芯片;动态矩阵控制;比例—积分—微分(PID)控制

在工业控制领域，工业系统越复杂，模型建立越困难，控制算法应用到工业对象验证的代价越高。一般采用MATLAB仿真的方法完成此类实验，但仿真实验并不能很好地体现工业控制过程。三容水箱实验控制系统作为计算机控制实验系统的典型代表，为控制算法实验提供了验证对象，解决了仅有理论分析、仿真计算而缺乏实验验证的问题。许多工业系统中的控制对象都可以抽象成三容水箱控制模型，该实验系统可被用来研究控制算法的可行性和有效性，之后再将算法还原于工业现场验证其实际控制效果［1］。三容水箱实验控制系统具有柔性化特点，可通过对阀门和水泵的灵活控制组合成多种过程状态，可构建复杂的多输入、多输出控制回路［2］，对液位、温度等多种参数进行监测与控制，具有良好的可观性，可以模拟复杂的工业控制过程［3］，与实际工业领域结合紧密，具有很高的研究意义与应用价值。李志军等人［4］使用西门子S7—300PLC，结合用于过程控制的OLE(objectlinkingandembeddingforprocesscontrol，OPC)技术设计了可控制液位的四容水箱实验系统;冯晓会［5］利用西门子S7—300PLC研制了可对液位、温度等参量进行监测与控制的三容水箱实验装置;蒋建波等人［6］以西门子S7—300PLC为控制器设计了仿真与实验相结合的三容水箱实验装置。目前大部分多容水箱实验系统以可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，PLC)为主控装置，与采集控制模块无法集成到一块电路板中，接线繁杂且可靠性不高;多数实验系统仅能进行液位控制，功能较为单一;阀门大多需要手动调节开度，操作繁琐且不准确。本文以一种自主研制的三容水箱系统为研究对象。该三容水箱实验系统功能较为完备，但仍有其局限性:原系统主控芯片采集数据精度不高，软件中单位时间内分时采样，采集数据量少，导致阶跃响应曲线的绘制不精确进而影响系统辨识;原系统电动阀通过计时控制阀门开度，导致控制误差较大，影响算法控制的准确性与快速性;原系统采集控制板中传感器与执行器接口布局混乱，易产生电磁干扰，检修困难等。针对以上问题，本研究对该三容水箱实验系统进行了优化与设计。

1整体优化方案设计

优化后的三容水箱实验控制系统主要由数据采集模块、执行器控制模块、电源管理模块和上位机监控模块四部分组成，其功能框图如图1所示。采集控制板设计为4层电路板，采用负片的设计方式将模拟电路和数字电路分开，将地层与电源层合理分割，提高了系统稳定性与抗干扰能力。主控芯片为ADuCM360芯片，该芯片的内核为ARMCortex—M3，通过芯片内集成的两个24位高精度ADC，来采集3路液位、1路压力、1路温度信号，相比之前的16位ADC，采集精度大幅提高，并且可同时开启多路采样通道。

2路流量信号的采集

借助芯片内的计数器，通过计算单位时间内获取到的电压脉冲频率来完成。另外，需要将采集到的数据存储至FLASH/EE数据存储器以进行校准与标定。图1三容水箱实验控制系统功能框图采集到的各项数据通过RS—232串口上传至上位机监控系统，通信协议采用MODBUS-RTU，实现双向数据交互［7］。同时对控制指令进行了循环冗余校验(cyclicredun-dancycheck，CRC)［8］。上位机通过对采集到的数据进行算法分析，以下发相应的控制指令使相关执行器完成指定动作，从而满足目标要求。通过数模转换器(digitaltoanalogconverter，DAC)和脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)完成对水泵、循环泵和加热器的控制，使用I2C总线完成对进水电磁阀和电动阀的开度控制。通过对220V交流电整流滤波转换为24V直流电，为电磁阀和水泵供电，之后通过LM2575_12芯片降为12V给电动阀供电，同时通过B2405S芯片降为5V给各传感器供电，最后通过ADP1720ARMZ_3．3芯片降为3．3V给主控芯片供电。2硬件系统优化设计图2所示为部分硬件电路设计。1)最小系统模块:主控芯片为ADuCM360，外接频率为32．768kHz的晶振，以此产生芯片工作所需的时钟频率。ADC数据采集使用REF3125芯片产生的2．5V电压作为基准电压。系统上电后通过ADM809芯片实现自动复位功能。其最小系统电路如图2(a)所示。2)液位采集模块:液位值的获取通过液位传感器输出电压由ADC采集后经信号调理与相关公式转换得到［9］。液位采集模块电路如图2(b)所示，由于该电路属于模拟电路部分，因此采用模拟电源AVDD经电容器C1，C2组成的滤波电路后为其供电［10］。另外，由于ADuCM360芯片的最高输入电压为3．96V，而液位传感器采集到的电压实测值最高可达5V，所以采集到的电压信号必须经过降压滤波电路，然后输入到主控芯片中。采集到的电压信号首先经过电阻R49与R50分压，再经电阻器R13与电容器C45滤波后，得到转换后的电压为采样值的1/2，所以最高输出电压为2．5V，属于主控芯片输入电压的安全范围。3)流量采集模块:流量的采集通过对流量传感器输出的电压脉冲信号频率进行捕获得到。流量采集模块电路图如图2(c)所示，该电路属于数字电路部分，因此采用数字电源DVDD为其供电。由P0．5引脚控制光耦隔离器件AQY210KS的导通，进而控制流量信号的采集。采集到的流量信号首先需要经过1kΩ上拉电阻，将流量传感器采集到的信号进行放大，但由于放大后的信号不稳定，且流量为零时电压脉冲信号的实测峰值电压为5V，流量不为零时电压降至2．5～2．8V，因此，需要将电压脉冲信号稳定在一个易于捕获且安全的数值。流量信号经过光耦器件后，首先由RC滤波电路进行信号滤波处理，之后经过LM258双运算放大器，配以合适的比较电路［11］，最后再经过滤波电容器C56，以防止脉冲信号中毛刺噪声的出现，以此便可得到稳定的电压脉冲方波。

3软件系统优化设计

采用模块化编程思想，程序包括主函数模块、采集与执行模块、指令控制模块、串口通信模块、CRC校验模块、FLASH标定模块等。在压力、液位和温度信号采集方面，由分时采样优化为实时采样，增加了单位时间内采集的数据量，同时采集精度提高到24位。通过限幅滤波的方法剔除了采集数据中的坏点。在CRC校验模块中采用了16位的循环冗余校验码，确保控制指令的正确性［12］。当系统上电后，首先进行对各模块的初始化工作，包括串口波特率选择、ADC采样通道的选择、定时器定时周期的确定等。然后系统自动进入到数据采集状态，采样周期为0．5s，该采样周期先由芯片内部16MHz高频振荡器经过256分频后，再通过定时器预装载值与定时时间之间的关系式得到。另外，当完成一个周期的采样过程后，系统在清除定时器溢出中断标志位的同时，会驱动采集控制板上的LED闪烁，以提示正在进行数据采集。程序流程图如图3所示。其中，在液位采集过程中，传感器输出电压实测值为0～5V，经降压滤波电路后为0～2．5V。利用液位与输出电压的关系式式中Vout值取1/2是因为输入到主控芯片的电压为传感器输出电压值的1/2，后半部分表示1mV电压对应的AD值。由于ADC是24位采样，所以对应的最大值为224，另外，输入到主控芯片的电压最大值为2500mV。所以得到液位的表达式为(3)另外，通过公式计算得到，流量传感器输出的每个电压脉冲对应的流量为0．3365mL/s［13］。温度的采集借助于Pt100铂热电阻器来完成，其电阻值与温度的变化关系基本呈线性，且稳定性较高［14］。在0℃时对应的阻值为100Ω，温度每升高1℃电阻值相应地增加0．385Ω［15］。

4电动阀控制与测试

4．1控制方式

由于ADuCM360的GPIO端口数量有限，因此不能同时满足5个电动阀的控制。首先借助于I2C总线将控制信号串行输入至锁存器74HC595，再并行输出至驱动芯片ULN2003，最后输出的驱动信号可直接控制电动阀阀门开度。

4．2测试分析

改变阀门控制方式后，选取了电动阀的10个不同开度进行放水用时测试。测试的液位分别为100，200，300mm，经计算水箱底面积为6047．5658mm2，因此测试的放水量为604．76，1209．51，1814．27mL。由测试所得数据拟合出放水用时变化曲线如图4(a)所示。由于在测试过程中存在一些误差，导致数据略有偏差，但从图4(a)可以看出，这三条拟合曲线的变化趋势基本相同。由于阀门开度超过60%之后曲线基本保持水平，所以不具有明显的可控性;另外，阀门开度不足10%时放水效果不明显，所以图中没有显示。现针对拟合曲线变化较为明显的一部分进行分析，选取了阀门开度20%～45%，并增加了一些测试点。以放掉液位为100mm的水为例，得到放水流量与阀门开度的曲线如图4(b)所示。从图4(b)可以看出，在一定的误差范围内，可采用分段控制的策略，求得电动阀的放水流量。式中Q为放水流量，mL/s;x为阀门开度，%。在不同开度范围内选择不同的控制策略，可以实时控制放水流量。再由流量采集模块测得进水流量，根据物料平衡原理，可提高三容水箱实验系统模型精度，达到优化模型的目的。

5算法仿真验证

基于系统特性测试得到的各项数据，根据物料平衡原理，利用MATLAB建立二阶串级系统数学模型，得到传递函数为主回路采用DMC控制，可实现较好的跟踪性能，增强了系统的鲁棒性，副回路的PID控制可有效克服系统中的扰动。外环DMC选取截断点N=3500，采样周期0．5s，内环PID选取KP=500，KI=10。设定期望液位100mm，给定阶跃信号。改变预测时域P和控制时域M的值，得到的算法仿真图如图6(a)所示。从图6(a)可以看出，在控制时域M值不变的情况下，增大预测时域P值，系统响应快速性有所下降，但稳定性好;反之，系统的鲁棒性和稳定性会变差，所以P值一般选择近似于阶跃响应的上升时间。保持预测时域P值不变，增大控制时域M值，可以看到系统的稳定性有所降低，所以控制时域M值选择要兼顾系统的时效性与稳定性，且M≤P。P值与M值的选取对系统控制性能有很大影响，现选取预测时域P=410，控制时域M=20，得到算法控制效果如图6(b)所示。在2200s时增加30mm扰动，得到扰动下算法控制效果如图6(c)所示。从图中可以看出该系统响应速度快，超调小，过渡过程较为平缓。由于系统中各水箱串联控制，耦合性较强，故调节时间相对较久。整体而言优化后的系统可控性较好，稳定性高，抗干扰能力强。图6仿真实验结果

6结论

计算机控制范文篇4

关键词：计算机控制技术；实验项目；教学评价

一、引言

“计算机控制技术”是自动化、机器人工程、电气工程及其自动化专业的主干专业课程，是一门理论和实践紧密结合的课程。本课程主要介绍计算机控制系统的基本理论、计算机控制器的设计方法及系统的实现。通过对本课程的学习，学生可以具备对计算机控制系统的分析能力和设计能力。“计算机控制技术”课程的主要教学内容包括：计算机控制系统的总体情况和设计方法、计算机控制系统的输入/输出通道的设计结构和设计、开环数字程序控制的原理和设计、数字PID控制、最少拍控制的基本原理和设计方法、工控组态软件的设计和控制系统应用软件的设计等。各高校根据各自的实验条件，开设了不同的实验项目，但基本上都是验证性实验项目和用Matlab做仿真实验。

二、课程实验内容的改革

对于课时较少的计算机控制技术课程来说，其实验课设定并不多，一般开设了输入/输出通道的数据采集实验、步进电机控制实验、数字PID实验等。为了进一步加深学生理论知识的学习效果，提高其工程实践能力以及对科技创新能力，课程增加了一个演示实验项目和一个创新设计类项目。演示实验项目的设备来源于部分教师科研项目。我们选择了倒立摆、机器人、磁悬浮装置、直线柔性控制系统等装置作为演示实验设备。一个班级分成两组，由课程实验教师和实验室指导教师分别演示和讲解。选择“水箱液位控制系统设计实验”作为创新设计类项目，该实验项目以水箱作为控制对象，提供了多种计算机控制硬件条件和软件编程语言，由学生自己设计一个计算机控制系统。学生可以根据自己的学习情况选择控制器，有PC、西门子PLC、8088和单片机可选，编程语言可根据选择不同的控制器选择汇编语言、Matlab、VB、MCGS、STEP7等，避免了控制系统的雷同。表1是我校开设的是实验项目和课程教学知识点的关系表。

三、课程实验教学的改革和实践

在课程实验教学过程中，我校主要针对学生实验前后各环节、每一个实验项目的成绩评定、实验教学效果等进行了改革和实践。（一）教学环节的改革“计算机控制技术”。课程被定为我校在线开放课程建设项目。在开课学期，任课教师会提前把实验相关的资料放到实验教学网络资源，包括硬件设备资料、计算机控制的编程语言资料、实验指导书等，让学生提前熟悉相关的硬件和软件。在实验课前一周，任课教师在理论课环节需要把实验中的重点、难点问题讲清楚，学生要做好预习并撰写预习报告。针对不同的实验项目，教师采用不同的指导方式。譬如水箱液位控制系统设计实验，由学生根据实验室条件自行设计实验方案进行实验，教师在实验过程中协助学生解决出现的问题。实验课后，教师应该及时修改实验报告，并在理论课环节对实验中出现的问题进行讲解。（二）实验项目成绩评定。为了客观、公正地反映学生的实验效果以及对相关知识的掌握程度，需要对每一个实验项目设置不同的评价标准。譬如“计算机控制系统演示实验”项目，我们采用考勤（占考核比重20%）和课后大作业（占考核比重80%）的形式来进行成绩评定，课后大作业往往是针对演示实验设备进行仿真控制设计。“水箱液位控制系统设计实验”项目采用以下几项进行考核：实验前准备情况检查（占考核成绩比重为10%），实验报告（占考核成绩比重为40%），实验调试过程中操作熟练程度（占考核成绩比重15%），考核对所设计控制系统进行现场参数设定的能力和控制效果（占考核成绩比重20%），考核回答教师提问的情况（占考核成绩比重15%）。（三）教学效果的评价。我校对任课教师课堂教学质量评价有领导课堂教学质量评价、督导或同行课堂教学质量评价和学生课堂教学质量评价，评价指标设置如表3、4、5所示。根据“计算机控制技术”课程实验的特点，按照30%、40%和30%计算总的评价分值。

四、结语

经过“计算机控制技术”课程实验的教学实践，绝大多数学生具备了一定的对计算机控制系统的硬件集成和软件开发能力，教学管理人员可以更加客观评价教学效果。

参考文献：

[1]王晓刚,王清,王佳庆.基于工程教育认证的电气工程专业综合改革[J].高教学刊,2016,(5):155-156.

[2]王佳庆,王晓刚,王清,等.基于项目教学法的计算机控制技术课程教学改革与探索[J].教育教学论坛,2014,(15):273-275.

[3]张向锋.“计算机控制技术”课程实验教学探讨[J].实验室研究与探索,2014,7(33):185-187.

计算机控制范文篇5

目前计算机控制技术课程设计多数是以围绕单片机或8088微处理器为控制核心的实验平台开展的，还有部分设计是要求运用仿真软件验证控制算法的正确性。上述要求很可能导致学生所掌握的知识与工厂实际设备脱节。由于学生对计算机控制相关硬件设备没有感性认识，所以导致学生经过学习，还是对计算机控制技术的内容不能合理、科学、自如地运用。利用P／T数字转台作为课程设计的平台，首先，可以使学生对计算机控制技术有最初的感性认识，其次，由于该设备采用的是工业级运动控制板卡，学生在熟悉相关资料的基础上能够进一步理解计算机控制系统的构成原理及计算机控制应用程序的设计，达到将综合专业基础知识与工程实际有机结合，从而培养学生的工程实践能力。通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的整个过程，学生可以得到科学研究工作的初步训练。

1P／T数字转台实验系统介绍

1．1转台电机控制系统

转台电机控制系统主要由运动控制器、具有PCI插槽的PC机、具有增量式编码器的伺服电机、伺服电机驱动器、驱动器电源、原点开关和正／负限位开关等6个部分组成控制伺服电机时，控制器输出＋／－10V数字电压控制信号。采用GT系列运动控制器组成的控制系统典型连接如图1所示。

1．2运动控制器

固高公司生产的GT系列运动控制器，可以同步控制4个运动轴，实现多轴协调运动。其核心由AD－SP2181数字信号处理器和FPGA组成，可以实现高性能的控制计算。它适用于广泛的应用领域，包括机器人、数控机床、木工机械、印刷机械、装配生产线、电子加工设备、激光加工设备等。GT系列运动控制器以IBM－PC及其兼容机为主机，提供标准的PCI总线产品。运动控制器提供C语言函数库和Windows动态连接库，实现复杂的控制功能。用户能够将这些控制函数与自己控制系统所需的数据处理、界面显示、用户接口等应用程序模块集成在一起，建造符合特定应用要求的控制系统，以适应各种应用领域的要求。

1．3视频采集

除运动控制以外，P／T数字转台还配备了Matrox的图像采集卡和摄像头，图像采集卡具有16MB内存，支持模拟视频的实时捕捉或JPEG2000压缩／解压缩功能。

2P／T数字转台实验系统可实现的内容

2．1转台控制

此部分主要是对转台轴电机的转动控制，在对转台控制编程时首先对控制卡进行初始化，在初始化过程中完成中断屏蔽字、限位开关有效状态、伺服滤波器零点偏移值、运动模式等设置。设定选定轴为当前轴，设置运动模式、速度参数、加速度参数，然后刷新当前参数，当速度参数发生变化时转台开始动作。

2．2图像获取及处理

视频采集部分是以固高科技公司随转台提供的Matrox采集卡、摄像头为平台，通过编写高级语言程序可以实现以下功能：将摄像头捕获的图像显示出来、对图像进行处理、利用处理后图像像素的不同查找到目标物体、求出目标物体的质心坐标［3－6］。当目标物体移动时，控制转台跟随其转动。

3题目的设计

根据实验平台的特点，课程设计的内容与转台的控制、视频图像的采集和图像处理相关。为学生提供的参考资料包括固高运动控制卡使用手册、编程手册、图像采集卡使用手册以及相关函数库，要求学生采用C＋＋或其他高级语言编制程序。可以根据学生的个体差异，设计难易程度不同的题目。“C语言程序设计”在工科院校作为必修课开设，有了这个基础，学生再学习C＋＋或其他的高级语言就能很快掌握。根据课程设计要求，教师可以有针对性地对图像处理和工业控制板卡方面的编程方法进行专门的辅导，要求学生查阅相关的书籍和材料。学生在教师的指导下掌握高级语言的基本知识和操作，学会对界面和图像编程，并学会程序的编译、调试和执行。“团队协作”也是新时期对科技人才素质的要求。由于课程设计一般在2周之内完成，为了培养学生的团队协作能力，可以将3人分为一个小组，然后出一些较为复杂的题目，每个学生可以根据自己的兴趣选择同一题目下的不同内容。组员间进行分工协作，共享知识信息，共同商讨、论证问题的解决方案，通过相互配合、互相帮助，达到互相促进、共同提高的目的［7－10］。例如“目标跟踪系统设计”，要求学生采用C＋＋或其他高级语言编制程序，实现视频图像的采集、图像的简单处理、控制转台跟踪预先确定的目标。具体内容可以分为3个部分：第一部分要求完成界面的设计，要求界面友好、操作简单，达到工业控制软件的基本要求；第二部分要求完成图像处理功能，要求从采集的视频图像中能分离出预先确定的目标；第三部分要求完成转台的运动控制，要求加入控制算法和电机加减速控制。3部分由3个学生完成，最后通过联调实现目标跟踪的功能。

计算机控制范文篇6

关键词：新形势；高职；计算机控制技术；教学改革

1引言

近些年来，中国制造业通过数字智能实现转型升级，未来几年将是我国制造业实现“中国制造2025”的关键阶段。《计算机控制技术》作为装备制造大类自动化类的专业核心课程，一直备受重视，但传统的教学模式已不能满足智能化时代的课堂需求[1]。本文提出在新工科背景下对《计算机控制技术》课程进行教学改革，以一个教学项目--电子闹钟的设计为例，实现提高学生的自主学习能力与实践创新能力，最终提高电气自动化类专业人才的培养水平。

2教学改革内容

2.1课程目标改革

课程目标将知识目标、能力目标、素质目标及思政目标进行有机融合，旨在培养学生将理论知识用于解决复杂工程问题的综合能力和高级思维[2]。（1）知识目标：掌握数码管动态显示原理、定时器定时、中断的应用、蜂鸣器工作原理。（2）技能目标：能辨别7段数码管的各个引脚；能在仿真软件中绘制硬件电路图；能用processon网站协作绘制合理优化的流程图；能用codecollab平台协作编程；能软硬件联调排除故障。（3）素质目标：养成小组分享与协作习惯以及勇于表达与小组管理的能力；具备接受新事物的能力，养成敢于尝试、敢于创新的意识；养成良好的劳动习惯与耐心细致严谨、精益求精的工匠精神；能自律管理时间，完成线上线下的学习。（4）思政目标：能合理选配硬件，养成节能意识；能从人性化、安全性设计产品功能；能说出现象与本质的辨证关系，了解国内外形势；能够对行业、党和国家有认同感、使命感。

2.2教学策略改革

把课程思政融入教学[3]。课程学习目的是“用”，“小用”旨在解决技术问题，“大用”旨在服务国家整体发展战略。贯彻课程思政，在人性考量、价值关怀、课程定位、知识灌输时，从人文素养、家国情怀和国家发展的角度来引导学生，顺应和推进国家发展之“大用”，实现育人目的。图1课程项目内容与课程思政主题对应

2.3方法与手段改革

运用信息化教学手段、线上线下混合式教学[4]，使用翻转课堂教学模式，采用任务驱动教学法、案例教学法、小组合作法等教学方法，以电子闹钟设计项目为载体进行教学设计，完成一系列项目任务的完整工作过程。创新教学方法是自主式、合作式、互动式、研讨式、探究式的。多元开放运行模式是开放性、扩展性、兼容性、前瞻性运行平台。图2信息化教学方法与手段

2.4评价体系改革

在教学中通过训练，学生对计算机控制技术的认识提升到系统、理性的阶段，并通过一系列循序渐进、目的性明确的子项目训练对计算机控制及外设的认识上升到自主的设计阶段，对程序设计提升到结构化、逻辑清晰、维护扩展性高的层次。课程的考核主要从以下方面进行：（1）多元评价形式[5]。考核采取阶段评价、过程评价和目标评价相结合；理论考核与实践考核相结合；知识技能考核与思政素养评价相结合。（2）建立多方位的总结评价[6]。双师评价，教师评/企业导师评——任课教师参与本课程的多元评价，在大项目汇报时邀请企业导师和其他专任教师一同参与学生项目任务评价。学生评，同班学生/师兄师姐评——在课中或课后组间学生之间相互评价、相互学习，高年级参与低年级项目任务评价，通过“传、帮、带“互助互勉。

2.5小结

（1）信息化技术融合，提高教学效率。微课、动画、网站等信息技术的合理运用，将学生完成数字闹钟控制任务的时间由5天缩短为18个课时。降低学习难度，激发了学生的兴趣和积极性。（2）滴灌式、浸润式、体验式的课程思政[7]。以推动新时代中国特色社会主义思想进课堂、进头脑为主线，根据课程内容精准“滴灌式”课程思政，将党史、科技史、工程伦理教育渗透到课程活动中，在“浸润式”课程思政中增强学生对行业、党和国家的认同感、使命感。以问题为导向，以实践为支点，“体验式”课程思政培养学生在产品设计上具备节能意识、安全性、人性化意识，培养学生勤劳细致、严谨自律、精益求精的工匠精神[8]。（3）线上协作结对编程，云管理代码方式。利用开源代码分享协作平台codecollab，实践了软件工程思想中的结对编程理念，学生可以从开源平台学习到工业级的代码片段。同时codecollab云平台云管理代码吻合行业编程特点。当结对编程的两人因意见分歧争执不下时，可以将主程序克隆出两个新的分支。由两人分别实现不同的方案时，若方案成功且达成一致时，新的分支又可以简易地合并到程序的主分支。这种编程方式对接行业发展，符合团队编程特点[9]。学生体验行业嵌入式工程师的场景，并且将自己的代码放在云平台上，能为其就业时添加一行亮色的履历。图5信息化教学与传统教学之对比图6信息化教学过程

3结束语

信息化教学的本质是，构建“以学生为中心、以教师为主导”的混合式教学模式；探索以学生为本、学中做、做中学、虚实结合的教学体系。传统教学的学习积极性难以提高[10]。采用信息化教学手段、线上线下混合式教学模式，确保线上有资源，线下有活动，过程有评估，将基础知识的学习通过信息化手段前移至课前，课上通过解决具体的任务，使知识得以进阶，使能力得以提高，使综合素养得以升华，调动了学习积极性，提高了学习效率，教学效果显著提升。在不断发现问题和解决问题的过程中，掌握了知识和技能，达成素质目标的培养。混合式教学将传统教学与现代信息技术有效融合，将线上和线下资源有机融合，不仅是方法和平台的变化，更是信息社会中教学模式的系统性变革。充分利用学生的课下和课上学习时间，兼顾学生的差异性和多样性需求，更好地培养了学生的自我管理和自主学习的能力[11]。采用混合式教学不单是为了适应当前学生对各种移动终端的依赖现状，更是时展要求教学模式的必然改革。

参考文献

[1]张铸,张仕杰.基于“卓越计划”的计算机控制技术教学改革研究.科教文汇(中旬刊),2020(03):77-78,82

[2]许中璞.关于高职院校单片机控制技术教学改革的几点思考.山东工业技术,2020(2):125-127

[3]吴振慧,赵春红.将“课程思政”理念融入高职课堂教学的探索.科教导刊(中旬刊),2020(10):13-14

[4]陈胜娣.混合式教学模式探究.计算机时代,2021(03):78–82

[5]张晓芬,周鲜华.“以学生为中心”的大学生工程实践能力多元评价研究.现代教育管理,2021,02(1):77-83

[6]常生龙.教育评价的前世今生.上海教育,2020(34):76

[7]杨可明,王敏,许志华.滴灌式开展“课程思政”的课程教学方法探讨——以“遥感原理与应用”课程为例.教育教学论坛,2021(02):129-132

[8]李翔宇.高职院校培育工匠精神的价值、问题与对策.高等职业教育探索,2021,20(02):29-34

[9]钟文峰,刘晓璐.创新结对编程在高职《C语言程序设计》课程实践教学中的实现.科技风,2020(32):83-84

[10]杨书婕.以学生为中心的多元教学模式应用研究.发明与创新(职业教育),2021(02):54-55

计算机控制范文篇7

作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。

锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。

控制系统：

锅炉是一个较为复杂的调节对象，它不仅调节量多，而且各种量之间相互联系，相互影响，相互制约，锅炉内部的能量转换机理比较复杂，所以要对锅炉建立一个较为理想的数学模型比较困难。为此，把锅炉系统作了简化处理，化分为三个相对独立的调节系统。当然在某些系统中还可以细分出其它系统如一次风量控制回路，但是其主要是以下三个部分：

炉膛负压为主调量的特殊燃烧自动调节系统

锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例使空气过剩系数在1.08左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自动调节是一个复杂的问题。对于3×6.5t/h锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；燃烧的经济性也不做较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。

炉膛负压Pf的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索，6.5t/h锅炉的Pf=100Pa来进行设计。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。

锅炉水位调节单元

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。

除氧器压力和水位调节：除氧器部分均采用单冲量控制方案，单回路的PID调节。

监控管理系统：

以上控制系统一般由PLC或其它硬件系统完成控制，而在上位计算机中要完成以下功能：

实时准确检测锅炉的运行参数：为全面掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。

综合分析及时发出控制指令：监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。

诊断故障与报警管理：主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时，对报警的档案管理可使业主对于锅炉运行的各种问题、弱点等了如指掌。为保证锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。

计算机控制范文篇8

作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。

锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。

控制系统：

锅炉是一个较为复杂的调节对象，它不仅调节量多，而且各种量之间相互联系，相互影响，相互制约，锅炉内部的能量转换机理比较复杂，所以要对锅炉建立一个较为理想的数学模型比较困难。为此，把锅炉系统作了简化处理，化分为三个相对独立的调节系统。当然在某些系统中还可以细分出其它系统如一次风量控制回路，但是其主要是以下三个部分：

炉膛负压为主调量的特殊燃烧自动调节系统

锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例使空气过剩系数在1.08左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自动调节是一个复杂的问题。对于3×6.5t/h锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；燃烧的经济性也不做较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。

炉膛负压Pf的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索，6.5t/h锅炉的Pf=100Pa来进行设计。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。

锅炉水位调节单元

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。

除氧器压力和水位调节：除氧器部分均采用单冲量控制方案，单回路的PID调节。

监控管理系统：

以上控制系统一般由PLC或其它硬件系统完成控制，而在上位计算机中要完成以下功能：

实时准确检测锅炉的运行参数：为全面掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。

综合分析及时发出控制指令：监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。

诊断故障与报警管理：主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时，对报警的档案管理可使业主对于锅炉运行的各种问题、弱点等了如指掌。为保证锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。

计算机控制范文篇9

教育部在《关于加强高职高专人才培养工作的若干意见》中明确指出：“人才培养模式改革的重点是教学过程的实践性、开放性和职业性，实验、实训、实习是三个关键环节。”[1]实验、实训、实习等实践教学是培养学生职业技能、锻炼学生职业意识、实现高职培养目标的主体教学环节之一。高等职业院校的教师开展实践教学活动，要以培养学生的动手能力和创新能力为主，以职业的典型工作任务为导向，锻炼企业所期望的工作能力，增强职业意识，强调教学过程的实践性和职业性。但目前职业教育实践教学中的几个问题需引起我们的注意。第一，现有实验设备制约着学生动手能力和创新能力的培养与提高。目前，实验设备大多采用以实验模块为基本单元的实验箱形式，往往以最基本的认知性和验证性实验为主，综合性、创造性实验很难实施。对于这样的实验，学生是被动的，是为完成任务而做实验，因而无积极性可言。第二，传统的实践教学过程大多围绕硬件实物，在实验室、实训室或企业车间等场所实施，因其直观易感性和接近生产实际，向来都是高职实践课程的主流教学方式。然而这种教学方式存在先天不足，因其投入大、适应性差且难于开放，往往使实践教学过程面临窘境[2]。对没有实践经验的学生来说，设计过程中容易造成器件和仪器仪表的损坏，故开展实践教学需要购置的元器件数量增多，开支增大。第三，实践性很强的专业课程学时有限，而设计型的实践项目要求学生在学习原理图的基础上设计出实物来，若原理图不正确会影响实物设计，延长学生的设计时间，又影响学习进度。

2虚拟仿真技术的优势

伴随着计算机软件和硬件技术的发展，各种虚拟仿真系统为实际系统的开发提供了可靠的保证，运用虚拟仿真技术进行实践教学有以下优势：(1)培养学生职业技能。围绕模拟和仿真条件开发的虚拟实验实训项目，是参考专业技术领域有关生产要素及岗位能力要求而开发的。通过训练，可增强学生实践技能，提高创新能力和就业竞争力。(2)教学成本低。基于计算机软件的虚拟仿真技术实践教学模式，在多媒体机房或专业实训室安装计算机仿真软件即可开展实践教学活动，维护、维修和管理工作量小，节约了教学成本。

(3)提升综合效益。借助Matlab，Proteus等软件强大的仿真能力以及丰富的资源库，可以有效替代硬件仿真器进行先期的软硬件调试，再利用仪器仪表的输入输出功能对实验结果进行检测，待仿真结果基本理想时再进行实际的硬件调试。这样，一方面学生了解应用系统硬件电路结构，锻炼了编程技术，也学习了仪器仪表的使用，提高了设计水平；另一方面开发过程高效，损失减少，解决了实验室资源紧张的问题[3]。

3计算机控制系统虚拟实验室的建设

充分利用现代信息技术，围绕具有模拟和仿真条件的校内多媒体实验机房或实训室，着力开发其虚拟实验、实训项目，充分发掘其教学功能，为实训操作前理论与实践结合的教学提供有效途径。开发的计算机控制系统虚拟实践教学项目举例见表1，并以项目三为例，证明虚拟实验室可以锻炼学生软硬件的综合开发能力。

3.1Smith纯滞后温度控制系统的Matlab辅助设计与仿真

电阻炉是一个具有自平衡能力的对象，可以近似为带有纯滞后的一阶惯性环节。根据被控对象实验数据，可确定被控对象的纯滞后时间τ＝72s和对象时间常数Tp=2min，其比例τ/Tp＞0.5，故采用带有Smith预估器的数字PID控制算法，在Matlab软件的Simulink模型窗口创建smith.mdl模型文件[4](如图1所示)。图1带有Smith预估器的数字PID控制系统仿真模型根据被控对象时间长短并结合工程经验，确定采样周期为1s，调试比例系数kp、积分系数ki，使系统闭环稳定，没有超调，使单位阶跃响应输出曲线的上升时间满足设计要求，可得仿真结果(如图2，图3所示)。由图2可知，引入Smith预估器后，闭环系统的单位阶跃响应曲线无超调，只是在时间上滞后τ＝72s；由图3可知，控制系统单位阶跃响应输出曲线的上升时间小于6s。采用带有Smith预估器的数字PID控制算法可实现对电阻炉温度的纯滞后补偿控制。图2Smith预估控制系统仿真结果图3Smith预估控制系统仿真结果局部放大图经此虚拟设计，学生可结合对电阻炉温度对象的控制，学习smith预估控制器的设计原理及参数调试方法、技巧，为实际对象的控制及控制方法的合理选择积累经验。

3.2输入温度检测信号Proteus辅助设计与仿真

电阻炉的温度检测采用镍铬－镍硅热电偶，经信号调理电路转换成单片机方便识别的电压信号，再经A/D转换器输入单片机。使用Proteus的ISIS组件绘制的ADC0809与AT89C51接口原理如图4所示，在ISIS界面编辑源程序，经编译后向CPU(AT89C51)加载源程序，仿真运行、调试。可得到输入温度信号对应的8位二进制电压值，再经显示电路显示对应的温度值，同时根据实际情况输出对应的控制信号，达到控制温度的目的。图4模拟量输入通道的仿真运行与观测经此虚拟设计，学生可学习A/D芯片ADC0809转换性能及编程方法，掌握A/D转换器与单片机接口软硬件设计方法。

3.3项目报告

每一个项目，学生都要写出包括项目研究概论、方法与手段、查阅资料情况、完成形式、得失经验等内容的总结报告，将理论教学和工程训练有机结合，将企业真实的“岗位任务”转换成职业院校的“学习任务”[5]。这样，既能提高学生学习的主动性、参与性，又可提高学生对设计全过程的理解和掌握，改变以往实验只走简单操作过程的验证性实验形式，提高学生对具体问题进行深入探索的主动性，从而培养学生一定的科研思维能力。

4结束语

(1)Matlab，Proteus等仿真软件在计算机控制系统教学中的应用，提高了学生的学习兴趣和创新能力，对学生职业能力的培养具有现实意义。

计算机控制范文篇10

作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用微计算机控制，能对锅炉进行过程的自动检测、自动控制等多项功能。

锅炉微机控制系统，一般由以下几部分组成，即由锅炉本体、一次仪表、微机、手自动切换操作、执行机构及阀、滑差电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机，手自动切换操作部分，手动时由操作人员手动控制，用操作器控制滑差电机及阀等，自动时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外为保证锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置，这是必不可少的，以免锅炉发生重大事故。

控制系统：

锅炉是一个较为复杂的调节对象，它不仅调节量多，而且各种量之间相互联系，相互影响，相互制约，锅炉内部的能量转换机理比较复杂，所以要对锅炉建立一个较为理想的数学模型比较困难。为此，把锅炉系统作了简化处理，化分为三个相对独立的调节系统。当然在某些系统中还可以细分出其它系统如一次风量控制回路，但是其主要是以下三个部分：

炉膛负压为主调量的特殊燃烧自动调节系统

锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制，炉膛负压控制。保持煤气与空气比例使空气过剩系数在1.08左右、燃烧过程的经济性、维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自动调节是一个复杂的问题。对于3×6.5t/h锅炉来说燃烧放散高炉煤气，要求是最大限度地利用放散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不做严格要求；燃烧的经济性也不做较高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。

炉膛负压Pf的大小受引风量、鼓风量与煤气量（压力）三者的影响。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节摸索，6.5t/h锅炉的Pf=100Pa来进行设计。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气比例，达到理想的燃烧状态，在引风机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，只调节煤气蝶阀，使压力波动下的高炉煤气流量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。

锅炉水位调节单元

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。

除氧器压力和水位调节：除氧器部分均采用单冲量控制方案，单回路的PID调节。

监控管理系统：

以上控制系统一般由PLC或其它硬件系统完成控制，而在上位计算机中要完成以下功能：

实时准确检测锅炉的运行参数：为全面掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。

综合分析及时发出控制指令：监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。

诊断故障与报警管理：主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。同时，对报警的档案管理可使业主对于锅炉运行的各种问题、弱点等了如指掌。为保证锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。