2024计算机控制技术复习提纲.docx
2024计算机限制技术重修复习提纲1 .计算机限制系统概念、组成与工作原理。概念：计尊机限制系统(ComPUIerCOnIrOlSystem,简称CCS)是应用计算机参加限制并借助一些协助部件与被控对象相联系，以获得肯定限制目的而构成的系统。组成：计算机限制系统由工业限制机和生产过程两大部分组成。工业限制机硬件指计完机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。工作原理：1.实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入；2.实施限制决策：对采集到的被控量进行分析和处理并按已定的限制规律确定将要实行的限制行为：3.实时限制输入：依据限制决策，实时的对执行机构发出限制信号，完成限制任务。2 .在线方式与离线方式，实时的含义。在计算机限制系统中，生产过程和计算机干脆连接，并受计算机限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，且不受计算机限制，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：实时的含义：所谓实时，是指信号的输入，计算和输出都要在肯定的时间范围内完成。3 .计算机限制系统的典型形式种类与特点。(操作指导限制系统、干脆数字限制系统、监督限制系统、集散型限制系统、现场总线限制系统)。(1)操作指导限制系统该系统属于开环限制结构。计算机依据肯定的限制算法，依靠测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。操作人员依据计党机输出的信息去变更调整器的给定值或干脆操作执行机构。(2)干脆数字限制系统(DireciDigilaiconiroISysiemRDC)DDC系统属于计算机闭环限制系统。计算机首先通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)实时采集数据，然后依据肯定的限制规律进行计算，最终发出限制信息，并通过模拟量输出通道(Ao)和开关量输出通道(DO)干脆限制生产过程。(3)监督限制系统(SUperViSOryComPUIerConlrOlSySlem-SCC)监督限制中，计算机依据原始工艺信息和其他的参数，依据描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地变更模拟调整器或以干脆数字限制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况(如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等)。从这个角度上说，它的作用始变更设定值，又称为设定值限制SPC(SelPOimCOnIrO1).(4)分布式限制系统(DiSlribUledConlrOlSyStem-DCS)DCS采纳分散限制，集中操作，分级管理，分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程限制级、集中操作监控级、综合信息管理级等三级系统，形成分级分布式限制。(5)现场总线限制系统(FieldbUSContrOlSyStem-FCS)FCS是新一代分布式限制结构。20世纪80年头发展起来的DCS,其结构模式为“操作站一限制站一现场仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的DCS又各自的标准，不能互连。FCS于DCS不同，它的结构模式为“工作站一现场总线仪表”二层结构，完成了DCS三层结构的功能，降低了成本，提高了牢靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。4 .了解几种常用的片级总线、系统总线和外部总线。5 .RS-232、RS-485、RS-442、USB总线的特点（电气、物理）与区分。RS-232（串行）：-15V（1）、+15V（0）;电气接口是单端的、双极性电源供电电路。数据传输速率局限于20kbs,传输距离局限于15m,该标准没有规定连接器，有25和9脚插针。传送信号只用1根信号线，不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部引入的干扰信号。采纳高压供电以解除地的干扰。RS-485：采纳平衡差分电路，为半双工工作方式，只采纳一对平衡差分信号线来连接，任何时候只能有一点发送数据；可以联网构成分布式系统，最多并联32台驱动器和32台接收器。RS-232：采纳平衡驱动和差分接收方法，消退信号地线，数据传输速率比RS-232提升了许多，串口通信最远距离是50英尺。USB总线接口（串行）：USBl.1：12Mbps,USB2.0：480Mbpso2电源线（5V）,2数据线，127个设备USBl.1：12Mbps,USB2.0：480Mbpso2电源线（5V）,2数据线，127个设备，距离5米。具有热插拔功能。6 .IO端口的分类与功能。I/O端口地址安排：1024个端口两类I/O接口硬件：板内接口和扩展接口。前256个（OOoOFFH）专供系统板上的I/O接口芯片运用，后768个（Ioo3FFH）为I/O接口扩展卡运用。其地址安排分别如表2-2和表2-3所示。（1）系统板上的I/O接口：表2-2（2）扩展卡上的I/O接口：表2-37 .计算机IO端口地址选用原则。8 .熟识IO端口的三种地址译码方法和原理，看懂图2-9译码电路图。9 .计算机数字量接口和过程通道的概念，熟识数字量通道三种输入调理电路的原理和特点。10 .熟识功率驱动电路的形式和特点（光电隔离、继电器、接触器），了解固态继电器在大功率沟通驱动电路中，固态继电器SSR作沟通开关运用。触发电路零交叉电路SSR是种无触点通断电子开关，是种有源瑞件，其中两个端子为输入限制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采纳了高耐压的专用光电控合器。SSR作沟通开关，相当于有一个触点，左边是TTL电平，在05V之间：当TTL电平为高时，触点闭合：当TTL电平为低时，触点断开。当用计算机来限制电磁阀时，用固态继电器。11 .由三极管驱动的继电器的电路形式是怎样的？其中的续流二极管的作用。假如将继电器接在三极管e级有什么缺点？二极管的作用：当电流截止时，防止三极管被反向击穿，用二极管放电。缺点：1.继电器K两端须要1224V的电压才能使K接触良好，Ve=4.3V,不能供应足够电压。2 .起先导通时，K两端为5V,电流增大，Vbe下降，负反馈使导通变慢，减慢了导通速度。3 .阻挡了Ib跟IC的导通，对Ib的导通非常不利。12 .模拟量输入接口和过程通道的概念和特点，将模拟量转换为数字量时，可采纳什么方法将输入量和输出量隔离？模拟量输入通道过程参数：由传感元件和变送器测量，并转换为电流（或电压）后，再送多路开关；在微机限制卜.，由多路开关将各个参数依次地切换到后级，进行采样和A/D转换，实现巡回检测。过程参数信号调 理或1/v交多路转领采样保持 一A/D斡挨器接口泛辑模拟输入通图2-20模报物入13 .哪些是标准接口信号？为何要采纳标准电压、电流信号？哪一种最常用？为什么？变送器输出的信号为010mA或420mA的统一信号；DDZ-Il型的输出信号标准为010mA,而DDZ-In型和DDZ-S系列的输出信号标准为420mA0电流信号最常用，因为若设定电压，1）接口电压可能会由于接口触点氧化，使电阻变大，电压亦随之变更。2）若外接负载，也会变更接口电压的大小。而标准电流接口却不会出现以上状况，因此标准电流接口比较常用。14 .说明有源I/V变换和无源DV变换电路工作原理。(1)有源I/V变换利用有源错件一一运算放大器和电阻组成。与无源变换的区分：信号隔离。电流不干脆流过R2,VI=I*RL利用运算放大器虚短和虚断概念，可求出同相放大电路的放大倍数。合理选择电阻，就可以得到相应的电压输出。(2)无源I/V变换I/V变换的基本思想：电流转变成电压变换电路中各部分的作用：Rl:限流电阻D:将电压钳制在5V+O.3V以内R2:电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电阻，精度为0.1%。C和R1：组成阻容低通滤波电路15 .为什么要对模拟信号采样？模拟信号的采样特点，香农采样定理的要点。采样过程：按肯定的时间间隔T,把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻O、T、2T、KT的一连串脉冲输出信号的过程。香农采样定理：假如模拟信号(包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为fmax,只要依据采样频率f>2fmax进行采样，那么采样信号y*(t)就能唯地复现y。实际常取f(510)fmax,甚至更高。16 .量化的概念：用一组数码靠近离散模拟信号的幅值，量化误差：±q2,量化单位q=(%JA2"T)0例:q=20mV时，量化误差为±10mV,0.9901.009V范围内的采样值，其量化结果是相同的，都是数字50。17 .模拟信号最高频率、孔径时间和量化精度的相互关系。在采/保电路中，由于模拟开关K有肯定的动作滞后，在保持吩咐发出后直到模拟开关完全断开所需的时间称为孔径时间。/=-2zd×100量化：采纳一组数码来靠近离散模拟信号的福值，将其转换为数字信号。量化单位(精度)：最低有效位所对应的模拟量q；q=y(max)-y(min)(2n-1)若模拟信号最高频率较高，须要采样保持器的孔径时间较小。18 .A/D转换器的主要技术指标（转换时间、辨别率、量程）。了解ADCO809与计算机的连接（带8通道模拟开关的8位逐次靠近A/D转换器，转换时间100iis,误差土12LSB）o转换时间：AD转换过程（即采样信号的量化过程）须要的时间。辨别率：AD最低有效位可以表示的电压值。量程：AD转换潜可以线性转换的电压范围。19 .D/A转换器单极性与双极性输出电路及其应用场合，推导输出电压与输入数字量的公式。VOlJn为单极性输出，D为输入数字量，VREF为参考电压，则有Voi11i=-VrefD2,1Voin2为双极性输出，且由电流定律可推导得到Vom=-(RVRi)VREF-(R3R2)Vouti=Vref(D2"-120 .了解V/I变换的目的和原理。目的：把电压转换成电流。21 .串模干扰和共模干扰的定义、干扰产朝气理及其实行的对策，并叙述特点。串模干扰：所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，这里的被测信号是指有用的直流信号或缓慢变更的交变信号，而干扰噪声是指无用的变更较快的杂乱交变信号。共模干扰：共模干扰在两个输入端上公有的干扰电压，又称共态干扰。主要干扰形式。串模干扰的抑制方法：串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手，分不同状况实行相应的措施22 .长线传输干扰的三个问题及其抑制方法。长线传输干扰产生：易受干扰：电磁干扰：传输延迟：杂散电容和电感：存在波反射：阻抗不匹配长线传输干扰的抑制：终端电阻匹配：R=RP,留意平衡凹凸电平的抗干扰实力；始端电阻匹配：R=RP-RO.R0：门电路输出为低始的输出阻抗；双绞线：抗电磁干扰。23 .熟识CPU抗干扰技术的种类与特点，了解MAX1232看门狗电路的功能和特点。CPU抗干扰采纳WatehdOg（看门狗）复位、电源监控。1、MAXI232看门狗电路低电源、定时器定时、手动等三种复位方式：RST：电源复位脉冲（25OmS宽度）2 .MAXI232的主要功能口1）电源监视：VCC低于某值复位，TOL：电源容限（0:5%；1:10%）2）监控定时器：ST：选通输入（定时器复位）：TD：0：150ms：悬空：600ms,Vcc：1.2s3）掠电爱护和复原运行3 .其他微处理器监控电路带电池切换的监视器：MAX690/692/703/7044 .软件抗干扰24 .接地的重要性，接地留意问题（不同电源接地、模拟地、数字地、浮地、屏蔽接地、低频单点与多点接地等），平安接地线的符号、颜色。25 .数控系统的开环限制、闭环限制、半闭环限制的特点与应用范围。闭环数字程序限制：这种结构的执行机构多采纳直流电机（小惯量伺服电机和宽调速力矩电机）作为驱动元件，反馈测量元件采纳光电编码器（码盘）、光栅、感应同步等。开环数字程序限制：这种限制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀具是否到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检查的，因此这种限制的牢靠性和精度基本上由步进电机和传动装置来确定。26 .为什么要进行插补运算，常用插补运算有哪些？27 .数控系统按限制方式来分类有哪些？28 .步进电机的主要技术参数及作用有哪些？（相电流、最大静转矩、最高空载频率fo、最高启动频率fs、额定负载运行频率的概念）。1）最高空载频率W（最高启动频率s）2）最大静转矩T3）步距角a（半步与整步）4）相电流（半流、全流与电流设定），对应电机的转速、功率、电压。29 .步进电机按工作原理分哪几类？特点如何？按工作原理分类：D激磁式（电磁式）：定子和转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。2）反应式（磁阻式）：转子无绕组，定子绕组励磁后产生力矩，使转子转动。3）永磁式：转子和定子的某一方具有永久磁钢，另一方为软磁材料。绕组通电建立磁场与恒定磁场相互作用产生转矩。4）混合式（永磁感应式）还可以分为快速步进电动机功率步进电动机。30 .步进电机的“相”和“拍”的含义，其工作方式及特点，与速度和精度关系。“相”一绕组的个数；“拍”一绕组的通电状态。31 .常用步进电机的驱动器有几种，特点如何？（单电压驱动，凹凸压驱动，恒流崭波，调频调压，细分电路等）（1）单电压驱动：简洁、价格低廉。（2）凹凸压驱幼：简洁好用、较单电压驱动性能有肯定提高，但是高压固定，不能兼顾各种频率。（3）恒流崭波：采纳较高的驱动电压，限制相电流快速导通和保持恒定，在肯定频率范围具有匀称的力矩，大大提高运行频率，但可能产生噪声，特殊在肯定频率范围产生震荡。（4）调频调压：采纳可调的驱动电压，保证相电流快速导通和恒定，在肯定频率范围具有匀称的力矩，大大提高运行频率，不会产生噪声。（5）细分电路驱动：采纳细分电路或者等分调整各相电流，将原来的一步细分为多步运行，削减脉冲当量，提高精度。32、步进电机带负载的实力如何确定（与M/f有关），步进电机速度过快会或过载时有什么现象？33、熟识数字限制器的连续化设计的原理和设计步骤，如何选择采样周期T?设计方法：采样周期短、限制算法简洁的系统。忽视零阶保持渊和采样器，求出系统的连续限制器，以近似方式离散化为数字限制耀。步骤：一设计假想的连续限制器D（s）:一选择采样周期T；一将D（三）离散化为D（z）：一设计由计算机实现的限制算法；一校验：符合要求？香农采样定理给出了从采样信号复原连续信号的最低采样频率，为信号最高频率的2倍以上，周期T为采样频率的倒数。Ta（0.150.5）且假定相位裕量可削减5。15。，则采样周期应选为：S（3c是连续限制系统的剪切频率）用数字限制器去近似连续限制器，要有相当短的采样周期34、熟识双线性变换法、前向差分法、后向差分法公式，了解其特点和稳定性问题。2z-1Z-1Z-Is=_iS=S=双线性变换法：Tz+1前向差分法：T后向差分法：Tz双线性变换的优点在于，它把左半S平面转换到单位圆内。假如运用双线性变换，一个稳定的连续限制系统在变换之后仍将是稳定的：而运用前向差分法，就可能把它变换为一个不稳定的离散限制系统。即：双线性变换一保持稳定；前向差分一不能保持稳定：向后差分一比原来更稳定。35、熟识PlD限制原理、算法和应用范围。(比例作用：快速反应误差，但不能消退稳态误差，过大简洁引起不稳定；积分作用：消退静差，但简洁引起超调，甚至出现振荡；微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统的动态特性。)PlD调整器：按偏差的比例、积分和微分进行限制的调整器，在连续系统中技术最成熟，应用最广。PID调整器结构简洁、参数易于调整，当被控对象精确数学模型难以建立、系统的参数又常常发生变更时，应用PlD限制技术，在线整定最为便利。36、数字PlD限制器的作用和设计，位置式和增量式的形式、特点和应用。数字PlD位置型限制算法：u(k)=Kple(k)+e(z)+ZDJ/-01其中：KP为比例系数；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数.特点：位置型限制算法供应执行机构的位置u(k),比如阀门的开度，须要累计e(i)。数字PlD增量型限制算法：(4)=()-(1)=KPoGO-e(4一D+KvGo+K)OGO-2el)+e凌一2)KP=/称为比例增益；K=KP,称为积分系数；Ko=KP条称为微分系数。即：A"(k)=qod)+qe(A-1)+2/%2)q。-KP(I+Trjy)VZ1I2Td.91=p(l+-)KTjiq2pT增量型限制算法供应执行机构的增量U(k)o37、为什么要对积分项进行改进？改进的方法有哪些(积分分别，抗积分饱和，梯形积分，消退积分不灵敏区)。(I)积分分别：改进缘由：当有较大的扰动或大幅度变更给定值时，存在较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时间的波动。改进方法：当e(k)>时，采纳PD限制；当e(k)<0时，采纳PID限制。积分分别阈值的确定：过大，达不到积分分别的目的；P过小，则一旦限制量y无法跳出各积分分别区，只进行PD限制，将会出现残差。(2)抗积分饱和：积分饱和：假如执行机构已到极限位置，仍旧不能消退偏差，由于积分的作用，尽管计算PlD差分方程式所得的运算结果接着增大或减小，但执行结构已无相应的动作，限制信号则进入深度饱和区。一影响：假如系统程序反向偏差，则u（k）首先须要从饱和区退出，进入的饱和区越深，退出时间越长，导致超调量增加。一改进方法：对限制量u（k）限幅。（3）梯形积分一改进缘由：减小残差，提高积分项的运算精度。一改进方法：矩形积分改为梯形积分。（4）消退积分不灵敏区一改进缘由：由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所表示数的精度，计算机就作“零”处理，此时积分作用消逝，这称为积分不灵敏区。一改进措施：增加A/D转换位数，加长运算字长，提高运算精度。当积分项连续n次小于输出精度£的状况下，不要把它们作为“零”处理，而是把它们累加起来，直到累加值大于£时才输出，同时把累加单元清零。38、数字PlD限制器的参数整定，采样周期的选择与考虑因素。参数整定：1、采样周期的选择；2、按简易工程法整定PlD参数；3.优选法：4.凑试法确定PlD参数：5.PID限制参数的自整定法采样周期的选择：（1）采样周期上下限的确定采样周期上限Ta（大）的确定：采样（香农）定理Tmax=1tma,其中（Dmax为被采样信号的上限角频率。采样周期下限Tmin（小）的确定：Tmin为计算机执行程序和输入输出所耗费的时间。（2）采样周期的考虑因素给定值频率变更：给定值变更频率与采样频率成正比。被控对象与执行机构特性：被控对象是慢速对象，采样周期取得大，否则应小：执行机构是快速系统，采样周期应取得较小，否则应大。限制算法的类型：采样周期T太小，将使微分积分作用不明显，受计算精度和计算时间的影响。限制回路数：采样周期T应大于等于全部回路限制程序执行时间和输入输出时间的总和。39、熟识数字PID限制器中采样周期的确定。Plll40、工程法整定PID参数（扩充临界比例度法，扩充响应曲线法，归一参数整定法）。P11241、数字限制器的离散化设计步骤和特点。设计步骤：L依据限制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数中（z）。2 .求广义对象的脓冲传递函数G（z）3 .求取数字限制器的脉冲传递函数D(Z)o4 .依据D(Z)求取限制算法的递推计算公式。特点：离散化设计技术比连续化设计技术更具有般意义,它完全是依据采样限制系统的特点进行分析和综合,并导出相应的限制规律和算法。42、设计数字限制器D(Z)时，要求考虑哪些因素，其设计方法和种类。43、典型输入下最少拍限制系统分析和设计，写出限制器形式。最少拍系统的设计原则是：若系统广义被控对象G无延迟且在z平面单位圆上及单位圆外无零极点，要求选择闭环脉冲传递函数(z),使系统在典型输入作用下，经最少采样周期后能使输出序列在各采样时刻的稳态误差为零，达到完全跟踪的目的，从而确定所须要的数字限制器的脉冲传递函数D(Z)onz、1纵Z)ZXN)-G(N)I-以之)44、依据Z变换的终值定理，理解系统的稳态误差的公式。P11845、最少拍限制器的局限性和可实现性问题指什么？最少拍限制器的设计是使系统对某典型输入的响应为最少拍，但对于其它典型输入不肯定为最少拍，甚至会引起大的超调和静差。(1)最少拍限制器对典型输入的适应性差(2)最少拍限制器的可实现性问题(3)最少拍限制的稳定性问题最少拍系统设计的物理可实现性指将来时刻的误差值，是还未得到的值，不能用来计算现在时刻的限制量。耍求数字限制器的脉冲传递函数中，不能有Z的正凝项，即不能含有超前环节。46、最少拍限制的稳定性问题(最少拍限制系统的每个采样点之间的限制值U和输出值Y稳定吗？如何解决？)G(Z)稳定：Z单位圆上和圆外无极点，不含纯滞后环节。最少拍(P(Z)成立的条件：G(Z)稳定。否则系统发散，(z)不行能实现。不含有纯滞后环节。否则依据最少拍限制器的可实现条件，D(Z)不能实现。改进方法：对，在(P中增加滞后时间大于等于G(Z)纯滞后时间的纯滞后。对，则可以在选择(Z)时，增加稳定性约束条件，保证系统稳定。应留意：不能实行D(Z)和G(Z)零极点对消方式，而从理论上得到稳定的闭环系统。47、最少拍限制时，对典型的三种输入，其限制器最快的调整时间分别为T、2T、3T时，其闭环脉冲传递函数分别是什么？48、分析闭环限制系统Z函数的稳定性。49、最少拍无纹波系统的必要条件是什么？在限制器和输出所表现的效果是怎么样的？50、工业过程中的纯滞后现象与解决方法。解决方法：在CP(Z)中增加滞后时间大于等于G(Z)纯滞后时间的纯滞后。51、施密斯预估限制原理与特点，其滞后环节的在计算机中是如何实现？(数字PlD限制器+施密斯预估器，与D(三)并联1个预估器，组成纯滞后补偿器，用于补偿对象的纯滞后部分。补偿后，消退了纯滞后部分的影响，而系统的稳定性无影响，小s将限制作用推移了T时间，系统无振荡，系统特性与对象符合。)52、纯滞后补偿的大林限制算法步骤和特点。P13253、系统误差(零点漂移、增益误差)的自动校准的原理和方法。54、标度变换的原理和方法。标度变换就是放大或缩小也即码尺的变换,对分形来说用不同的码尺所测得的结果,有随码尺的变更而变更的，也有随码尺的变更而不变的。方法:1.线性变换公式;2.公式转换法;3.多项式插值法;4.线性插值法;5.查表。55、实际限制系统AD转换和DA转换的字长如何确定？P22656、软件抗干扰技术的主要技术内容是哪些？1.数字滤波技术2.开关量的软件抗干扰技术3.指令冗余技术4.软件陷阱技术57、几种数字滤波的原理和特点如何，算术平均滤波方法可以提高信噪比吗？58、数字滤波与模拟电路滤波的特点和对比。模拟滤波器用的器件多，大，重；电路困难，要求多的话，用的器件也要增加：电路参数变更，滤波器也要跟着变电路。数字滤波器电路简洁，可以见机行事，电路参数变更，只要改改程序就行了：滤波程序可以共用。59、对程序跑飞、死机等干扰可以实行什么措施?
