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检测与控制技术基础江苏技术师范学院复习资料第一章 检测与控制技术基础概述1、 这门课程要学习三方面的内容：控制技术基础、测试技术基础、单片机与接口技术的基础知识。（P2）2、 控制技术中需要解决的系统的“三性”：稳定性、快速性、精确性。（P2）3、 传递函数不是简单的输入数值与输出数值之比，而是输出函数与输入函数两个函数之间的比值。传递函数是描述一个系统在各个频率点上的幅值放大倍数和相位差的函数。表示了系统的所有动静态特性。（P2）第二章 信号的描述1、 信号分析的目的：1）分析被测信号的类别、构成及特征参数，使工程测控人员了解被测对象的特征参量，以便深入了解被测对象内在的物理本质。2）为正确选用和设计测控系统提供依据。（P4）2、信号的分类：（P4） 简单周期信号 周期信号确定性信号 复杂周期信号 准周期信号 非周期信号 瞬态信号 平稳随机信号 非确定性信号 非平稳随机信号3、确定性信号：是指可用确定的数学关系式来描述的信号。 周期性信号：按一定周期重复的信号。 非周期性信号：没有重复周期。 直流信号：幅值不随时间变化的信号，其实质是频率为0的周期信号。 确定性信号按照它的取值情况分为：连续信号和离散信号。（P5-6）4、 非确定性信号：不能用精确的数学关系式来表示，也无法确切地预测未来任何瞬间精确值的信号，都可以称为随机信号。（P6）5、 一般可从三个变量域（幅值域、频域和时域）来描述信号。（P7）6、 周期信号傅里叶三角级数的计算：公式（P8）例题（P10）图（P12）7、 周期信号的频谱具有以下三个共同特点：1） 频谱是由一根根离散谱线组成，每根谱线代表一个正弦或余弦分量；2） 每条谱线只出现在基波频率的整数倍上，不存在非整数的频率分量；3） 各谐波分量的幅值随谐波次数或频率的增高而减小。有时也把这三个特点概况成：离散性、谐波性、收敛性。（P11）第三章 控制技术基础1、 开环控制：系统的被控制量对于控制量没有反作用，称为开环控制系统。开环控制缺点：抗干扰性能很差、控制精度低。 优点：装置简单、调试方便、成本低廉。 例：P23 被控 制对象：电炉； 被控制量（或输出量）：炉量T是要求实现自动控制的物理量； 控制量：旋转调压器的滑臂能改变控制电压Vt。2、 负反馈的概念（P23） 扰动 d给定值r 偏差e 控制量u 被控制量c 比较器 控制规律 对象 反馈量b 测量元件测量元件对系统的输出（即被控制量）进行测量测量元件的输出反馈量b，通常反馈量b与被控制量c成比例（b与c成比例）r是系统的输入量，称为给定量，通常与被控制量c的希望值成比例（r与c成比例）r与b在比较器里相减，得到偏差e（e=r-b）偏差e经过运算和放大后去控制被控制量c当系统受到扰动d的影响，使得被控制量c偏离希望值（如c ,b ,e ,u ,从而使被控制趋向希望值；反之，如扰动使被控制量c ，则负反馈也会使c趋向希望值） 3、 闭环控制系统与开环控制系统最大的差别在于闭环控制系统存在一条从被控制量经过测量元件到系统输入端的通道，这条通道称为反馈通道。另外还有一条前向通道，这条通道从给定值开始、沿着放大器、电动机、调压器直到被控对象和被控制量。（P24）4、 闭环控制系统的三个重要机能：1）测量被控制量 2）将测量被控制量所得的反馈量与给定值进行比较，得到偏差e 3）根据偏差e对被控制量进行修正（P24）5、由于闭环控制系统的输出端（被控制量）和输入端（给定值）之间存在着一条反馈通道，即负反馈，所以闭环系统具有良好的抗干扰能力，故控制精度较高。但是，反馈的存在使系统可能产生振荡，给调试工作带来困难。另外闭环系统的装置复杂，成本也较高。6、拉氏变换（P27-30）7、传递函数是在零初始条件下系统（元件）的输出和输入的拉氏变换之比。（P31）8、控制系统的零初始条件有两方面的含义。（P31）9、典型传递函数：1）比例元件 Gs=K 直流测速发电机 (P32-38) 2）惯性元件Gs=KTs+1 R-C电路、机械转动系统 3）积分元件Gs=Ks 减速器 4）微分元件Gs=s 测速发电机、微分型R-C电路 5）振荡元件Gs=n2s2+2ns+n2 R-L-C电路 (=1LC为无阻尼自然振荡频率，=R/2LC为阻尼比。R是实际阻尼系数，2LC是系统的临界阻尼系数) 6）延迟元件Gs=e-s 钢板扎制设备10、PID调节器的传递函数 （P39）11、传递函数的串联Gs=1nGis ;传递函数的并联Gs=1nG(s) 。（P40）12、（s)=前向通道的传递函数1开环传递函数 ,(s)称为系统的闭环传递函数。（P43）13、方框图等效交换的代数法则 （P45）例题（P46）14、一阶系统是指系统闭环传递函数分母中s是最高幂次为1的控制系统。（P47） 一阶系统是指系统闭环传递函数分母中s是最高幂次为2的控制系统。（P52）15、典型一阶系统 开环传递函数Gs=Ks ；闭环传递函数=Gs1+GS=1Ts+1,其中T=1K。T系统的时间常数，K开环增益。显然，典型一阶系统是一个惯性环节，它是由反馈通道包围比例环节和积分环节K/s后得到的。（P48）16、一阶系统的单位阶跃响应 （P49）一阶系统的单位斜坡响应 （P50）一阶系统的单位脉冲响应 （P51）17、典型二阶系统 开环传递函数Gs=n2ss+2n=KmsTms+1 ;闭环传递函数s=Gs1+Gs=n2 s2+2ns+n2 (P53)18、典型二阶系统的单位阶跃响应（P53）典型二阶系统的单位斜坡响应（P62）典型二阶系统的单位脉冲响应（P63）19、欠阻尼情况下典型二阶系统的暂态过程的性能指标：上升时间、峰值时间、超调量、调整时间、振荡次数（P57）第四章 常用传感器1、表示静态特性的参数：线性度、分辨力、滞后和重复性等。（P70-73） 线性度：标定曲线偏离其拟合直线的程度。 灵敏度：几何意义是输入输出曲线上指定点的斜率。 分辨力：测试系统能测量到最小输入量变化的能力，即能引起始出量发生变化的最小输入变化量。 滞后：也称为回程误差，表示在规定的同一校准条件下，测试中输入量递增过程的标定曲线与输入量递减过程（正反行程）的标定曲线不重合的程度。 重复性误差：指在规定的同一标定条件下，测量系统按照同一方向变化时，在全程内连续进行重复测量所得各标定曲线的重复程度。 其他特性：精度、测量范围、负载阻抗、漂移。2、 测量系统的动态特性：指输入量随着时间变化时，其输出随着输入而变化的关系。（P73）3、 传感器狭义上：传感器是一种将物理量转变为电量或电参数的机械电子装置。 广义上：利用某些转化功能，将种种外界信号变换成可以直接测量的信号的器件。（P76）4、 传感测试系统的组成：传感器、信号变换与测量电路、显示与记录器及数据处理器、打印机等外围设备。（P76）5、 一次仪表的传感器往往由两个基本环节组成：敏感元件 传感元件 （P77）6、 传感器的分类。（P78） 传感器的选用。（P79）7、 电阻式传感器 ：导电材料的电阻效应R=LA;（P81）;电位计式传感器(P81);电阻应变片(P83);电容式传感器：C=0rSd=Sd ；通常为了减小变级板距离式传感器的非线性、提高灵敏度，将其接成差动形式，使用三个平行极板，中间极板为动极板，使用电桥作为后续处理电路，差动形成的两电容分别连接在相连的两桥臂上，可有较高的灵敏度和线性。(P85)，电感式传感器：自感型、互感型、涡电流型。（P88）压电式传感器：应用 常用以测量力、压力、振动的加速度，也用于声学（包括超声）和声发射等测量。使用较为广泛的是压电式加速度计，其工作原理是利用惯性质量块在加速度运动时产生的“惯性力”。（P94）热电偶传感器（P98）第五章 单片机原理与接口技术基础1、单片机的分类：1）按应用领域：家电类、工控类、通信类、个人信息终端类等等； 2）按通用性：通用型、专用型 3）按总线结构：总线型、非总线型 （P102）2、单片机的应用范围：1）工业方面 2）智能仪器仪表方面 3）通讯方面 4）民用方面 5）导弹与控制 方面 6）各种计算机外部设备及电器方面 7）多机分布式系统（P105）3、MCS-51的引脚：1）电源引脚 2）时钟电路引脚 3）控制信号引脚 4）输入/输出端口P0，P1，P2和P3 (P108)4、MCS-51程序存储器空间可划分为：程序存储器、内部数据存储器、内部特殊功能寄存器、外部数据存 储器。（P112） 程序存储器：几个特殊地址程序开始和中断入口地址（P113） 内部数据存储器（P114） 内部特殊功能寄存器：1）程序计数器PC ，2）累加器A, 3)寄存器B ,4）程序状态字寄存器PSW ， （CY、AC、F0、RS1、RS0、OV、P） 5）堆栈指针SP， 6）数据指针DPTR, 7)端口P0-P3 ，8）串行数据缓冲器SBUF 9)定时器/计数器 （P115-117） 外部数据存储器5、MCS-51的单片机时钟：内部时钟方式、外部时钟方式（P121）； 时钟周期、机器周期（一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期）；指示周期 （P122）6、MCS-51指令系统的存址方式 表5-4 （P128）7、累加器A：MOV A,Rn/Ri/direct/#data P130 以Rn为目的：MOV Rn,A/direct/#data P130 以直接地址direct为目的：MOV direct,A/Rn/direct2/Ri/#data P130 16位数传送指令：MOV DPTP ,#data16 p131 进栈指令：PUSH direct P131 出栈指令：POP