西安石油大学材料成型控制基础复习题2017年.docxVIP

材料成型控制期末考试复习资料(禁转)第一章1材料成型主要指金属材料的铸造、锻压、焊接和热处理等需要材料被加热才能完成材料成型的工艺过程。材料成型过程控制的特点多变量控制系统，建模困难 干扰因素相当多 加工过程复杂被控对象多样化传感方式多样化 执行机构的多样化 动态响应速度低 惯性大2反馈:将被控对象输出的量经测量装置返回到输入端，经与给定量进行比较后，最终将影响过程控制系统的输出结果。使系统发散，一般不采用 利于系统稳定，应用广泛过程控制系统的动态特性3动态特性是指被调量在系统给定值或扰动量的作用下，由原来的平衡状态（稳态）变化到新的平衡状态的过程 。过渡过程包括：稳定状态（衰减振荡和非衰减振荡）非稳定状态（发散振荡系统）临界状态（等幅振荡系统）衰减比（decay ratio ）：衡量一个振荡过程的衰减程度的指标，等于两个相邻的同向波峰值y1、y2之比，前一幅值为分子，后一幅值为分母。即n=y1/y2 n1 发散振荡n=1 等幅振荡 n1 衰减振荡为保证足够稳定裕度，衰减比以4：l至10：1为宜。衰减率（attenuance ）：指每经过一个波动周期,被调量波动幅值减少的百分数，也就是同方向的两个相邻波的前一个波幅减去后一个波幅之差与前一个波幅的比值。衰减率是指通过传输后，信号与发出端强度的对比，说明信号传输的质量。即若衰减比n=4：1，则相当于衰减率为=0.75。一般衰减比为4:1或10:1，即衰减率为75%或90%。最大动态偏差和超调量最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量,是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。 对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变量第一个波的峰值与设定值（新稳态值）之差。最大动态偏差B=A-C超调量：最大动态误差占被控量稳态变化幅度的百分数为超调量。即第一个波的峰值和最终稳态值之差（B=A-C）与稳态值C之比。过程控制的任务:充分了解和掌握材料成形过程工艺流程的静态和动态特性的基础上,根据北控系统的要求,应用控制理论对被控系统进行全面的理论分析和综合,采用适当的控制方法实现材料成型过程的控制.第二章输入输出过程通道：实现在过程信号与计算机数据之间变换传递的电路，简称过程通道（IO通道）计算机输入输出通道包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道和数字量(开关量)输出通道。计算机输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种:数据信息 状态情息 控制信息 在微机系统中，可采用的输入输出控制方式一般有3种：程序查询方式 中断控制方式 直接存储器存取(DMA）方式模拟量输入通道主要组成及作用：传感器：将过程量（如非电量）转换为电信号。放大电路：对微弱的电信号进行放大。多路转换开关：将多路模拟信号按要求分时输出。采样保持：对模拟信号进行采样，在模数转换期间对采样信号进行保持。AD转换（Analog to Digital ）：即模数转换，将模拟信号转换为二进制数字量。接口电路：提高模拟量输入通道与计算机的控制信号和数据传送通道。模拟量输入通道设计应考虑的问题 信号拾取 信号调节 AD转换 电源配置 防止干扰放大器有以下四种类型 测量放大器 小信号双线变送器 隔离放大器 程控增益运算放大器多路转换开关的连接方式 单端接法 差动接法 伪差动接法采样保持器的主要性能参数：采样时间 孔径时间 输出电压衰减率 直通馈入采样保持器工作原理:控制信号为高电平时（采样），s闭合，输入信号通过R向C充电，时间越短越好，使C迅速达到最大值；当控制信号为低电平时（保持），S断开，电容C放电电路断开，A/D工作。D/A转换接口设计的一般性问题 主要考虑的问题是：D/A转换芯片的选择 数字量码的输入及模拟量的极性输出 参考电压电流源 模拟电量输出的调整与分配开关量输入通道:信号变换器：将过程的非电量开关量转换为电压或电流的双值逻辑值。整形电路：将混有毛刺等干扰的输入双值逻辑信号或其信号前后沿不合要求的输入信号整形为接近理想状态的方波或矩形波，而后根据要求转换为相应形状的脉冲信号。电平变换电路：将输入的双值逻辑电平转换为与CPU兼容的逻辑电平。总线缓冲器：暂存数字量信息并实现与CPU数据总线的连接。接口电路：协调通道的同步工作，向CPU传递状态信息并控制开关量到CPU的输入。波形整形的目的是使逻辑信号变为较理想的电信号，并提高抗干扰能力。波形整形包括触点消抖、脉冲定宽、去除尖峰毛刺等。第三章传感器是“能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”。传感器的组成 （1）敏感元件:直接感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，是传感器的核心 。（2）转换元件:将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号。 （3）测量电路:将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。 分辨力是指当一个传感器的输入从非零的任意值缓慢地增加时，只有在超过某一输入增量后输出才显示有变化，这个输入增量称为传感器的分辨力。有时用该值相对满量程输入值百分数表示，则称为分辨率。阈值说明了传感器的最小可测出的输入量。分辨力说明了传感器的最小可测出的输入变化量。电阻应变传感器的构成：电阻应变片，弹性元件和粘接剂。 工作原理:在外力作用下，弹性元件将产生一定应变，使粘接其上的应变片也产生相应的应变，从而使电阻应变片的阻值也发生变化，那么阻值大小反映了力的大小（金属的电阻应变效应）。应变效应：导体或半导体材料在受到外界力(拉力或压力)作用时，将产生机械变形，机械变形会导致其电阻值变化磁电式传感器的基本结构形式 线速度型 角速度型 磁阻式 光电倍增管的工作原理是利用二次电子释放效应，将光电流在管内部进行放大。(了解)热电偶: 热电偶必须由两种不同材料的热电极组成 热电偶的两接点必须具有不同的温度热电势只与结点温度有关，与中间各处温度无关。当热电极的材料固定以后，热电动势的大小EAB(T，T0)是温度(T，T0)的函数。红外热像传感焊接对缝跟踪控制 电弧焊时，由于电弧对工件的加热，在焊接熔池及周围的金属中将形成一定温度场，此温度场在熔池和周围金属的表面形成一种二维温度场，决定着熔池与周围金属表面的温度分布状态。如果电弧处于正对焊接对缝的位置，焊接对缝两侧的金属导热条件是对等的，此时焊接对缝两侧的工件表面温度分布状态也应该是对称的。如果当电弧偏离焊接对缝，在对缝的某一侧焊接时，因为有对缝的一侧导热阻力较大，而无对缝的一侧导热阻力较小，故电弧两侧的表面温度分布状态将不再是对称的，而且温度分布不对称的程度与电弧偏离焊接对缝的程度有直接的关系。第四章PID控制器是按照偏差的比例、积分和微分对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致的调节器。模拟PID调节原理:PID调节器是一种线性调节器，将设定值w与实际值y的偏差：e = w-y 按其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量模糊控制系统:用模糊数学,模糊语言形式的知识表示模糊逻辑的规划推理做基础,采用计算机控制技术构成的具有反馈通道的数字控制系统. 因为PID控制器所涉及的设计算法和控制结构简单，不要求非常精确的受控对象的数学模型，且众多的过程控制软件都带有PID控制器的算法模块，而被广泛应用于工业过程控制中。但是，PID控制器参数的整定尚需工程技术人员才能完成，对于存在时滞、非线性等因素的系统更难整定，调试过程中经常出现超调、振荡等影响系统正常运行的现象。整定的实质是通过改变调节器的参数，使其特性和过程特性相匹配，以改善系统的动态和静态指标，取得最佳的控制效果。 专家系统（Expert Systems，简记ES）:也称为基于知识的系统，是利用存储在计算机内的某一特定领域内人类专家的知识，来解决过去需要人类专家才能解决的现实问题的计算机系统。专家系统基本结构:知识库和推理机专家系统和传统系统的区别:一个专家系统应具有的3个显著特征:启发性,透明性,灵活性推理控制策略: 冲突消解策略 正向推理控制策略 反向推理控制策略 混合推理策略 双向推理策略 元控制策略 推理效率和推理效果一个优秀的专家系统具有的能力:快而准确的求解问题,多种方式向用户解释结果,从经验值学习,能意识到限制,重构知识以适应环境神经网络的模型分类根据人工神经网络对生物神经系统的不同组织层次和抽象层次的模拟 1）神经元层次模型。只研究单一神经元的动态特性和自适应特性 2）组合式模型。由数种相互补充、相互协作的神经元组成，用于完成某些特定的任务。 3）网络层次模型。由众多相同神经元 相互连接而成的网络，着重研究神经网络的整体性能。 4）神经系统层次模型。由多个不同性质的神经网络构成，以模拟生物神经系统更复杂、更抽象的特性。根据连接方式的不同，神经网络可分为以下四种形式：前向网络 反馈网络 相互结合型网络 混合型网络第五章接地是指让电子、电器设备的基准电位点与大地保持同电位。系统抑制干扰的接地方式一点接地准则 模拟地线与数字地线应分开设置 强电地线与信号地线分开设置 多点接地系统 混合接地系统 浮地系统屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。屏蔽方法:电连接器屏蔽 多层屏蔽 电路板屏蔽电源抗干扰的基本方法（1）采用交流稳压器。 （2）电源滤波器。（3）采用分立式供电（4）分类供电方式（5）电源变压器的屏蔽与隔离。6）直流稳压电源采用交流进线滤波器软件陷阱，就是用引导指令强行将捕获的“跑飞”程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序，使“跑飞”的程序纳入正轨。(了解)软件“看门狗”通常由三部分组成：软件陷阱、软件复位和循环监控。数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。与模拟滤波器相比，有以下几个优点： (1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好； (2)数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷； (3)数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。焊接电源接地抑制高频干扰 焊接电源的机壳应可靠接地，接地点应尽量距焊机近些，接地处的土壤最好用盐（CuSo4.MgSo4）处理，接地电极应具有良好的导电性，电阻一般要求小于4，有足够的机械强度，耐腐蚀，接地电极应短，直而粗，最好用扁铜线。抑制高频干扰较为重要的措施是对高频振荡器和焊机输入线进行屏蔽和接地，应将高频金属管屏蔽，而后将机壳和金属体良好接地。双绞线能降低高频干扰的原因:相邻绞节感应电压大小相等,方向相反而削弱屏蔽层能降低高频