计算机控制系统复习重点.docx

1.1闭环控制系统的特点。从常规来看，控制系统为了获得控制信号，要将被控量y与给定值r相比较，得到偏差信号e=r-y。然后，利用e直接进行控制，使系统的偏差减小直到消除偏差，被控量接近或等于给定值1.2计算机控制系统有哪几部分组成？计算机控制系统由两大部分组成：一部分为计算机及其输入输出通道，另一部分为工业生产对象（包括被控对象与工业自动化仪表）。1.3直接数字控制系统(DDC)是计算机在工业应用最普遍的种方式。它是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与给定值进行比较，并按预定的数学模型（如PID控制规律）进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数稳定在给定值上。1.4集散控制系统的特点是什么？控制分散、信息集中 系统模块化 数据通信能力较强 友好而丰富的人机接口 可靠性高2.1总线定义总线是计算机各模块间进行信息传输的通道。它包括通道控制、仲裁方法和传输方式等内容2.2简述总线的组成。数据总线：总线宽度表征数据传输能力；地址总线：不同的总线对地址的分配不同；控制总线：控制信号最能体现总线特色；电源：向低压发展。功能：数据传输功能，中断功能，多主设备支持功能，错误处理功能2.3STD总线有什么特点模块化的总体设计布局，允许系统设计者选取所需的功能模块解决具体问题；开放式的系统结构，使用户可根据需要选用各种功能模板，像搭积木一般任意拼装出自己所需的计算机系统；拥有丰富的I/O功能，使之能广泛地应用于工业控制的各个领域；模板的小尺寸设计，消除了冲击和震动的影响等。2.4RS232和RS485有什么不同？232电气特性：接口为非平衡型，每个信号用一根导线，所有信号共用一根地线。信号速率限于20kbit/s内，电缆长度限于15m内，单线，线间干扰大。电性能用12V标准脉冲，采用负逻辑。RS-232的逻辑电平与TTL电平不兼容，与TTL器件相连必须进行电平转换。采用电平传输，通信速率为19.2kbit/s时，通信距离只有15m。若要延长通信距离，必须以降低通信速率为代价。485：接口采用两线差分平衡传输，传输距离长，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线。抑制干扰能力强RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。节约信号线RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。4.1计算机控制系统常用信号类型模拟（连续）信号 在时间上和幅值上都连续取值的信号，在计算机控制系统中一般为传感器输出的信号或者控制对象需要的信号。离散模拟信号 在时间上断续取值，在幅值上连续取值的信号，在计算机控制系统中一般为采样以后，A/D转换之前的信号。数字信号 在时间上和幅值上都断续取值的信号， A/D转换之后的信号，用二进制代码形式表示。4.2采样的形式 多阶采样 周期采样 随机采样4.3采样定理由采样信号x*(t)完全无失真的恢复原信号x(t)的条件是采样速度要满足下式s=2maxx，s=2/T,为采样角速度T为采样周期max为原信号x(t)频谱中最高角频率4.4采样/保持器的作用A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。D/A输出的信号是幅值上连续而时间上离散的模拟信号，所以时间上还需要连续化处理的保持作用。保持器的就是把离散的模拟信号通过时域中的保持效应变成时间上连续的模拟信号4.5模拟量输入通道一般由信号处理、模拟开关、放大器、采样-保持器和A/D转换器组成。4.7什么是量化用有限字长的一组数码和二进制数码去整量化或逼近时间离散幅值连续的采样信号。量化过程即A/D转换的过程。 量化误差 量化引起的误差4.8双积分式A/D转换原理双积分式A/D转换方法的抗干扰能力比逐次逼近式强。这个方法的基础是测量两个时间：一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间；另一个是在已知参考电压下放电所需的时间。模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两个时间值之比4.9ADC0809原理及引脚功能 IN0IN7：8路输入通道的模拟量输入端口。D0D7：8位数字量输出端口。START为启动控制输入端口，ALE为地址锁存控制信号端口。EOC为转换结束信号脉冲输出端口，OE为输出允许控制端口。VREF（+）、VREF（）、VCC、GND：VREF（+）和VREF（）为参考电压输入端CLOCK：时钟输入端。ADD A、ADD B、ADD C：8路模拟开关的3位地址选通输入端硬件设计 数字输出的方式 片选、启动及读写信号的设置 时钟CLK的产生 参考电平程序设计程序查询方式2定时采样方式3中断方式4.10模拟量输出通道的两种基本结构形式1.一个通道设置一片D/A转换器 2多个通道共用一片D/A转换器4.11DAC0832引脚功能cs：片选信号（低电平有效）。 ILE：输入锁存允许信号（高电平有效）。WR1：写1（低电平有效）。WR2：写2（低电平有效）。XFER传送控制信号（低电平有效）。D7D0：数字输入量。 IOUT1：DAC电流输出1。IOUT2：DAC电流输出2。 Rfb：反馈电阻 VREF：参考电压输入 VCC：数字电路供电电压 AGND：模拟地。 DGND：数字地。DAC0832的工作方式 直通方式 单缓冲方式 双缓冲方式4.13什么是串摸干扰和共模干扰？如何抑制？串模干扰 ：串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声。光电隔离、继电器隔离变压器隔离、布线隔离、硬件滤波电路、过压保护电路；共模干扰，A/D转换器两个输入端上共有的干扰电压。平衡对称输入、选用高质量的差动放大器、控制系统的接地技术。5.1数字控制1点位控制 在一个点位控制系统中，只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，至于刀具从一个加工点移到下一个加工点走什么路径、移动的速度、沿哪个方向都无需规定，并在移动过程中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工。2直线切削控制 这种控制也主要是控制行程的终点坐标值，不过还要求刀具相对于工件平行某一直角坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。3轮廓的切削控制 这类控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式是借助于插补器进行的，插补器根据加工的工件轮廓向每一坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标点之间的中间点。5.2逐点比较插补工作过程原理所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。1）偏差判别2）进给3）偏差运算4）终点判别5.4步进电机的工作方式三相步进电机则有单相三拍方式、双相三拍（简称双三拍）方式、三相六拍工作方式6.1动态指标 超调量，调节时间，峰值时间，衰减比，振荡次数.稳态指标：稳态误差 6.2简述PID参数Kp、Ti、Td对系统的动态性能和稳态性能的影响。比例作用：加大比例作用，能加快系统响应速度，减小稳态误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定。；积分作用：消除静差，Ti过小，积分作用过大容易引起超调，增长调节时间，甚至出现震荡。；微分作用：选择合适的微分时间常数Td，可减小超调，克服震荡，提高系统稳定性，改善系统动态性能。6.6位置式和增量式PID算法分别有什么优、缺点？增量式算法不需做累加，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小；位置式算法要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计误差。控制从手动切换到自动时，位置式算法必须先将计算机的输出值置为原始值 u0 时，才能保证无冲击切换；增量式算法与原始值无关，易于实现手动到自动的无冲击切换6.7采样周期除要满足采样定理外，还要考虑哪些因素？（1）采样周期应比对象的时间常数小得多，否则采样信息无法反映瞬变过程（2）采样周期的选择应注意系统主要干扰的频谱，特别是工业电网的干扰。（3）当系统纯滞后占主导地位时，采样周期应按纯滞后大小选取，并尽可能使纯滞后时间接近或等于采样周期的整倍数。6.8PID参数整定数字PID算式参数整定主要是确定KpKiKd和采样周期T6.11 大林算法和Smith针对的被控对象被控对象具有纯滞后的一阶或二阶惯性环节；纯滞后6.12大林算法控制中，为何会出现振铃现象振铃现象是由U（z）的脉冲传递函数表达式中，在z平面单位圆内接近1的实数极点引起的。极点离1点越近，振铃幅度就越大。振铃现象的消除第一种方法是先找出D(z)中引起振铃现象的因子z=-1近的极点），然后令其中的z=1， 根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象7.1所谓数字滤波，是通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工，提高其有用信号，消除和减少各种干扰和噪音，以保证计算机系统的可靠性7.2数字滤波与模拟RC滤波器相比其优点是：不需增加任何硬件设备，只要在程序进入数据处理和控制算法之前，附加一段数字滤波程序即可。 由于数字滤波器不需要增加硬件设备，所以系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。模拟滤波器通常是每个通道都有，而数字滤波器则可多个通道共用，从而降低了成本。可以对频率很低的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数。7.3常用数字滤波方式有哪几种？ 限幅滤波 限速滤波8.1什么是现场总线？是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。8.2特点与优点：1现场总线的结构特点现场总线打破了传统控制系统的结构形式。现场总线控制系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备中，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。2现场总线的技术特