太原理工大学微机控制考试内容.doc

硬件组成(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。(2)输入输出接口：这是微机和被控对象之间进行信息交换的纽带。(3)通用外部设备：为了扩大主机的功能而设置的，用来显示打印存储传送数据。(4)检测元件与执行机构a.在微机控制系统中，为了收集和测量各种数据，采用了各种检测元件，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，b.执行机构：控制各参数的流入量5）操作台：人机对话的纽带，通过它人们可以向计算机输入程序，修改内存数据，显示被测参数及发出各种操作命令。微型计算机控制系统的特点a控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度分布式控制系统dcs的特点？通用性强，系统组态灵活，控制功能完善，数据处理方便，显示操作集中，人机界面友好，安装简单规范化调试方便，运行安全可靠等优点。操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？(1) 操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。(2) 直接数字控制系统(DDC系统)：(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。保持等待法:EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态。直至EOC有效时，取数据。查询法: EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。中断响应法: EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。键盘防抖：由于按健为机械弹性开关，有抖动，防抖就是让在按键正常反应时间内机器只感应一次按键效果，防止误操作。1，滤波防抖电路。利用rc积分电路对干扰脉冲的吸收作用。2双稳态防抖电路，用俩个与非门构成一个rs触发器。3，软件防抖方法，利用软件延时的方法，10-20ms后再次确认按键是否按下。编码键盘与非编码键盘 编码键盘本身带有实现接口主要功能所需的硬件电路，不仅能自动栓测被按下的键并完成去抖动防串键等功能，而且能提供与被按键功能对应的键码（如ASC码）送往CPU，而非编码键盘只简单的提供按键开关的行列矩阵，有关键的识别，键码的输入与确定，以及去抖动等功能均由软件完成。Led数码管的显示器显示方法1，动态显示，微机定时的对显示器件扫描，优点使用硬件少，价格低，但是占用机时长。2，静态显示微型机一次输出显示后，就能显示该显示结果，直到下次送新的显示模型为止。占用机时少，显示可靠。但是使用元件多，线路较复杂，成本高。光电隔离器：用于外部输入与内部电路的隔离。光电隔离器是通过电光电的转换来实现对输出设备控制的，彼此之间没有电气连接，达到开关控制的目的，达到对干扰信号的隔离作用。固态继电器与继电器控制区别：固态继电器（SSR)是无触点开关，动作快，无火花或电弧，控制电流范围大，几十到上百安培，但存在压降会发热，电流越大越严重，安装要加散热板；继电器（KA）是有触点的，会有火花或电弧产生，由电磁铁驱动，电流控制范围小，动作时间有延迟。脉冲宽度调速系统：对小功率直流电机调速系统，可以使用微型机或单片机控制，方法是通过改变电动机电枢电压的接通与断开时间的比值（占空比）来控制电动机速度，脉冲宽度调制pwm，脉冲作用下，电机得电加速，失电减速，改变通断时间，变可使电机转速相对稳定。数字滤波与模拟滤波什么优点？(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加任何硬设备，2，可以多个通道共用，可以降低成本，还可以提高可靠性和稳定性。(2)可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。(3)灵活性好，方便。可以用不同的滤波程序实现不同的滤波方法。常用滤波方法1、程序判断滤波法A、方法： 根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A） 每次检测到新值时判断： 如果本次值与上次值之差A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值 B、优点： 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰 C、缺点 无法抑制那种周期性的干扰 平滑度差 2、中值滤波法 A、方法： 连续采样N次（N取奇数） 把N次采样值按大小排列 取中间值为本次有效值 B、优点： 能有效克服因偶然因素引起的波动干扰 对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果 C、缺点： 对流量、速度等快速变化的参数不宜 3、算术平均滤波法 A、方法： 连续取N个采样值进行算术平均运算 N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低 N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高 N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4 B、优点： 适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波 这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动 C、缺点： 对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用 比较浪费RAM 4、滑动平均滤波法 A、方法： 把连续取N个采样值看成一个队列 队列的长度固定为N 每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则) 把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果 N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=412；温度，N=14 B、优点： 对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高 适用于高频振荡的系统 C、缺点： 灵敏度低 对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差 不适用于脉冲干扰比较严重的场合 比较浪费RAM 5、加权平均值滤波法 A、方法： 相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法” 连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值 然后计算N-2个数据的算术平均值 N值的选取：314 B、优点： 融合了两种滤波法的优点 对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差 C、缺点： 测量速度较慢，和算术平均滤波法一样 比较浪费RAM 标度变换：在微机控制系统中，生产中的不同量纲的各种参数要经过变送器转换成ad转换器所能接受的的0-5v的电压信号，又转化为8为二进制数字量，为进一步显示记录打印报警等，必须将这些数字量转化为不同的单位，以便操作人员对生产过程进行监事和管理。什么情况下标度变换程序用工程量的实际值还需要经过一次变换，为了实现上述变换，可把它设计成专门的工作程序，把各个不同的参数所对应的数字量放在存储器中，然后当某一参数进行标度变换时，只要调用标度变换子程序即可。量程自动转换技术：传感器提供的信号范围很宽，为了保证送到计算机的信号一致，同时为了减少硬件设备，使用了可编程增益放大器，通用性很强，方法倍数可以通过程序控制，使ad转换器满量程信号达到均一化，大大的提高了测量精度。位置型pid增量型pid1）位置式PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到了误差的累加值；而增量式PID的输出只与当前拍和前两拍的误差有关，因此位置式PID控制的累积误差相对更大；（2）增量式PID控制输出的是控制量增量，并无积分作用，因此该方法适用于执行机构带积分部件的对象，如步进电机等，而位置式PID适用于执行机构不带积分部件的对象，如电液伺服阀。（3）由于增量式PID输出的是控制量增量，如果计算机出现故障，误动作影响较小，而执行机构本身有记忆功能，可仍保持原位，不会严重影响系统的工作，而位置式的输出直接对应对象的输出，因此对系统影响较大。积分饱和现象；积分饱和的产生 1、当偏差产生跃变时，位置型PID算式的输出将急剧增大或减小，有可能超过执行机构的上（下）限，而此时执行机构只能工作在上限。 2、系统输出需要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产生一个很大的积累值。 3、当系统输出超过给定值后，偏差反向，但由于大的积分积累值，控制量需要相当一段时间脱离饱和区。因此引起系统产生大幅度超调，系统不稳定。消除方法：遇限削弱积分法基本思路：在计算P(k)时，根据上一时刻的控制量P(k-1)是否超过限制范围，若超出则根据偏差决定是否累计积分项（若未进入超调区域则不累计积分项，否则开始累计积分项），否则累计积分项。 有效偏差法基本思路：当位置型PID算式的控制输出超过限制范围时，控制量只能取边界值。有效偏差法的实质是将相当于边界控制量的偏差值