计算机控制原理

第一章 1 计算机控制系统的分类 分为五类 数据采集系统 直接数字控制系统 监督控制系统 集散控制系统 现场总线控制系统 第二章 1 总线的定义 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 传输方式等内容 2 总线的分类 一般将总线分为 内部总线 又称系统总线 和外部总线两部分 3 内部总线的定义 内部总线是计算机内部各功能模块间进行通信的通道 又称为系统总 线 它是构成完整计算机系统的内部信息 4 外部总线的定义 外部总线主要枢纽 用于计算机系统与系统之间或计算机系统与外部 设备之间的通信 5 外部总线的分类 分为两类 一类是各位之间并行传输的并行总线 如 IEEE 488 另一 类是各位之间串行传输的串行总线 如 RS 232C RS 485 第四章 1 采样定理 由采样信号 x k 完全无失真地恢复原信号想想 x t 的条件是采样速度要满 足下式 2 s w max w 或 T 2 1 max t 式中 为采样角速度 T 为采样周期 为原信号 x t 频谱中最高角频率 为 s w max w max t x t 的各种信号分量中最小的时间常数 2 采样 保持器 模拟信号经过采样变成了时间上离散的采样信号 由于 D A 的输出信号 只是幅值上连续而时间上离散的离散模拟信号 所以时间上还需要做连续化处理的保持作 用 保持器就是把离散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 3 模拟输入通道的组成 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 A D 转换器的技术指标 分辨率 量程 精度 转换时间 电源灵敏度 对基准电源的 要求 5 A D 转换器常用的控制方式 程序查询方式 定时采样方式 中断方式 6 D A 转换器种类 串行和并行两种 7 D A 转换器的技术指标 分辨率 稳定时间 输出电平 输入编码 8 8 位 D A 转换器的三种工作方式 双缓冲方式 单缓冲方式 接成完全直通的形式 9 8 位 D A 转换器与 CPU 连接的三种方式 锁存器连接 可编程并行口 8255A 连接 直接 连接 10 什么是共模干扰和串模干扰 答 对于传到干扰按其传到模式分为串模干扰和共模干扰 1 对于转换器的两个输入端来说分别 两个输入信号 是转换器输入端上共 s U cm U 有两个干扰电位 2 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声 11 抗串模干扰的措施有哪些 答 1 光电隔离 2 继电器隔离 3 变压器隔离 4 布线隔离 5 硬件滤波电路 6 过压保护电路 12 抗共模干扰的措施有哪些 答 1 平衡对称输入 2 选用高质量的差动放大器 3 控制系统的接地技术 第六章 1 PID 调节的分类 按其调节规律可以分为三类 比例调节 比例积分调节 比例积分微 分调节 2 比例调节的优缺点 答 比例调节时一种最简单的调节规律 它能及时地产生与之成比例的调节作用 它的缺 点是存在静差 是有差调节 不适用于扰动较大且惯性大的系统 3 积分调节的作用 排除静差 4 比例积分调节 PI 的作用 将比例的快速性与积分调节消除静差的作用结合起来 5 微分调节的作用 增加系统的反应速度 6 微分调节的特点 答 输出只能反应偏差输入变化的速度 而对于一个固定不变的偏差 不管其数值多大 也不会有微分作用输出 7 为什么微分作用不能单独使用 答 微分作用不能消除静差 而只能在偏差刚出现时产生一个很大的调节作用 8 与位置算式相比增量算式有什么优点 答 1 由于计算机每次只能输出控制增量 故机器故障时影响范围小 2 手动 自动切换时冲击小 3 算式中不需要累加 控制增量的确定金鱼最近几次的采样值有关 较容易通过加 权处理来获得较好的控制效果 9 PID 的四种改进算法在什么情况下使用 方法和原理是什么 为什么 答 1 四种算法 积分分离算法 不完全微分算法 微分先行算法 带死区的 PID 算法 2 分析如下 积分分离算法 系统加入积分校正后 会产生过大的超调量 引进积分分离算法 既保持了积分的作用 又减小了超调量 不完全微分算法 微分作用容易引进高频干扰 所以引进不完全微分算法抑制高频 干扰 按照偏差的变化趋势 均匀的输出 微分先行算法 这种输出量微分控制适用于给定值频繁提降的场合 可以避免提降 给定值时所引起的超调量过大 阀门动作过分剧烈的震振荡 带死区的 PID 控制 在要求控制作用少变动的场合 可采用带死区的 PID 带死区 的 PID 实际上是非线性控制系统 10 控制规律的选择分析得出的结论 答 1 对于一阶惯性的对象 负荷变化不大 工艺要求不高 可采用比例控制 2 对于一阶惯性与纯滞后环节串联的对象 负荷变化不大 要求控制精度较高 可 采用比例积分控制 11 采样周期 T 的选取应注意什么 答 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应瞬变过程 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 12 主回路的输出作为副回路的设定值修正的依据 副回路的输出作为真正的控制量作用于 被控对象 13 前馈控制的不足之处 答 表现在前馈控制中不存在被控量的反馈 即对于补偿的结果没有检验的手段 当前馈 控制做哟没有最后消除偏差时 系统无法得知这一信息而做校正 另外前馈控制是针对 具体的扰动进行补偿的 14 前馈 反馈控制的作用 答 及发挥了前馈控制作用及时的优点 又保持了反馈控制能克服多个扰动和具有对被控 量实行反馈检验的长处 15 化设计方法 连续数字 PID 控制算法 它是以连续时间系统的控制理论为基础的 并 在计算机上数字模拟实现的 16 直接数字设计 根据采样控制理论直接设计数字控制器的方法 17 大林算法的设计目标 使整个闭环系统所期望的相当于一个延迟环节和一个惯 s 性环节相串联 18 振铃现象 指数字控制器的输出以 1 2 的采样频率大幅度衰减的振荡 19 消除振铃现象的两种方法 答 1 先找出 D z 中引起振铃现象的因子 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 2 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 T 得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象 第七章 1 新型 DCS 的 三点一线 式的结构指什么 答 1 一线 指 DSC 的骨架计算机网络 2 三点 指连接在网络上的三种不同类型的节点 分别是面向生产过程的现场 I O 控制站 面向操作人员的操作员站 面向 DSC 监督管理人员的工程师站 2 组态的概念 答 是利用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置 达到使计算机或软件按照预先 设置 自动执行特定任务 以满足使用这要求的目的 3 DSC 系统组态的概念 答 是工程技术人员从工业生产对控制的要求出发 根据集散控制系统所提供的功能模块 或算法组成所需的系统结构 完成所需功能 按功能可分为两方面 硬件组态和软件 组态 4 工程师站和操作员站是 DSC 系统中组态软件运行的载体 对组态软件的面向对象分析也 要从他们开始 5 操作员站 起监视作用 6 工程师站 是 DSC 系统中组态过程是在这个站点完成的 主要作用是对系统进行应用组 态 7 什么是 OPC 技术 答 OPC Old for Process Control 即应用与过程控制的 OLE OLE 的原意是对象链接 和嵌入 OPC 是为了解决应用软件与各种设备驱动程序的通信而产生的一项工业技术 规范和标准 8 数字滤波与模拟 RC 滤波器相比较的优点是 答 1 不需增加任何硬件设备 2 每个通道都有 3 可靠性高 4 可以对频率很低的信号进行滤波 5 使用灵活 方便 可根据需要选择不同的滤波方法 8 程序判断滤波用于什么对象 分为哪几种 答 1 用于变化缓慢的对象 如温度 液位 2 程序判断滤波根据滤波方法不同 可分为限幅滤波和限速滤波两种 9 中值滤波程序适用于什么对象 答 中值滤波算法对于滤除脉动性质的干扰比较有效 但对快速变化过程的参数 如流量 则不宜采用 10 算术平均滤波程序原理是说呢么 答 对目标参数进行连续采样 然后求其算术平均值作为有效采样值 计算公式为 n Y n i i X n 1 1 该算法主要对压力 流量等周期脉动的采样值进行平滑加工 但对脉冲星干扰的平滑尚 不理想 因此它不适用于脉冲性干扰比较严重的场合 11 什么时候采样值加权更大 答 一般采样次数愈靠后 取得比例愈大 这样可以增加新的采样值在平均值中的比例 其目的是突出信号的某一部分 抑制信号的另一部分 12 滤波效果 滤波时间 13 现场总线 Fieldbus 的定义 答 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 14 现场总线的本质 答 1 现场通信网络 2 现场设备互联 3 互操作性 4 分散功能块 5 通信线供电 6 开放式互联网络 15 现场总线技术和集散控制原理的区别 答 真正的实现了控制分散 在现场就能实现控制 16 现场总线主要流行的种类有哪些 常用的有哪些 那些低速 哪些高速 并且了解根据 对象适用场合和范围 答 1 比较流行的主要有 FF PROFIBUS CAN DeviceNet LonWorks CC Link 等现场 总线 2 CAN 最早 用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信 3 LonWorks 是一种具有墙进势力的现场总线技术 采用了面向对象的设计方法