河南理工大学《微型计算机控制专业技术》总结

1、1计算机控制系统由哪几部分组成？各有何作用？主机 微型计算机的主机是整个系统的核心部分。它根据输入通道送来的被控对 象状态参数，进行信息处理、分析、计算，做出控制决策，通过输出通道发出控 制命令。过程通道 过程通道也称为 I/O 通道，是主机和被控对象实现信息传送与交换的 通道。接口电路 指主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的纽带。 人机联系设备 在微机控制系统中，一般应有一个操作台（或操作面板） ，以便 操作人员能和计算机系统 “对话 ”，使操作人员及时了解生产、加工过程的状态， 进行必要的人为干预，修改有关参数或紧急处理某些事件。2计算机控制系统按功能分类有哪几种 ? 计算机控制系统

2、分为： 操作指导控制系统、 直接数字控制系统、 监督计算机控制 系统、集散控制系统、现场总线控制系统等。3. 什么是工业控制计算机？ IPC 工业控制机的特点有那些？ 工业控制计算机， 简称工控机， 是一种面向工业控制、 采用标准总线技术和开放 式体系结构的计算机。IPC 的特点 ：（ 1）采用加固型工业标准机箱，以达到防震、防尘、防冲击、抗 电磁屏蔽，并具有良好的通风散热性能。 （2）取代 PC 的大母板结构，整机采用 总线式一体化主板，易于更换。 （3）增加电源的功率裕量，加强电压浪涌抑制和 抗干扰措施。（4） I/O插卡采用工业级元件。（5）具有多种通信网卡和通信软件 支持。（ 6）丰富

3、的软件支持。4. 计算机控制发展的趋势1综合自动化 2网络化 3智能控制系统 4虚拟化 5绿色化5. 主机和外围设备交换信息时， 往往存在着速度不匹配、 数据类型不一样等问题， 为了解决这些问题， 必须设计一套介于主机和外部设备之间的控制逻辑部件， 这 就是输入输出接口 （简称 I/O 接口）。 I/O 接口是主机和外围设备之间交换信息的 连接部件（电路），也是主机和外围设备之间信息交换的桥梁。6. 采样保持器 的主要作用为：（ 1）在采样时间内，快速跟踪输入的模拟信号；在保持时间内，保持采样值不变，为 A/D 转换器提供恒定的转换信号。 （ 2）在多 路采样系统中，通过采样保持器，可以实现多

4、路信号的同步采样。（ 3）在模拟量输出通道中，作为零阶保持器，复现离散的数字信号。（ 4）在多路输出通道中，把一个 D/A 转换器的输出分配到几个输出点，也常利用采样保持器保证输出的 稳定性。 工作原理 ：模拟开关 AS 闭合时，进入采样状态，由于 A1 输出阻抗小， A1 输出端给电容 CH 快速充电，输出跟随输入变化；模拟开关 AS 断开时，进 入保持状态，由于 A2 输入阻抗大，输入电流几乎为 0，保证输出端的电压值不 变。 当被测信号变化很慢时， 若 A/D 转换器时间足够短， 可以不加采样保持器。7. 串模干扰 是指叠加在被测信号上的干扰信号，也称横向干扰或正态干扰。 串模干扰的抑制

5、方法（ 1）加入输入滤波器。（ 2）对被测信号尽可能早地进行信号放大，以提高电路中的信号噪声比；或者 尽可能早地完成 A/D 转换再进行长线传输；或者采用隔离和屏蔽等措施。（ 3）从选择元器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。（ 4）可采用屏蔽双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备减少电磁感应。（ 5）利用数字滤波技术对已进入计算机的串模干扰进行数据处理，如可采用平 均值法、中值法、一阶滞后滤波算法等滤除干扰信号。8. 共模干扰 是指 A/D 转换器两个输入端上共有的干扰电压。 抑制方法：（1）利用双端输入的放大器作前置放大器。 （2）利用变压器或光电耦 合器把各种模拟负载和数字信号隔离

6、，即 “模拟地 ”与“数字地 ”断开，被测信号通 过变压器或光电耦合器获得通路，而共模干扰不能形成回路而得到抑制。9. 一个最基本的 DCS 应包括四大组成部分：操作员站 操作员站主要完成人机界面的功能。现场控制站 系统主要的控制功能由它来完成，它是 DCS 的核心。工程师站 是 DCS 中的一个特殊功能站， 其主要作用是对 DCS 进行应用组态。 系统网络 它连接系统各个站的桥梁。10. 现场总线系统的技术特点（1 系统的开放性（ 2）互操作性与互用性（ 3）现场设备的智能化与功能自治性（ 4） 系统结构的高度分散性（ 5）对现场环境的适应性11. 现场总线的优点（ 1） 节省硬件数量与投资

7、（ 2） 节省安装费用（ 3） 节省维护开销（ 4） 用户具有高度的系统集成主动权（ 5） 提高了系统的准确性与可靠性12. 微机控制系统的设计步骤 1 控制系统总体方案 2 系统的硬件设计 3 控制算 法的确定 4 控制系统软件设计 5 系统调试13. 控制系统总体方案 一、确定系统任务与控制方案 二、确定系统的构成方式 三、检测元件选择 4、执行机构选择 5、软、硬件功能划分 6、其它方面的考虑14. 常采用的I/O控制方式有 程序控制方式，中断控制I、0方式和DMA。15. 外部设备与 CPU 之间交换的信息 按功能分为：数据信息状态信息， 控制信息。16. DAC0832 的工作方式

8、可分为直通方式、单缓冲方式，双缓冲方式。17. A/D 转换器与微机的 数据交换方式 有：程序查询、定时方式，中断方式。18 计算机控制系统的 研制过程 一般可分为四个阶段：准备阶段、设计阶段，仿 真及调试阶段，现场调试运行阶段。19 数字控制器与模拟调节器相比有什么优点 a 采用软件编程，数字控制器能够 实现复杂控制算法和灵活多样的控制规律。 B 计算机具有分时控制能力， 可实现 多回路控制20 最少拍系统设的要求 准确性，快速性，物理上的可实现性要求，稳定性要求21最少拍系统设计有哪些局限性a针对某一输入所设计的最少拍有波纹控制器， 对其他输入信号的适应性差，对于随机性输入，性能就更差了，

9、b 对参数变化很敏感 c 存在波纹， 最少拍系统设计值保证在采样点上稳态误差为零， 而在采样点 之间输出响应是波动的22采样周期的选择原则 1）必须满足采样定理的要求 2）从控制系统随动和抗干 扰的性能要求来看，则 T 小些好。干扰频率越高，则采样频率最好越高，以便 实现快速跟随和抑制干扰 3）根据被控对象特性，快速系统 T 应取小，否则 T 可 取大些。 4）根据执行机构类型，当其动作惯性大时， T 应取大些； 5）从计算机 的工作量和每个调节回路的计算成本来看， 一般则要求采样周期大些。 特别当计 算机用于多回路控制时，必须使每个回路的调节算法都有足够的时间完成。VpCtiEE 寸 SSO

10、LO' O' O' O' O' C/ <7LEOE口 iCNE 寸I9L o口aaaaaa234567101PIOPOOPllPD1P12P02P13P03P】4P04P15P05P16PD6P17P07F20P2LT1P22TOP23P24EA/VPF25P26疋1P2?X2WRPSENRTINTORESETINTITXDKKDALE/pU)30 ALE 3AT69S512425262?26寸031738H14371536j835LS341933j2032A21k22ALE 11U274LS37321_2223U6A 7

11、4LS02Lb2-e2-7ADD-A2-6ADD-B2-5ADD-C2-42-32-2IN-7IN-6IN-5STARTIN-4ALEIN-3IN*2 IN-1 in*a25A024Al23A22827U6B74LS0274HC003U4A 74LS74>CLK QQ10OEEOC>CLOCKADC0S09-O*5V16rADC0809的8个通道所对应的口地址是：FEF0FEF7H 。ORG 0000HHERE: SJMP HEREAJMP MAININT:MOVX A, DPTR；读数据ORG 0003HMOV R0, A ;AJMP INTINC R0MAIN: MOV R0,

12、#30HINC DPTRMOV R2,#08HDJNZ R2, RTN;SETB IT0CLR EASETB EACLR EX0SETB EX0RETIMOV DPTR, #OFEFOHRTN:MOVX DPTR,AMOVX DPTR, ARETI数字滤波器与模拟滤波器优点如下：（1）无需增加任何硬件设备，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。（2）由于数字滤波器不需要增加硬件设备，各回路间不存在阻抗匹配问题，所以系统可靠性高。（3）数字滤波器可多通道共享，从而降低了成本，而对于模拟滤波器，通常是各通道专用 的。（4）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

13、量的限制， 频率不可能太低。（5）可根据需要选择不同的滤波方法或改变滤波器的参数，使 用灵活、方便。ULPIO PHP12 Pl 3PI4P1J FMPI75V T st|卜C2T1 TOP37P26P23P24EAJVPR£JETALE)P加EHINTO IHTP2P22P233te3?i3«4曲Itir33u32132130yarn¥kDll1LE讯VnfD13RfbDMDBDMImtlmbDtlCSWR1WR2AGWD咖DSHDDA00332%例1产生矩形波例2 :产生三角波LL: MOV A, #00H;低电平MOV A, #00HMOV DPTR, #O

14、FEFFHMOV DPTR, #0FEFFHMOVX DPTR, A ; 送转换SS1: MOVX DPTR, A ;LCALL DMS1；低宽度送转换NOPMOV A, #0FFH ;高电平NOPMOVX DPTR, A ; 送转换NOPLCALL DMS2；高宽度SS2: INC A；等速上升SJMP LLJNZ SS1DMS1: MOV R6, #10SS3: DEC AL1: MOV R7, #100MOVX DPTR, ANOPNOPL2: DJNZ R7, L2NOP;等速下降DJNZ R6, L1JNZ SS3RETSJMP SS2DMS2: MOV R4, #200L11: M

15、OV R5, #248NOPL12: DJNZ R5, L12DJNZ R4, L11RETAT9?S51TXD RXI'10以大林算法为模型的数字控制器，使闭环系统的特性为时间滞后的一阶惯性环节，且滞 后时间与被控对象的滞后时间相同。11.控制器包含广义被控对象所有零点。二.计算机控制系统画出方框图。三.有4位AD转换器，满刻度为 5V，现在输入4.15V模拟电压，请说明逐次逼近转换原 理。并分析采用逐次逼近法逼近的转换过程。解：先通过置数逻辑电路将 SAR中最高位置1，其余全0,井DA转换成模拟电压 U0与 输入模拟电压Ui在电压比较器下进行比较，若Ui >U0,则保留最高位

16、1，否则清除最高位为0 ;其次置次高位为1，延续上述过程，直至确定最低位的状态。量化单位为q=5v/2 4=0.3125V五答案：步骤如下：一. 根据被控对象的传递函数确定广义传递函数二. 根据性能指标和约束条件确定闭环传递函数 性、稳定性，根据D(Z)四.D(Z)(Z),其中性能指标包括准确性、快速 约束条件为物理可实现性。同时得出闭环误差传递函数怔(z)确定控制器的传递函数G(Z)e(Z)编写算法程序、G(Z)将其离散化，0.368Z&1 0.718ZJ(1-Z)(1-0.368Z J对速度输入 R(z) Z 斗 2 .q=2,r=2,v=1,u=0(1Z )本题目中图表转换如下：

17、步骤SARU0Ui,U0大小该位去留8421110002.5保留211003.75保留311104.375去411014.0625保留结果1101偏差 4.15-4.0625=0.0875述(z)二 z'(aa2zJ)：e(z) =(1z)2(1fizj)六、常用数字滤波算法有哪几种？简述优缺点?（一）算术平均值滤波A 优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。B 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 。（二）中值滤波 A 优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰。B.缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜。当信号变化速度和采样周期相比不容忽略时， 可能三个数都是正 确的信息，会丢失许多正确信息（三）一阶滞后滤波 A 优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用。B .缺点：相位滞后，灵敏度低。不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。（四）程序判断滤波 A.优点：既照顾了采样的实时性，又照顾了采样值变化的连续性。B.缺点：最大允许偏差难以确定（五）复合滤波（防脉冲干扰的算术平均值滤波）A优点：融合了两种滤波方法的优点B缺点：浪费内存T iT.Ui =Kei +L ej +（e-e）+u°七答：位置式：Ti z TTd初=K（e eG+yHe2e+e/增量式：TiT（1）开始时不进行积分，直至偏差达到一定阀值后才进行积分