计算机控制系统知识点

1、文档编码 : CO1Q5N1H3S8 HV4O9H4B3G7 ZU5N6G4Y2I6（一）基本概念 第一章 1,什么是运算机把握系统？与传统的把握系统相比,运算机把握系统的优点是什么？答：运算机把握系统：用运算机代替常规把握系统中的模拟把握器对系统进行把握的系统；优点：具有精度高速度快,储备容量大和规律判定功能,获得快速寂静的把握成效；2,简述运算机把握系统的硬件组成和各自的功能；看完实现高级复杂的把握方法,答：运算机把握系统的硬件一般由主机,接口和输入/输出通道,通用外部设备,执行机构,检测元件,外表,操作台等部分组成；主机：接受一台或多台运算机,通过接口和I/O 口通道,接收检测设备传来的

2、信息并向把握系统的各个部件发出命令,同时运算机对系统的各个参数进行巡回检测,数据处理,控制运算,分析报警,规律判定等；接口与I/O 通道：主机与被控对象之间进行信息交换的纽带；通用外部设备：扩大运算机的功能,是运算机系统与操作人员的交互界面,用来完成信息的记录,储备,显示,打印,传送；检测元件,外表,执行机构：检测元件和外表用来测量生产对象的某些参数,并将非电量的被测参数转换为电量表示；执行机构接受CPU 的命令使被控对象完成规定的把握动作；操作台：用来实现人机之间的交互功能；3,运算机把握系统应当有哪些主要特点？答：1.实时性2.良好的输入/输出才能3.标准化和系列化4.模块化的系统结构5.

3、牢靠性（平均无故障时间,抗干扰才能强,具有定时自动启动功能和硬件自检功能）4,运算机把握系统大致可分为哪几类？简述各类运算机把握系统的结构和特点；答：运算机把握系统大致可分为以下五类：1）数据采集系统（DAS ,Data Acquision System）2）直接数字把握系统（DDC ,Direct Digital Control ）3）运算机监督系统（SCC ,Supervisory Computer Control ）4）分布式把握系统（DCS ,Distributed Control System ）5）现场总线把握系统（FCS ,Fieldbus Control System ）1）数

4、据采集系统简称：DAS运算机只对把握系统的参数进行采集,加工和分析处理,并将处理后的数据输出；操作人员依据输出的数据,对生产过程显现的问题进行处理,该系统结构简洁,安全牢靠；运算机不直接参加生产过程的把握,第 1 页,共 12 页2）直接数字把握系统简称：DDC直接数字把握系统中,运算机经输入（据进入运算机后与预先设定的值进行比较,AI 或DI ）对生产过程进行数据采集；采集的数 或依据要求进行处理；运算机依据比较和分析的结果,依据把握规律（如 PID ）经输出（AO 或DO ）对生产过程进行直接把握；3）运算机监督系统简称：SCC运算机监督系统实际是两级运算机把握系统,上一级为SCC,下一级

5、为DDC ；生产过程采集数据经 AI ,DI 送DDC 的同时也送SCC；SCC 依据采集的数据,经过运算后获得最佳设定值传送给 DDC ；DDC 对设定值和测量值进行比较,比较后的结果经 AO ,DO 送出,对生产过程进行把握；对运算机监督系统,要求SCC 级具有强大的数据处理才能,储备容量大；DCC 就需要实时性好,牢靠性高和环境适应性好；4）分布式运算机把握系统（DCS ）又称集散式把握系统；分布式运算机把握系统的特点是“把握分散,治理集中” 5）现场总线把握系统（FCS ）FCS 是建立在网络基础的运算机把握系统；现场总线是一种通信协议,是连接设备和系统的数字式网络；现场总线使把握系统

6、实现了现场网络通信,设备互连与互操作,全数字通信等；第 2 页,共 12 页现场总线的组成由监控设备,服务器和网桥,执行器,变送器,帮忙设备等部分；FCS 与DCS 系统相比有以下特点：全数字信息传输系统结构更合理便利的互操作性其次章 5,什么是PID 把握算法？其优点是什么？答：把握系统中,把握器的输出是其输入的比例,积分,微分（Differential ）的函数,简称PID 把握Proportional ,Integral ,优点：（1）PID 把握技术成熟2 不需要求出系统的数学模型3 把握成效好6,试述PID算法的表达式中各项的作用；答：比例系数Kp 预备把握作用的强弱,Kp 加大时可

7、削减系统的稳态误差,提高系统的动态响应速度,但Kp 过大会引起振荡或导致系统不稳固；积分项Ki/S 用于排除系统的稳态误差,但积分项会使动态过程变慢,增大系统的超调量,使系统的稳固性变坏；微分KdS 的把握作用与偏差的变化速度有关；微分能产生超前的校正作用,有助于削减超调和振荡,并能削减调整时间,从而改善系统的动态性能；7,写出位置式PID 和增量式PID的表达式,增量式PID 与位置式PID 相比有什么优点？答：数字PID把握的位置式：T k e jT Td ekT ekT T ukT k p ekT Ti i 1 T 对上式作Z 变换U z kp E z T Ti E z Td T 1 1

8、 Z E z 1 z 1Z 传递函数D Z U Z K pK 111 K 1 Z E Z 1 Z 式中：Kp为比例系数Ki=Kp*T/Ti 为积分系数Kd=Kp*Td/T为微分系数；增量式数字PID 的把握算式 ukT ukT ukT T k p ekT ekT T ki ekT kd ekT 2ekT T ekT 2T 第 3 页,共 12 页将上式中同一时刻的输入值合并,就增量式PID 把握算式可写为：ukT k p ki kd ekT k p 2kd ekT T kd e kT 2T 增量式数字 PID 把握算法有以下优点：（1）位置式算法需要运算偏差的累加值,简洁产生累计误差,而增量式

9、算法只与三个采样值有关,误差可削减；（2）位置式的积分项可能产生积分饱和与超调,增量式克服了上述缺点,使系统的过渡过程时间缩短,系统的动态性能得到提高；（3）当过程把握系统中需要手动 自动切换时,增量式易于实现无冲击切换；在实际工程中,大量使用增量式算法；8,什么是不完全微分,积分分别的 PID 算式？答：不完全微分算法：在PID 算式中,当有阶跃信号输入时,微分项的输出急剧增加,引起高频干扰；为了抑制高频干扰,可在数字调剂器中串接一个低通滤波器；积分分别算法：在PID 把握中积分项用于排除系统的稳固误差,但过大的积分会导致系统的稳固性变坏,显现饱和和较大的超调量；可接受积分分别算法,在误差比

10、较大,超过某一规定值时,取消积分,用 PD 把握,改善系统的动态特性；在误差比较小时,接受 PID 把握,保持稳态特性；9,在数字PID 中,采样周期如何确定？采样周期的大小对调剂品质有何影响？答：采样周期T 的确定：由采样定理,采样频率的上限fs 2fmax 时,系统可真实复原原有的信号；实际把握中,采样频率取值都取得较高,一般要依据被测参数的情形进行变化 影响采样周期的因素有以下几个方面：（1）扰动频率：当扰动频率高时,采样频率应相对提高；（2）被控对象的动态特性：被控对象的滞后和时间常数应作为考虑的因素,采样周期 T 应 与滞后时间基本相符；（3）把握的回路数：当回路多时,采样周期应加大

11、（4）其它 如接受的算法和执行器的类型,把握的精度等因素；10,PID 把握中,为何需要参数整定？简述临界比例法,试凑法的的操作过程；答：工业生产过程中,对于生产装置的温度,压力,流量,液位等工艺变量经常要求疼惜在确定的数值上,或按确定的规律变化,以中意生产工艺的要求；PID 把握器是依据PID 把握原理对整个把握系统进行偏差调剂,从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一 致；不同的把握规律适用于不同的生产过程,必需合理挑选相应的把握规律,否就 PID 控 制器将达不到预期的把握成效；试凑法此方法是通过仿真或实际运行,观看系统对典型输入作用的响应曲线,依据 PID 各参数 对系统的把握作用,

12、反复调剂试凑得到中意的结果为止；试凑时按先比例,后积分,再微分的次序进行；（1）调整比例系数 KP ,由小变大观看响应曲线的变化,达到中意为止；第 4 页,共 12 页（2）当 KP 不能达到把握成效时,须加入积分环节；将积分时间常数,由大逐步减小,并适当调整 KP ,观看系统特性,使其保持在良好的动态特性下排除稳固误差 Ess；（3）如动态特性不能中意,就再加入微分环节,调整时,将微分时间常数由小到大,观看系统特性；（4）按步骤,反复试凑,直到中意为止；3,临界比例法该方法是一种简易的工程整定方法；临界比例法是基于模拟调剂器使用的一种 PID 参数整定方法,操作的步骤如下：（1）挑选一个足够

13、短的采样周期；（2）将 输入到运算机把握系统,只取比例把握,逐步缩小比例度,直到系统产生等幅振荡,此时的比例度 u 称临界比例度,相应的振荡周期 Tu 称为临界振荡周期；3）挑选把握度：把握度指 DDC 的把握成效与模拟调剂器把握成效之比,评判函数用误差平方积分E 2 t dt 表示；0 20 E t dt DDC 把握度= 20 E t dt 模拟对于模拟系统,其误差平方积分可按记录纸上的图形面积运算,而DDC 系统可用运算机计算；通常当把握度为 时,表示 DDC 系统和模拟系统的把握成效相当；（4）依据把握度,查表可求出 T,KP,KI 和KD 值；（5）依据上方法求得的参数,通过实际运行

14、观看把握成效,必要时可适当调整参数,直到获得中意的成效为止；第四章11,工业把握领域中常用的微型运算机有哪几种？答：把握系统中常用的微型运算机主要有以下几种：（1）单片微型运算机和嵌入式系统（2）可编程规律把握器（3）STD 总线工控机（4）工业PC 机12,用单片机对系统进行把握时,通常需要扩充储备器,简述扩充中需留意的事项；答：1）地址和编码方式（1）统一式编码方式 单片机一般接受（2）隔离式编码方式 PC 机接受2）M 的片选把握方式（1）线选把握方式（2）局部译码法（3）全译码法3）M 芯片的挑选（1）RAM SRAM ,DRAM ,IRAM （2）ROM 掩膜ROM ,PROM ,E

15、PROM ,E2 PROM ,闪速储备器4）与CPU 的连接（1）负载才能较小系统CPU 可与M 芯片直接连接,较大系统时增加驱动器；（2）时序的协作尽量选与CPU 速度相近的 M 芯片；（3）M 的地址支配第 5 页,共 12 页确定扩充 M 的容量,挑选合适的芯片,画出地址支配图,选出译码器等其它器件,画出 硬件连接图；（4）搭出硬件电路并进行调试,制作集成电路板；13,微机把握系统中,常用的显示器件有哪几种？各自的特点是什么？什么是动态显示和 静态显示？比较两者的优缺点；答：把握系统常用显示器：1）显示和记录外表2）LED 和LCD 3）CRT 显示器4）大屏幕 1,LED 显示器（1）

16、分为七段和米字型（2）有共阴和共阳两种接法（3）有红,黄,蓝,紫多种颜色（4）已经有将4-6 位集成在一起的多位 LED 数码管 LED 数码管的显示方法（1）软件实现方法 动态显示：单片机定时对显示器件扫描,显示器件分时工作；优点：使用硬件少,线路简洁,价格廉价 缺点：占用机时长静态显示单片机一次输出显示后,始终保持显示结果,直到下一次送新的显示内容；优点：占用机时少,显示牢靠 缺点：使用硬件多,线路比较复杂,价格较高（2）硬件实现方法接受硬件译码器代替软件获得显示代码,其优点是节约CPU 的机时,程序设计简洁；同样分为动态和静态两种；2,LCDLCD 显示器是在两片玻璃间配置10-12um

17、 的薄层流体液晶构成；和LED 相比较LCD 的特点是不仅能显示数字,仍能显示图像；LCD 显示器的显示方式：笔段式：类似7 段LED 显示器,为长条状显示像素组成的显示器；点阵字符式和点阵图形式：时需加驱动器把握；显示像素连续排列,可以显示字符和各种图形曲线；显示14,试述可编程把握器PLC ,STD 工控机和工业PC 机的主要特点和应用；它们分别使用于何种把握系统？答：（1）PLC 可编程把握器的特点:牢靠性高,抗干扰才能强编程简洁,使用便利组合灵敏,适用面广丰富的I/O 接口模块,功能齐全,扩充便利体积小,体重轻,价格低；应用：次序把握定时把握过程把握数据处理数据处理其他数据实现的功能：

18、次序把握过程把握计数定时把握模/ 数和数/ 模转换处理通信和联网冗余把握监控功能其他功能（2）STD 工控机 特点：接受165 114mm 的小板结构,机械强度好,抗冲击,抗震惊,抗老化和抗干扰能力强；小板上元件少,因此散热性能好,提高了系统的牢靠性和可疼惜性；此外,元器件都经过第 6 页,共 12 页严格挑选和老化处理,使其产品的平均无故障间隔时间（供应大量功能模块（近千种）,模块设计标准化,MTBF ）达60 年；用户可依据实际需要挑选各种模块和软件构成工业把握系统；既提高了设计的效率又降低了系统的成本；兼容开放式的总线结构,使 STD 总线可支持多种 8 位CPU,包括Z80,M68 系

19、列和PC 系列的多种产品；接受周期窃取和分时复用技术,可灵敏地扩充升级 16 位和32 位的CPU,配套性和兼容性好；总线模板上各接口之间呈直线连接,信号最短距离传送,运行速度高,削减了干扰,对软件（系统软件）接受固化措施,提高了牢靠性；应用场合：由于以上特点,STD 总线可适应工业现场的震惊,灰尘,高温,有害气体,电磁干扰等恶劣环境,成为工业现场首选的把握机；（3）工业PC 机IPC特点：牢靠性高 实时性好 环境适应才能强 小板结构,模块化设计,完善的I/O 通道 系统开放性好 性能价格比高第五章15,什么是传感器？传感器有哪些主要的技术指标？选用传感器应当遵循哪些规章？答：传感器是一种能感

20、知某一被测量,并将被测量变换为相应的其它量的器件或装置；传感器的技术指标：（1）输入特性l 量程测量上限与下限的差l 过载超出传感器测量范畴的最大答应输入值（2）静态响应特性l 精度测量结果与 “真值 ”的靠近程度辨论率对被测量相对变化的最高反应才能输l 灵敏性出量变化值与相应输入量变化值之比l l 稳固性在一个较长时间内保持性能参数的才能（3）动态特性动态特性是指被测量在变化时传感器的输出量是否能追随输入量的变化,分为阶跃响应和频率响应两类,可依据其特性曲线的特点值来判定；主要的指标是时间常数,上升时间Tr ,建立时间Ts ,过冲量 ,衰减比 等；选用传感器的一般规章：（1）与测量条件有关的

21、事项测量的目的,被测量的类型,测量的范畴,测量所需的时间（2）与传感器性能有关的事项静态响应特性和动态响应特性；（3）与使用条件有的事项场所,温度,湿度,是否与其它设备相连,外界干扰,功率容量,形状尺寸,重量等；（4）其它传感器的性能价格比,生产厂家的服务,交货时间,保修时间,零配件的供应等；第 7 页,共 12 页16,在模拟量输入通道中,信号调理包括哪几部分？答：放大器,信号转换设备,滤波器17,画出模拟量输入（输出）通道的结构图,说明各部分的作用；答：模拟量输入通道原理框图多路开关：1,将待测控的多路参数分时接通,送入通道进行 A/D 转换；2,将运算机处理后的数据分时的经 两种用途可接

22、受同一种多路开关,后者称为多路支配器；18,说明以下名词：采样,量化,编码；D/A 转换成模拟信号,把握执行器的执行；但详细任务不同,常将前者称为多路开关,答：采样：将模拟信号变为一串脉冲信号,采样的输出跟随模拟量输入的变化；保持：保持采样时的信号不变,直到保持命令撤消为止,以便完成 A/D 转换；量化：将采样时刻的信号按最小量化单位取整；编码：将量化后的信号转换为二进制码形式,即数字量,属于无误差的等效转化,编码后的数字量可由运算机识别并处理；解码：将数字信号转化为模拟脉冲信号；19,什么是孔径时间（TAP ）和捕获时间（TAC ）？TAP 的存在影答：孔径时间指保持命令发出后到规律输入把握

23、的开关完全断开所需时间；响A/D 转换的精度；捕获时间是采样命令发出后,输出值从保持值到达当前输入信号值所需时间；TAC 影响采样频率的提高；20,A/D 转换器按转换方式如何分类？表达各种转换方式的优缺点；答：A/D 转换器按转换方式分类：逐次靠近型,双积分型,V/F , - 型变换器21,D/A 输出中,说明（1）什么是单极性和双极性输出？（2）什么是左对齐和右对齐答：（1）单极性输出：指输入的数字量为最小到最大时输出电压全为正或全为负；在电压输出型的 D/A 转换器中,因其片内含有一级运算放大器,已经将模拟电流量转换为模拟电压量输出,因而属于单极性输出类型；而电流输出型的D/A 转换器中

24、,为了保证梯形电阻网路各支路及各臂压降稳固不变,必需将OUT1 端接 “虚地 ”；因此,经常将电流输出型的D/A 转换器的电流输出端与一电压放大器相连接,而构成单极性的电压输出方式；双极性输出：指输入的数字量为最小到最大时输出电压部分为正部分为负；在随动系统中,例如伺服电机把握系统,由偏差产生的把握量,不仅与其大小有关,而且仍与把握量的极性有关,因而要求D9D/A 转换器为负载供应双极性电压的输出方式；（2） D11 D10D8D11D10D9D8D7D6D5D4D1D0D3D2D1D0 D7D6D5D4D3D2（a）向右对齐数据格式（b）向左对齐数据格式“向右对齐数据”时,将单片机的D0-D

25、7 与D/A 转换器的D0-D7 连接,再将单片微机的数据总线中D3D0 与D/A 转换器的D11 D8 对应连接起来；“向左对齐数据”时,将单片机的D0-D7 与D/A 转换器的D11-D4 连接,再将单片微机的数据总线中D7-D4 与D/A 转换器的数字输入端D3-D0 对应连接起来；22,在把握系统中,执行器按所需能量分,分成哪三类？各自的优缺点是什么？答：A. 电动执行器； 分为电机式和电磁式两类；电机式包括伺服电动机,步进电机等；电磁式包括继电器,接触器,电磁阀,电磁离合器等； 电动执行器具有响应速度快,与运算机接口简洁等优点,成为运算机把握系统的主要执行机构； 其中步进电机由于可以

26、直接接受数字量,并且执行速度快,精度高,在运算机把握系统中得到了广泛的应用；B.气动执行器； 气动执行器分为薄膜式和活塞式两种； 气动执行器由接收器,喷嘴挡板结构,气马达或作动筒等 部分组成；接收器接受计算机发来的把握命令,将电量信号转变为气压信号,驱动气马达或作动筒运转,开启或关闭阀门,完成执行功能；气动执行器的优点是结构简洁,输出推力大,价格低廉,防火防爆,常用于石油,化工,冶金,电力等部门；C.液压执行器；第 9 页,共 12 页 液压执行器由把握部分（节流阀,射流喷管,可调泵）和执行部分（液压马达,动 力作动简）组成,可将油液压力转变成机械能,驱动负载直线或回转运动；液压执行器的优点是

27、能进行无级变速,输出功率大,结构简洁,修理便利,常用于传 送大扭矩和推力的场所；23,在开关量输入 /输出系统中,为何要实行隔离措施,常用的隔离措施有哪几种？开关量 输入/输出电路中常接受哪几种疼惜方法？答：开关量：继电器的合上和断开,按钮的按下和松开等；对于开关量把握的器件,在开 关过程中会产生很强的电磁干扰信号,如不处理可能造成运算机把握系统的损坏和误动作；因此在开关量输入 /输出通道和接口设计中,必需考虑信号的调理和隔离；b,继电器隔离 c,变压器隔离 常用隔离措施：a,光电隔离 开关量输入/输出电路中常接受疼惜方法：24,说明继电器的工作原理,选用继电器应考虑哪些因素？答：继电器是电器

28、把握中最常用的一种把握器；构成；继电器由通电线圈和触点（常开或常闭触点）工作原理：当线圈通电时,由于磁场的作用,使开关触点闭合或打开,接通或断开执行器,完成把握功能；通电线圈用直流低电压把握（如 与220V 或380V 市电和工业用电相连；选用继电器时应当考虑下面因素：a 继电器的额定工作电压（或电流）；9V,12V,24V）,触点输出部分可以直接b 接点的数量,种类和负荷,吸合和释放的时间；c 继电器的体积和封装形式；d 继电器的工作环境；25,SSR 与继电器相比有何优点？答：继电器触点吸合时简洁产生火花,引起干扰,影响系统牢靠性；SSR 用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关,并将光电

29、隔离器融为一体（是一种带光电隔离的无触点通断型大型功率电子开关）；它比电磁继电器工作牢靠,并有寿命长,对外干扰小,抗干扰能力强,开关速度快,使用便利,输入与 应用广泛；TTL 和CMOS 电平兼容等特点,故在工业把握中26,在运算器把握中,接受哪几种大功率器件驱动执行器的工作？答：a 门电路b 大功率管c 继电器和固态继电器d 可控硅27,试述步进电机的结构特点和工作原理；第 10 页,共 12 页答：步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行器件,广泛应用于工业过程控制和外表中；结构特点与工作原理：步进电机由定子转子组成,转子由多个矩形小齿匀称分布在园周上；定子嵌装有多相不同连接的把

30、握绕组,定子的绕组线圈,由专用的电源供应电脉冲信号,使定子的磁极产生磁场,并与转子形成磁路,使转子转动确定的角度；步进电机转子的角位移与把握脉冲间精确同步,可以通过转变脉冲频率来调速,具有精度高,能快速启停等优点；28,在三相步进电机中,说明：（1）三相的含义（2）三相单三拍,三相双三拍,三相六拍的通电次序答：（1）三相：电机的定子上有6 个等分磁极,A ,A ,B ,B,C,C,相邻两个磁极间夹角600,相对两个磁极组成一相,构成A-A ,B-B ,C-C三相；CCA （2）a 三相单三拍,通电次序为A B CA b 三相双三拍,通电次序为B BCCA B c 三相六拍,通电次序为AB B

31、BC 第六章29,运算机把握系统的软件的分类,软件应具有哪些主要特点？查表法和对分查表法？答：运算机把握系统的软件的分类：系统软件和应用软件运算机把握系统的软件应当具有以下特点：什么是次序查表法,运算a,实时性 对系统的一组特定的输入,在未发生变化前,系统能作出适当的反应；b,并发性 能支持多任务并行操作,具有资源共享,疼惜功能并能有效地进行联网通信；d,随机性 能准时响应偶发性大事,并能对这些大事做出正确的判定和处理；e,良好的界面 软件应当有友好的界面,以利于参数的调整和操作人员的操作；次序查表法：对无次序排列的表格,一般接受次序查表法；次序查表的步骤如下：（1）表的起始位置送 PC 和DPTR （2）表格的长度存放在某个寄存器中（3）要查找的关键字放在某一内存单元（4）用CJNE A ,direct , rel 指令进行查找运算查表法：依据所给元素,通过确定规律的运算,求出元