计算机控制技术总结

计算机控制技术总结计算机掌握技术总结

第一章1、

计算机掌握系统的工作原理

实时决策掌握：对采集到的被控量进展分析处理，并按已定的掌握规律，打算掌握行为。实时掌握输出：依据掌握决策，适时地对掌握机构发出掌握信号，完成掌握任务。2、

计算机掌握系统的组成

答：计算机掌握系统由计算机（工业掌握机）和生产过程两局部组成。

工业掌握机是指按生产过程掌握的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两局部。生产过程包括被控对象和测量变送、执行机构、电气开关等装置，。3、

计算机掌握系统的典型型式

答：操作指导掌握系统，直接数字掌握系统，监视掌握系统，集散掌握系统，现场总线掌握系统，综合自动化系统。其次章什么是总线

所谓总线，就是计算机各个模块之间互联和传送信息的一组信号线。总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线。

模拟量输入通道：是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。

模拟量输入通道的组成一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及掌握规律等组成。信号调理：为了将外部开关量信号输入到计算机,必需将现场输入的状态信号经转换、爱护、滤波、隔离等措施转换成计算机所能承受的规律信号，这个过程叫信号调理。

采样过程：按肯定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟量信号、转变成在时刻0、T、1T、2T、…KT的一连串脉冲输出信号的过程成为采样过程。

量化：采纳一组数码（如二进制码）来靠近离散模拟信号的幅值，将其转化为数字信号。量化过程：将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。3.采样保持器

（1）孔径时间和孔径误差的消退

孔径时间：A/D转换器将模拟信号转换成数字量所需的时间，称为孔径时间。

孔径误差：对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间打算了每一个采样时刻的最大转换误差。对于肯定的转换时间，误差的百分数和信号频率成正比。

孔径误差的消退：采纳带有采样保持器，，限制信号的频率范围。

模拟量输出通道任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，到达掌握的目的。

模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换等组成模拟量输出通道的构造形式

1.一个通路设置一个数/模转换器的形式（数字保持方案）优点：转换速度快、工作牢靠。

缺点：使用较多的D/A转换器。2.多个通路共用一个数/模转换器的形式（模拟保持方案）优点：节约数/模转换器

缺点：分时工作，适用于通路数量多且速度要求不高的场合；

要用多路开关，且要求输出采样保持的保持时间与采样时间之比拟大；牢靠性差。2.6硬件抗干扰技术

3种过程通道抗干扰技术主机抗干扰技术系统供电与接地技术

干扰既可能来源于外部，也有可能来自内部。外部干扰由外界环境因素打算；内部干扰是由系统构造、制造工艺等打算。

过程通道抗干扰技术1.串模干扰及其抑制方法（1）串模干扰

定义：有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。（2）串模干扰的抑制方法

答：实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进展检测和输入。

假如串模干扰的频率与被测信号频率不同时，可以采纳滤波器来抑制干扰；

当尖峰型串模干扰为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以减弱串模干扰影响；对于串模干扰主要来自电磁感应时，信号应仅可能早地前置放大，提高信噪比；利用规律器件的特性来抑制串模干扰；采纳良好的屏蔽，以削减电磁干扰。

2.共模干扰及其抑制方法（1）共模干扰

定义：所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。（2）共模干扰的抑制方法

变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采纳仪表放大器提高共模抑制比。数字PID掌握器的改良积分项的改良

（1）积分分别（2）抗积分饱和（3）梯形积分（4）消退积分不灵敏区

微分项的改良

（1）不完全微分PID掌握

改良缘由：在PID掌握中，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，简单引起掌握过程振荡，降低调整品质。

改良方法：串联一阶惯性环节，组成不完全微分PID掌握器。两种PID掌握的阶跃响应：（2）微分先行PID掌握算式

改良缘由：为避开给定值的升降给系统带来冲击，如超调过大，调整阀动作猛烈。改良方法：只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分。

带死区的PID掌握算法

作用：避开掌握动作过于频繁，消退频繁动作所引起的振荡。施密斯预估掌握的思想

施密斯预估掌握原理是：与D(s)并接一补偿环节，用来补偿被掌握对象中的纯滞后局部。这个补偿环节为预估器，其传递函数为Gp(s)(1--e-ts),t为纯滞后时间。由施密斯预估器和掌握器D（s）组成的补偿回路称为纯滞后补偿器，其传递函数为D’(s),经补偿后，消退了纯滞后局部对掌握系统的影响，且不影响系统的稳定性。所谓振铃现象，是指数字掌握器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。

振铃现象的消退第一种方法是先找出D（z）中引起振铃现象的因子（z=-1四周的极点），然后令其中的z=1,依据终值定理，这样处理不影响输出量的稳定值。

其次种方法是从保证闭环系统的特性动身，选择适宜的采样周期T及系统闭环时间常数Tt，使得数字掌握器的输出避开产生剧烈的振铃现象。

软件抗干扰技术

常常采纳的软件抗干扰技术技术是数字滤波技术、开关量的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱等。先进掌握技术：模糊掌握技术、神经网络掌握技术、专家掌握技术和猜测掌握技术。

模糊掌握系统通常由模糊掌握器、输入输出接口、执行机构、测量装置和被控对象等5个局部组成。6.6.1数字滤波技术

数字滤波是通过肯定得的计算或推断程序，削减干扰在有用信号中比重。与模拟滤波器相比，数字滤波器的优点：

程序实现，不需硬件，牢靠性高，稳定性好。可以对很低频率进展滤波，克制模拟滤波器的缺点，依据信号不同，采纳不同的滤波方法，敏捷、便利、功能强。1平均值滤波：适用于周期性干扰2中位滤波：使用偶然的脉冲干扰3限幅滤波：使用偶然的脉冲干扰4惯性滤波：适用于高频干扰6.6.2开关量的软件抗干扰技术

1.开关量信号输入抗干扰措施

干扰特点：多呈毛刺状，作用时间短。

解决方法：两次采样、屡次采样，完全全都方为有效。2.开关量信号输出抗干扰措施

惯性大的输出设备（如各类电磁执行机构），对毛刺干扰有肯定的耐受力量。惯性小的设备（如通讯口），耐受力量小，需要输出抗干扰。

解决方案：重复输出统一数据，重复中期尽可能短，外设阶受到干扰信号，还来不及做出反响，一个正确的输出信息又来到了。6.6.3指令冗余技术

解决方案：在关键地方插入单字节指令（NOP)，这就是指令冗余。6.6.4软件陷阱技术

什么是软件陷阱：就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段特地对程序出错进展处理的程序。

软件陷阱的实现：无条件转移指令

软件陷阱的位置（1）未使用的中间向量区（2）未使用的大片ROM区3）表格（4）程序区网络拓扑构造

星形、环形、总线型、树形。1.网络拓扑构造

（1）星形构造：构造：中心结点是主结点，它承受各分散结点的信息再转发给相应结点，具有中继交换和数据处理功能。

特点：：①网络构造简洁，便于掌握和治理，建网简单；②网络延迟时间短，传输错误率较低；

③网络牢靠性较低，一旦中心结点消失故障将导致全网瘫痪；

④网络资源大局部在外围点上，相互结点必需经过中心结点才能转发信息；⑤通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络本钱较高。

（2）环形构造：：构造：各结点通过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点。

特点：①信息流在网络中是沿固定的方向流淌，故两个结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择掌握；②环路中每个结点的收发信息均由环接口掌握，因此掌握软件较简洁；③环路中，当某结点故障时，可采纳旁路环的方法，提高了牢靠性；④环构造其结点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到肯定的限制。

（3）总线形：；构造：个结点经其接口，通过一条或几条通讯线路与公共总线连接。其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被任一结点接收。由于信息传输方向是从发送结点向两端集中，因此又称为播送式网络。特点：①构造简洁敏捷，扩展便利；②牢靠性高，网络响应速度快；③共享资源力量强，便于播送式工作；④设备少，价格低，安装和使用便利；

⑤由于全部结点共用一条总线，因此总线上传送的信息简单发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合。（4）树形：：构造：分层构造，适用于分级治理和掌握系统。

特点：①通讯线路总长度较短，连网本钱低，易于扩展，但构造较星形简单；②网络中除叶结点外，任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。

介质访问掌握技术什么介质访问掌握?

各结点通过公共通道传输信息，因此存在如何合理安排信道的问题，访问掌握方式的功能是合理解决信道的安排。

（1）冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）适用于总线形

工作原理

当某一结点要发送信息时，首先要侦听网络中有无其它结点正在发送信息，若没有则马上发送；否则，等

待一段时间，直至信道空闲，开头发送。

确定等待时间的方法

①当某结点检测到信道被占用后，连续检测，发觉空闲，马上发送；

②当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机时间，然后再检测。重复这一过程，直到信道空闲，开头发送。

（2）令牌环适用于环网

令牌的定义

是掌握标志，网中只设一张令牌，并依次沿各结点传送。

（3）令牌总线适用于总线形式

原理：把总线形传输介质的各个结点形成一个规律环，即人为地给各个规定一个挨次。掌握方式类似于令牌环。.过失掌握技术

改善信道的点性能，使误码率降低（1）奇偶校验

（2）循环冗余校验CRC校验

（3）纠错方式3种：重发纠错，自动纠错，混合纠错

分布式掌握系统

答：分布式掌握系统就是指综合了计算机技术、掌握技术、CRT显示技术、通信技术，集中了连续掌握、批量掌握、规律挨次掌握、数据采集等功能，为用户实现过程掌握自动化与信息治理想结合的管控一体化的综合集成系统。什么叫现场总线

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支构造的通信网络。现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场仪表或现场设备互连的通信网络。现场总线的体系构造主要表现以下6个方面：（1）

现场通信网络（2）现场设备互连（3）互操作性（4）分散功能块（50通信线供电

（6）开放式互连网络

OPCOPC是用于过程掌握的对象链接嵌入技术，OPC采纳客户/效劳层构造想下层供应接口，时信息进入OPC效劳器，向上层供应接口，实现向上互联。系统集成：

按系统整体性原理，将原来没有联系或联系不严密的元素组成为具有肯定功能的，满意目标、相互联系、彼此协调工作的新系统的过程、技术与科学而引出的系统集成工程。。

扩展阅读：计算机掌握技术总结

例某系统用镍铬镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

某时刻测得热电势Ex=34.66mV，由该热电偶的分度表可直接查出其相应温度Tx=834℃

例某系统用镍铬镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

现用式计算，先从表中查得所策热电势值处于7-8号折点的段内，将各有关数值代入上式得：TnTn1TxTn1(ExEn1EnEn1

其相对误差为：

例某系统用镍铬镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直

o线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。x再用前式计算

880820T820C(34.6634.10)833.36.5334.10

例某烟厂用计算机数据采集系统采集烟叶发酵室的温度变化状况，该室温度测量范围是20-80℃，所得模拟信号为1-5V,采纳铂热电阻（线性传感元件）测温，用8位A/D转换器转换为数字量，转换器输入0-5V时输出是00H-0FFH。某一时刻，计算机采集到的数字量为0B7H。由计算式作工程量线性转换。由给定条件得为：ymax=80℃，ymin=20℃，Nmax=0FFH=255，Nx=0B7H=183,

在温度为20℃时，因检测所得模拟电压是1V.所以相应的数字量应为255X1/5=51,

y=20℃十（80-20)（183-51）／（255-51)=58.21℃100%0.02%工程量线性转换的程序框图如图十9所示．834对测量数字量OB7H的工程量线性转换结果为

Tx(((a4Exa3)Exa2)Exa1)Exa0833.

1现场总线有何特点现场总线技术特点1、系统的开放性2、互可操作性与互用性

3、现场设备的智能化与功能自治性4、系统构造的高度分散性5、对现场环境的适应性

1为什么PI掌握器引入积分环节可消退系统的静态误差？

答：PI掌握器对于偏差的阶跃响应除有按比例变化的成格外，还带有累积的成分，即积分作用成分。只要偏差e(t)不为零，它将通过累积作用影响掌握量u(t)，以求减小偏差，直至偏差为零，掌握作用不再变化，系统到达稳态。因此，积分作用的参加可以消退系统静差

2写出位置式和增量式？

答在工业过程掌握中，数字PID掌握算法通常又分为位置式PID掌握算法和增量式PID掌握算法（1）位置式PID掌握算法

按模拟PID掌握算法的算式，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微

分，作如下近似变换：上式中T为采样周期。为书写便利，以后将e(kT)简化表示为e(k)等，即省去T。将式代入式，可得离散的PID表达式

式中k采样序号，K=0，1，2，…；

u(k)第k次采样时刻的计算机输出值；e(k)第k次采样时刻输入的偏差值；e(k-1)第(k-1)次采样时刻输入的偏差值；KI积分系数；Kp微分系数2）增量式PID掌握算法

当执行机构需要的不是掌握量的肯定数值，而是其增量（例如去驱动步进电机）时，可由式导出供应增量的PID掌握算法：

2）增量式PID掌握算法可以进一步改写：

u(k)Ae(k)Be(k1)Ce(kTTD)TIT答：1)由于计算机每次只输出掌握增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小，

3增量式的优点？AK(1P

TD从而不会严峻影响生产过程。

T2）手动一自动切换时冲击小。掌握从手动到自动切换时，可以做到无扰动切换。此外，当计算机发生故KPTD障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故仍旧能保持原值。

B3）算式中不需要累加。掌握增量Au(k)确实定仅与最近k次的采样值有关，较简单通过加权处理获得比拟好的掌握效果。

4数字PID掌握器算法的改良

答积分分别PID算式不完全微分的PID掌握算式微分先行PID算式带有死区的PID掌握

静态比例掌握系统构造方框图获得。由上式可以看到，掌握器的直流增益越大，掌握稳态误差越小。比例积分（PI）掌握器时域上看：只要有偏差，就要积分频域上看：稳态增益为无穷大。4抑制共模干扰的措施有：

(1)采纳差分放大器做信号前置放大(2)采纳隔离技术将地电位隔开51．串模干扰及其抑制

可以实行以下措施尽量削减其影响。

◆采纳输入滤波器进展电磁屏蔽和良好的接地选择适宜的ADC使用电流信号传输

例41某热处理炉温度测量仪表的量程为200～800℃，在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的数字量为0CDH，求此时温度值为多少？(设仪表量程为线性的)

解：已知A0＝200℃，Am＝800℃，Nx＝0CDH＝(205)D，Nm＝0FFH＝255，依据式(410)，此时温度为

BKP(12)=

6标度变换和非线性能否转换？

(800200)十200＝682(℃)

答：生产过程的非电参数首先由测量仪表转换成4-20mA或1-5V的模拟电信号，再经过A/D转换后成为肯定位数的数字量信号，才有可能被计算机采集，这数字量信号虽然与被测参数的大小有肯定的联系，但究竟不是被测量的工程量值，为了能直接显示或打印出被测的工程量值，应利用计算机进展计算，把数字量恢复为工程量，因而才有“工程量转换”之说，这种转换也可称为“标度变换”。7

例6.6已知A1a10.2a10.6a20.5a20.2a30.9a30Aax40.3a4;BN0.7xNmbAb2A0b()3Ab41m10.30.1A1当“若Ａ则Ｂ”，问若Ａ１是结果如何？2

当“若Ａ１时的结果”为Ｂ１，则

T.30.10..72100R10.600.7因此

0.60.60.30.1B1A1R0.20.500..90.30.170.310.20.20.20.10.60.600.3000.100.50.50.30.10.20.20.20.18前馈－反应掌握的优点

10.30.1答□可简化前馈掌握系统，只须对影响被控参数最显著的干扰进展补偿，而对其他很多次要的干扰仍由反0000馈予以克制，这样即保证了精度又简化了系统。2由于反应回路的存在，降低了对前馈掌握算式精度的要求。3前馈－反应掌握可实现掌握精度高、稳定性好和掌握准时。4提高了前馈掌握模型的适应性。9常用的A/D转换方式有逐次靠近式和双斜积分式。

逐次靠近式：转换时间短（几个微秒～几百个微秒），但抗干扰力量较差。双斜积分式：转换时间长（几十个毫秒～几百个毫秒），抗干扰力量较强。10（3）采样/保持器必要性：

A/D转换器都需要肯定的时间完成量化及编码的操作。在转换过程中，假如模拟量变化，将直接影响转换

0.50.30.30.1b1b2b3b在同步系统中，几个并联的量均需要取同一瞬时的值。

精度。

B1作用：

使输入到A/D转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变。但转换之后，A/D变换器的输入信号能够跟踪模拟量的变化。

114.1.1数据采集系统的根本功能

数据采集系统一般应具有以下几个方面的功能

1)对多个输入通道输入的生产现场信息能够按挨次逐个检测（巡回检测），或按指令对某一通道进展检测（选择检测）。

2)能够对所采集的数据进展检查和处理。

3)当采集到的数据超出上限或下限值时，系统能够产生声光报警信号，提示操作人员处理。4)在系统内部能存储采集数据。

5)能定时或按需随时以表格形式打印采集数据。6)具有实时时钟。

7)系统在运行过程中，可随时承受由键盘输入的命令，以到达随时选择采集、显示、打印的目的。12模糊掌握特点：

(1)适用于不易获得准确数学模型的被控对象，其构造参数不很清晰或难以求得，只要求把握操作人员或领城专家的阅历或学问。

(2)模糊掌握是一种语言变量掌握器。

(3)系统的鲁