集散控制系统第二章：计算机控制的硬件基础

1、第二章：计算机控制的硬件基础，曾祝星，Xi电力学院电力系统，2008年9月，2-1:模拟输入电路，一、主要功能和一般构成主要功能：将各种模拟参数转换成数字信号，输入计算机进行处理。1.成分(1)信号处理装置(小信号放大、滤波、衰减、阻抗匹配、电平转换、非线性补偿、伏安转换等)。)；(2)多通道采样电路；(3)弱信号放大器K；(4)样品架；(5)模数转换器(6)输入输出接口。2.信号处理装置由比例转换器、滤波电路、线性化处理和电参数转换电路组成。比例转换器：功能：将各种传感器获得的不同种类和级别的测量模拟信号转换成统一的标准信号。滤波电路：功能：滤除或消除干扰信号，保留或增强有用信号。线性化处理

2、：有些电信号与转换后的测量参数是非线性的。因此，必须对信号进行线性化，使其接近线性化。电气参数之间的转换电路：主要用于电信号之间的转换。输入/输出转换下图所示的无源输入/输出转换主要由无源器件电阻实现，并带有滤波和输出限制等保护措施。对于010毫安输入信号，R1=100，R2=500，R2是一个精密电阻，因此当输入电流为010毫安时，输出电压为05V。3。多路复用器功能：将所有模拟信号分时到模数转换器进行转换，从而实现中央处理器对所有模拟信号的分时采样。当多个信号共用一个模数转换器时，需要器件的理想工作状态：无限的开路电阻和零导通电阻。需要快速切换速度。有两类：机械接触型、簧片继电器、机械振动

3、继电器、电子开关型、晶体管开关、集成电路开关和场效应晶体管。选择要求机械接触式，簧片继电器接触电阻小，断开电阻大。长寿106107；工作频率400赫兹；小信号速度(10400点/秒)的电子开关模式，工作频率高达1000点/秒，体积小，使用寿命长。缺点是导通电阻大，影响小信号的测量精度。选择：通道的考虑因素；高水平和低水平；单端/差分输入模式；寻址模式；移交率；切换时需要多长时间才能稳定到所需的精度？集成电路模拟开关电路的组成：开关矩阵和逻辑控制电路。在软件或通道控制电路的控制下，开关矩阵模拟开关的组合逻辑控制电路以一定的速度依次输入待测模拟信号。(CD4051，AD7501)芯片选择：(1)通

4、道数量(2)开关速度(3)开关电阻(CD4051)，由逻辑电平转换、二进制解码器和8个开关电路组成。主要特点：DC电源：VDD 5V 15V，数字信号电位变化范围：315V，输入电压：UIN0VDD，模拟信号峰峰值：15V，4。采样保持原因：1 .模数转换需要一定的时间。如果模拟信号在转换过程中发生变化，将导致转换误差并影响转换精度。2.它可以同时采集多个模拟信号。4.1适用于检测一些变化频繁的信号，其主要功能如下：(1)在模数转换采样时保持模拟信号不变；(2)降低数模输出脉冲的特性，保证控制信号输出的连续性；(3)通过一路数模输出，信号被分配到多个输出端，实现多路同步动作；(4)实现多路数模

5、同步动作，4.2原理组成1。保持电容CH 2、输入/输出缓冲器3、输入开关和控制电路、4.3采样和量化1采样过程采样过程：以一定的时间间隔用采样开关将模拟信号采样为离散模拟信号的过程。香农定理：如果模拟信号随时间变化的最高频率是最大值，只要使用采样频率S2max，采样序列(f1*(t)，f2*(t)，)就可以表示(或恢复)f(t)。采样周期的选择：(1)系统扰动。如果干扰和噪声较小，采样周期t应该较大；对于具有频繁干扰和大噪声的系统，采样周期t应该更小；(2)受控系统的动态特性。对于具有大滞后时间的系统，采样周期t应该更大；对于快速系统，采样周期t应该更小；控制质量指标要求。如果过冲是主要指标

6、，采样周期t应该更大；如果您希望转换时间更短，采样周期t应该更短；(抑制干扰的能力很强。右图列出了常用控制参数采样周期的参考值，并对(3)进行了说明：如果采样周期过小，积分和微分就不明显。同时，由于受微机计算精度的影响，当采样周期小到一定程度时，前后两次采样时间的差异无法反映出来，削弱了调节功能。执行器的驱动惯性较大，因此采样周期的选择应与之相适应，否则，执行器无法响应数字控制器输出值的变化。4.4量化过程：使用一组数字代码(如二进制代码)来近似离散模拟信号的幅度，并将其转换为数字信号。fmax:转换信号的最大值；Fmin:转换信号的最小值；I:转换后的二进制数的位数。量化单位为：4.5采样保持器的主要性能参数(1)采集时间：当采样保持器工作在采样模式下时，采样保持器的输出从原始保持值变为新的采样值并稳定输入信号值所需的时间。(2)光圈时间：样品架进入保持模式后，取样开关从关闭状态变为打开状态所需的时间。(3)保持电压衰减率：采样保持进入保持工作模式后，由于保持电容的漏电流和其他杂散电流导致的保持电压下降的速率。(4)直接馈电：输入信号通过采样保持开关的极间电容到达保持电容的现象。5.数据放大器按比例将传感器信号从毫伏级放大到典型的模数转换器输入