復習指南.doc

1、計算機控制系統(tǒng)組成和工作原理測量變送器對被控對象進行檢測，通過模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器將被控量測量信號的物理量轉(zhuǎn)換成標準電信號，與給定值比較后形成偏差輸入控制器，控制器按照事先設定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應的控制信號，經(jīng)過數(shù)字量/模擬量轉(zhuǎn)換器將控制信號變成執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動信號使被控對象的被控量發(fā)生相應的變化，從而實現(xiàn)被控量能夠趨近給定值。2、計算機控制是以計算機、控制理論、工程技術(shù)和自動化儀表為基礎的綜合學科。3、計算機控制系統(tǒng)按照其發(fā)展過程可分為：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC）集散控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）4、單路模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)和作用（1）傳感器的作用是把現(xiàn)場的各種非電物理量檢測出來，并轉(zhuǎn)換成相應的電信號。（2）信號調(diào)理電路的作用是將傳感器輸出的信號做適當?shù)奶幚?，包括濾波、放大、隔離、線性化等，使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號。（3）采樣保持器的作用是對模擬信號進行離散采樣，得到其在某一時刻的瞬時值，并將其保持到采樣結(jié)束。（4）A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬信號的采樣值變成相應的數(shù)字信號，以便計算機處理。（5）接口電路是計算機和輸入信號的橋梁。5、采樣定理為了使采樣信號能完全復現(xiàn)原信號，采樣頻率f至少要為原信號最高有效頻率fmax的2倍，即f2fmax。實際應用中，一般取f（5-10）fmax。 6、采樣保持器采樣期間，開關(guān)S閉合，輸入電壓Vin通過緩沖放大器A1對Ch充電，輸入電壓Vout隨Vin變化；采樣保持期間，開關(guān)S斷開，由于緩沖放大器A2的輸入阻抗很高，在理想情況下電容Ch將保持電壓Vc不變，因此輸出電壓Vout=Vc也恒定不變。7、電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理當積分放大器A1的輸出電壓V0下降到0時，電壓比較器A2輸出跳變，穩(wěn)態(tài)定時器被觸發(fā)，產(chǎn)生暫態(tài)時間為T1的定時脈沖，使開關(guān)S閉合，同時使晶閘管VT截止，頻率輸出端Vfo輸出高電平；在開關(guān)S閉合期間，恒電流源IR被接入積分器，電容C被反向充電，積分器A1輸出電壓從0開始上。當定時時間T1結(jié)束后，定時器恢復穩(wěn)態(tài)，開關(guān)S斷開，反向充電停止，同時使晶閘管VT導通，頻率輸出端Vfo輸出低電平；開關(guān)S斷開后，正的輸入電壓Vi開始對電容C正向充電，積分放大器A1輸出電壓開始下降，當V0=0時，重復上述過程。8、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理在轉(zhuǎn)換開始信號的控制下，開關(guān)接通模擬輸入端，輸入的模擬電壓Vin在固定的時間T內(nèi)對積分器上的電容C充電；時間一到，控制邏輯開關(guān)切換到與Vin極性相反的基準電源上，此時電容C開始放電，同時計數(shù)器開始計數(shù)；當比較器判定電容C放電完畢時就輸出信號，由控制邏輯停止計數(shù)器的計數(shù)，同時發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。計數(shù)器所記脈沖個數(shù)正比于放電時間，而放電時間又正比于輸入電壓。因此，輸入電壓大，則放電時間長，計數(shù)器的計數(shù)值越大。9、逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理以9為例說明逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理首先使最高位D3=1，其余位為0。此時Vin V0=8，因此保持D3=1。再使D2=1，后兩位為0，此時Vin V0=12，因此使D2=0。再使D1=1，最后一位為0，此時Vin V0=10，因此使D1=0。最后使D0=1，此時Vin= V0=9，因此保持D0=1。比較完畢后，數(shù)字量1001即為模擬量5的轉(zhuǎn)換結(jié)果，存在輸出鎖存器中等待輸出。10、A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標分辨率、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換時間。11、單路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)和作用（1）接口電路是計算機和輸出信號的橋梁。（2）寄存器的作用是用于保存計算機輸出的數(shù)字量控制信號。（3） D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。轉(zhuǎn)換后的模擬量有電壓和電流兩種形式。（4）放大變換電路的作用是對轉(zhuǎn)換后的信號進行適當?shù)姆糯蠡蜃儞Q，以便執(zhí)行機構(gòu)使用。12、D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標分辨率、轉(zhuǎn)換精度、穩(wěn)定時間。13、濾波電路原理RC(dey/dt)+ey=ex令=RC（時間常數(shù)），對上式進行拉氏變換， H（s）=1/(s+1) 或H（f）= 1/(j2f+1) ,A（f）=| H（f）|= 1/（1+(2f）2)）(1/2) 從上式可以看出，當f很小時，A（f）=1時，信號能夠通過， 當f很大時，A（f）=0時，信號不能通過。14、交流SSR（1）過零交流SSR 過零SSR工作原理：當輸入端控制信號后，只有在負載電壓過零時，SSR才為導通狀態(tài)；而斷開控制信號后，只有在負載電壓過零后，SSR才變?yōu)榻刂範顟B(tài)。（2）移相交流SSR 移相SSR工作原理：當輸入端控制信號后，不管負載電壓相位如何，SSR即為導通狀態(tài)；而斷開控制信號后，只有在負載電壓過零后，SSR才變?yōu)榻刂範顟B(tài)。15、鍵盤擾動的硬件抗干擾方法當鍵S未按下時，電容兩端的電壓為0，則非門輸出為1。當鍵S按下時，由于電容兩端的電壓不能突變，充電電壓Vi在充電時間內(nèi)未達到非門的開啟電壓，則非門不會工作，輸出仍為1。直到充電電壓達到非門的開啟電壓，非門輸出變?yōu)?。充電時間取決于R1、R2和C值。當按鍵S斷開時，由于電容的放電延遲，使非門仍有輸出0，直到抖動完全消除，放電結(jié)束，非門關(guān)閉，輸出變?yōu)?。16、非編碼獨立式鍵盤中斷法接口電路當開關(guān)Si閉合時，相應的數(shù)據(jù)線為低電平，與非門為高電平，經(jīng)反向器變?yōu)榈碗娖?，?255A的選通信號有效，則Si信息存入8255A中；經(jīng)過一定的時間后，8255A發(fā)出中斷請求信號，經(jīng)中斷控制器8259A向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應中斷后轉(zhuǎn)到中斷服務程序，讀取按鍵信息，執(zhí)行相應的操作；如果沒有鍵被按下，則與非門為低電平，經(jīng)反向器變?yōu)楦唠娖剑?255A不工作。17、LED數(shù)碼管顯示器的段選碼18、LED靜態(tài)顯示方式這是一個由4個LED組合的靜態(tài)顯示電路。 4個LED的COM端連接在一起并接地，每一個LED的段選線都各自有一個8位并行I/O口相連。某個LED經(jīng)I/O輸出一次段選碼后，可以一直保持到下次送入新的段選碼為止。CPU首先送I/O（1）的段選碼，然后送I/O（2）的段選碼， I/O（3）的段選碼、I/O（4）的段選碼。這種靜態(tài)顯示的效果是每一位獨立顯示，同一時間里每一位顯示各自不同的字符。優(yōu)點是占用CPU時間少，顯示可靠穩(wěn)定。其缺點是電路中占用I/O口資源多、線路復雜、硬件成本高，又因同時顯示多為字符而功耗較大。適用于規(guī)模較大的實時控制系統(tǒng)中。19、LED動態(tài)顯示方式這是一個由4個LED組合的動態(tài)顯示電路。4個LED的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O（1）統(tǒng)一進行段選控制，而各自的COM端則由另一個I/O（2）進行位選控制。通過CPU對兩個I/O口的段選控制和位選控制，循環(huán)掃描LED，實現(xiàn)分時顯示字符。CPU首先送I/O（1）的段選碼，然后送I/O（2）的位選碼選通相應的LED顯示字符，而其他位不顯示。一段時間后，再送I/O（1）的段選碼和I/O（2）的位選碼， I/O（1）的段選碼和I/O（2）的位選碼， I/O（1）的段選碼和I/O（2）的位選碼。動態(tài)顯示利用了人類的視覺慣性，雖然同一時間里只顯示一個LED，但是通過不斷地分時輪流掃描顯示，只要保證每次顯示延時幾毫秒，人們就可以感覺到穩(wěn)定的顯示效果。優(yōu)點是占用I/O資源少、線路簡單、硬件成本低，而因分時顯示，所以功耗低。缺點是需要軟件程序不斷地掃描和定時刷新，從而占用了大量的CPU時間。適用于小型測控系統(tǒng)，特別是專用于狀態(tài)顯示的數(shù)字儀器儀表中。20、LCD液晶顯示器的直接驅(qū)動方式一般把LCD的公共端COM接到異或門的輸入端X，另一極接異或門的輸出端Z。工作時在X端加上固定頻率的方波信號，當控制端Y=0時，經(jīng)異或后輸出端Z的電壓與X端相同，則LCD極板間的電位差為零，該字段不顯示；當控制端Y=1時，經(jīng)異或后輸出端Z的電壓與X端反相位，則LCD極板間呈現(xiàn)反電壓，該字段顯示。21、計算機控制系統(tǒng)操作系統(tǒng)分類按功能分批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)按計算機配置分大型計算機控制系統(tǒng)、微型機計算機控制系統(tǒng)按用戶/任務分單用戶/任務計算機控制系統(tǒng)、多用戶/任務計算機控制系統(tǒng)22、數(shù)據(jù)庫的分類層次型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫系統(tǒng)23、數(shù)字調(diào)零的工作原理在測量通道中，CPU分時巡回采集1路校準電路與n路傳感變送器送來的電壓信號。首先是第0路的校準信號即接地信號，理論上電壓為零的信號，經(jīng)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路進入CPU的數(shù)字應當為零，而實際上由于零點偏移產(chǎn)生了一個不等于零的數(shù)值，這個值就是零點偏移值N0；然后依次采集n路信號Ni，得到的采樣值是實際值和零點偏移值之和。計算機要進行的數(shù)字調(diào)零就是一次減法運算（Ni- N0），使之成為本次測量的實際值。24、系統(tǒng)校準數(shù)字調(diào)零不能消除由于傳感器本身引入的誤差。為解決這個問題，可采用系統(tǒng)校準技術(shù)。即通過測量一個標準輸入信號VR經(jīng)過放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字調(diào)零后得到校準數(shù)據(jù)NR，將其存儲在計算機中。而實際測量輸入信號V時經(jīng)過放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字調(diào)零后得到數(shù)據(jù)N，按如下校準公式計算： V=VR/NRN 25、不間斷電源UPS工作原理電網(wǎng)瞬間斷電或電壓突然下降等掉電事件會使計算機控制系統(tǒng)陷入混亂狀態(tài)。對于要求較高的計算機控制系統(tǒng)，可采用不間斷電源UPS向系統(tǒng)供電。正常情況下由交流電網(wǎng)通過交流穩(wěn)壓器、切換開關(guān)、直流穩(wěn)壓器供電至計算機控制系統(tǒng)，同時交流電網(wǎng)也向電池組充電。如果交流供電中斷，系統(tǒng)中的斷電傳感器檢測到斷電后就會通過控制器將供電通路在極短的時間內(nèi)切換到電池組，從而保證計算機控制系統(tǒng)不會因為停電而工作中斷。逆變器將電池電流電壓逆變到正常電壓頻率和幅度的交流電壓，具有穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的雙重功能，提高了供電質(zhì)量。26、掉電保護電路工作原理對于沒有UPS的計算機控制系統(tǒng)，可以采用掉電保護電路防止停電后RAM中的信息丟失。系統(tǒng)電源正常工作時，由外部電源+5V供電，A點電平高于備用電池，VD2截止，存儲器由+5V電源供電。系統(tǒng)掉電時，A點電位低于備用電池電壓，VD1截止，VD2導通，存儲器由備用電池供電。27、指令冗余技術(shù)當計算機控制系統(tǒng)收到外界干擾，破壞了CPU正常的工作時序，可能造成程序計數(shù)器的值發(fā)生改變，跳轉(zhuǎn)到隨機的程序存儲區(qū)。為了解決這一問題，可采用在程序中人為得插入一些空操作指令（NOP）或?qū)⒂行У膯巫止?jié)指令重復書寫，即指令冗余技術(shù)。28、看門狗工作原理CPU可設計成由程序確定的定時器1，看門狗被設計成另一個定時器2，它的計時啟動由CPU的定時訪問脈沖P1的到來而重新開始，定時器2的定時到脈沖P2連接到CPU的復位端。在正常情況下，CPU每隔T1時間便會定時訪問定時器2，從而使定時器2重新開始計時而不會產(chǎn)生溢出脈沖P2；而一旦CPU受到干擾陷入死循環(huán)，便不能及時訪問定時器2，那么定時器2會在T2時間到達時產(chǎn)生定時溢出脈沖P2，從而引起CPU的復位，自動恢復系統(tǒng)的正常運行程序。29、PID控制的形式和工作原理比例輸出是控制器的輸出與偏差成比例變化，一旦有偏差，就有輸出?？刂谱饔玫膹娙跞Q于比例系數(shù)的大小。比例控制器的特點是結(jié)構(gòu)簡單、響應快。但是比例系數(shù)過大會使系統(tǒng)動態(tài)性能變差，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。為消除系統(tǒng)的靜差，引入積分控制，只要偏差不為零，積分就會產(chǎn)生作用影響控制量的輸出，直到偏差為零后積分作用消除，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)。可見，積分作用可以有效地消除靜態(tài)誤差。積分系數(shù)的大小決定了消除靜態(tài)誤差的時間長短。為加快系統(tǒng)的響應速度，加入微分環(huán)節(jié)，對偏差的變化速度進行調(diào)節(jié)，阻止偏差變化?？梢?，微分作用加快了系統(tǒng)的響應，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。30、串級控制串級控制包括主回路和副回路。副回路由副控制器、執(zhí)行器、副對象、副檢測變送裝置組成。主回路由主控制器、副回路、主對象、主檢測變送裝置組成。主控制器的輸出為副回路的設定值，副控制器的輸出為執(zhí)行器的動作。當二次干擾出現(xiàn)時，通過副回路的控制作用，可以將二次干擾的影響控制在副回路內(nèi)，不會引起主對象參數(shù)的變化。當一次干擾出現(xiàn)時，通過主回路的控制作用，修改主控器的輸出，從而改變副回路的設定值，由副回路輸出控制參數(shù)到執(zhí)行器。31、史密斯預估控制帶有滯后環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：加入史密斯預估器后中間環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)：整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：從上式中可以看出，經(jīng)過補償后，純滯后環(huán)節(jié)已經(jīng)被移到閉環(huán)控制回路之外，因此不會對閉環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。相應等效框圖如下圖所示。32、對角陣解耦法從系統(tǒng)框圖中可以看出，由于有所以可以以、為輸入，、輸出求解系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并有整理得：則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：對角陣解耦法是通過將被控對象的傳遞函數(shù)矩陣變?yōu)閷蔷仃?，從而使得多變量耦合系統(tǒng)變?yōu)榛ハ嗒毩⒌膯位芈房刂葡到y(tǒng)。 （1） （2）將（2）代入（1），有即被控對象的傳遞函數(shù)矩陣變?yōu)閷蔷仃?，從而使得多變量耦合系統(tǒng)變?yōu)榛ハ嗒毩⒌膯位芈房刂葡到y(tǒng)。33、單位矩陣解耦法參考對角陣解耦法34、模型參考自適應控制由參考模型、被控對象、控制器和自適應律等環(huán)節(jié)組成，其中參考模型是一個理想模型，其輸出時系統(tǒng)希望的動態(tài)響應?？刂破鲄?shù)的自適應過程如下：當參數(shù)輸入r同時加到實際對象和參考模型的入口后，在起始階段由于對象的初始參數(shù)位置，控制器的初始參數(shù)不可能整定的很好，因此一開始系統(tǒng)的輸出響應y和模型的輸出響應ym是不會完全一致的，產(chǎn)生了偏差信號e。當信號e進入自適應調(diào)整回路后，經(jīng)過自適應律的運算，產(chǎn)生適當?shù)恼{(diào)整信號直接改變控制器的參數(shù)，從而使系統(tǒng)的輸出y逐步與參考模型的輸出ym接近，一直到y(tǒng)=ym，e=0，自適應調(diào)節(jié)過程自動停止。當對象特性發(fā)生變化時，參考模型自適應控制系統(tǒng)又重新調(diào)節(jié)控制器參數(shù)。35、模糊運算A=1/1+0.8/2+0.6/3+0.4/4,B=0.3/1+0.5/2+0.7/3+0.9/4AB=1/1+0.8/2+0.7/3+0.9/4AB=0.3/1+0.5/2+0.6/3+0.4/4=0/1+0.2/2+0.4/3+0.6/436、模糊控制規(guī)則表等效計算機語言If e=NB and e=NB then U=PB，共有49條。37、通信系統(tǒng)的組成和各部分作用一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要有以下五部分組成：報文：需要傳送的數(shù)據(jù)。發(fā)送設備：發(fā)送數(shù)據(jù)的設備，如計算機、工作站等。接收設備：接收數(shù)據(jù)的設備，如計算機、工作站等。傳輸介質(zhì)：發(fā)送設備與接收設備之間的物理通路，如雙絞線、同軸光纜、光纖等。通信協(xié)議：控制數(shù)據(jù)通信的一系列規(guī)則。38、計算機通信的工作模式單工通信模式：通信線的一端是發(fā)送器，一端是接收器，它們之間只能按一個方向傳送數(shù)據(jù)。半雙工通信模式：每邊有發(fā)送器和接收器，可以在兩個方向是交替?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)，不能同時傳送。其收發(fā)開關(guān)由軟件控制。全雙工通信模式：每邊有發(fā)送器和接收器，通過兩條通信線可以同時傳送數(shù)據(jù)。39、計算機網(wǎng)路通信控制方法查詢法：主站依次詢問各站是否需要通信，收到通信應答后再控制信息的發(fā)送與接收。當多個從站要求通信時，按照站的優(yōu)先級安排。CSMA/CD：這種方式中各從站的地位是平等的，主站以廣播方式向每個從站發(fā)動信息，從站接收到信息后，判斷是否為發(fā)給自己的信息。當工作站要發(fā)送信息時，首先監(jiān)聽線路是否空閑，如果空閑即發(fā)送信息。載體監(jiān)聽技術(shù)減少了線路沖突，但是不能避免完全沖突。如果兩個站同時發(fā)送信息，會造成信息傳送失敗。為此，在發(fā)送信息的同時，還要進行沖突檢測，當檢測到有沖突時，會停止發(fā)送信息。令牌傳送：在網(wǎng)路中有個一令牌，令牌有空和忙兩種狀態(tài)。當令牌傳送到從站時，該站檢查令牌的狀態(tài)，如果為空，則可以傳送信息，同時將令牌置為忙。令牌繞一周后且信息被目標節(jié)點取走后才重新被置為空。存儲轉(zhuǎn)發(fā)式：源節(jié)點發(fā)送信息，到達它的相鄰節(jié)點；相鄰節(jié)點把該信息存儲起來，等到自己的信息發(fā)送完后，再轉(zhuǎn)發(fā)這個信息，知道把這條信息送到目標節(jié)點為止。目標節(jié)點加上確認信息或否認信息后，發(fā)給源節(jié)點。40、計算機控制系統(tǒng)設計的一般步驟準備階段、設計階段、仿真及調(diào)試階段、現(xiàn)場調(diào)試運行階段41水位水槽計算機控制系統(tǒng)c（P1.1）b（P1.0）水位操作00B點以下啟動水泵01B、C之間維持現(xiàn)狀10系統(tǒng)故障故障報警11C點以上停止水泵工作原理：A點接+5V，B、C通過電阻接地。當水位下降到下限B以下時，電極B、C懸空，b、c點呈低電平，這時應啟動水泵供水，表中第一行；當水位處于下限B和上限C之間時，電極B與A點電源連接，電極C懸空，b點呈高電平，c點呈低電平，