計算機控制技術(shù)總結(jié)

1、 第一章1、 計算機控制系統(tǒng)的工作原理答：實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。實時決策控制：對采集到的被控量進行分析處理，并按已定的控制規(guī)律，決定控制行為。實時控制輸出： 根據(jù)控制決策，適時地對控制機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。2、 計算機控制系統(tǒng)的組成答：計算機控制系統(tǒng)由計算機（工業(yè)控制機）和生產(chǎn)過程兩部分組成。工業(yè)控制機是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對象和測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置，。3、 計算機控制系統(tǒng)的典型型式答：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督控制系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

2、，綜合自動化系統(tǒng)。第二章 什么是總線所謂總線，就是計算機各個模塊之間互聯(lián)和傳送信息的一組信號線。 總線可以分為內(nèi)部總線和外部總線，而內(nèi)部總線又可分為片級總線和系統(tǒng)總線。模擬量輸入通道：是把從系統(tǒng)中檢測到的模擬信號，變成二進制數(shù)字信號，經(jīng)接口送往計算機。模擬量輸入通道的組成一般由I/V變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯等組成。信號調(diào)理：為了將外部開關(guān)量信號輸入到計算機,必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計算機所能接受的邏輯信號，這個過程叫信號調(diào)理。采樣過程：按一定的時間間隔T，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬量信號、轉(zhuǎn)變成在時刻0、 T、1 T、

3、2 T、K T的一連串脈沖輸出信號的過程成為采樣過程。 量化：采用一組數(shù)碼（如二進制碼）來逼近離散模擬信 號的幅值，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 量化過程：將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為量化過程。 3. 采樣保持器（1）孔徑時間和孔徑誤差的消除 孔徑時間：A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量所需的時間，稱為孔徑時間。 孔徑誤差：對于隨時間變化的模擬信號來說，孔徑時間決定了每一個采樣時刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。對于一定的轉(zhuǎn)換時間，誤差的百分數(shù)和信號頻率成正比。 孔徑誤差的消除： 采用帶有采樣保持器，限制信號的頻率范圍。模擬量輸出通道任務(wù)是把計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，達

4、到控制的目的。模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I變換等組成 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式 1. 一個通路設(shè)置一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式（數(shù)字保持方案） 優(yōu)點：轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠。 缺點：使用較多的D/A轉(zhuǎn)換器。 2. 多個通路共用一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式（模擬保持方案） 優(yōu)點：節(jié)省數(shù)/模轉(zhuǎn)換器 缺點：分時工作，適用于通路數(shù)量多且速度要求不高的場合； 要用多路開關(guān)，且要求輸出采樣保持的保持時間與采樣時間之比較大； 可靠性差。2.6 硬件抗干擾技術(shù)3種過程通道抗干擾技術(shù) 主機抗干擾技術(shù) 系統(tǒng)供電與接地技術(shù)干擾既可能來源于外部，也有可能來自內(nèi)部。外部干擾由外界環(huán)境因素決定；內(nèi)部干擾是由系統(tǒng)結(jié)

5、構(gòu)、制造工藝等決定。過程通道抗干擾技術(shù)1. 串模干擾及其抑制方法（1）串模干擾定義： 有用信號以外的噪聲或造成計算機設(shè)備不能正常工作的破壞因素。（2）串模干擾的抑制方法 如果串模干擾的頻率與被測信號頻率不同時，可以采用濾波器來抑制干擾； 當(dāng)尖峰型串模干擾為主要干擾源時，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾影響； 對于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)時，信號應(yīng)僅可能早地前置放大，提高信噪比； 利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾； 采用良好的屏蔽，以減少電磁干擾。 2.共模干擾及其抑制方法（1）共模干擾定義：所謂共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。（2）共模干擾的抑制方法變壓器隔離、光電隔

6、離、浮地屏蔽 、采用儀表放大器提高共模抑制比。數(shù)字PID控制器的改進積分項的改進（1）積分分離（2）抗積分飽和（3）梯形積分（4）消除積分不靈敏區(qū)u 微分項的改進（1）不完全微分PID控制改進原因：在PID控制中，對具有高頻擾動的生產(chǎn)過程，微分作用響應(yīng)過于靈敏，容易引起控制過程振蕩，降低調(diào)節(jié)品質(zhì)。改進方法：串聯(lián)一階慣性環(huán)節(jié)，組成不完全微分PID控制器。兩種PID控制的階躍響應(yīng)：（2）微分先行PID控制算式改進原因：為避免給定值的升降給系統(tǒng)帶來沖擊，如超調(diào)過大，調(diào)節(jié)閥動作劇烈。改進方法：只對被控量y(t)微分，不對偏差e(t)微分。u 帶死區(qū)的PID控制算法作用：避免控制動作過于頻繁，消除頻繁動

7、作所引起的振蕩。施密斯預(yù)估控制的思想 施密斯預(yù)估控制原理是：與D(s)并接一補償環(huán)節(jié)，用來補償被控制對象中的純滯后部分。這個補償環(huán)節(jié)為預(yù)估器，其傳遞函數(shù)為Gp(s)(1-e-ts),t為純滯后時間。由施密斯預(yù)估器和控制器D（s）組成的補償回路稱為純滯后補償器，其傳遞函數(shù)為D(s),經(jīng)補償后，消除了純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響，且不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所謂振鈴現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。振鈴現(xiàn)象的消除 第一種方法是先找出D（z）中引起振鈴現(xiàn)象的因子（z=-1附近的極點），然后令其中的z=1,根據(jù)終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)定值。第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性

8、出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時間常數(shù)Tt，使得數(shù)字控制器的輸出避免產(chǎn)生強烈的振鈴現(xiàn)象。軟件抗干擾技術(shù)經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱等。先進控制技術(shù)：模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)和預(yù)測控制技術(shù)。模糊控制系統(tǒng)通常由模糊控制器、輸入輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)、測量裝置和被控對象等5個部分組成。6.6.1數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波是通過一定得的計算或判斷程序，減少干擾在有用信號中比重。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的優(yōu)點：程序?qū)崿F(xiàn)，不需硬件，可靠性高，穩(wěn)定性好?？梢詫艿皖l率進行濾波，克服模擬濾波器的缺點，根據(jù)信號不同，采用不同的濾波

9、方法，靈活、方便、功能強。1平均值濾波：適用于周期性干擾2中位濾波：使用偶然的脈沖干擾3限幅濾波：使用偶然的脈沖干擾4慣性濾波：適用于高頻干擾6.6.2開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)1.開關(guān)量信號輸入抗干擾措施干擾特點：多呈毛刺狀，作用時間短。解決方法：兩次采樣、多次采樣，完全一致方為有效。2.開關(guān)量信號輸出抗干擾措施慣性大的輸出設(shè)備（如各類電磁執(zhí)行機構(gòu)），對毛刺干擾有一定的耐受能力。慣性小的設(shè)備（如通訊口），耐受能力小，需要輸出抗干擾。解決方案：重復(fù)輸出統(tǒng)一數(shù)據(jù)，重復(fù)中期盡可能短，外設(shè)階受到干擾信號，還來不及做出反應(yīng)，一個正確的輸出信息又來到了。6.6.3 指令冗余技術(shù)解決方案：在關(guān)鍵地方插入單字節(jié)

10、指令（NOP)，這就是指令冗余。6.6.4 軟件陷阱技術(shù)什么是軟件陷阱：就是一條引導(dǎo)指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。軟件陷阱的實現(xiàn)：無條件轉(zhuǎn)移指令軟件陷阱的位置（1）未使用的中間向量區(qū)（2）未使用的大片ROM區(qū)3）表格（4）程序區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)星形、環(huán)形、總線型、樹形。1.網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（1）星形結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：中心結(jié)點是主結(jié)點，它接受各分散結(jié)點的信息再轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)結(jié)點，具有中繼交換和數(shù)據(jù)處理功能。特點：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于控制和管理，建網(wǎng)容易；網(wǎng)絡(luò)延遲時間短，傳輸錯誤率較低；網(wǎng)絡(luò)可靠性較低，一旦中央結(jié)點出現(xiàn)故障將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓；網(wǎng)絡(luò)資源大部分在外圍點上，

11、相互結(jié)點必須經(jīng)過中央結(jié)點才能轉(zhuǎn)發(fā)信息；通訊電路都是專用線路，利用率不高，故網(wǎng)絡(luò)成本較高。（2）環(huán)形結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：各結(jié)點通過環(huán)接口連于一條首尾相連的閉合環(huán)形通信線路中，環(huán)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)按事先規(guī)定好的方向從一個結(jié)點單向傳送到另一結(jié)點。特點：信息流在網(wǎng)絡(luò)中是沿固定的方向流動，故兩個結(jié)點之間僅有唯一的通路，簡化了路徑選擇控制；環(huán)路中每個結(jié)點的收發(fā)信息均由環(huán)接口控制，因此控制軟件較簡單；環(huán)路中，當(dāng)某結(jié)點故障時，可采用旁路環(huán)的方法，提高了可靠性；環(huán)結(jié)構(gòu)其結(jié)點數(shù)的增加將影響信息的傳輸效率，故擴展受到一定的限制。（3）總線形：；結(jié)構(gòu)：個結(jié)點經(jīng)其接口，通過一條或幾條通訊線路與公共總線連接。其任何結(jié)點的信息都可以沿著總

12、線傳輸，并且能被任一結(jié)點接收。由于信息傳輸方向是從發(fā)送結(jié)點向兩端擴散，因此又稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。特點：結(jié)構(gòu)簡單靈活，擴展方便；可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快；共享資源能力強，便于廣播式工作；設(shè)備少，價格低，安裝和使用方便；由于所有結(jié)點共用一條總線，因此總線上傳送的信息容易發(fā)生沖突和碰撞，故不易用在實時性要求高的場合。（4）樹形：結(jié)構(gòu)：分層結(jié)構(gòu)，適用于分級管理和控制系統(tǒng)。特點：通訊線路總長度較短，連網(wǎng)成本低，易于擴展，但結(jié)構(gòu)較星形復(fù)雜；網(wǎng)絡(luò)中除葉結(jié)點外，任一結(jié)點或連線的故障均影響其所在支路網(wǎng)絡(luò)的正常工作。介質(zhì)訪問控制技術(shù)什么介質(zhì)訪問控制?各結(jié)點通過公共通道傳輸信息，因此存在如何合理分配信道的問題，訪問控制

13、方式的功能是合理解決信道的分配。（1）沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）適用于總線形工作原理當(dāng)某一結(jié)點要發(fā)送信息時，首先要偵聽網(wǎng)絡(luò)中有無其它結(jié)點正在發(fā)送信息，若沒有則立即發(fā)送；否則，等待一段時間，直至信道空閑，開始發(fā)送。確定等待時間的方法當(dāng)某結(jié)點檢測到信道被占用后，繼續(xù)檢測，發(fā)現(xiàn)空閑，立即發(fā)送；當(dāng)某點檢測到信道被占用后就延遲一個隨機時間，然后再檢測。重復(fù)這一過程，直到信道空閑，開始發(fā)送。（2）令牌環(huán)適用于環(huán)網(wǎng)令牌的定義是控制標(biāo)志，網(wǎng)中只設(shè)一張令牌，并依次沿各結(jié)點傳送。（3）令牌總線適用于總線形式原理：把總線形傳輸介質(zhì)的各個結(jié)點形成一個邏輯環(huán)，即人為地給各個規(guī)定一個順序?？刂品绞筋愃朴诹钆骗h(huán)。.差錯控制技術(shù)改善信道的點性能，使誤碼率降低（1）奇偶校驗（2）循環(huán)冗余校驗CRC校驗（3）糾錯方式3種：重發(fā)糾錯，自動糾錯，混合糾錯分布式控制系統(tǒng)答：分布式控制系統(tǒng)就是指綜合了計算機技術(shù)、控制技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信技術(shù)，集中了連續(xù)控制、批量控制、邏輯順序控制、數(shù)據(jù)采集等功能，為用戶實現(xiàn)過程控制自動化與信息管理想結(jié)合的管控一體化的綜合集成系統(tǒng)。什么叫現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場儀表或現(xiàn)場設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)以下6個方面