天津大學計算機控制總結(jié)

1、第一章 緒論（簡答）1. 計算機控制系統(tǒng)的概念；通俗地講，利用計算機參與控制的系統(tǒng)稱為計算機控制系統(tǒng)；2. 計算機控制系統(tǒng)的組成；計算機控制系統(tǒng)由控制計算機和被控對象組成，控制計算機包括硬件和軟件兩部分；硬件：1、主機 2、過程輸入輸出設備 3、人機接口設備 4、通信設備軟件：1、系統(tǒng)軟件 2、應用軟件 3、管理軟件3. 了解計算機控制系統(tǒng)的信號流程；4. 計算機控制系統(tǒng)的主要類型和各自特點；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS：Data Acquisition System） 操作指導系統(tǒng)（DPS：Data Process System）操作指導控制系統(tǒng)屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計算機根據(jù)一定的控制算法，依賴測量元

2、件測得的信號數(shù)據(jù)，計算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。操作人員根據(jù)計算機輸出的信息去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機構(gòu)。直接數(shù)字控制（DDC：Direct Digital Control）DDC系統(tǒng)屬于計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)。計算機首先通過模擬量輸入通道（AI）和開關量輸入通道（DI）實時采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道（AO）和開關量輸出通道（DO）直接控制生產(chǎn)過程。 監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC：Supervisory Computer Control）監(jiān)督控制計算機根據(jù)原始工藝信息和其他的參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學模型或其他方法，自動地改

3、變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況（如保持高質(zhì)量、高效率、低消耗、低成本等等）。從這個角度上說，它的作用是改變設定值，又稱為設定值控制SPC(Set Point Control).集散控制系統(tǒng)（DCS：Distributed Control System）DCS采用分散控制，集中操作，分級管理，分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設計原則。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS：Fieldbus Control System ） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種以現(xiàn)場總線為基礎的分布式網(wǎng)絡自動化系統(tǒng)。改變了傳統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，將輸入、輸出、運算和控制功能分散分布到現(xiàn)場總線

4、儀表中。第二章 過程通道技術1. 過程通道的概念及組成；過程通道是計算機和生產(chǎn)過程之間設置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。過程通道包括：I. 檢測通道即輸入通道A. 數(shù)字量輸入通道B. 脈沖量輸入通道C. 模擬量輸入通道II. 控制通道即輸出通道A. 數(shù)字量輸出通道B. 脈沖量輸出通道C. 模擬量輸出通道2. 編址方式的種類和特點；存儲器統(tǒng)一編制方式：存儲器指令豐富，使用靈活，程序設計方便；占用了存儲空間地址，指令執(zhí)行時間較長，難以區(qū)分I/O操作。I/O接口編址方式：I/O指令簡單，執(zhí)行時間短，硬件設計簡單，程序設計清晰；輸入輸出數(shù)據(jù)必須經(jīng)過累加器A。3. 常用的地址譯碼方法，重點理解譯碼器譯碼的

5、設計方法；（必考）38譯碼器74LS138實例1：連續(xù)8地址譯碼設計實例2：采用3片74LS138譯出24個I/O接口芯片地址。采用3片74LS138譯碼器，經(jīng)A0A4 5根地址線，就可以譯出24個I/O接口端口號。4. 總線接口常用芯片的使用；一、鎖存器二、緩沖器5. 數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)，并了解其信號調(diào)理方式；（不考）1、對抖動的調(diào)理2、保護3、隔離6. 數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)，并了解其輸出調(diào)理電路設計；（不考）1、小功率直流驅(qū)動電路2、繼電器輸出技術3、大功率交流驅(qū)動電路 （了解）7. 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)，常見到信號處理形式； 并行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) 1、傳感器輸出為大信號模擬電壓 2、傳感器輸出

6、為小信號模擬電壓 3、傳感器輸出的是大電流信號 4、傳感器輸出的是小電流信號8. 了解信號放大，I/V變換的種類以及原理；（重點掌握）常用放大電路n 運算放大器的基本電路n 儀表放大器 n 程控放大器 n 隔離放大器I/V變換n 無源n 有源9. 理解采樣保持的使用以及采樣/保持器的概念和作用；采樣/保持器一般由模擬開關、儲能元件（電容）、輸入和輸出緩沖放大器組成。 采樣保持電路有兩個工作狀態(tài)， 一是采樣狀態(tài)二是保持狀態(tài)。 10. 逐次逼近式和雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的原理；逐次逼近式：時序及控制邏輯給SAR最高位為“1”，其余為“0”，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬電壓Vf ，然后與輸入電壓Vx 比較，確定該

7、位；當Vx Vf ，此位為“1”，置下位為“1”；當Vx < Vf ，此位為“0”，置下位為“1”。按上述方法依次類推，逐位比較判斷，直至確定SAR的最低位為止。雙積分式：11. A/D轉(zhuǎn)換器的技術指標；分辨率、轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換量程12. A/D轉(zhuǎn)換器與計算機的接口方法；8位A/D與CPU的接口(以ADC0809為例)13. 模擬量輸出通道的一般結(jié)構(gòu)和特點；1、數(shù)字保持式結(jié)構(gòu)：一個通路一個D/A轉(zhuǎn)換器，CPU與D/A 之間通過獨立的接口緩沖器傳送信息。特點：速度快，精度高，可靠，互不影響；D/A多。2、模擬保持式結(jié)構(gòu)：多個通路共用一個D/A，CPU分時將各路D/A轉(zhuǎn)換通過多路開關分送各路保

8、持電路去。特點：省D/A，速度慢，可靠性較差。14. 權(quán)電阻和倒T型網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器原理；權(quán)電阻：倒T型網(wǎng)絡：15. D/A轉(zhuǎn)換器的技術指標；（重點）分 辨 率：與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率概念類似，指當輸入數(shù)字量變化1時，輸出模擬量變化的大小。分辨率通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、12位、18位。穩(wěn)定時間：指D/A轉(zhuǎn)換器所有輸入二進制數(shù)變化是滿刻度時，模擬量輸出穩(wěn)定到±1/2LSB范圍內(nèi)所需要的時間。一般為幾十納秒到幾微秒完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間；線 性 度：一個理想的D/A轉(zhuǎn)換器輸入輸出特性應是線性的。在滿量程范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差稱為線性誤差，一般用LSB的分數(shù)表示。1

9、6. DAC0832與CPU的接口方法及輸出極性的變換；1、單極性輸出2、雙極性輸出1、單緩沖方式接口2、雙緩沖方式接口第三章 測量數(shù)據(jù)處理 1. 什么是線性化處理？線性化方法有幾種？1. 公式計算法2. 查表法3. 線性插值法2. 理解標度變換；3. 了解超限報警的類型和方法；超限報警分為上限報警、下限報警及上下限報警。1、上限報警 若XnXmax，則上限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。2、下限報警 若XnXmin，則下限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。3、上下限報警 若XnXmax，則上限報警，否則對下式作判別：XnXmin?若是，則下限報警，否則繼續(xù)原定操作。 4. 數(shù)字濾波的特點，有幾種常用的

10、數(shù)字濾波方法？各有何特點？靈活、方便、功能強的特點。1、 程序判斷濾波方法（1）限幅濾波消除幅度較大的尖峰干擾（2）限速濾波消除高頻干擾2、中值濾波方法這種濾波法是將被測參數(shù)連續(xù)采樣N次(一般N取奇數(shù))，然后把采樣值按大小順序排列，再取中間值作為本次的采樣值。消除脈沖性質(zhì)的干擾。3、算術平均濾波4、加權(quán)平均濾波5、 一階滯后濾波（慣性濾波方法）慢速隨機變量，短時間內(nèi)連續(xù)采樣6、 復合數(shù)字濾波復合濾波就是把兩種以上的濾波方法結(jié)合起來使用。例如把中值濾波的思想與算術平均的方法結(jié)合起來，就是一種常用的復合濾波法。具體方法是首先將采樣值按大小排隊，去掉最大和最小的，然后再把剩下的取平均值。這樣顯然比單

11、純的平均值濾波的效果要好。 第四章 抗干擾技術1. 了解干擾的來源和傳播途徑；一、干擾的來源：1、 外部干擾：電源干擾、空間干擾、設備干擾2、 內(nèi)部干擾：分布電容或分布電感產(chǎn)生的干擾、多點接地造成的電位差給系統(tǒng)帶來的影響二、 干擾的作用途徑1、靜電耦合2、電磁耦合3、公共阻抗耦合2. 了解硬件抗干擾的常用方法；一、共模干擾的抑制 1、變壓器隔離2、光電隔離 3、浮地屏蔽4、采用具有高共模抑制比的儀表放大器作為輸入放大器二、串模干擾的抑制 1、濾波2、采用雙絞線作為信號線3、電流傳送三、長線傳輸干擾的抑制1、長線傳輸中波阻抗的終端匹配2、長線傳輸中波阻抗的始端匹配3. 了解輸入/輸出軟件抗干擾措

12、施、軟件冗余以及程序運行失常的軟件抗干擾 ；一、輸入/輸出軟件抗干擾措施1、開關量(數(shù)字量)信號輸入抗干擾措施對于開關量的輸入，為了確保信息準確無誤，在軟件上可采取多次讀取的方法(至少讀兩次)，認為無誤后再行輸入。 2、開關量(數(shù)字量)信號輸出抗干擾措施 當計算機輸出開關量控制閘門、料斗等執(zhí)行機構(gòu)動作時，為了防止這些執(zhí)行機構(gòu)由于外界干擾而誤動作，比如已關的閘門、料斗可能中途打開；已開的閘門、料斗可能中途突然關閉。對于這些誤動作，可以在應用程序中每隔一段時間(比如幾個ms)發(fā)出一次輸出命令，不斷地關閉閘門或者開閘門。這樣，就可以較好地消除由于擾動而引起的誤動作(開或關)。二、軟件冗余技術1、數(shù)據(jù)

13、冗余數(shù)據(jù)冗余就是將要保護的原始數(shù)據(jù)在另外兩個區(qū)域同時存放，建立兩個備份，當原始數(shù)據(jù)塊被破壞時，用備份數(shù)據(jù)塊去修復。備份數(shù)據(jù)的存放地址應遠離原始的存放地址以免被同時破壞。數(shù)據(jù)區(qū)也不要靠近棧區(qū)，以防止萬一堆棧溢出而沖掉數(shù)據(jù)。2、指令冗余當CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。當程序彈飛到某一單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。當程序彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機會更大。因此，我們應多采用單字節(jié)指令，并在關鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令(NOP)或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復書寫，這便是指令冗余。

14、三、程序運行失常的軟件抗干擾1、設置軟件陷阱當干擾導致程序計數(shù)器PC值混亂時，可能造成CPU離開正確的指令順序而跑飛到非程序區(qū)去執(zhí)行一些無意義地址中的內(nèi)容，或進入數(shù)據(jù)區(qū)，把數(shù)據(jù)當作操作碼來執(zhí)行，使整個工作紊亂，系統(tǒng)失控。針對這種情況，可以在非程序區(qū)設置陷阱，一旦程序飛到非程序區(qū)，很快進入陷阱，然后強迫程序由陷阱進入初始狀態(tài)。 所謂軟件陷阱，就是一條引導指令，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處理的程序。軟件陷阱安排在以下4種地方：（1）未使用的中斷向量區(qū)；(2)未使用的大片ROM空間；(3)表格；(4)程序區(qū)。2、設置監(jiān)視跟蹤定時器 也稱為看門狗定時器(Watchdog)，可以使陷入“死機”的系統(tǒng)產(chǎn)生復位，重新啟動程序運行。這是目前用于監(jiān)視跟蹤程序運行是否正常的最有效的方法之一，近來得到了廣泛的應用。 在程序運行的每個循環(huán)周期內(nèi)，對定時器重新初始化。如果程序運行失常，跑飛或進入局部死循環(huán)，不能按正常循環(huán)路線運行，則Watchdog定時器得不到及時的重新初始化而使定時時間到，引起復位。4. 了解接地系統(tǒng)以及不同的接地技術；第五章 數(shù)據(jù)通信技術基礎1. 數(shù)據(jù)通信的有效性和可靠性指標；一、有效性指標1、比特率：通信系統(tǒng)每秒傳輸數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)定義為比特率，記作bps