分布式控制系統(tǒng)參考習(xí)題(12.12.21)

1、分布式控制技術(shù)習(xí)題及答案1. 寫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型。 答：典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程連部分組成。 常見的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)類型有：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)、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等。2. 常用的MCU類型和特點(diǎn)。答：常見的MCU類型有PLC、IPC、智能調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、DSP、 ARM、FPGA等。（1）可編程邏輯控制器（PC/PLC） 一種用于自動(dòng)化實(shí)時(shí)控制的數(shù)位邏輯控制器，廣泛應(yīng)用于目前的工業(yè)控制領(lǐng)域。（2）總線式工控機(jī)（IPC） 一種面向工業(yè)控制、采用標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和開放式體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。（3）智

2、能調(diào)節(jié)器 一種數(shù)字化的過程控制儀表，以微控制器或者單片微型計(jì)算機(jī)為核心，能完成14個(gè)回路的直接數(shù)字控制任務(wù)。（4）單片機(jī) 指將中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口和總線制作在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路，目前已應(yīng)用于各種電子信息領(lǐng)域。（5）DSP（數(shù)字信號(hào)處理器） 具有專門的硬件乘法器，是采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器。常用于需要大量計(jì)算的圖像處理、運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域。（6）ARM處理器 一種32位RISC架構(gòu)，低功耗、高性價(jià)比的處理器，占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。（7）FPGA（FieldProgram

3、mable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。 是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，用戶可定制和設(shè)計(jì)自己所需處理器的邏輯與接口。 3. 分布式控制系統(tǒng)三點(diǎn)一線和4C。答：“一線”是指DCS 的骨架計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可以是單層或多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！叭c(diǎn)”則是連接在網(wǎng)絡(luò)上的三種不同類型的節(jié)點(diǎn)。這三種不同類型的節(jié)點(diǎn)是: 面向被控過程現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)I/O 控制站；面向操作人員的操作員站；面向DCS 監(jiān)控管理人員的工程師站。DCS的設(shè)計(jì)思想：危險(xiǎn)分散，控制功能分散，而操作和管理集中。4C指的是Computer、Communication、Control、CRT。4. 簡(jiǎn)述惠更斯

4、電橋原理答：如下圖所示：可得到：當(dāng)發(fā)生變化，使得則有：由于在初始時(shí)可調(diào)整電橋平衡輸出為0：且有則出現(xiàn)線性關(guān)系：5. 畫出理想運(yùn)放組成的加法電路和積分電路。 答：在實(shí)際運(yùn)用中經(jīng)常將運(yùn)放理想化，即運(yùn)放的輸入電阻很大，開環(huán)增益也很大，輸出電阻很小，可以將之視為理想化的，這樣就能得到：開環(huán)電壓增益Aud=；輸入阻抗ri=；輸出阻抗ro=0；帶寬fBW=；失調(diào)與漂移均為零等理想化參數(shù)。 輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式：UOAud（U+U）,由于Aud=，而UO為有限值，因此，U+U0。即U+U，稱為“虛短”。由于ri=，故流進(jìn)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流可視為零，稱為“虛斷”。利用上述的虛斷、虛短方法分析

5、，很容易得到如下關(guān)系：，其中，作為匹配電阻。稱之為反向比例電路，這是加減法電路的基礎(chǔ)。如下圖所示，可得到：，且，稱之為反向加法電路。根據(jù)上述虛短虛斷法則，則上圖有如下的積分電路關(guān)系：根據(jù)上述虛短虛斷法則，則上圖有如下的微分電路關(guān)系：6. 溫度變送器輸入量程是200-500，輸出量程范圍是420mA，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度是12位，計(jì)算溫度是350時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出。答：假設(shè)輸出和溫度之間是線性關(guān)系，是常量。由得到，代入得到7. 單工、半雙工、全雙工的原理（畫圖）答：?jiǎn)喂?shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）。半雙工數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸（例：對(duì)講機(jī)）。全雙工數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）

6、，需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；或 者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。8. 多路復(fù)用技術(shù)的分類及其描述答：頻分復(fù)用整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行 傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。時(shí)分復(fù)用把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一 個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。波分復(fù)用整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來進(jìn) 行傳輸。碼分復(fù)用每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼。不同用戶發(fā)送的信 號(hào)在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的 正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的

7、信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。9. OSI七層參考模型是什么？基于CAN總線的OBD系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是什么？答：OSI參考模型分為七層，各層的主要作用如下表所示。層次定義1物理層它是通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口，直接把數(shù)據(jù)位信息從一臺(tái)設(shè)備傳送到另一臺(tái)設(shè)備。2數(shù)據(jù)鏈路層它負(fù)責(zé)將傳送的數(shù)據(jù)按幀結(jié)構(gòu)格式化，組織成幀，實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制和介質(zhì)訪問控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理層的管理。3網(wǎng)絡(luò)層它的主要功能是信息包的路徑選擇和鏈路的協(xié)調(diào)管理，防止鏈路的死鎖和堵塞。4傳輸層它為會(huì)話層提供可靠而透明的端對(duì)端傳送服務(wù)，使信息傳送無差錯(cuò)。5會(huì)話層提供用戶進(jìn)程之間的一次會(huì)話，其目的在于通過進(jìn)程之間連接的建立和調(diào)節(jié)，使得連接雙方的交

8、互活動(dòng)變得簡(jiǎn)易。6表示層它的功能是實(shí)現(xiàn)用戶與服務(wù)之間的翻譯與轉(zhuǎn)換。7應(yīng)用層它為用戶進(jìn)程通信執(zhí)行面向應(yīng)用的任務(wù)，包括必要的監(jiān)督和管理。OBD分為CAN物理層、CAN數(shù)據(jù)鏈路層、ISO17765網(wǎng)絡(luò)層、ISO14229應(yīng)用層。10. CAN總線的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)答：主要由節(jié)點(diǎn)和總線構(gòu)成。11. CAN總線的數(shù)據(jù)幀格式描述答：分為標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩類12. 簡(jiǎn)述RFID系統(tǒng)的工作原理。 答：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽）；解讀

9、器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。13. 連續(xù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)答：如圖所示，由超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差、峰值時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、振蕩次數(shù)、衰減比等組成。14. 給出典型閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和關(guān)系。答： 15. 寫出增量型和位置型PID控制器表達(dá)式。 位置型增量型 16. 分析Smith預(yù)估器的原理。對(duì)于一個(gè)單回路系統(tǒng)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)是其特征方程是超越方程。與D(s)并接一補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償被控制對(duì)象中的純滯后部分。則經(jīng)補(bǔ)償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：17. 寫出模糊控制器的結(jié)構(gòu)與各部分原理。 模糊控制器包括模糊化接口、知識(shí)庫（數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫）、推理機(jī)、解模糊接口。18. 寫出幾種常用的現(xiàn)場(chǎng)總線類型和場(chǎng)合。答：（1）Foundation Fieldbus基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議。（2）PROFIBUS是德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。它由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA組成PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系列。（3）CAN是控制局域網(wǎng)（Contr