工控機(jī)考試重點(diǎn)

1、基本概念： 閉環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng) P1 控制點(diǎn)、檢測點(diǎn)、控制回路 采樣周期:采樣過程信號(hào)的時(shí)間間隔控制周期:輸出控制信號(hào)的時(shí)間間隔則稱為控制周期采樣周期和控制周期可以相同，也可以不同，但二者必須滿足生產(chǎn)過程的工藝需求 DAS; 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) DDC直接數(shù)字控制系統(tǒng) 特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行檢測，并與給定值比較，按預(yù)定的策略進(jìn)行運(yùn)算，其輸出直接控制被控對(duì)象，使被控參數(shù)趨于給定值SCC計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)對(duì)被控對(duì)象的各物理量進(jìn)行巡回檢測，并按一定的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最佳給定值送給模擬調(diào)節(jié)器或或智能儀表，通過儀表實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。DCS 集散控制系統(tǒng) 分為三級(jí)：分散過程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)

2、、綜合信息管理級(jí) 特點(diǎn)：控制分散、信息集中、 模塊化、通信能力強(qiáng) 、人機(jī)接口豐富、可靠性高FCS 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 特點(diǎn)：總成本，可靠性，真正開放式互連；真正分散控制系統(tǒng)。CIMS 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIPS 流程工業(yè)計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與工作過程 測量 、計(jì)算、控制、管理 (P2) 采樣周期控制周期 典型生產(chǎn)過程： 連續(xù)過程、離散過程、批量過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成:計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)=控制計(jì)算機(jī)（硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)）+生產(chǎn)過程（被控對(duì)象、測量變送儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)） 工業(yè)控制機(jī)=硬件+軟件 硬件：主機(jī)、外設(shè)、通道、接口、人機(jī)界面、通信接口、自動(dòng)化儀表等 軟件：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件 支持軟

3、件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類(分類方法不同、類別不同)按控制方案、系統(tǒng)構(gòu)成、形態(tài)等分類：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC集散控制系統(tǒng)DCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS，主流現(xiàn)場總線工業(yè)過程計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS/CIPSDDC、DCS的特點(diǎn)DCS：分布式控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、分散型控制系統(tǒng)DCS的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：獨(dú)立性；友好性；協(xié)調(diào)性；適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性，實(shí)時(shí)性，可靠性三級(jí)名稱：分散過程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)、綜合信息管理級(jí)FCS：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的優(yōu)點(diǎn):提高了信號(hào)傳輸?shù)乃俣?、精度，增加了信?hào)傳輸距離，實(shí)現(xiàn)了控制功能的徹底分散，降低了系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)可靠性提

4、高典型現(xiàn)場總線：FF（基金會(huì)現(xiàn)場總線）、PtofibusDP、DeviceNet、Lonwork基本概念總線：連接一個(gè)或多個(gè)部件的一組信號(hào)線，包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 P64接口：內(nèi)部總線：又稱板級(jí)總線，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線外總線：又稱通信總線或接口總線，它完成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間的通信任務(wù)總線按數(shù)據(jù)傳輸方式分：串行總線，并行總線非平衡電氣特性：每個(gè)信號(hào)用一根導(dǎo)線，所有信號(hào)回路共用一根地線平衡電氣特性：利用差分電路進(jìn)行信號(hào)傳輸微機(jī)系統(tǒng)常用內(nèi)總線：P65（1）PC系列總線ISA總線：16位，最大尋址空間16MB，數(shù)據(jù)傳輸速率為16MB/sEISA總線：32位，其

5、數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)32MB/sPCI總線：外部設(shè)備連接接口總線，支持64位奔騰處理器，132MB/s，有32位和64位PCI Express總線：2.0版速率為5GT/sVESA總線 （2）compact PCI:132MB/s(32位)和264MB/s（64位） 常用外總線：P66（1） RS-232C串行通信接口（2） RS-485串行通信接口（3） IEEE-48總線按總線用途和應(yīng)用場合分類:片內(nèi)總線、片級(jí)總線、板級(jí)總線、系統(tǒng)級(jí)總線 P64內(nèi)總線ISA、PCI、VME外總系RS-232、RS-422、RS-485、USB、IEEE488，其中CompactPCI:特點(diǎn)：緊湊式，歐式連接器，

6、熱插拔PCIe:特點(diǎn)：串行、高速、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、×4 ×32RS-232性能特點(diǎn) P66距離、速率、電氣特性、抗擾能力全雙工非平衡傳輸L<15mRS-422性能特點(diǎn)距離、速率、電氣特性、節(jié)點(diǎn)數(shù)、抗擾能力全雙工平衡傳輸L<1200mRS-485性能特點(diǎn)距離、速率、電氣特性、節(jié)點(diǎn)數(shù)、抗擾能力半雙工平衡傳輸L<1200適用于主從式多點(diǎn)通信，如連接多個(gè)ADAM-4000系列模塊、多臺(tái)S7-200系列PLC、多臺(tái)變頻器RS-422/RS485工業(yè)通信的相關(guān)問題 P66為什么RS-422/RS-485具有更強(qiáng)的抗擾能力？平衡傳輸（差分傳輸）RS-485總線上的節(jié)點(diǎn)設(shè)備的地址

7、分配有何要求唯一RS-422轉(zhuǎn)為RS485？Rx+ Tx+DATA+Rx- Tx-DATA-RS-422/RS-485網(wǎng)絡(luò)的終端電阻如何設(shè)置基本概念離散信號(hào):采樣信號(hào)e*(t)是時(shí)間上離散，在幅值上連續(xù)變化的信號(hào) P76連續(xù)信號(hào)、模擬信號(hào)、采樣、保持、量化:采用一組數(shù)碼（例如8位A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)碼范圍為0255）來逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) P76采樣/保持器：把連續(xù)信號(hào)變換為脈沖序列的裝置零階保持器：將離散的信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)信號(hào)的裝置模擬開關(guān)：主要是完成信號(hào)鏈路中的信號(hào)切換功能過程通道：輸入生產(chǎn)過程中的各參量和狀態(tài)到CPU，輸出CPU的控制信號(hào)或命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。AI通道： P1

8、6 AO通道: P36 DI通道: P42 DO通道: P44干接點(diǎn):無源接點(diǎn)濕接點(diǎn):有源接點(diǎn)串模干擾:疊加在被測信號(hào)上的干擾信號(hào) P49共模干擾: P50最高采樣頻率的計(jì)算公式: 使用S/H后，允許輸入信號(hào)頻率的變化: 例如ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，采樣正弦信號(hào)，精度優(yōu)于1 LSB，則fmax<1.5Hz引入S/H后，若要求最大孔徑誤差不超過q，則由此限定的被轉(zhuǎn)換信號(hào)的最高頻率為: 模擬量輸入通道：P16單極性、雙極性、差動(dòng)輸入、單端輸入技術(shù)指標(biāo)，組成和接口技術(shù)模擬量輸入通道組成，信號(hào)內(nèi)阻、模擬開關(guān)內(nèi)阻、輸入阻抗之間的關(guān)系，ADC0809/AD574(1674)變送器與A/D之間為何使用

9、4-20mA傳送？因?yàn)樾盘?hào)起點(diǎn)電流為 4mA，為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA，不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)”有利于識(shí)別斷電和斷線等故障。（百度搜索答案）模擬量輸出通道：P36D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率、穩(wěn)定時(shí)間、線性誤差、輸出方式和極性、溫度范圍輸出電流與負(fù)載的關(guān)系：D/A為何是零階保持器？D/A轉(zhuǎn)換時(shí)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，而D/A轉(zhuǎn)換器是通過D/A轉(zhuǎn)換器中的零階保持器的功能來實(shí)現(xiàn)的 P79AO通道組成和接口技術(shù)、I/O通道:光電耦合器的特點(diǎn)、種類：種類：(1) 能夠有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾(2) 可以在不同電位和不同阻抗之間傳輸電信號(hào)，且對(duì)信號(hào)具

10、有放大和整形等功能(3) 開關(guān)速度快(4) 體積小分類：(1) 按輸出形式分，可分為：a、光敏器件輸出型b、NPN三極管輸出型c、達(dá)林頓三極管輸出型d、邏輯門電路輸出型e、低導(dǎo)通輸出型(輸出低電平毫伏數(shù)量級(jí))。f、光開關(guān)輸出型(導(dǎo)通電阻小余10)。g、功率輸出型(IGBT/MOSFET等輸出)。(2) 按速度分，可分為低速光電耦合器(光敏三極管、光電池等輸出型)和高速光電耦合器(光敏二極管帶信號(hào)處理電路或者光敏集成電路輸出型)。 (3) 按通道分，可分為單通道，雙通道和多通道光電耦合器。 (4) 按隔離特性分，可分為普通隔離光電耦合器(一般光學(xué)膠灌封低于5000V，空封低于2000V)和高壓隔

11、離光電耦合器(可分為10kV,20kV,30kV等)。 (5) 按工作電壓分，可分為低電源電壓型光電耦合器(一般515V)和高電源電壓型光電耦合器(一般大于30V)。光電耦合器的抗擾機(jī)理和作用工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。I/O通道的組成，繼電器輸出是否需要光耦？V/I轉(zhuǎn)換為何計(jì)控系統(tǒng)多使用電流傳輸：（1）電流傳輸具有較強(qiáng)的抗干擾能力（2）串聯(lián)回路，電流相等，回路阻抗對(duì)傳輸電流無影響；而電壓傳輸，回路電阻有分壓作用計(jì)控系統(tǒng)抗擾技術(shù)抗串模

12、干擾的硬件措施濾波電路：有源濾波電路、無源濾波電路低通、高通、帶通、帶阻雙積分A/D雙絞線前置放大抗共模干擾的硬件措施隔離：光電，變壓器隔離浮空平衡對(duì)稱輸入，儀表放大器良好接地抗擾軟件措施參考數(shù)字濾波 P53接地技術(shù)模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地低頻信號(hào)接地、通道饋線接地、屏蔽層接地、主機(jī)外殼接地、多機(jī)系統(tǒng)接地、單點(diǎn)/多點(diǎn)接地基本概念數(shù)字濾波、標(biāo)度變換（P56）、工程量、字長字長: 為把量化誤差限制在所允許的范圍內(nèi)，應(yīng)使A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的字長。確定字長要考慮的因素是：輸入信號(hào)x的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率。數(shù)字濾波的優(yōu)點(diǎn):(1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。

13、(2)數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低(如0.01HZ)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。(3)數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。常用數(shù)字濾波特點(diǎn)、適用場合慣性濾波：濾波系數(shù)與濾波頻率的關(guān)系(P55 2-37式 )適用于高頻或低頻的干擾信號(hào)限幅濾波：適用于偶然的脈沖干擾（P53）中位值濾波：中位值濾波法的原理是對(duì)被測參數(shù)連續(xù)采樣m次(m 3)且是奇數(shù)，并按大小順序排列；再取中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。特點(diǎn):中位值濾波法對(duì)脈沖干擾信號(hào)等偶然因素引發(fā)的干擾有良好的濾波效果。算數(shù)平均值濾波:特點(diǎn)：1）N值決定了信號(hào)平滑度和靈敏度。2）對(duì)每次采樣值

14、給出相同的加權(quán)系數(shù)，即1/N。適用場合：適用于具有周期性干擾噪聲的信號(hào)，但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號(hào)，濾波效果尚不理想。給出數(shù)據(jù)、能計(jì)算濾波器輸出工程量（標(biāo)度變換）轉(zhuǎn)換公司及應(yīng)用（P56）線性標(biāo)度變換由A/D代碼計(jì)算工程量；由工程量算A/D代碼1道計(jì)算題字長選擇A/D字長選擇：公式，零點(diǎn)遷移對(duì)精度的影響為把量化誤差限制在所允許的范圍內(nèi)，應(yīng)使A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的字長。確定字長要考慮的因素是：輸入信號(hào)x的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率。給出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，字長為（ 為轉(zhuǎn)換當(dāng)量，mV/bit）：給出分辨率D0，字長為： D/A字長選擇：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為umax最小輸入值為umin靈敏度為 結(jié)合常用的A/D和D/

15、A芯片確定其位數(shù)1道計(jì)算題數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法 （P98、P106）雙線性變換、前向差分、后向差分z傳遞函數(shù)位置/增量型算式；微分方程 位置/增量型算式；D(s)、D(z) 位置/增量型算式連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟:設(shè)計(jì)連續(xù)控制器D(S)、選擇采樣周期T、連續(xù)控制器的近似離散化、通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)、校驗(yàn)PID控制規(guī)律 （P107）P、I、D、PI、PD、PID作用及其階躍響應(yīng)（分量）PID控制規(guī)律中KP、Ti、Td對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響位置型算式 vs 增量型算式:控制系統(tǒng)中：如執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用調(diào)節(jié)閥，則控制量對(duì)應(yīng)閥門的開度，表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，此時(shí)控制器應(yīng)采用數(shù)字PID位置式控制算法；如執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)

16、電機(jī)，每個(gè)采樣周期，控制器輸出的控制量，是相對(duì)于上次控制量的增加，此時(shí)控制器應(yīng)采用數(shù)字PID增量式控制算法； 增量式控制算法的優(yōu)點(diǎn)：（1）增量算法不需要做累加，計(jì)算誤差或計(jì)算精度問題，對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。而位置算法要用到過去的誤差的累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差。（2）增量式算法得出的是控制量的增量，只輸出閥門開度的變化部分，誤動(dòng)作影響??；而位置算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動(dòng)作影響大。（3）采用增量算法，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖擊切換。PID輸出控制量的計(jì)算一般數(shù)字控制器的推導(dǎo)給出微分方程、S傳函、Z傳函或系統(tǒng)方框圖控制器的位置型算式和增量算式給出微分方程、S傳函、結(jié)構(gòu)圖D(z)、位置型

17、算式和增量算式給出S傳函,雙線性變換、前向差分、后向差分D(z)、位置型算式和增量算式數(shù)字PID算法的改進(jìn)：積分項(xiàng)改進(jìn)積分分離防止積分飽和措施之一積分限幅防止積分飽和措施之二梯形積分提升積分精度積分靈敏度累計(jì)后輸出微分項(xiàng)改進(jìn):不完全微分 （P110）算式推導(dǎo)、優(yōu)點(diǎn)、階躍響應(yīng)曲線實(shí)現(xiàn)：PID+慣性環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)；純微分+慣性環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn) (P111)微分先行PID (P112)算式推導(dǎo)特點(diǎn)及使用場合: 它和標(biāo)準(zhǔn)PID控制的不同之處在于，只對(duì)被控量y(t)微分，不對(duì)偏差e(t)微分，這樣，在改變給定值時(shí)，輸出不會(huì)改變，而被控量的變化，通常是比較緩和的。這種輸出量先行微分控制適用于給定值頻繁升降的系統(tǒng)，可以避

18、免給定值升降時(shí)所引起的系統(tǒng)振蕩，明顯地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性帶死區(qū)的PID控制算法 (P113)特點(diǎn)及作用:為避免控制動(dòng)作過于頻繁，消除因頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，死去e0過小，使得控制動(dòng)作頻繁，達(dá)不到預(yù)期的目的；若過大，則使系統(tǒng)產(chǎn)生較大滯后，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)字PID參數(shù)整定：（P113）PID控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響:u 積分時(shí)間常數(shù)Ti對(duì)控制性能的影響積分控制通常是與微分控制、比例控制配合使用，構(gòu)成PI控制或PID控制。(1) 對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響 : 積分控制使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti變小，系統(tǒng)振蕩次數(shù)增多，甚至不穩(wěn)定； Ti變大，則對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。(2) 對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響:積分控制能消

19、除系統(tǒng)的靜差，提高系統(tǒng)的控制精度。若Ti太大，積分作用太弱，則不能減少靜差。u 比例系數(shù)Kp對(duì)系統(tǒng)性能的影響(1) 動(dòng)態(tài)特性的影響 Kp加大，使得系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，響應(yīng)速度加快Kp加大，振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間拉長Kp過大，系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響 Kp加大，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減少靜差，提高控制精度 Kp加大，并不能消除靜差。u 3. 微分時(shí)間常數(shù)Td對(duì)控制性能的影響微分控制通常與比例控制、積分控制配合使用，構(gòu)成PD控制或PID控制。微分控制主要用于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，如減少超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間Td過大，超調(diào)量加大Td過小，微分作用不明顯控制規(guī)律的選擇：即P、PI、PID及復(fù)雜規(guī)律的

20、選擇（1）一階慣性控制對(duì)象：P控制或PI控制（2）具有純遲后的一階慣性控制對(duì)象：PI控制（3）具有大遲后的一階慣性控制對(duì)象:PID控制（4）二階控制對(duì)象：PID控制（5）具有遲后的二階或高階控制對(duì)象：復(fù)雜控制規(guī)律 串級(jí)控制 前饋控制 根據(jù)響應(yīng)波形判斷PID參數(shù)的增加或減小*采樣周期的選擇：采樣定理，附加因素采樣定理：Tmax或 smax(s2/T)。附加因素：給定值的變化頻率:變化頻率越高，采樣頻率越高;被控對(duì)象的特性：被控對(duì)象是快速變化還是慢變的;執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型：執(zhí)行器慣性大，采樣周期應(yīng)大;控制算法的類型：采用太小的T會(huì)使得PID算法的微分積分作用很不明顯；控制算法也需要計(jì)算時(shí)間。控制的回路

21、數(shù)。PID參數(shù)整定 （P117）參數(shù)整定順序、擴(kuò)充臨界比例度、擴(kuò)充響應(yīng)曲線、湊試法整定PID參數(shù)的步驟數(shù)字控制器離散化設(shè)計(jì)：無差最小拍控制：（P131）和e的確定，三種輸入信號(hào)，不要求推導(dǎo)算式有紋波最少拍控制和e的確定，不要求推導(dǎo)算式紋波最少拍控制和e的確定，不要求推導(dǎo)算式史密斯和大林控制輸出遲后拍數(shù)串級(jí)控制串級(jí)控制概念：一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的給定值主回路、副回路兩個(gè)檢測儀表、一個(gè)執(zhí)行器（執(zhí)行儀表）克服擾動(dòng)的機(jī)理：副回路提前對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行抑制增大等效放大系數(shù)、減小等效時(shí)間常數(shù)主、副回路采樣周期的確定一般不等，二者可大可小應(yīng)將主要擾動(dòng)因素包括在副回路前饋控制(全補(bǔ)償：需要知道傳遞函數(shù))前饋控制概念：按擾動(dòng)量進(jìn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，前饋控制就按擾動(dòng)量直接產(chǎn)生校正作用，以抵消擾動(dòng)的影響。這是一種開環(huán)控制形式，在控制算法和參數(shù)選擇合適的情況下，可以達(dá)到較高的精度。對(duì)擾動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)控制理論上：影響