工控機考試重點

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、檢測點、控制回路 采樣周期:采樣過程信號的時間間隔控制周期:輸出控制信號的時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過程的工藝需求 DAS;數據采集系統(tǒng) DDC直接數字控制系統(tǒng)特點：計算機對被控參數進行檢測，并與給定值比較，按預定的策略進行運算，其輸出直接控制被控對象，使被控參數趨于給定值SCC計算機監(jiān)督控制系統(tǒng) 計算機對被控對象的各物理量進行巡回檢測，并按一定的數學模型，計算出最佳給定值送給模擬調節(jié)器或或智能儀表，通過儀表實現(xiàn)閉環(huán)控制。DCS集散控制系統(tǒng) 分為三級：分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級、綜合

2、信息管理級 特點：控制分散、信息集中、 模塊化、通信能力強 、人機接口豐富、可靠性高FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 特點：總成本，可靠性，真正開放式互連；真正分散控制系統(tǒng)。CIMS計算機集成制造系統(tǒng)CIPS流程工業(yè)計算機集成系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)的組成與工作過程 測量、計算、控制、管理 (P2) 采樣周期控制周期典型生產過程： 連續(xù)過程、離散過程、批量過程計算機控制系統(tǒng)的組成:計算機控制系統(tǒng)=控制計算機（硬件、軟件、網絡）+生產過程（被控對象、測量變送儀表、執(zhí)行機構）工業(yè)控制機=硬件+軟件 硬件：主機、外設、通道、接口、人機界面、通信接口、自動化儀表等 軟件：系統(tǒng)軟件、應用軟件 支持軟件計算機控制系統(tǒng)的

3、分類(分類方法不同、類別不同)按控制方案、系統(tǒng)構成、形態(tài)等分類：數據采集系統(tǒng)DAS直接數字控制系統(tǒng)DDC計算機監(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)過程計算機集成制造系統(tǒng)CIMS/CIPSDDC、DCS的特點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（優(yōu)點）：獨立性；友好性；協(xié)調性；適應性、靈活性和可擴充性，實時性，可靠性三級名稱：分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級、綜合信息管理級FCS：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的優(yōu)點:提高了信號傳輸的速度、精度，增加了信號傳輸距離，實現(xiàn)了控制功能的徹底分散，降低了系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)可靠性提高典型現(xiàn)場總線：F

4、F（基金會現(xiàn)場總線）、PtofibusDP、DeviceNet、Lonwork基本概念總線：連接一個或多個部件的一組信號線，包括地址總線、數據總線和控制總線。 P64接口：內部總線：又稱板級總線，是計算機系統(tǒng)內連接各插件板的總線外總線：又稱通信總線或接口總線，它完成計算機系統(tǒng)之間或計算機與設備之間的通信任務總線按數據傳輸方式分：串行總線，并行總線非平衡電氣特性：每個信號用一根導線，所有信號回路共用一根地線平衡電氣特性：利用差分電路進行信號傳輸微機系統(tǒng)常用內總線：P65（1）PC系列總線ISA總線：16位，最大尋址空間16MB，數據傳輸速率為16MB/sEISA總線：32位，其數據傳輸速率可達3

5、2MB/sPCI總線：外部設備連接接口總線，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用場合分類:片內總線、片級總線、板級總線、系統(tǒng)級總線P64內總線ISA、PCI、VME外總系RS-232、RS-422、RS-485、USB、IEEE488，其中CompactPCI:特點：緊湊式，歐式連接器，熱插拔PCIe:特點：

6、串行、高速、點對點、×4 ×32RS-232性能特點 P66距離、速率、電氣特性、抗擾能力全雙工非平衡傳輸L<15mRS-422性能特點距離、速率、電氣特性、節(jié)點數、抗擾能力全雙工平衡傳輸L<1200mRS-485性能特點距離、速率、電氣特性、節(jié)點數、抗擾能力半雙工平衡傳輸L<1200適用于主從式多點通信，如連接多個ADAM-4000系列模塊、多臺S7-200系列PLC、多臺變頻器RS-422/RS485工業(yè)通信的相關問題 P66為什么RS-422/RS-485具有更強的抗擾能力？平衡傳輸（差分傳輸）RS-485總線上的節(jié)點設備的地址分配有何要求唯一RS-

7、422轉為RS485？Rx+ Tx+DATA+Rx- Tx-DATA-RS-422/RS-485網絡的終端電阻如何設置基本概念離散信號:采樣信號e*(t)是時間上離散，在幅值上連續(xù)變化的信號 P76連續(xù)信號、模擬信號、采樣、保持、量化:采用一組數碼（例如8位A/D轉換器的數碼范圍為0255）來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉換成數字信號P76采樣/保持器：把連續(xù)信號變換為脈沖序列的裝置零階保持器：將離散的信號轉換為連續(xù)信號的裝置模擬開關：主要是完成信號鏈路中的信號切換功能過程通道：輸入生產過程中的各參量和狀態(tài)到CPU，輸出CPU的控制信號或命令給執(zhí)行機構。AI通道： P16 AO通道: P36D

8、I通道: P42DO通道: P44干接點:無源接點濕接點:有源接點串模干擾:疊加在被測信號上的干擾信號 P49共模干擾: P50最高采樣頻率的計算公式: 使用S/H后，允許輸入信號頻率的變化: 例如ADC轉換時間為25s，采樣正弦信號，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，則由此限定的被轉換信號的最高頻率為:模擬量輸入通道：P16單極性、雙極性、差動輸入、單端輸入技術指標，組成和接口技術模擬量輸入通道組成，信號內阻、模擬開關內阻、輸入阻抗之間的關系，ADC0809/AD574(1674)變送器與A/D之間為何使用4-20mA傳送？因為信號起點

9、電流為 4mA，為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時儀表電氣零點為4mA，不與機械零點重合，這種“活零點”有利于識別斷電和斷線等故障。（百度搜索答案）模擬量輸出通道：P36D/A轉換器的主要技術指標：分辨率、穩(wěn)定時間、線性誤差、輸出方式和極性、溫度范圍輸出電流與負載的關系：D/A為何是零階保持器？D/A轉換時將數字信號轉換為模擬信號，而D/A轉換器是通過D/A轉換器中的零階保持器的功能來實現(xiàn)的 P79AO通道組成和接口技術、I/O通道:光電耦合器的特點、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，且對信號具有放大和整形等功能(3) 開關

10、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、達林頓三極管輸出型d、邏輯門電路輸出型e、低導通輸出型(輸出低電平毫伏數量級)。f、光開關輸出型(導通電阻小余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(一般光學膠灌封低于5000V，空封低于2000V)和高壓隔離光電耦合器(可分為10kV,20

11、kV,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理和作用工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉換。I/O通道的組成，繼電器輸出是否需要光耦？V/I轉換為何計控系統(tǒng)多使用電流傳輸：（1）電流傳輸具有較強的抗干擾能力（2）串聯(lián)回路，電流相等，回路阻抗對傳輸電流無影響；而電壓傳輸，回路電阻有分壓作用計控系統(tǒng)抗擾技術抗串模干擾的硬件措施濾波電路：有源濾波電路

12、、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稱輸入，儀表放大器良好接地抗擾軟件措施參考數字濾波 P53接地技術模擬地、數字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地低頻信號接地、通道饋線接地、屏蔽層接地、主機外殼接地、多機系統(tǒng)接地、單點/多點接地基本概念數字濾波、標度變換（P56）、工程量、字長字長:為把量化誤差限制在所允許的范圍內，應使A/D轉換器有足夠的字長。確定字長要考慮的因素是：輸入信號x的動態(tài)范圍和分辨率。數字濾波的優(yōu)點:(1)數字濾波是用程序實現(xiàn)的，不需要增加硬設備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好。(2)數字濾波可以對頻率很低(如0.0

13、1HZ)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。(3)數字濾波器可以根據信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數，具有靈活、方便、功能強的特點。常用數字濾波特點、適用場合慣性濾波：濾波系數與濾波頻率的關系(P55 2-37式 )適用于高頻或低頻的干擾信號限幅濾波：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被測參數連續(xù)采樣m次(m 3)且是奇數，并按大小順序排列；再取中間值作為本次采樣的有效數據。特點:中位值濾波法對脈沖干擾信號等偶然因素引發(fā)的干擾有良好的濾波效果。算數平均值濾波:特點：1）N值決定了信號平滑度和靈敏度。2）對每次采樣值給出相同的加權系數，即1/N。適用場合

14、：適用于具有周期性干擾噪聲的信號，但對偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號，濾波效果尚不理想。給出數據、能計算濾波器輸出工程量（標度變換）轉換公司及應用（P56）線性標度變換由A/D代碼計算工程量；由工程量算A/D代碼1道計算題字長選擇A/D字長選擇：公式，零點遷移對精度的影響為把量化誤差限制在所允許的范圍內，應使A/D轉換器有足夠的字長。確定字長要考慮的因素是：輸入信號x的動態(tài)范圍和分辨率。給出信號動態(tài)范圍，字長為（ 為轉換當量，mV/bit）：給出分辨率D0，字長為： D/A字長選擇：執(zhí)行機構的最大輸入值為umax最小輸入值為umin靈敏度為結合常用的A/D和D/A芯片確定其位數1道計算題數字控制器的連

15、續(xù)化設計方法 （P98、P106）雙線性變換、前向差分、后向差分z傳遞函數位置/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)化設計步驟:設計連續(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、通過計算機實現(xiàn)、校驗PID控制規(guī)律 （P107）P、I、D、PI、PD、PID作用及其階躍響應（分量）PID控制規(guī)律中KP、Ti、Td對控制系統(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)行機構采用調節(jié)閥，則控制量對應閥門的開度，表征了執(zhí)行機構的位置，此時控制器應采用數字PID位置式控制算法；如執(zhí)行機構采用步進電機，每個采樣周期，控制器輸出的控制量，

16、是相對于上次控制量的增加，此時控制器應采用數字PID增量式控制算法； 增量式控制算法的優(yōu)點：（1）增量算法不需要做累加，計算誤差或計算精度問題，對控制量的計算影響較小。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，誤動作影響??；而位置算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。（3）采用增量算法，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。PID輸出控制量的計算一般數字控制器的推導給出微分方程、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、結構圖D(z)、位置型算式和增量算式給出S傳函,雙線性變換、前

17、向差分、后向差分D(z)、位置型算式和增量算式數字PID算法的改進：積分項改進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后輸出微分項改進:不完全微分 （P110）算式推導、優(yōu)點、階躍響應曲線實現(xiàn)：PID+慣性環(huán)節(jié)實現(xiàn)；純微分+慣性環(huán)節(jié)實現(xiàn) (P111)微分先行PID (P112)算式推導特點及使用場合:它和標準PID控制的不同之處在于，只對被控量y(t)微分，不對偏差e(t)微分，這樣，在改變給定值時，輸出不會改變，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)，可以避免給定值升降時所引起的系統(tǒng)振蕩，明顯地改善

18、了系統(tǒng)的動態(tài)特性帶死區(qū)的PID控制算法 (P113)特點及作用:為避免控制動作過于頻繁，消除因頻繁動作所引起的振蕩，死去e0過小，使得控制動作頻繁，達不到預期的目的；若過大，則使系統(tǒng)產生較大滯后，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數字PID參數整定：（P113）PID控制參數對系統(tǒng)性能的影響:u 積分時間常數Ti對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，構成PI控制或PID控制。(1) 對動態(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)振蕩次數增多，甚至不穩(wěn)定；Ti變大，則對系統(tǒng)性能的影響減小。(2) 對穩(wěn)態(tài)特性的影響:積分控制能消除系統(tǒng)的靜差，提高系統(tǒng)的控制精度。若Ti太大，積

19、分作用太弱，則不能減少靜差。u 比例系數Kp對系統(tǒng)性能的影響(1) 動態(tài)特性的影響 Kp加大，使得系統(tǒng)的動作靈敏，響應速度加快Kp加大，振蕩次數增加，調節(jié)時間拉長Kp過大，系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 對穩(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. 微分時間常數Td對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，構成PD控制或PID控制。微分控制主要用于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，如減少超調量和調節(jié)時間Td過大，超調量加大Td過小，微分作用不明顯控制規(guī)律的選擇：即P、PI、PID及復雜規(guī)律的選擇（1）一階慣性控制對象：P控制或PI控制（2

20、）具有純遲后的一階慣性控制對象：PI控制（3）具有大遲后的一階慣性控制對象:PID控制（4）二階控制對象：PID控制（5）具有遲后的二階或高階控制對象：復雜控制規(guī)律 串級控制 前饋控制 根據響應波形判斷PID參數的增加或減小*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;被控對象的特性：被控對象是快速變化還是慢變的;執(zhí)行機構的類型：執(zhí)行器慣性大，采樣周期應大;控制算法的類型：采用太小的T會使得PID算法的微分積分作用很不明顯；控制算法也需要計算時間?？刂频幕芈窋怠ID參數整定 （P117）參數整定順序、擴充

21、臨界比例度、擴充響應曲線、湊試法整定PID參數的步驟數字控制器離散化設計：無差最小拍控制：（P131）和e的確定，三種輸入信號，不要求推導算式有紋波最少拍控制和e的確定，不要求推導算式紋波最少拍控制和e的確定，不要求推導算式史密斯和大林控制輸出遲后拍數串級控制串級控制概念：一個控制器的輸出作為另一個控制器的給定值主回路、副回路兩個檢測儀表、一個執(zhí)行器（執(zhí)行儀表）克服擾動的機理：副回路提前對擾動進行抑制增大等效放大系數、減小等效時間常數主、副回路采樣周期的確定一般不等，二者可大可小應將主要擾動因素包括在副回路前饋控制(全補償：需要知道傳遞函數)前饋控制概念：按擾動量進行控制，當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時，前饋控制就按擾動量直接產生校正作用，以抵消擾動的影響。這是一種開環(huán)控制形式，在控制算法和參數選擇合適的情況下，可以達到較高的精度。對擾動量進行補償的開環(huán)控制理論上：影響多少，