計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)

(-)基本概念

第一章

1,什么是計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)？及傳統(tǒng)的限制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什么？

答：計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)：用計(jì)算機(jī)代替常規(guī)限制系統(tǒng)中的模擬限制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行限制的系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：具有精度高速度快，存儲(chǔ)容量大和邏輯推斷功能，看完實(shí)現(xiàn)高級(jí)困難的限制方

法，獲得快速靜謐的限制效果.

2,簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的硬件組成和各自的功能。

答：計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的硬件一般由主機(jī).接口和輸入檢出通道，通用外部設(shè)備，執(zhí)行機(jī)

構(gòu)，檢測(cè)元件，儀表，操作臺(tái)等部分組成。

主機(jī)：采納一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過(guò)接口和I/O口通道，接收檢測(cè)設(shè)備傳來(lái)的信息并向

限制系統(tǒng)的各個(gè)部件發(fā)出命令，同時(shí)計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，數(shù)據(jù)處理,

限制計(jì)算，分析報(bào)警，邏輯推斷等。

接口及I/O通道：主機(jī)及被控對(duì)象之間進(jìn)行信息交換的紐帶。

通用外部設(shè)備：擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及操作人員的交互界面，用來(lái)完成信

息的記錄，存儲(chǔ)，顯示，打印，傳送。

檢測(cè)元件，儀表，執(zhí)行機(jī)構(gòu)：檢測(cè)元件和儀表用來(lái)測(cè)量生產(chǎn)對(duì)象的某些參數(shù)，并將非

電量的被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量表示；執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受CPU的命令使被控對(duì)象完成規(guī)定的限制動(dòng)

作。

操作臺(tái)：用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的交互功能。

3,計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有哪些主要特征？

答：1.實(shí)時(shí)性2.良好的輸入/輸出實(shí)力3.標(biāo)準(zhǔn)化和系列化4.模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5.牢靠

性(平均無(wú)故障時(shí)間，抗干擾實(shí)力強(qiáng)，具有定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)功能和硬件自檢功能)

4,計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)大致可分為哪幾類？簡(jiǎn)述各類計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。

答：計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)大致可分為以下五類：

1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS,DataAcquisionSystem)

2)直接數(shù)字限制系統(tǒng)(DDC,DirectDigitalControl)

3)計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)(SCC,SupervisoryComputerControl)

4)分布式限制系統(tǒng)(DCS,DistributedControlSystem)

5)現(xiàn)場(chǎng)總線限制系統(tǒng)(FCS,FieldbusControlSystem)

1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱：DAS

計(jì)算機(jī)只對(duì)限制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行采集，加工和分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)輸出。操作人

員依據(jù)輸出的數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的問題進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)不直接參及生產(chǎn)過(guò)程的限制，

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平安牢靠。

圖1-4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2）直接數(shù)字限制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱：DDC

直接數(shù)字限制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)經(jīng)輸入（AI或DI）對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集的數(shù)

據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后及預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較，或依據(jù)要求進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)依據(jù)比較和分析的

結(jié)果，依據(jù)限制規(guī)律（如PID）經(jīng)輸出（A0或DO）對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行直接限制。

圖1-5直接數(shù)字控制系統(tǒng)

3）計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)簡(jiǎn)稱：SCC

計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)實(shí)際是兩級(jí)計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)，上一級(jí)為SCC,下一級(jí)為DDC。生產(chǎn)過(guò)程

采集數(shù)據(jù)經(jīng)AI,DI送DDC的同時(shí)也送SCCoSCC依據(jù)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后獲得最佳

設(shè)定值傳送給DDC。DDC對(duì)設(shè)定值和測(cè)量值進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)AO,DO送出，

對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行限制。對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)，要求SCC級(jí)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理實(shí)力，存儲(chǔ)容

量大；DCC則須要實(shí)時(shí)性好，牢靠性高和環(huán)境適應(yīng)性好。

4）分布式計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)（DCS）又稱集散式限制系統(tǒng)。

分布式計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的特點(diǎn)是“限制分散，管理集中”

5）現(xiàn)場(chǎng)總線限制系統(tǒng)（FCS）

FCS是建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線是一種通信協(xié)議，是連接設(shè)備和系統(tǒng)的

數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線使限制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信，設(shè)備互連及互操作，全數(shù)字通信

等?，F(xiàn)場(chǎng)總線的組成由監(jiān)控設(shè)備，服務(wù)器和網(wǎng)橋，執(zhí)行器，變送器，協(xié)助設(shè)備等部分。

FCS及DCS系統(tǒng)相比有以下特點(diǎn)：全數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更合理便利的互操作

性

第二章

5,什么是PID限制算法？其優(yōu)點(diǎn)是什么？

答：限制系統(tǒng)中，限制器的輸出是其輸入的比例，積分，微分(Proportional,Integral,

Differential)的函數(shù)，簡(jiǎn)稱PID限制

優(yōu)點(diǎn)：(1)PID限制技術(shù)成熟(2)不須要求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(3)限制效果好

6,試述PID算法的表達(dá)式中各項(xiàng)的作用。E(S)U(S)

答：比例系數(shù)Kp確定限制e(t)

作用的強(qiáng)弱，Kp加大時(shí)可

削減系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但Kp過(guò)大會(huì)引起振蕩或?qū)е孪到y(tǒng)不穩(wěn)定。

積分項(xiàng)Ki/S用于消退系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但積分項(xiàng)會(huì)使動(dòng)態(tài)過(guò)程變慢，增大系統(tǒng)的超調(diào)量，

使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。

微分KdS的限制作用及偏差的變化速度有關(guān)。微分能產(chǎn)生超前的校正作用，有助于削減超

調(diào)和振蕩，并能削減調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

比例

積分

Pd(t)

微分

7,寫出位置式PID和增量式PID的表達(dá)式，增量式PID及位置式PID相比有什么優(yōu)點(diǎn)？

答：數(shù)字PID限制的位置式：

u(kT)=kp\e(kT)+崇2e(〃)+與[e(S-e(kT-T)]>

對(duì)上式作Z變換u(z)=3[E(Z)+與罟+華(1—Z-I)￡(z)]

Z傳遞函數(shù)D(Z)=^=Kp+Ki^+Kd(.\-Z-')

式中：Kp為比例系數(shù)

Ki=Kp*T/Ti為積分系數(shù)

Kd=Kp*Td/T為微分系數(shù)。

增量式數(shù)字PID的限制算式

△u(kT)=u(kT)—u(kT-T)

=kp[e(kT)-e(ZT—T)]+k^kT)

+kd\e{kT)-2e(kT—T)+e(kT—2T)]

將上式中同一時(shí)刻的輸入值合并，則增量式PID限制算式可寫為：

△u(kT)=(kp+ki+kd)e(kT)+(kp+2k，d)e(kT-T)

+k，de(kT—2T)

增量式數(shù)字PID限制算法有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)位置式算法須要計(jì)算偏差的累加值，簡(jiǎn)單產(chǎn)生累計(jì)誤差，而增量式算法只及三個(gè)采樣

值有關(guān)，誤差可削減。

(2)位置式的積分項(xiàng)可能產(chǎn)生積分飽和及超調(diào)，增量式克服了上述缺點(diǎn)，使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)

程時(shí)間縮短，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到提高。

(3)當(dāng)過(guò)程限制系統(tǒng)中須要手動(dòng)一自動(dòng)切換時(shí)，增量式易于實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊切換。

在實(shí)際工程中，大量運(yùn)用增量式算法。

8,什么是不完全微分，積分分別的PID算式？

答：不完全微分算法：

在PID算式中，當(dāng)有階躍信號(hào)輸入時(shí)，微分項(xiàng)的輸出急劇增加，引起高頻干擾。為了抑制

高頻干擾，可在數(shù)字調(diào)整器中串接一個(gè)低通濾波器。

積分分別算法：

在PID限制中積分項(xiàng)用于消退系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差，但過(guò)大的積分會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞，

出現(xiàn)飽和和較大的超調(diào)量?？刹杉{積分分別算法，在誤差比較大，超過(guò)某一規(guī)定值時(shí)，取

消積分，用PD限制，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；在誤差比較小時(shí)，采納PID限制，保持穩(wěn)態(tài)特

性。

9,在數(shù)字PID中，采樣周期如何確定？采樣周期的大小對(duì)調(diào)整品質(zhì)有何影響？

答：采樣周期T的確定：由采樣定理，采樣頻率的上限fs22fmax時(shí)，系統(tǒng)可真實(shí)復(fù)原原有

的信號(hào)。實(shí)際限制中，采樣頻率取值都取得較高，一般要依據(jù)被測(cè)參數(shù)的狀況進(jìn)行變化

影響采樣周期的因素有以下幾個(gè)方面：

(1)擾動(dòng)頻率：當(dāng)擾動(dòng)頻率高時(shí)，采樣頻率應(yīng)相對(duì)提高。

(2)被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性：被控對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)應(yīng)作為考慮的因素，采樣周期T應(yīng)

及滯后時(shí)間基本相符。

(3)限制的回路數(shù)：當(dāng)回路多時(shí)，采樣周期應(yīng)加大

(4)其它如采納的算法和執(zhí)行器的類型，限制的精度等因素。

10,PID限制中，為何須要參數(shù)整定？簡(jiǎn)述臨界比例法，試湊法的的操作過(guò)程。

答：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于生產(chǎn)裝置的溫度，壓力，流量，液位等工藝變量經(jīng)常要求維持

在肯定的數(shù)值上，或按肯定的規(guī)律變化，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。PID限制器是依據(jù)PID

限制原理對(duì)整個(gè)限制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)整，從而使被控變量的實(shí)際值及工藝要求的預(yù)定值一

樣。不同的限制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過(guò)程，必需合理選擇相應(yīng)的限制規(guī)律，否則PID限

制器將達(dá)不到預(yù)期的限制效果。

試湊法

此方法是通過(guò)仿真或?qū)嶋H運(yùn)行，視察系統(tǒng)對(duì)典型輸入作用的響應(yīng)曲線，依據(jù)PID各參數(shù)對(duì)

系統(tǒng)的限制作用，反復(fù)調(diào)整試湊得到滿足的結(jié)果為止。

試湊時(shí)按先比例，后積分，再微分的次序進(jìn)行。

(1)調(diào)整比例系數(shù)KP,由小變大視察響應(yīng)曲線的變化，達(dá)到滿足為止。

（2）當(dāng)KP不能達(dá)到限制效果時(shí)，須加入積分環(huán)節(jié)。將積分時(shí)間常數(shù)，由大漸漸減小，并

適當(dāng)調(diào)整KP,視察系統(tǒng)特性，使其保持在良好的動(dòng)態(tài)特性下消退穩(wěn)定誤差Ess。

（3）若動(dòng)態(tài)特性不能滿足，則再加入微分環(huán)節(jié)，調(diào)整時(shí)，將微分時(shí)間常數(shù)由小到大，視察

系統(tǒng)特性。（4）按步驟⑴，⑵反復(fù)試湊，直到滿足為止。

3,臨界比例法

該方法是一種簡(jiǎn)易的工程整定方法。臨界比例法是基于模擬調(diào)整器運(yùn)用的一種PID參數(shù)整

定方法，操作的步驟如下：

（1）選擇一個(gè)足夠短的采樣周期

（2）將輸入到計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)，只取比例限制，逐步縮小比例度，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅

振蕩，此時(shí)的比例度6u稱臨界比例度，相應(yīng)的振蕩周期Tu稱為臨界振蕩周期。

3）選擇限制度：限制度指DDC的限制效果及模擬調(diào)整器限制效果之比，評(píng)價(jià)函數(shù)用誤差

平方積分「爐⑺力

表示。*0

限制度=

對(duì)于模擬系統(tǒng)，其誤差平方積分可按記錄紙上的圖形面積計(jì)算，而DDC系統(tǒng)可用計(jì)算機(jī)計(jì)

算。通常當(dāng)限制度為1.05時(shí)，表示DDC系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的限制效果相當(dāng)。

（4）依據(jù)限制度，查表可求出T,KP,KI和KD值。

（5）依據(jù)上方法求得的參數(shù)，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行視察限制效果，必要時(shí)可適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直到

獲得滿足的效果為止.

第四章

11,工業(yè)限制領(lǐng)域中常用的微型計(jì)算機(jī)有哪幾種？

答：限制系統(tǒng)中常用的微型計(jì)算機(jī)主要有以下幾種：

（1）單片微型計(jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng)

（2）可編程邏輯限制器（3）STD總線工控機(jī)（4）工業(yè)PC機(jī)

12,用單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行限制時(shí)，通常須要擴(kuò)充存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)述擴(kuò)充中需留意的事項(xiàng)。

答：1）地址和編碼方式

（1）統(tǒng)一式編碼方式單片機(jī)一般采納

（2）隔離式編碼方式PC機(jī)采納

2）M的片選限制方式

（1）線選限制方式（2）局部譯碼法（3）全譯碼法

3）M芯片的選擇

（1）RAMSRAM,DRAM,IRAM

（2）ROM掩膜ROM,PROM,EPROM,E2PROM,閃速

存儲(chǔ)器

4）及CPU的連接

（1）負(fù)載實(shí)力

較小系統(tǒng)CPU可及M芯片直接連接，較大系統(tǒng)時(shí)增加驅(qū)動(dòng)器。

（2）時(shí)序的協(xié)作

盡量選及CPU速度相近的M芯片。

（3）M的地址安排

確定擴(kuò)充M的容量，選擇合適的芯片，畫出地址安排圖，選出譯碼器等其它器件，畫出

硬件連接圖。

(4)搭出硬件電路并進(jìn)行調(diào)試，制作集成電路板。

13,微機(jī)限制系統(tǒng)中，常用的顯示器件有哪幾種？各自的特點(diǎn)是什么？什么是動(dòng)態(tài)顯示和

靜態(tài)顯示？比較兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：限制系統(tǒng)常用顯示器：1)顯示和記錄儀表2)LED和LCD3)CRT顯示器4)

大屏幕

1,LED顯示器

(1)分為七段和米字型(2)有共陰和共陽(yáng)兩種接法

(3)有紅，黃，藍(lán)，紫多種顏色

(4)已經(jīng)有將4-6位集成在一起的多位LED數(shù)碼管

?LED數(shù)碼管的顯示方法

(1)軟件實(shí)現(xiàn)方法

①動(dòng)態(tài)顯示：?jiǎn)纹瑱C(jī)定時(shí)對(duì)顯示器件掃描，顯示器件分時(shí)工作。

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用硬件少，線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜

缺點(diǎn)：占用機(jī)時(shí)長(zhǎng)

②靜態(tài)顯示單片機(jī)一次輸出顯示后，始終保持顯示結(jié)果，直到下一次送新的顯示內(nèi)容。

優(yōu)點(diǎn)：占用機(jī)時(shí)少，顯示牢靠

缺點(diǎn)：運(yùn)用硬件多，線路比較困難，價(jià)格較高

(2)硬件實(shí)現(xiàn)方法

采納硬件譯碼器代替軟件獲得顯示代碼，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約CPU的機(jī)時(shí)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。同樣

分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種。

2,LCD

LCD顯示器是在兩片玻璃間配置IO-12um的薄層流體液晶構(gòu)成。和LED相比較LCD的特

點(diǎn)是不僅能顯示數(shù)字，還能顯示圖像。

LCD顯示器的顯示方式：

①筆段式：類似7段LED顯示器，為長(zhǎng)條狀顯示像素組成的顯示器。

②點(diǎn)陣字符式和點(diǎn)陣圖形式：顯示像素連續(xù)排列，可以顯示字符和各種圖形曲線。顯示

時(shí)需加驅(qū)動(dòng)器限制。

14,試述可編程限制器PLC,STD工控機(jī)和工業(yè)PC機(jī)的主要特點(diǎn)和應(yīng)用。它們分別運(yùn)

用于何種限制系統(tǒng)？

答：(1)PLC可編程限制器的

特點(diǎn):①牢靠性高，抗干擾實(shí)力強(qiáng)②編程簡(jiǎn)單，運(yùn)用便利③組合敏捷，適用面廣④豐富

的I/O接口模塊，功能齊全，擴(kuò)充便利⑤體積小，體重輕，價(jià)格低。

應(yīng)用：①依次限制②定時(shí)限制③過(guò)程限制④數(shù)據(jù)處理⑤數(shù)據(jù)處理⑥其他

實(shí)現(xiàn)的功能：①依次限制②過(guò)程限制③計(jì)數(shù)定時(shí)限制④模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換⑤數(shù)據(jù)

處理⑥通信和聯(lián)網(wǎng)⑦冗余限制⑧監(jiān)控功能⑨其他功能

(2)STD工控機(jī)

特點(diǎn)：①采納165XI14mm的小板結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度好，抗沖擊，抗振動(dòng)，抗老化和抗干擾

實(shí)力強(qiáng)；

小板上元件少，因此散熱性能好，提高了系統(tǒng)的牢靠性和可維護(hù)性。此外，元器件都經(jīng)過(guò)

嚴(yán)格篩選和老化處理，使其產(chǎn)品的平均無(wú)故障間隔時(shí)間(MTBF)達(dá)60年。

②供應(yīng)大量功能模塊(近千種)，模塊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，用戶可依據(jù)實(shí)際須要選擇各種模塊和軟

件構(gòu)成工業(yè)限制系統(tǒng)。既提高了設(shè)計(jì)的效率又降低了系統(tǒng)的成本。

③兼容開放式的總線結(jié)構(gòu)，使STD總線可支持多種8位CPU,包括Z80,M68系列和PC

系列的多種產(chǎn)品。采納周期竊取和分時(shí)復(fù)用技術(shù)，可敏捷地?cái)U(kuò)充升級(jí)16位和32位的CPU,

配套性和兼容性好。

④總線模板上各接口之間呈直線連接，信號(hào)最短距離傳送，運(yùn)行速度高，削減了干擾，對(duì)

軟件(系統(tǒng)軟件)采納固化措施，提高了牢靠性。

應(yīng)用場(chǎng)合：由于以上特點(diǎn)，STD總線可適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)，灰塵，高溫，有害氣體，電

磁干擾等惡劣環(huán)境，成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)首選的限制機(jī)。

(3)工業(yè)PC機(jī)IPC

特點(diǎn)：①牢靠性高②實(shí)時(shí)性好③環(huán)境適應(yīng)實(shí)力強(qiáng)④小板結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，完善的

I/O通道⑤系統(tǒng)開放性好⑥性能價(jià)格比高

第五章

15,什么是傳感器？傳感器有哪些主要的技術(shù)指標(biāo)？選用傳感器應(yīng)當(dāng)遵循哪些規(guī)則？

答：傳感器是一種能感知某一被測(cè)量，并將被測(cè)量變換為相應(yīng)的其它量的器件或裝置。

傳感器的技術(shù)指標(biāo)：

(1)輸入特性

1量程測(cè)量上限及下限的差

1過(guò)載超出傳感器測(cè)量范圍的最大允許輸入值

(2)靜態(tài)響應(yīng)特性

I精度測(cè)量結(jié)果及“真值”的靠近程度

1辨別率對(duì)被測(cè)量相對(duì)變化的最高反應(yīng)實(shí)力

1靈敏性輸出量變化值及相應(yīng)輸入量變化值之比

1穩(wěn)定性在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持性能參數(shù)的實(shí)力

(3)動(dòng)態(tài)特性

動(dòng)態(tài)特性是指被測(cè)量在變化時(shí)傳感器的輸出量是否能追隨輸入量的變化，分為階躍響應(yīng)和頻

率響應(yīng)兩類，可依據(jù)其特性曲線的特征值來(lái)判定。主要的指標(biāo)是時(shí)間常數(shù)T,上升時(shí)間Tr,

建立時(shí)間Ts,過(guò)沖量a,衰減比5等。

選用傳感器的一般規(guī)則：

(1)及測(cè)量條件有關(guān)的事項(xiàng)

測(cè)量的目的，被測(cè)量的類型，測(cè)量的范圍，測(cè)量所需的時(shí)間

(2)及傳感器性能有關(guān)的事項(xiàng)

靜態(tài)響應(yīng)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

(3)及運(yùn)用條件有的事項(xiàng)

場(chǎng)所，溫度，濕度，是否及其它設(shè)備相連，外界干擾，功率容量，外形尺寸，重量等。

(4)其它

傳感器的性能價(jià)格比，生產(chǎn)廠家的服務(wù)，交貨時(shí)間，保修時(shí)間，零配件的供應(yīng)等。

16,在模擬量輸入通道中，信號(hào)調(diào)理包括哪幾部分?

答：放大器，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，濾波器

17,畫出模擬量輸入（輸出）通道的結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明各部分的作用。

答：模擬量輸入通道原理框圖

多路開關(guān)：1,將待測(cè)控的多路參數(shù)分時(shí)接通，送入通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；

2,將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)分時(shí)的經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，限制執(zhí)行器的執(zhí)行。

兩種用途可采納同一種多路開關(guān)，但詳細(xì)任務(wù)不同，常將前者稱為多路開關(guān),

后者稱為多路安排器。

18,說(shuō)明下列名詞：采樣，量化，編碼。

答：采樣：將模擬信號(hào)變?yōu)橐淮}沖信號(hào)，采樣的輸出跟隨模擬量輸入的變化。

保持：保持采樣時(shí)的信號(hào)不變，直到保持命令撤消為止，以便完成A/D轉(zhuǎn)換。

量化：將采樣時(shí)刻的信號(hào)按最小量化單位取整。

編碼：將量化后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼形式，即數(shù)字量，屬于無(wú)誤差的等效轉(zhuǎn)化，編碼后的

數(shù)字量可由計(jì)算機(jī)識(shí)別并處理。

解碼：將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬脈沖信號(hào)。

19,什么是孔徑時(shí)間（TAP）和捕獲時(shí)間（TAC）?

答：孔徑時(shí)間指保持命令發(fā)出后到邏輯輸入限制的開關(guān)完全斷開所需時(shí)間。TAP的存在影

響A/D轉(zhuǎn)換的精度。

捕獲時(shí)間是采樣命令發(fā)出后，輸出值從保持值到達(dá)當(dāng)前輸入信號(hào)值所需時(shí)間.TAC影響采

樣頻率的提高。

20,A/D轉(zhuǎn)換器按轉(zhuǎn)換方式如何分類？敘述各種轉(zhuǎn)換方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：A/D轉(zhuǎn)換器按轉(zhuǎn)換方式分類：逐次靠近型，雙積分型，V/F,型變換器

各種A/D轉(zhuǎn)換方法比較

轉(zhuǎn)換方法分辨率速度特點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)合

逐次逼近AD較?高離性能較好溫度、壓力、流量

抗干擾較差電量等大部分場(chǎng)合

積積分ADC高低抗干擾強(qiáng)數(shù)字電壓表、溫度

精度高測(cè)量等低速場(chǎng)合

E—△ADC商較高精度高低頻、小信號(hào)高

精度測(cè)量

VFC校高較高抗干擾強(qiáng)速度不高的采集

可以送傳系統(tǒng)

21,D/A輸出中，說(shuō)明（1）什么是單極性和雙極性輸出？（2）什么是左對(duì)齊和右對(duì)齊

答：（1）單極性輸出：指輸入的數(shù)字量為最小到最大時(shí)輸出電壓全為正或全為負(fù)。

在電壓輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器中，因其片內(nèi)含有一級(jí)運(yùn)算放大器，已經(jīng)將模擬電流量轉(zhuǎn)

換為模擬電壓量輸出，因而屬于單極性輸出類型；而電流輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器中，為了保

證梯形電阻網(wǎng)路各支路及各臂壓降穩(wěn)定不變，必需將OUT1端接“虛地”。因此，經(jīng)常將電流

輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器的電流輸出端及一電壓放大器相連接，而構(gòu)成單極性的電壓輸出方式。

雙極性輸出：指輸入的數(shù)字量為最小到最大時(shí)輸出電壓部分為正部分為負(fù)。

在隨動(dòng)系統(tǒng)中，例如伺服電機(jī)限制系統(tǒng)，由偏差產(chǎn)生的限制量，不僅及其大小有關(guān)，而

且還及限制量的極性有關(guān)，因而要求D/A轉(zhuǎn)換器為負(fù)載供應(yīng)雙極性電壓的輸出方式。

（2）XXXXDllDIOD9D8DllD101）9D8D7D6D5D4

1）71）6D5D4D3D2DIDOD3D2DIDOXXXX

（a）向右對(duì)齊數(shù)據(jù)格式（b）向左對(duì)齊數(shù)據(jù)格式

“向右對(duì)齊數(shù)據(jù)”時(shí)，將單片機(jī)的D0-D7及D/A轉(zhuǎn)換器的D0-D7連接，再將單片微機(jī)的

數(shù)據(jù)總線中D3~D0及D/A轉(zhuǎn)換器的DI1~D8對(duì)應(yīng)連接起來(lái)。

“向左對(duì)齊數(shù)據(jù)”時(shí)，將單片機(jī)的D0-D7及D/A轉(zhuǎn)換器的D11-D4連接，再將單片微機(jī)的數(shù)

據(jù)總線中D7-D4及D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D3-D0對(duì)應(yīng)連接起來(lái).

22,在限制系統(tǒng)中，執(zhí)行器按所需能量分，分成哪三類？各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

答：A.電動(dòng)執(zhí)行器。

?分為電機(jī)式和電磁式兩類。

電機(jī)式包括伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等。電磁式包括繼電器，接觸器，電磁閥，電磁離合器

等。

?電動(dòng)執(zhí)行器具有響應(yīng)速度快，及計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的主要執(zhí)行

機(jī)構(gòu)。

?其中步進(jìn)電機(jī)由于可以直接接受數(shù)字量，并且執(zhí)行速度快，精度高，在計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)

中得到了廣泛的應(yīng)用。

B.氣動(dòng)執(zhí)行器。

?氣動(dòng)執(zhí)行器分為薄膜式和活塞式兩種。

?氣動(dòng)執(zhí)行器由接收器，噴嘴擋板結(jié)構(gòu)，氣馬達(dá)或作動(dòng)筒等部分組成。接收器接受計(jì)算機(jī)

發(fā)來(lái)的限制命令，將電量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮盒盘?hào)，驅(qū)動(dòng)氣馬達(dá)或作動(dòng)筒運(yùn)轉(zhuǎn)，開啟或關(guān)閉閥門，

完成執(zhí)行功能。

?氣動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出推力大，價(jià)格低廉，防火防爆,常用于石油，化工,

冶金，電力等部門。

C.液壓執(zhí)行器。

?液壓執(zhí)行器由限制部分（節(jié)流閥，射流噴管，可調(diào)泵）和執(zhí)行部分（液壓馬達(dá)，動(dòng)力作

動(dòng)簡(jiǎn)）組成，可將油液壓力轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

?液壓執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行無(wú)級(jí)變速，輸出功率大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，修理便利，常用于

傳送大扭矩和推力的場(chǎng)所。

種類構(gòu)造體積配管線推力”動(dòng)作滯后維護(hù)場(chǎng)合價(jià)格

氣動(dòng)

執(zhí)行器簡(jiǎn)單中復(fù)雜大大簡(jiǎn)單防火防爆好低

，電動(dòng)

執(zhí)行器復(fù)雜小簡(jiǎn)單小小復(fù)雜防火防爆差高

液壓

執(zhí)行器簡(jiǎn)單大復(fù)雜大,小簡(jiǎn)單防火差高

23,在開關(guān)量輸入檢出系統(tǒng)中，為何要實(shí)行隔離措施，常用的隔離措施有哪幾種？開關(guān)量

輸入輸出電路中常采納哪幾種愛護(hù)方法？

答：開關(guān)量：繼電器的合上和斷開，按鈕的按下和松開等。對(duì)于開關(guān)量限制的器件，在開

關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，如不處理可能造成計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的損壞和誤動(dòng)作。

因此在開關(guān)量輸入/輸出通道和接口設(shè)計(jì)中，必需考慮信號(hào)的調(diào)理和隔離。

常用隔離措施：a,光電隔離b,繼電器隔離c,變壓器隔離

開關(guān)量輸入檢出電路中常采納愛護(hù)方法：

24,說(shuō)明繼電器的工作原理，選用繼電器應(yīng)考慮哪些因素？

答：繼電器是電器限制中最常用的一種限制器。繼電器由通電線圈和觸點(diǎn)（常開或常閉觸點(diǎn)）

構(gòu)成。

工作原理：當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用，使開關(guān)觸點(diǎn)閉合或打開，接通或斷開執(zhí)行器,

完成限制功能。通電線圈用直流低電壓限制（如9V,12V,24V）,觸點(diǎn)輸出部分可以直接

及220V或380V市電和工業(yè)用電相連。

選用繼電器時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮下面因素：

a繼電器的額定工作電壓（或電流）。

b接點(diǎn)的數(shù)量，種類和負(fù)荷，吸合和釋放的時(shí)間。

c繼電器的體積和封裝形式。

d繼電器的工作環(huán)境。

25,SSR及繼電器相比有何優(yōu)點(diǎn)？

答：繼電器觸點(diǎn)吸合時(shí)簡(jiǎn)單產(chǎn)生火花，引起干擾，影響系統(tǒng)牢靠性。SSR用晶體管或可控

硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)，并將光電隔離器融為一體（是一種帶光電隔離的無(wú)觸點(diǎn)通

斷型大型功率電子開關(guān)）。它比電磁繼電器工作牢靠，并有壽命長(zhǎng)，對(duì)外干擾小，抗干擾實(shí)

力強(qiáng)，開關(guān)速度快，運(yùn)用便利，輸入及TTL和CMOS電平兼容等特點(diǎn)，故在工業(yè)限制中

應(yīng)用廣泛。

26,在計(jì)算器限制中，采納哪幾種大功率器件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的工作？

答：a門電路b大功率管c繼電器和固態(tài)繼電器d可控硅

27,試述步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。

答：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成角位移或直線位移的執(zhí)行器件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程限

制和儀表中。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理：步進(jìn)電機(jī)由定子轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子由多個(gè)矩形小齒勻稱分布在園周上;

定子嵌裝有多相不同連接的限制繞組，定子的繞組線圈，由專用的電源供應(yīng)電脈沖信號(hào)，使

定子的磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并及轉(zhuǎn)子形成磁路，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)肯定的角度。

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移及表5T4幾種步進(jìn)電機(jī)種類結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

小門目WAIT少，P小哦閑式

通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)速，”“工定、轉(zhuǎn)子沿電機(jī)軸分為m段，制造簡(jiǎn)單，起動(dòng)

每定子鐵心上繞有一組控制運(yùn)行頻率高，

具有精度高，能快速啟停線圖消耗功率大

等優(yōu)點(diǎn)。永磁式定子為凸極，極上無(wú)小齒，步距角大，起動(dòng)

繞有m相繞組運(yùn)行頻率低，消耗功

率小

永磁感定子與感應(yīng)式相同，轉(zhuǎn)子步距角小，較高

應(yīng)子式由環(huán)形磁鐵和兩端的起動(dòng)運(yùn)行頻率，結(jié)

28,在三相步進(jìn)電機(jī)中，說(shuō)鐵心組成構(gòu)復(fù)雜

明：(1)三相的含義(2)三相單三并1,三相雙三拍，三相六拍於J通電依次

答：(1)三相：電機(jī)的定子上有6個(gè)專孽分磁極，A,A',B,B',C,C',相鄰兩個(gè)磁

極間夾角600,相對(duì)兩個(gè)磁極組成一本目，構(gòu)成A-A',B-B',C-Cy三相。

(2)a三相單三拍，通電依次為A13CA

b三相雙三拍，通電依次為ABBCCAAB

c三相六拍，通電依次為AABBBCCCAA

第六章

29,計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的軟件的分類，軟件應(yīng)具有哪些主要特點(diǎn)？什么是依次查表法，計(jì)

算查表法和對(duì)分查表法？

答：計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的軟件的分類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件

計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的軟件應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn)：

a,實(shí)時(shí)性對(duì)系統(tǒng)的一