計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與系統(tǒng)胡乃平課后答案

緒論1．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括哪幾個(gè)部分？答：典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、過程通道、操作控制臺(tái)和常用的外部設(shè)備。2．什么是過程通道？過程通道主要有哪幾種？答：過程通道是被控對(duì)象與主機(jī)進(jìn)行信息交換的通道。根據(jù)信號(hào)的方向和形式，過程通道分為4種：模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。3．根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和在實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可分為哪幾類？各有何特點(diǎn)？答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般分為操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)6大類。（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制安全、靈活，人的介入使該系統(tǒng)可以應(yīng)用于一些復(fù)雜的、不便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制的場(chǎng)合；（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)的軟硬件替代自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多回路多參數(shù)的控制，系統(tǒng)靈活性大、可靠性高，能實(shí)現(xiàn)各種從常規(guī)到先進(jìn)的控制方式。（3）計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)利用有效的資源去完成生產(chǎn)過程控制的參數(shù)優(yōu)化，協(xié)調(diào)各直接控制回路的工作，而不參與直接的控制，所以計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)是安全性、可靠性較高的一類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；（4）集散控制系統(tǒng)采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治、綜合協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)原則，形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級(jí)分布式控制，由于生產(chǎn)過程分別由獨(dú)立的控制器進(jìn)行控制，控制器故障分散，局部的故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，從而提高了系統(tǒng)工作的可靠性；（5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)利用現(xiàn)場(chǎng)總線將各智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、各級(jí)計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化設(shè)備互聯(lián)，形成了一個(gè)數(shù)字式全分散雙向串行傳輸、多分支結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)通信的通信網(wǎng)絡(luò)，采用了基于開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù)，突破了DCS采用專用通信網(wǎng)絡(luò)的局限；同時(shí)還進(jìn)一步變革了DCS中的“集散”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成了全分布式系統(tǒng)架構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)。（6）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)將工業(yè)生產(chǎn)的全過程集成在一起，由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)在統(tǒng)一模式下處理，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、工藝、加工制造到產(chǎn)品的檢驗(yàn)出廠一體化的模式，并提出了并行工程的概念，即將傳統(tǒng)串行流程部分改為并行流程，大幅加快了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到出廠的周期。計(jì)算機(jī)集成制造已經(jīng)將制造集成轉(zhuǎn)換為信息集成，并融入了企業(yè)的全面管理和市場(chǎng)營銷。CIMS是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，它需要有許多基礎(chǔ)的應(yīng)用平臺(tái)的支持，實(shí)現(xiàn)的是企業(yè)物流、資金流和信息流的統(tǒng)一。4．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在深度和廣度兩方面各有何發(fā)展趨勢(shì)？答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化和綜合化的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，其結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，向著網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展；隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)控制系統(tǒng)自動(dòng)化與智能化水平需求的提高，模糊控制技術(shù)、預(yù)測(cè)控制技術(shù)、專家控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、最優(yōu)控制技術(shù)、自適應(yīng)控制技術(shù)、數(shù)字孿生、機(jī)器學(xué)習(xí)等將在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制的工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)已不再是單一的控制系統(tǒng)，而是集成的多目標(biāo)、多任務(wù)的綜合控制系統(tǒng)，即把整體上相關(guān)、功能上相對(duì)獨(dú)立、位置上相對(duì)分散的子系統(tǒng)或部件組成一個(gè)協(xié)調(diào)控制的綜合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)什么叫傳感器及變送器？答：傳感器（Sensor）是指能把物理、化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用和輸出的電信號(hào)，用于獲取被測(cè)信息，完成信號(hào)的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換的器件。變送器（Transducer）是將工藝變量（如溫度、壓力、流量、液位、成分等）和電氣信號(hào)（如電流、電壓、頻率、氣壓信號(hào)等）調(diào)理并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。2．簡述壓力檢測(cè)的主要方法和分類。答：壓力檢測(cè)的方法很多，按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同，一般分為以下幾類：1）液柱式壓力檢測(cè)。它是依據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。2）彈性式壓力檢測(cè)。它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成位移來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。3）負(fù)荷式壓力檢測(cè)。它是基于靜力平衡原理進(jìn)行壓力測(cè)量的。4）電氣式壓力檢測(cè)。它是利用敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電阻、電感、電容、電位差等。5）其他壓力檢測(cè)方法，如彈性振動(dòng)式壓力計(jì)、壓磁式壓力計(jì)。彈性振動(dòng)式壓力計(jì)是利用彈性元件受壓后其固有振動(dòng)頻率發(fā)生變化這一原理制成的，其本質(zhì)是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。壓磁式壓力計(jì)是利用鐵磁材料在壓力作用下會(huì)改變其磁導(dǎo)率的物理現(xiàn)象而制成的。3．簡述溫度檢測(cè)的主要方法和分類。答：根據(jù)測(cè)量方法，可將溫度測(cè)量劃分為接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩大類。（1）接觸式測(cè)溫是基于物體的熱交換原理設(shè)計(jì)而成的。接觸式測(cè)溫儀表主要有：基于物體受熱膨脹原理制成的膨脹式溫度檢測(cè)儀表；基于密閉容積內(nèi)工作介質(zhì)隨溫度升高而壓力升高的性質(zhì)制成的壓力式溫度檢測(cè)儀表；基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化而變化的熱電阻溫度檢測(cè)儀表；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測(cè)儀表。（2）非接觸式測(cè)溫是基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)而成的。目前應(yīng)用較廣的非接觸式測(cè)溫儀表有輻射溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、光電高溫計(jì)、比色溫度計(jì)等。其他測(cè)溫技術(shù)，如光纖測(cè)溫技術(shù)、集成溫度傳感器測(cè)溫技術(shù)等也在不同領(lǐng)域得到應(yīng)用。4．簡述熱電偶測(cè)溫的原理。答：熱電偶溫度計(jì)是利用不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)來測(cè)溫的。5．物位儀表分為哪幾類？答：物位儀表按工作原理可分為以下幾種：1）直讀式物位測(cè)量儀表：最原始但仍應(yīng)用較多的物位測(cè)量儀表，主要有玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等。2）浮力式物位測(cè)量儀表：利用浮子高度隨液位變化而改變或液體對(duì)浸沉于液體中的浮子（或稱沉筒）的浮力隨液位高度而變化的原理來工作。3）靜壓式物位測(cè)量儀表：利用液柱或物料堆積對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力，測(cè)量該點(diǎn)壓力或測(cè)量該點(diǎn)與另一參考點(diǎn)的壓差而間接測(cè)量物位的儀表。4）電磁式物位測(cè)量儀表：將物位的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化，進(jìn)行間接測(cè)量物位的儀表。它可以分為電阻式（即電極式）、電容式和電感式物位儀表等，還有利用壓磁效應(yīng)工作的物位儀表。5）電容式物位儀表：通過測(cè)量物料和電極之間的電容變化來確定物位高度。6）射頻導(dǎo)納物位儀表：通過測(cè)量射頻信號(hào)在傳感器上的阻抗變化來確定物位高度。7）核輻射式物位儀表：利用核輻射透過物料時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度而變化的原理而工作，目前應(yīng)用較多的是γ射線。8）聲波式物位測(cè)量儀表：物位的變化可引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同，通過測(cè)量這些變化就可測(cè)出物位。因此，聲波式物位測(cè)量儀表可以根據(jù)它的工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。9）光學(xué)式物位測(cè)量儀表：利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理進(jìn)行測(cè)量，可利用的光源有普通白熾燈光或激光等。10）雷達(dá)物位儀表：通過發(fā)射和接收雷達(dá)波的時(shí)間差來測(cè)量物位。還有一些其他形式的物位測(cè)量儀表，如射流式、稱重式、熱敏式、音叉式等多種類型，而新原理、新品種仍在不斷發(fā)展之中。6．簡述電容式差壓變送器的工作原理。答：電容式差壓變送器主要由兩組平行板電容組成，這些電容通常被設(shè)計(jì)為可變電容，其電容量會(huì)隨著外部壓力的變化而變化。變送器內(nèi)部通常包含一個(gè)彈性元件（如膜片）當(dāng)流體施加壓力時(shí)，彈性元件（膜片）會(huì)產(chǎn)生位移。這個(gè)位移會(huì)改變可變電容中可移動(dòng)極板與固定極板之間的距離，從而改變了電容器的電容量。差動(dòng)電容的相對(duì)變化量再通過電容/電流轉(zhuǎn)換電路成比例地轉(zhuǎn)換成差動(dòng)電流信號(hào)，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成4～20mA電流輸出。7．簡述常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行器的工作原理。答：（1）常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1）常見的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩大類。其中薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)最為常用，它可以用作一般調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，組成氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行器。氣動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力p作用于膜片，使其變形，帶動(dòng)膜片上的推桿移動(dòng)，使閥芯產(chǎn)生位移，從而改變閥的開度。2）電動(dòng)執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，伺服放大器接收控制器發(fā)來的控制信號(hào)（1～3路），將其同電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出位移的反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，若存在偏差，則差值經(jīng)過功率放大后，驅(qū)動(dòng)兩相伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。再經(jīng)減速器減速，帶動(dòng)輸出軸改變轉(zhuǎn)角θ。若差值為正，則伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，輸出軸轉(zhuǎn)角增大；若差值為負(fù)，則伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，輸出軸轉(zhuǎn)角減小。當(dāng)差值為零時(shí)，伺服放大器輸出接點(diǎn)信號(hào)讓電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與該輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置上。（2）常用的執(zhí)行器按動(dòng)力能源分類，分為氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器和液動(dòng)執(zhí)行器。1）氣動(dòng)執(zhí)行器利用壓縮空氣作為能源，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價(jià)格較低；它可以方便地與氣動(dòng)儀表配套使用，即使采用電動(dòng)儀表或計(jì)算機(jī)控制時(shí)，只要經(jīng)過電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為0.02～0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，仍然可用氣動(dòng)執(zhí)行器2）電動(dòng)執(zhí)行器接收來自控制器的4～20mA或0～10mA直流電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。電動(dòng)執(zhí)行器有角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等類型。角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力元件，將輸入的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（0°～90°），這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收輸入的直流電流信號(hào)后使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種控制閥和其他直線式控制機(jī)構(gòu)。多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用來開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門，由于它的電動(dòng)機(jī)功率比較大，最大的有幾十千瓦，一般多用于就地操作和遙控。這三種類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是以兩相交流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的位置伺服機(jī)構(gòu)，三者電氣原理完全相同，只是減速器不一樣。3）液動(dòng)執(zhí)行器包括液壓缸、液壓閥和液壓泵。液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓執(zhí)行元件。液壓閥是一種用壓力油操作的自動(dòng)化元件，它受配壓閥壓力油的控制，通常與電磁配壓閥組合使用，可用于遠(yuǎn)距離控制水電站油、氣、水管路系統(tǒng)的通斷，常用于夾緊、控制、潤滑等油路。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，是靠發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從液壓油箱中吸入油液，形成壓力油排出，送到執(zhí)行元件的一種裝置。8．簡述TT302溫度變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理。答：TT302溫度變送器的硬件系統(tǒng)組成主要包括輸入板、主電路板和液晶顯示器三部分。1）輸入板：主要包括多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和隔離電路，其作用是將輸入的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，送給CPU。輸入板上的環(huán)境溫度傳感器用于熱電偶測(cè)量時(shí)的冷端溫度補(bǔ)償。隔離電路包括信號(hào)的隔離和電源的隔離兩部分。2）主電路板：包括CPU、通信控制器、信號(hào)整形電路、電源電路等，它是變送器的核心部分。CPU控制整個(gè)儀表各部分協(xié)調(diào)工作，完成數(shù)據(jù)的運(yùn)算、處理、傳遞和通信等功能。通信控制器和信號(hào)整形電路與CPU共同完成數(shù)據(jù)的通信功能。TT302溫度變送器由現(xiàn)場(chǎng)總線電源通過通信電纜供電，供電電壓為DC9～32V。3）液晶顯示器：通過一個(gè)低功耗的顯示器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示功能。TT302溫度變送器的軟件分為系統(tǒng)程序和功能模塊。系統(tǒng)程序保證變送器各硬件電路的正常工作并實(shí)現(xiàn)所規(guī)定各項(xiàng)功能，同時(shí)完成各組成部分之間的管理。功能模塊提供了各種功能，用戶可以選擇所需要的功能模塊以實(shí)現(xiàn)用戶所要求的功能。用戶可以通過上位管理計(jì)算機(jī)或手持式組態(tài)器，對(duì)變送器進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)，調(diào)用或刪除功能模塊。9．簡述交流、直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理。答：（1）交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)相似，當(dāng)它在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組固定地接到交流電源上，當(dāng)控制繞組上的控制電壓為零時(shí)，氣隙內(nèi)磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)。若有控制電壓加在控制繞組上，且控制繞組內(nèi)流過的電流和勵(lì)磁繞組的電流不同相，則在氣隙內(nèi)會(huì)建立一定大小的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。此時(shí)，就電磁過程而言，就是一臺(tái)分相式的單相異步電動(dòng)機(jī)，因此電動(dòng)機(jī)就有了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就立即旋轉(zhuǎn)。但是，這種伺服性僅僅表現(xiàn)在伺服電動(dòng)機(jī)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)下。伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起執(zhí)行命令的作用，因此不僅要求它在靜止?fàn)顟B(tài)下能服從控制電壓的命令而轉(zhuǎn)動(dòng)，而且要求它在受控起動(dòng)以后，一旦信號(hào)消失，即控制電壓除去，電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。如果伺服電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)得和一般單相異步電動(dòng)機(jī)差不多，它就會(huì)和單相異步電動(dòng)機(jī)一樣，電動(dòng)機(jī)一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，即使在單相勵(lì)磁下，也會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣電動(dòng)機(jī)就會(huì)失去控制。伺服電動(dòng)機(jī)的這種失控而自行旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。“自轉(zhuǎn)”的原因是控制電壓消失后，電動(dòng)機(jī)仍有與原轉(zhuǎn)速方向一致的電磁轉(zhuǎn)矩。消除“自轉(zhuǎn)”的方法是消除與原轉(zhuǎn)速方向一致的電磁轉(zhuǎn)矩，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與原轉(zhuǎn)速方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。可以通過增加轉(zhuǎn)子電阻的辦法來消除“自轉(zhuǎn)”。（2）直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和普通直流電動(dòng)機(jī)相同，給電動(dòng)機(jī)定子的勵(lì)磁繞組通以直流電流，會(huì)在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生磁通，當(dāng)電樞繞組兩端加直流電壓并產(chǎn)生電樞電流時(shí)，這個(gè)電樞電流與磁通相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩就會(huì)使伺服電動(dòng)機(jī)投入工作。這兩個(gè)繞組其中一個(gè)斷電時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)，它不像交流伺服電動(dòng)機(jī)那樣有“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。10．簡述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理。答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理將脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。11．簡述液壓缸的分類。答：液壓缸的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其分類方法也有多種：按運(yùn)動(dòng)方式可分為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)式和回轉(zhuǎn)擺動(dòng)式；按受液壓力作用情況可分為單作用式、雙作用式；按結(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、多級(jí)伸縮套筒式，齒輪齒條式等；按安裝形式可分為拉桿、耳環(huán)、底腳、鉸軸等；按壓力等級(jí)可分為16MPa、25MPa、31.5MPa等。12．簡述液壓閥的分類和特點(diǎn)。答：液壓閥按不同的分類方法可有許多種類型。（1）按功能分1）壓力控制閥：溢流閥、減壓閥、順序閥等。2）方向控制閥：單向閥、電磁換向閥、電液換向閥等。3）流量控制閥：節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流節(jié)流閥、分流閥等。（2）按液壓系統(tǒng)的壓力分1）低壓閥：允許使用壓強(qiáng)≤6MPa。2）中壓閥：允許使用壓強(qiáng)≤16MPa。3）高壓閥：允許使用壓強(qiáng)>16MPa。（3）按閥的工作方式分1）開關(guān)型液壓閥：工作在開和關(guān)兩種工作狀態(tài)，通過控制電磁鐵的通斷來實(shí)現(xiàn)。2）模擬量液壓閥：連續(xù)控制液壓系統(tǒng)的壓力、流量的變化，如比例閥、伺服閥，它是通過對(duì)比例電磁鐵輸入連續(xù)變化的模擬量信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。液壓閥的特點(diǎn)：1）動(dòng)作靈活，作用可靠，工作時(shí)沖擊和振動(dòng)小，噪聲小，使用壽命長。2）流體通過液壓閥時(shí)，壓力損失??；閥口關(guān)閉時(shí)，密封性能好，內(nèi)泄漏小，無外泄漏。3）所控制的參量（壓力或流量）穩(wěn)定，受外部干擾時(shí)變化量小。4）結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)試、使用、維護(hù)方便，通用性好。13．簡述液壓泵的分類和性能參數(shù)。答：液壓泵的分類方法很多，按流量是否可調(diào)節(jié)分為變量泵和定量泵。按液壓系統(tǒng)中常用的泵結(jié)構(gòu)分為齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵。液壓泵的性能參數(shù)主要有：液壓泵壓力、轉(zhuǎn)速、排量、流量和效率。總線與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)什么叫總線？為什么要制定計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)？答：一般來說，總線就是一組線的集合，它定義了各引線的電氣、機(jī)械、功能和時(shí)序特性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。采用總線標(biāo)準(zhǔn)的目的主要有二條：一是生產(chǎn)廠能按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造計(jì)算機(jī)；二是用戶可以把不同生產(chǎn)廠制造的各種型號(hào)的模板或設(shè)備用一束標(biāo)準(zhǔn)總線互相連接起來，因而可方便地按各自需要構(gòu)成各種用途的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)總線可以分為哪些類型？答：總線的分類方法比較多，按照不同的分類方法，總線有不同的名稱。按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，通常可以把總線分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、控制總線CB和電源總線PB；依據(jù)總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置，一般把總線分為：片內(nèi)總線、內(nèi)部總線和外部總線；依據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式，一般把總線分為：串行總線和并行總線；依據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方向，一般把總線分為：單向總線和雙向總線。評(píng)價(jià)總線的性能指標(biāo)有哪些？答：一般從如下幾個(gè)方面評(píng)價(jià)一種總線的性能高低：總線時(shí)鐘頻率、總線寬度、總線傳輸速率。4. STD總線有哪些特點(diǎn)？答：STD總線結(jié)構(gòu)簡單，有56根引腳；STD總線定義了一個(gè)8位微處理器總線標(biāo)準(zhǔn)；通過采用周期竊取和總線復(fù)用技術(shù)，使STD總線升級(jí)為8位/16位微處理器兼容總線，可以支持16位微處理器；通過附加系統(tǒng)總線與局部總線的轉(zhuǎn)換技術(shù)，又開發(fā)出對(duì)32位微處理器兼容的STD32總線。常用的PC總線有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：ISA總線、MCA總線、EISA總線、PC/104總線、PCI總線、PCIExpress總線。ISA總線是8位和16位數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速率為16MB/s，尋址空間為16MB；MCA總線的數(shù)據(jù)寬度為32位，支持猝發(fā)方式，數(shù)據(jù)的傳輸速率達(dá)33Mbps，支持4GB的尋址能力，在電氣上還是在物理上均與ISA不兼容；EISA總線具有MCA的全部功能，并與傳統(tǒng)的ISA完全兼容；PC/104總線是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，實(shí)質(zhì)上就是一種緊湊型的IEEE-P996；PCI總線一種先進(jìn)的高性能局部總線，它支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊和線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式；PCIExpress總線是新型的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是全面取代現(xiàn)行的總線標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，它的主要優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)傳輸速率高，PCIE5.0的吞吐量可達(dá)64GB/s。6. 簡述PCI總線的性能特點(diǎn)。答：①高性能。②線性猝發(fā)傳輸。③采用總線主控和同步操作。④具有即插即用（PlugPlay）功能。⑤PCI總線與CPU異步工作。⑥兼容性強(qiáng)。⑦低成本、高效益。7. 簡述RS-232C、RS-485和RS-422總線的特點(diǎn)和性能。答：RS-232C總線：非平衡的連接方式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、公用地線。通信距離應(yīng)小于15m，最高通信速率為115200bps。RS-485總線：一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它是RS-422A性能的擴(kuò)展，是真正意義上的總線標(biāo)準(zhǔn)。最大傳輸距離為1200m，最高傳輸速率為10Mbps。RS-422總線：是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸?shù)目偩€標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸距離為1200m，最大傳輸速率為10Mbps。8. RS-232C總線常用的有哪些信號(hào)？如何通過該接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送？答：常用的9根引腳分為兩類：一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳，另一類是用于MODEM的控制和反映其狀態(tài)的引腳。基本數(shù)據(jù)傳送引腳包括：TXD、RXD和GND（2、3、7引腳）。MODEM控制和狀態(tài)引腳分為兩組，一組為DTR和RTS，另一組為DSR、CTS、CD和RI?？梢允褂肕ODEM設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE，如計(jì)算機(jī)、終端顯示器，通過RS-232C接口和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE如MODEM連接起來，再通過電話線和遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行通信。9. 什么是平衡方式和不平衡傳輸方式？試比較兩種方式的性能。答：平衡傳輸方式也稱作差分傳輸，典型代表是RS-422和RS-485接口，使用一對(duì)雙絞線進(jìn)行信息傳輸，具有抗共模干擾能力，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速率高。不平衡傳輸方式即單端傳輸，典型代表是RS-232C接口，收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)是相對(duì)于信號(hào)地來傳輸?shù)模磾?shù)據(jù)信號(hào)通過一根信號(hào)線傳輸，以信號(hào)地作為參考電位，抗干擾能力較弱，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速度低，一般采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。10. USB數(shù)據(jù)傳輸方式有哪幾種？USB協(xié)議中是如何區(qū)分高速設(shè)備和低速設(shè)備的？答：在USB1.1版本中定義了兩種速度的傳輸工作模式，低速模式和全速模式，低速模式下數(shù)據(jù)傳輸速度為1.5Mbps，全速模式下USB的傳輸速度峰值達(dá)到了12Mbps。在USB2.0版本中推出了高速模式，將USB總線的傳輸速度提高到了480Mbps的水平。區(qū)分全速和低速連接主要在于設(shè)備端，全速連接法需要在D+上接一個(gè)1.5kΩ的上拉電阻，而低速接法是將此電阻接到D-上。11. 按照網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為哪幾類？并對(duì)每類加以說明。答：1）星形網(wǎng)：以一臺(tái)中心處理機(jī)為主而構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，其他入網(wǎng)的計(jì)算機(jī)僅與該中心處理機(jī)之間有直接的物理鏈路，中心處理機(jī)采用分時(shí)的方法為入網(wǎng)機(jī)器服務(wù)。2）環(huán)形網(wǎng)：入網(wǎng)機(jī)器通過中繼器接入網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)中繼器僅與兩個(gè)相鄰的中繼器有直接的物理線路，所有的中繼器及其物理線路構(gòu)成了一個(gè)環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3）總線形網(wǎng)：所有入網(wǎng)機(jī)器共用一條傳輸線路，機(jī)器通過專用的分接頭接入線路。。4）網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)：利用專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信和傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，入網(wǎng)機(jī)器直接接入節(jié)點(diǎn)機(jī)進(jìn)行通信。12. 按照網(wǎng)絡(luò)的交換方式，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為哪幾類？并對(duì)每類加以說明。答：1）電路交換網(wǎng)：類同電話方式，具有建立鏈路、數(shù)據(jù)傳輸和釋放鏈路三個(gè)階段；通信過程中，自始至終占用該鏈路。且不允許其它用戶共享其信道資源。2）報(bào)文交換網(wǎng)：交換機(jī)采用具有“存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)”能力的計(jì)算機(jī)，用戶數(shù)據(jù)可以暫時(shí)保存在交換機(jī)內(nèi)，等待線路空閑時(shí)，再進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)的一次傳輸。3）分組交換網(wǎng)：類同報(bào)文交換技術(shù)，但規(guī)定了交換機(jī)處理和傳輸數(shù)據(jù)的長度（稱之為分組），不同用戶的數(shù)據(jù)分組可以交織出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中的物理鏈路上傳輸。13. OSI模型分為哪七層？并對(duì)每層的功能進(jìn)行說明。答：1）物理層：提供建立網(wǎng)絡(luò)的物理及電氣連接特性，如雙絞線、光纜、同軸電纜、連接器等等。這一層是一個(gè)硬件層，通常做成芯片，印刷電路板（網(wǎng)絡(luò)適配器）和電纜等。2）數(shù)據(jù)鏈路層：這一層能夠發(fā)現(xiàn)并通過要求重新傳送損壞的信息包糾正錯(cuò)誤。一般將其劃分為一個(gè)介質(zhì)存取控制層和一個(gè)邏輯鏈路控制層。前者負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪問和網(wǎng)絡(luò)控制，后者負(fù)責(zé)發(fā)送和接收用戶的數(shù)據(jù)信息。3）網(wǎng)絡(luò)層：這一層切換路由信息包，使之到達(dá)它們的目的地。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)尋址及傳送信息包。4）傳輸層：當(dāng)同一時(shí)刻有多個(gè)信息包在傳送時(shí)，傳輸層將控制信息報(bào)文組成部件的順序并規(guī)范輸入的信息流。如果來了一個(gè)重復(fù)的信息包，傳輸層將識(shí)別出是重復(fù)的并將其丟棄。5）會(huì)話層：使運(yùn)行于兩個(gè)工作站上的應(yīng)用程序能夠協(xié)調(diào)其間的通信使之成為一個(gè)獨(dú)立的會(huì)話。負(fù)責(zé)會(huì)話的建立，支持會(huì)話期間對(duì)信息包的發(fā)送與接收的管理及結(jié)束會(huì)話。6）表示層：當(dāng)各種計(jì)算機(jī)打算彼此傳送信息時(shí)，表示層可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器內(nèi)部的數(shù)字格式或者完成其逆過程。7）應(yīng)用層：一條將要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔?bào)文在這一層進(jìn)入OSI模型向下一層傳送，最后傳輸至物理層，并在打包后傳輸至其它工作站。之后由目的工作站的物理層向上傳送，經(jīng)過那個(gè)工作站中的應(yīng)用層直至到達(dá)需要這份信息報(bào)文的應(yīng)用程序。14. 目前局部網(wǎng)絡(luò)常用的介質(zhì)訪問控制方式有哪三種，并對(duì)每種的工作原理進(jìn)行說明，并說明其特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。答：目前局部網(wǎng)絡(luò)常用的介質(zhì)訪問控制方式有三種，即沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）、令牌環(huán)（TokenRing）、令牌總線（TokenBus）。1）沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）主要包含載波偵聽、多路訪問、沖突檢測(cè)以及沖突解決這幾個(gè)關(guān)鍵部分，廣泛應(yīng)用于早期的以太網(wǎng)中，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，CSMA/CD的效率會(huì)降低。2）在令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)中，所有的計(jì)算機(jī)或工作站被連接成一個(gè)邏輯或物理的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸是通過一個(gè)特殊的控制信號(hào),即“令牌"來管理的。令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和確定性要求較高的場(chǎng)景中，例如金融、醫(yī)療等領(lǐng)域。3）在令牌總線網(wǎng)絡(luò)中，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在拿到令牌后才能在共享總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，若節(jié)點(diǎn)不需發(fā)送數(shù)據(jù)，則將令牌交給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于令牌是順序傳遞的，因此對(duì)所有的站點(diǎn)都有公平的訪問權(quán)。令牌總線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常用于一些對(duì)實(shí)時(shí)性、確定性和可靠性要求較高且環(huán)境較為特殊的場(chǎng)景中。15. 在局域網(wǎng)中常用的傳輸媒體有哪幾種？答：用于局域網(wǎng)的傳輸技術(shù)主要有有線傳輸和無線傳輸兩類，有線傳輸使用的媒體包括雙絞線、同軸電纜和光纜，無線傳輸媒體為大氣層，使用的技術(shù)包括微波、紅外線和激光。16. 常用的調(diào)制方法有哪三種？對(duì)每種進(jìn)行說明。答：1）振幅調(diào)制。用原始脈沖信號(hào)去控制載波的振幅變化，這種調(diào)制是利用數(shù)字信號(hào)的l或0去接通或斷開連續(xù)的載波，相當(dāng)于有一個(gè)開關(guān)控制載波一樣，故又稱為振幅鍵控。2）頻率調(diào)制。用原始脈沖信號(hào)去控制載波的頻率變化。其中調(diào)頻信號(hào)可分為兩種：一種是相位連續(xù)的調(diào)頻信號(hào)，另一種是相位不連續(xù)的調(diào)頻信號(hào)，頻率調(diào)制又稱頻率鍵控。3）相位調(diào)制。用原始脈沖信號(hào)去控制載波的相位變化。調(diào)相信號(hào)可分為兩種：一種是絕對(duì)移相，另一種是相對(duì)移相，相位調(diào)制又稱相位鍵控。17. 寫出異步通信的數(shù)據(jù)幀格式，并說明其工作原理。答：異步通信方式每次傳送一個(gè)字符的數(shù)據(jù)。用一個(gè)起始位表示傳輸字符的開始，用1至2個(gè)停止位表示字符的結(jié)束，一個(gè)字符構(gòu)成一幀信息。異步通信信息幀的第一位為起始位，緊跟在起始位后面的是5～8位數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位為1位緊跟在數(shù)據(jù)位的后面，最后為停止位。發(fā)送端發(fā)送時(shí)，從低位到高位逐位順序發(fā)送。為了對(duì)傳送的信息進(jìn)行定位，必須有發(fā)送時(shí)鐘，并在發(fā)送時(shí)鐘的下降沿將信息位送出，信息位寬度為n倍發(fā)送時(shí)鐘周期，在接收端也必須有接收時(shí)鐘，為了保證發(fā)送與接收同步，接收時(shí)鐘周期應(yīng)等于發(fā)送時(shí)鐘周期。18. 寫出同步通信的數(shù)據(jù)幀格式，并說明其工作原理。答：同步通信每次傳送n個(gè)字符的數(shù)據(jù)塊。用一個(gè)或兩個(gè)同步字符表示傳送數(shù)據(jù)塊的開始，接著就是n個(gè)字符的數(shù)據(jù)塊，字符之間不允許有空隙，當(dāng)沒有字符可發(fā)送時(shí)，則連續(xù)發(fā)送同步字符。通常由用戶選擇同步字符，可以選擇一個(gè)特殊的8位二進(jìn)制碼作為同步字符，或選擇兩個(gè)連續(xù)的8位二進(jìn)制碼作為同步字符。為了保證收、發(fā)同步，收、發(fā)雙方必須使用相同的同步字符。發(fā)送端傳送時(shí)，首先對(duì)被傳送的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，形成編碼數(shù)據(jù)后再往外發(fā)送，由于每位碼元包含有數(shù)據(jù)狀態(tài)和時(shí)鐘信息，在接收端經(jīng)過解碼，便可以得到解碼數(shù)據(jù)和解碼時(shí)鐘。接收端無需設(shè)置獨(dú)立的接收時(shí)鐘源，而由發(fā)送端發(fā)出的編碼自帶時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)了收、發(fā)的自同步功能。19. 常用的幾種檢驗(yàn)編碼的方法有哪幾種？并加以說明。答：1）奇偶校驗(yàn)：一種最簡單、最直觀、應(yīng)用最廣泛的檢錯(cuò)編碼。一般由若干位有效信息（如一個(gè)字節(jié)或一幀數(shù)據(jù)），再加上一個(gè)二進(jìn)制位（校驗(yàn)位）組成校驗(yàn)編碼。2）循環(huán)冗余校驗(yàn)：發(fā)送端發(fā)出的信息由基本的信息位和CRC校驗(yàn)位兩部分組成的，發(fā)送端首先發(fā)送基本的信息位，CRC校驗(yàn)位生成器用基本的信息位除以多項(xiàng)式G（x）。接受端在接收基本信息位的同時(shí)，CRC檢驗(yàn)器用接收的基本信息位除以同一個(gè)生成多項(xiàng)式G（x），如果余數(shù)為0，則認(rèn)為傳輸正確，否則傳輸錯(cuò)誤。3）恒比碼：在通信時(shí)不是原碼傳送，而是對(duì)待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，使之編碼后的每一個(gè)字節(jié)（或每一碼組）中，“l(fā)”和“0”的個(gè)數(shù)之比保持恒定。20. 糾錯(cuò)方式有哪三種？并加以說明。答：1）重發(fā)糾錯(cuò)方式：發(fā)送端發(fā)送能夠檢錯(cuò)的信息碼（如奇偶校驗(yàn)碼），接收端根據(jù)該碼的編碼規(guī)則，判斷傳輸中有無錯(cuò)誤，并把判斷結(jié)果反饋給發(fā)送端。如果傳輸錯(cuò)，則再次發(fā)送，直到接收端認(rèn)為正確為止。2）自動(dòng)糾錯(cuò)方式：發(fā)送端發(fā)送能夠糾錯(cuò)的信息碼，而不僅僅是檢錯(cuò)的信息碼。接收端收到該碼后，通過譯碼不僅能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且能自動(dòng)地糾正傳輸中的錯(cuò)誤。但是，糾錯(cuò)位數(shù)有限，如果為了糾正比較多的錯(cuò)誤，則要求附加的冗余碼比基本信息碼多，因而傳輸效率低，譯碼設(shè)備也比較復(fù)雜。3）混合糾錯(cuò)方式：這是上述兩種方式的綜合。發(fā)送端發(fā)送的信息碼不僅能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且還具有一定的糾錯(cuò)能力。接收端收到該碼后，如果錯(cuò)誤位數(shù)在糾錯(cuò)能力以內(nèi)，則自動(dòng)地進(jìn)行糾錯(cuò)；如果錯(cuò)誤多，超出了糾錯(cuò)能力，則接收端要求發(fā)送端重發(fā)，直到正確為止。21. 列舉常見的無線通信技術(shù)。答：常用的無線通信技術(shù)包括藍(lán)牙技術(shù)、Zigbee技術(shù)、LoRa技術(shù)、NB-IOT技術(shù)、5G技術(shù)、WiFi技術(shù)等。22. 目前企業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)可分為哪三個(gè)層次？每個(gè)層都有什么功能？答：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)從下到上依次分為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、過程監(jiān)控層和信息管理層。1）信息管理層：主要用于企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)劃、銷售、庫存、財(cái)務(wù)、人事以及企業(yè)的經(jīng)營管理等方面信息的傳輸。2）過程監(jiān)控層：主要用于將采集到的現(xiàn)場(chǎng)信息置入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行先進(jìn)控制與優(yōu)化計(jì)算、集中顯示、過程數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)與歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印。3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層：主要用于控制系統(tǒng)中大量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間測(cè)量與控制信息以及其他信息（如變送器的零點(diǎn)漂移、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門開度狀態(tài)、故障診斷信息等）的傳輸。23. 什么是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？答：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是鏈接工業(yè)全系統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈，支撐工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合所形成的新興業(yè)態(tài)和應(yīng)用模式，是互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域、從虛擬經(jīng)濟(jì)向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)拓展的核心載體。第4章過程通道與人機(jī)接口什么是過程通道？過程通道由哪幾部分組成？答：過程通道負(fù)責(zé)連接計(jì)算機(jī)與生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)信息的雙向傳遞和轉(zhuǎn)換，包括模擬量、數(shù)字量的輸入/輸出。過程通道一般由以下部分組成：?模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道??。2．畫出數(shù)字量輸入/輸出通道的結(jié)構(gòu)。答：數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、地址譯碼及控制電路等組成，如下圖所示：3．在數(shù)字量輸入調(diào)理電路中，采用積分電容或RS觸發(fā)器是如何消除按鍵抖動(dòng)的？答：采用積分電容消除按鍵抖動(dòng)積分的原理是電容通過其較長的放電時(shí)間常數(shù)來平滑由于按鍵機(jī)械抖動(dòng)而產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓變化。當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的抖動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一系列快速的接通和斷開動(dòng)作，導(dǎo)致電壓信號(hào)不穩(wěn)定。積分電容并聯(lián)在按鍵兩端，可以吸收這些抖動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓波動(dòng)，使得電壓信號(hào)平緩變化，直至電容充放電到達(dá)一定電壓閾值時(shí)，才觸發(fā)電路狀態(tài)的改變。這樣，就可以消除由于按鍵抖動(dòng)而引起的誤動(dòng)作。??采用RS觸發(fā)器消除按鍵抖動(dòng)的原理是RS觸發(fā)器具有鎖存功能，可以穩(wěn)定輸入信號(hào)的狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械抖動(dòng)引起開關(guān)信號(hào)產(chǎn)生瞬時(shí)的多個(gè)開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，這種變化可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。但是，將機(jī)械開關(guān)的輸出連接到RS觸發(fā)器的輸入時(shí)，觸發(fā)器會(huì)只在輸入信號(hào)穩(wěn)定時(shí)才會(huì)響應(yīng)狀態(tài)的改變，而當(dāng)輸入信號(hào)瞬時(shí)變化時(shí)，觸發(fā)器會(huì)將之前穩(wěn)定的狀態(tài)保持不變。因此，即使按鍵抖動(dòng)導(dǎo)致輸入信號(hào)瞬時(shí)變化，RS觸發(fā)器也能輸出正確的穩(wěn)定狀態(tài)，從而消除抖動(dòng)信號(hào)的影響?23。4．?dāng)?shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)電路有哪三種形式？各有什么特點(diǎn)？答：數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)電路有晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電路、繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路和固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路三種形式。晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電路，適合于小功率直流驅(qū)動(dòng)，輸出動(dòng)作可以頻繁通斷，輸出的響應(yīng)時(shí)間在0.2ms以下。繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路，適用于交流或直流驅(qū)動(dòng)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的開關(guān)速度限制，因此輸出變化速度慢，輸出的響應(yīng)時(shí)間在10ms以上，同時(shí)繼電器輸出型是有壽命的，開關(guān)次數(shù)有限。固態(tài)繼電器（SSR）驅(qū)動(dòng)電路，適用于交流驅(qū)動(dòng)。零交叉電路可使交流電壓變化到0V附近時(shí)讓電路接通，從而減少干擾5．畫出D/A轉(zhuǎn)換器原理框圖，并說明D/A轉(zhuǎn)換的原理。答：D/A轉(zhuǎn)換器輸入的二進(jìn)制數(shù)從低位到高位（D0～Dn-1）分別控制對(duì)應(yīng)的位切換開關(guān)（BS0～BSn-1）,它們通過R-2R型電阻網(wǎng)絡(luò)，在各2R支路上產(chǎn)生與二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)成比例的電流，再經(jīng)運(yùn)算放大器A相加，并按比例轉(zhuǎn)換成模擬電壓VOUT輸出。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓VOUT與輸入的二進(jìn)制數(shù)D0～Dn-1的關(guān)系式為VOUT=-VREF(D020+D121+D222+…+Dn-12n-1)/2n其中，Di=0或1(i=0,1,…,n-1)，n表示D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。6．D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)有哪兩種？并說明每種隔離技術(shù)的特點(diǎn)。答：兩種隔離方式是模擬信號(hào)隔離和數(shù)字信號(hào)隔離。模擬信號(hào)隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是：只使用少量的光電耦合器，成本低；缺點(diǎn)是調(diào)試?yán)щy，如果光電耦合器挑選不合適，將會(huì)影響變換的精度和線性度。數(shù)字信號(hào)隔離的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試簡單，不影響轉(zhuǎn)換的精度和線性度；缺點(diǎn)是使用較多的光電耦合器，成本高。7．列出三種A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法，并加以說明。答：逐次逼近型ADC是一種常見的ADC類型，它的基本原理是它使用數(shù)字電路控制DAC輸出一個(gè)變化的電壓，并用此電壓和輸入電壓比較，經(jīng)過多次比較逐漸使DAC輸出接近輸入電壓，從而得出數(shù)字輸出。雙積分型ADC，它先對(duì)輸入采樣電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分，以獲得與采樣電壓平均值成正比的時(shí)間間隔，同時(shí)在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，用計(jì)數(shù)器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖（CP）計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果就是對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。Σ-Δ型ADC由積分器、比較器、1位D/A轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間（脈沖寬度）信號(hào)，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。8．A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路有哪些？并說明每種電路的功能。答：A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路有I/V轉(zhuǎn)換、多路模擬開關(guān)、前置放大器和采樣保持電路。I/V轉(zhuǎn)換電路將輸入的電流轉(zhuǎn)換為電壓；多路模擬開關(guān)輪流切換被測(cè)信號(hào)，采用分時(shí)A/D轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)多路被測(cè)信號(hào)共用一只A/D轉(zhuǎn)換器；前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入的小信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi)；采樣保持器把采樣值保持到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，避免輸入信號(hào)變化較大，引起轉(zhuǎn)換誤差。9．簡述矩陣式鍵盤的工作原理。答：矩陣式鍵盤的工作原理是通過逐行或逐列掃描，檢測(cè)并確定被按下的按鍵位置?。具體來說，矩陣鍵盤由多行和多列的導(dǎo)電線路組成，形成一個(gè)網(wǎng)格狀的布局，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)網(wǎng)格中的一個(gè)交叉點(diǎn)。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，該交叉點(diǎn)的行和列就會(huì)形成閉合電路，從而觸發(fā)信號(hào)。?判斷是否有鍵被按下?：將全部行線置低電平，將全部列線置高電平，然后檢測(cè)列線狀態(tài)。只要有一列的電平變?yōu)榈?，則表示鍵盤中有鍵被按下；若檢測(cè)到列線狀態(tài)無變化，所有列線均為高電平，則表示鍵盤中沒有鍵被按下?。?按鍵消抖處理?：當(dāng)檢測(cè)到鍵盤中有鍵被按下時(shí)，進(jìn)行軟件消抖處理，經(jīng)延時(shí)后確認(rèn)鍵盤中有鍵被按下，以消除因按鍵機(jī)械抖動(dòng)而產(chǎn)生的誤動(dòng)作。?按鍵識(shí)別?：當(dāng)確認(rèn)鍵盤中有鍵被按下時(shí)，轉(zhuǎn)入逐行掃描的方法來確定到底是哪一個(gè)鍵被按下。先掃描第一行，即將第一行輸出低電平，然后讀入列值，哪一列出現(xiàn)低電平，則說明該列與第一行跨接的鍵被按下；若讀入的列值全為高電平，說明與第一行跨接的按鍵均沒有被按下。接著繼續(xù)開始掃描第二行，依次類推，逐行掃描，直到找到被按下的按鍵。通過這種方法，矩陣式鍵盤可以在占用較少I/O口的情況下，實(shí)現(xiàn)多個(gè)按鍵的輸入功能。?10．簡述觸摸屏的特點(diǎn)。答：觸摸屏有如下特點(diǎn)：1）人機(jī)界面友好。在圖形技術(shù)的支持下，可以設(shè)計(jì)出非常漂亮的觸摸屏畫面。與現(xiàn)在工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤和觸摸式鍵盤相比，觸摸屏能根據(jù)操作人員輸入的不同信息，變換不同的控制信息界面，使人機(jī)對(duì)話更加明了和直接，更容易被操作人員，尤其是未經(jīng)培訓(xùn)的使用者所接受。2）簡化信息輸入設(shè)備。目前在生產(chǎn)配料、生產(chǎn)流程控制方面大多使用鍵盤和控制臺(tái)作為人機(jī)對(duì)話的工具。使用觸摸屏可以簡化信息輸入設(shè)備。一個(gè)龐大的工業(yè)控制臺(tái)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)母脑煲院?，僅用一臺(tái)觸摸屏即可代替。3）便于系統(tǒng)維護(hù)和改造。對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制臺(tái)方式來說，如需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行某些功能方面的改造，那么也需同時(shí)改造控制臺(tái)。然而，觸摸屏只需根據(jù)系統(tǒng)的改變進(jìn)行相應(yīng)的界面調(diào)整即可。此外，觸摸屏采用標(biāo)準(zhǔn)的接口，維護(hù)也很方便。11．簡述工業(yè)顯示屏和普通顯示屏的主要區(qū)別。答：工業(yè)顯示屏和普通顯示屏的主要區(qū)別如下：1）耐用性。工業(yè)顯示屏通常需要能夠在惡劣的環(huán)境條件下工作，如高溫、低溫、濕度、振動(dòng)等。因此，工業(yè)顯示屏相對(duì)于普通顯示屏來說更加耐用，并具有更高的防護(hù)等級(jí)，以確保正常運(yùn)行。2）溫度范圍。工業(yè)顯示屏能夠在更廣泛的溫度范圍內(nèi)正常工作。普通顯示屏通常適用于常見的室溫環(huán)境，而工業(yè)顯示屏可以在極端溫度下運(yùn)行，如在極寒或高溫的工業(yè)環(huán)境中。3）抗振能力。工業(yè)顯示屏通常具有更好的耐振性能，能夠抵抗由機(jī)器設(shè)備振動(dòng)和沖擊所造成的干擾。這對(duì)于在工廠、車間或其他需要高度穩(wěn)定性的環(huán)境中使用的顯示屏至關(guān)重要。4）防塵防水。工業(yè)顯示屏通常具有更高的防塵和防水性能，以便在工業(yè)環(huán)境中避免灰塵、油污、水等物質(zhì)對(duì)其造成損害。這些特性使得工業(yè)顯示屏可以在需要清潔和維護(hù)的環(huán)境中使用。5）高亮度和對(duì)比度。工業(yè)顯示屏通常具有更高的亮度和對(duì)比度，以便在各種照明條件下清晰可見。這對(duì)于在室外光線強(qiáng)烈或光線不均勻的環(huán)境中使用的工業(yè)顯示屏尤為重要。6）長時(shí)間工作。工業(yè)顯示屏通常需要長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，因此它們具有更高的可靠性和穩(wěn)定性。它們能夠24/7連續(xù)運(yùn)行，并且能夠長時(shí)間保持高質(zhì)量的圖像和性能。7）背光技術(shù)。工業(yè)顯示屏通常采用更先進(jìn)的背光技術(shù)，如LED背光，以提供更高的亮度和更廣的顏色范圍。8）可定制性。工業(yè)顯示屏通?？梢愿鶕?jù)特定的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行定制，以滿足特定需求和要求。它們可以與其他工業(yè)系統(tǒng)和設(shè)備集成，提供更廣泛的功能和交互性。綜上所述，工業(yè)用顯示屏相對(duì)于普通顯示屏來說具有更高的耐用性、抗振性、防塵防水性能和穩(wěn)定性。它們適用于各種工業(yè)環(huán)境，并為這些環(huán)境提供高質(zhì)量的圖像顯示和可靠的性能。12．簡述工業(yè)顯示器的分類。答：工業(yè)顯示器有以下5類產(chǎn)品：1）嵌入式工業(yè)顯示器。嵌入式工業(yè)顯示器，顧名思義，設(shè)備必須嵌入客戶的產(chǎn)品中?？蛻舢a(chǎn)品必須有一個(gè)大中型的控制柜，除了顯示器面板，其余都嵌入客戶端設(shè)備中，背面用掛鉤固定，大型控制柜需根據(jù)工業(yè)顯示器的嵌入式安裝圖的開口尺寸開孔安裝。2）壁掛式工業(yè)顯示器。壁掛式工業(yè)顯示器是可掛起的，不僅可以掛在墻上，還可以安裝在客戶設(shè)備上，顯示器可根據(jù)客戶要求調(diào)整角度。使用合適的安裝臂，工業(yè)顯示器可安裝在任何位置供用戶觀看，一般用于小型、中型和大型的設(shè)備。3）機(jī)架式工業(yè)顯示器。一般來說，機(jī)架式工業(yè)顯示器需要安裝在機(jī)柜上，例如安裝在19in的機(jī)柜上，因此其寬度為標(biāo)準(zhǔn)的19in，安裝孔是標(biāo)準(zhǔn)的，尺寸基本都是固定的。機(jī)架式工業(yè)顯示器一般應(yīng)用于大型機(jī)柜，如電信、電源和大型服務(wù)器。4）開放式工業(yè)顯示器。工業(yè)顯示器沒有面框，只有內(nèi)部顯示面板，客戶主要應(yīng)用在小尺寸的設(shè)備上，一般顯示器的安裝空間不大，例如ATM機(jī)、商用POS等，它們通常安裝在客戶設(shè)備內(nèi)。5）內(nèi)嵌式工業(yè)顯示器。簡單來說，內(nèi)嵌式工業(yè)顯示器就是在客戶的機(jī)柜和設(shè)備中反向安裝，是安裝在客戶端設(shè)備內(nèi)部的顯示器。和開放式工業(yè)顯示器不一樣的地方，它是從設(shè)備里面安裝，其邊緣與客戶設(shè)備外殼的邊緣重合。內(nèi)嵌式工業(yè)顯示器通常用于大中型設(shè)備，如電力、機(jī)械和醫(yī)療行業(yè)。第5章數(shù)據(jù)處理與控制策略1.數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟是什么？答：數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟包含5步：（1）設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器；（2）選擇采樣周期T；（3）將D(s)離散化為D(z)；（4）設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法；（5）校驗(yàn)。2.某系統(tǒng)的連續(xù)控制器為，試用雙線性變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器。答：已知取系統(tǒng)的采用周期為（1）采用雙線性變換法已知，，則有，（2）采用前向差分法已知，，則有，（3）采用后向差分法已知，，則有，3.什么是數(shù)字濾波？常用的數(shù)字濾波方法有哪些？分別適用于什么場(chǎng)合？答：指在計(jì)算機(jī)中利用某種計(jì)算方法對(duì)原始輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，去掉原始數(shù)據(jù)中摻雜的噪聲數(shù)據(jù)，提高信號(hào)的真實(shí)性，獲得最具有代表性的數(shù)據(jù)集合。常用的數(shù)字濾波方法有：（1）平均值濾波，應(yīng)用于具有周期性隨機(jī)干擾的場(chǎng)合；（2）加權(quán)加權(quán)平均遞推濾波，適用于純滯后較大的過程；（3）中值濾波和程序判斷濾波適用于偶然出現(xiàn)的脈沖干擾；（4）慣性濾波適用于高頻干擾。4.什么是數(shù)控技術(shù)？數(shù)控設(shè)備主要由哪幾部分組成？答：數(shù)字控制是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。采用了數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)備稱之為數(shù)控設(shè)備。其主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)CNC、被控對(duì)象、輸入輸出通道、伺服執(zhí)行系統(tǒng)及其他機(jī)電接口裝置。5.什么是插補(bǔ)、直線插補(bǔ)和二次曲線插補(bǔ)？答：當(dāng)給定機(jī)床加工軌線的基點(diǎn)坐標(biāo)，需要確定各坐標(biāo)值之間的中間值，我們把求得這些中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱為插值或插補(bǔ)。直線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來逼近，也就是由此定出中間點(diǎn)連接起來的折線近似于一條直線，而并不是真正的直線。二次曲線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來逼近，也就是實(shí)際的中間點(diǎn)連線是一條近似于曲線的折線弧。常用的二次曲線有圓弧、拋物線和雙曲線等。6.通用運(yùn)動(dòng)控制器從結(jié)構(gòu)上主要分為哪三類？答：通用運(yùn)動(dòng)控制器從結(jié)構(gòu)上主要分為：（1）基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制器；（2）Soft型開放式運(yùn)動(dòng)控制器；（3）嵌入式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器。7.已知模擬PID算式為，試推導(dǎo)它的差分增量算式。答：設(shè)控制周期為，則在控制器的采樣時(shí)刻時(shí)，可將積分、微分表示為差分方程和，可將模擬算式轉(zhuǎn)換為如下數(shù)字算式：其增量。8.什么是實(shí)際微分？實(shí)際微分和理想微分相比有何優(yōu)點(diǎn)？答：用帶一階滯后環(huán)節(jié)的微分等類似模擬調(diào)節(jié)器的微分作用代替標(biāo)準(zhǔn)PID算式中的理想微分就為實(shí)際微分。實(shí)際微分在算法中增加了一階慣性環(huán)節(jié)，偏差發(fā)生突變時(shí)，微分作用能夠緩慢地持續(xù)多個(gè)控制周期，使工業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能較好地跟蹤微分作用輸出。另外，由于內(nèi)部的一階慣性環(huán)節(jié)具有一定的數(shù)字濾波能力，使算法具有較強(qiáng)的抗干擾能力。9.下圖為實(shí)際微分PID控制算法示意圖，，采樣周期為，試推導(dǎo)實(shí)際微分控制算式。答：由圖可知，，將其離散化可得數(shù)字算式為：，式中，。10.什么叫積分分離？遇限切除積分的基本思想是什么？答：采用標(biāo)準(zhǔn)PID算法時(shí)，當(dāng)擾動(dòng)較大或給定值大幅度變化時(shí)，由于產(chǎn)生較大的偏差，加上系統(tǒng)本身的慣性及滯后，在積分作用下，系統(tǒng)往往產(chǎn)生較大的超調(diào)和長時(shí)間的振蕩。當(dāng)偏差超過一定閾值時(shí)去掉積分作用，小于這個(gè)閾值時(shí)加入積分作用的方法就叫積分分離。遇限切除積分的基本思想是當(dāng)控制輸出達(dá)到積分飽和時(shí)，對(duì)控制量輸出進(jìn)行限幅，并在PID算法中只執(zhí)行削弱積分飽和項(xiàng)的積分運(yùn)算。11.PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性有何影響？簡述試湊法進(jìn)行PID參數(shù)整定的步驟。答：PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性的影響為：（1）增大比例系數(shù)Kc，將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，穩(wěn)態(tài)誤差減小。（2）減小積分時(shí)間Ti，積分作用變強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，使余差消除加快。加入積分可消除余差。（3）增大微分時(shí)間Td，使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，但對(duì)擾動(dòng)敏感的響應(yīng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。試湊法，按照先比例，后積分，最后微分的步驟進(jìn)行參數(shù)整定。其步驟如下：（1）首先只整定比例部分。將比例系數(shù)由小變大，觀察相應(yīng)的響應(yīng)，直到得到反應(yīng)較快、超調(diào)較小的響應(yīng)曲線。若系統(tǒng)的靜差較小，在滿足要求時(shí)可采用純比例控制。（2）如果純比例控制，有較大的余差，則需要加入積分作用。同樣，積分時(shí)間從大變小，增加積分作用的同時(shí)可適當(dāng)減小比例增益，使系統(tǒng)保持良好的動(dòng)態(tài)性能，反復(fù)調(diào)整比例增益和積分時(shí)間，以得到滿意的動(dòng)態(tài)性能。（3）若使用比例積分控制，反復(fù)調(diào)整仍達(dá)不到滿意效果，則可加入微分環(huán)節(jié)。在整定時(shí)，微分時(shí)間從小變大，相應(yīng)調(diào)整比例增益和積分時(shí)間，逐步試湊，以得到滿意的動(dòng)態(tài)性能。12.什么情況下可以考慮采用串級(jí)控制？串級(jí)控制在結(jié)構(gòu)上有何特點(diǎn)？答：當(dāng)被控系統(tǒng)中同時(shí)有幾個(gè)干擾因素影響同一個(gè)被控量時(shí)，可采取串級(jí)控制用以控制可能引起被控量變化的其他因素，從而克服被控對(duì)象的時(shí)滯特性，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。串級(jí)控制系統(tǒng)是在原來單回路控制的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)或多個(gè)控制內(nèi)回路。兩個(gè)回路的串級(jí)控制系統(tǒng)有主、副兩個(gè)被控對(duì)象，主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器，主、副兩個(gè)變送器，主調(diào)節(jié)器的輸出為副調(diào)節(jié)器的給定值。13.簡述串級(jí)控制系統(tǒng)在每個(gè)采樣周期的計(jì)算步驟。答：對(duì)雙回路串級(jí)控制系統(tǒng)（假設(shè)主調(diào)節(jié)器采用PID控制，副調(diào)節(jié)器采用PI控制），在每個(gè)采樣周期的計(jì)算步驟為：計(jì)算主回路的偏差；計(jì)算主回路PID控制器的輸出，；計(jì)算副回路的偏差；計(jì)算副回路PID控制器的輸出，。14.前饋控制的基本思想是什么？給出其完全補(bǔ)償?shù)臈l件。答：前饋控制是按某個(gè)干擾量進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。一旦測(cè)量到有干擾，即對(duì)它直接產(chǎn)生校正作用，使得干擾在影響到被控對(duì)象之前已被抵消。根據(jù)不變性原理，可得前饋控制的完全補(bǔ)償條件：，其中為擾動(dòng)作用通道的傳遞函數(shù)，為被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。15.已知一被控對(duì)象的干擾通道和控制通道的傳遞函數(shù)分別為，，，采樣周期選擇為1s，試推導(dǎo)出完全補(bǔ)償前饋控制器的控制算式。答：根據(jù)前饋控制的完全補(bǔ)償條件，可得。采樣周期，采用前向差分法進(jìn)行離散化，可得，代入得。也即，可得前饋控制算式為：。16.什么是預(yù)測(cè)控制的三要素？常見的預(yù)測(cè)控制的方案有哪些？答：預(yù)測(cè)控制的三要素為：預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正。常見的預(yù)測(cè)控制的方案有：模型算法控制（MAC）、動(dòng)態(tài)矩陣控制（DMC）、預(yù)測(cè)函數(shù)控制（PFC）、廣義預(yù)測(cè)控制（GPC）、廣義預(yù)測(cè)極點(diǎn)配置控制（GPP）、滾動(dòng)時(shí)域控制（RHC）、內(nèi)?？刂疲↖MC）、推理控制（IC）等。17.簡述模糊控制的基本原理。答：模糊控制的基本原理主要包括模糊化、模糊規(guī)則庫、模糊推理和去模糊化四個(gè)部分。模糊化是將精確的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模糊值，從而使得這些輸入能夠在模糊邏輯規(guī)則中進(jìn)行推理和處理，并通過隸屬度函數(shù)將這些精確數(shù)值映射到模糊集合中，得到相應(yīng)的隸屬度值。模糊規(guī)則庫由一組“如果-那么”形式的模糊規(guī)則構(gòu)成。模糊推理將模糊化后的輸入值通過“如果-那么”的模糊規(guī)則，將模糊化后的輸入值轉(zhuǎn)換為模糊輸出。去模糊化的主要任務(wù)是將模糊推理過程中生成的模糊輸出轉(zhuǎn)換為具體的、可操作的精確控制信號(hào)反饋到控制系統(tǒng)中。18.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？其與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是什么？答：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括三個(gè)主要部分：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、控制器設(shè)計(jì)和優(yōu)化算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與控制理論的先進(jìn)控制策略，通過利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性建模能力和自適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)主要依賴于精確的數(shù)學(xué)模型不同，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)則側(cè)重于從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)和優(yōu)化控制策略，能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜、多變的環(huán)境和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)。19.什么是數(shù)字孿生技術(shù)？答：數(shù)字孿生技術(shù)是一種將現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體、過程或系統(tǒng)通過數(shù)字化技術(shù)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行鏡像和實(shí)時(shí)模擬的先進(jìn)技術(shù)；是充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程；在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的監(jiān)控、分析、優(yōu)化和預(yù)測(cè)。20.基于人工智能的控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是什么？答：主要特點(diǎn)有：1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模。利用大量的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，訓(xùn)練AI模型，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型。2）在線學(xué)習(xí)和自適應(yīng)控制。AI控制系統(tǒng)具備自主學(xué)習(xí)的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)AI模型的在線更新和自適應(yīng)調(diào)整，可以根據(jù)環(huán)境變化和歷史數(shù)據(jù)自我調(diào)整，保持最佳控制性能。3）智能優(yōu)化算法。應(yīng)用遺傳算法、粒子群優(yōu)化、蟻群算法等智能優(yōu)化算法，求解控制問題中的復(fù)雜優(yōu)化問題；利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)；能有效處理系統(tǒng)中的非線性關(guān)系和不確定性因素，提高控制精度和穩(wěn)定性。4）多智能體系統(tǒng)。通過多智能體協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)的分布式控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化。第6章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)1.簡述干擾的主要來源及其傳播途徑。答：干擾的主要來源有外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾主要有：天電干擾，天體干擾，電磁波干擾，電源的工頻干擾，氣象條件引起的干擾，地磁場(chǎng)干擾，火花放電、弧光放電、輝光放電等產(chǎn)生的電磁波等；外部機(jī)械條件引發(fā)的干擾，如振動(dòng)、沖擊等干擾。內(nèi)部干擾主要有：分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)；電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)；長線傳輸?shù)牟ǚ瓷?；多點(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾；寄生振蕩引起的干擾以及熱噪聲、閃變?cè)肼暋⒓夥逶肼暤?。干擾的傳播途徑主要有：電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合和公共阻抗耦合。2.簡述干擾的分類。答：干擾按照來源分為外部干擾和內(nèi)部干擾。按照傳播途徑分為電場(chǎng)干擾、磁場(chǎng)干擾和公共阻抗耦合干擾。按照作用方式分為差模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾。3.試述干擾的作用方式有哪些？各有什么特點(diǎn)？并敘述如何識(shí)別或區(qū)分不同的干擾類型。答：干擾的作用方式主要有：差模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾。差模干擾，也稱串模干擾，就是串聯(lián)于信號(hào)源回路之中的干擾。共模干擾是在過程控制的計(jì)算機(jī)的地、信號(hào)放大器的地與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)源的地之間，由于相隔一段距離，使得兩個(gè)接地點(diǎn)之間電位差對(duì)信號(hào)放大器產(chǎn)生的干擾。長線傳輸干擾是在長線中傳輸由于波反射、信號(hào)延時(shí)和長線傳輸會(huì)受到外界干擾引起的干擾脈沖。4.輸入輸出通道中經(jīng)常會(huì)遇到什么干擾？如何進(jìn)行抑制？答：過程通道干擾的來源是多方面的，主要有共模干擾、差模干擾和長線傳輸干擾。共模干擾的抑制措施主要有變壓器隔離、光電隔離和浮地屏蔽。差模干擾應(yīng)根據(jù)干擾信號(hào)的特性和來源，分別采用不同的措施來抑制。（1）對(duì)于來自空間電磁耦合所產(chǎn)生的差模干擾，可采用雙絞線作為信號(hào)線。（2）根據(jù)差模干擾頻率與被測(cè)信號(hào)頻率的分布特性，采用相應(yīng)的濾波器，如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器等。（3）當(dāng)對(duì)稱性交變的差模干擾電壓或尖峰型差模干擾成為主要干擾時(shí)，選用積分型或雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱差模干擾的影響。（4）當(dāng)被測(cè)信號(hào)與干擾信號(hào)的頻譜相互交錯(cuò)時(shí)，通常的濾波電路很難將其分開，可采用調(diào)制解調(diào)器技術(shù)。長線傳輸干擾的抑制：（1）采用同軸電纜或雙絞線作為傳輸線抑制來自空間電磁耦合干擾。（2）采用始端、終端阻抗匹配消除長線傳輸引起的波反射。5.簡述電源抗干擾技術(shù)。答：電源系統(tǒng)抗干擾技術(shù)主要包含供電方式、尖峰脈沖干擾的抑制、掉電保護(hù)和直流側(cè)的抗干擾措施。供電方式方面，采用交流穩(wěn)壓器輸出的交流電壓穩(wěn)定在220V，采用交流電源濾波器有效地抑制高頻干擾的入侵，采用直流穩(wěn)壓器為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電壓。在電源變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)之間加屏蔽層抑制高頻干擾信號(hào)。在電源變壓器和低通濾波器之前增加一個(gè)隔離變壓器將控制系統(tǒng)和供電電網(wǎng)電源隔離開來，消除公共阻抗引起的干擾。另外還采用開關(guān)電源、DC-DC變換器以及UPS供電等，來提高電源的穩(wěn)定性。抑制尖峰干擾最常用的方法主要有三種：在交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻；采用鐵磁共振原理（如采用超級(jí)隔離變壓器）；在交流電源輸入端串入均衡器，即干擾抑制器。另外，使系統(tǒng)遠(yuǎn)離干擾源，對(duì)大功率用電設(shè)備采取專門措施電網(wǎng)的抑制尖峰干擾。掉電保護(hù)方面，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)加裝不間斷電源（UPS），或增加電源電壓監(jiān)視電路。直流側(cè)采取去耦法和增設(shè)穩(wěn)壓塊法提高抗干擾能力。6.抑制尖峰干擾最常用的方法有哪些？答：抑制尖峰干擾最常用的方法主要有三種：在交流電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻；采用鐵磁共振原理（如采用超級(jí)隔離變壓器）；在交流電源輸入端串入均衡器，即干擾抑制器。另外，使系統(tǒng)遠(yuǎn)離干擾源，對(duì)大功率用電設(shè)備采取專門措施電網(wǎng)的抑制尖峰干擾。7.長線干擾有哪幾種形式？如何進(jìn)行抑制？答：長線傳輸干擾主要是空間電磁耦合干擾和傳輸線上的波反射干擾。（1）采用同軸電纜作為傳輸線抑制電場(chǎng)干擾，采用雙絞線作為傳輸線抑制磁場(chǎng)耦合干擾。在使用雙絞線時(shí)，盡可能采用平衡式傳輸線路，具有較好的抗差模干擾能力。（2）采用始端、終端阻抗匹配消除長線傳輸引起的波反射。8.過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中一般分為幾種地？輸入系統(tǒng)和主機(jī)如何接地？答：在過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一般有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地和交流地。模擬地作為傳感器、變送器、放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換中模擬電路的零電位。數(shù)字地作為控制系統(tǒng)中各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。安全地的目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電影響人身和設(shè)備的安全。系統(tǒng)地是以上幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連。交流地是計(jì)算機(jī)交流供電電源地，即為動(dòng)力線地。輸入系統(tǒng)的接地有兩種：一種是信號(hào)源端接地，而接收端浮地，則屏蔽層應(yīng)在信號(hào)源端接地。另一種為信號(hào)源浮地，接收端接地，則屏蔽層應(yīng)在接收端接地。主機(jī)與外部設(shè)備地連接后，采用一點(diǎn)接地。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，對(duì)于近距離的幾臺(tái)計(jì)算機(jī)，可采用多機(jī)的一點(diǎn)接地方式。對(duì)于遠(yuǎn)距離的多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，通過隔離的辦法分開，如采用變壓器隔離技術(shù)、光電隔離技術(shù)和無線電通信技術(shù)等。9.簡述軟件抗干擾技術(shù)有哪些？看門狗技術(shù)有什么作用？有哪些方法可以實(shí)現(xiàn)看門狗？答：典型軟件抗干擾主要包含信號(hào)處理和CPU及程序的抗干擾技術(shù)。信號(hào)處理抗干擾技術(shù)主要有：（1）采用數(shù)字濾波方法實(shí)現(xiàn)從采樣信號(hào)中提取出有效信號(hào)數(shù)值，濾除干擾信號(hào)的功能。（2）對(duì)于輸入數(shù)字信號(hào)，采用多次重復(fù)采樣，直到連續(xù)兩次或兩次以上采集結(jié)果完全一致方為有效。（3）對(duì)于輸出數(shù)字信號(hào)，可以采取重復(fù)輸出同一數(shù)據(jù)；在輸出數(shù)字信號(hào)時(shí)將有關(guān)可編程輸出芯片的狀態(tài)也一并重復(fù)設(shè)置；采用抗干擾編碼，提高檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力。CPU及程序的抗干擾，主要通過復(fù)位、掉電保護(hù)、指令冗余、軟件陷阱、看門狗技術(shù)?？撮T狗，也稱為程序監(jiān)視定時(shí)器。當(dāng)程序“跑飛”并且其他的措施沒有發(fā)揮作用時(shí)，看門狗不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到復(fù)位信號(hào)，其輸出端便會(huì)發(fā)出信號(hào)使CPU系統(tǒng)復(fù)位?？撮T狗的實(shí)現(xiàn)形式可以分為硬件和軟件兩種。Watchdog的硬件部分應(yīng)獨(dú)立于CPU，其實(shí)現(xiàn)方法和電路主要有單穩(wěn)電路、自帶脈沖源的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器和具有Watchdog功能的μP集成芯片等。軟件看門狗的設(shè)計(jì)過程可分為如下三個(gè)部分：計(jì)數(shù)器0監(jiān)視主程序的運(yùn)行時(shí)間，計(jì)數(shù)器1監(jiān)視計(jì)數(shù)器0的運(yùn)行，主程序監(jiān)視計(jì)數(shù)器1。在實(shí)際應(yīng)用中將硬件看門狗和軟件看門狗結(jié)合使用，程序的可靠性會(huì)大大提高。10.實(shí)現(xiàn)分散控制的主要技術(shù)措施有哪些？答：實(shí)現(xiàn)分散控制的主要技術(shù)措施包括兩個(gè)方面：1）分布式處理。控制任務(wù)由多個(gè)控制單元并行處理，每個(gè)單元負(fù)責(zé)特定的子任務(wù)或區(qū)域，從而提高處理速度和系統(tǒng)響應(yīng)能力。2）本地決策。每個(gè)控制單元根據(jù)局部信息和全局策略進(jìn)行決策，減少了對(duì)中央控制器的依賴，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性和故障容錯(cuò)能力。11.什么是冗余技術(shù)？其實(shí)現(xiàn)方式有哪些？答：冗余技術(shù)也稱容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，是指在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，通過增加完成同一功能的并聯(lián)或備用單元數(shù)目等冗余資源來掩蓋故障造成的影響，使得即使出錯(cuò)發(fā)生故障，系統(tǒng)功能仍不受影響，是一種以冗余資源換取可靠性的設(shè)計(jì)方法。冗余技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式有：硬件冗余、軟件冗余、信息冗余和時(shí)間冗余等。硬件冗余通過增加物理設(shè)備的數(shù)量來提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和可靠性。例如，雙機(jī)冗余、三模冗余、N+1/N+M冗余等。軟件冗余是指通過多種方式實(shí)現(xiàn)軟件層面的容錯(cuò)和高可用性。例如，多版本程序、恢復(fù)快、檢查點(diǎn)和回滾機(jī)制等。信息冗余通過增加冗余信息來檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸或存儲(chǔ)過程中的錯(cuò)誤，檢出信息差錯(cuò)并進(jìn)行自動(dòng)糾錯(cuò)處理。主要形式有：奇偶校驗(yàn)、校驗(yàn)和、循環(huán)冗余校驗(yàn)、前向糾錯(cuò)碼等。時(shí)間冗余是通過多次執(zhí)行操作來檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤。主要包括：重復(fù)執(zhí)行、時(shí)間多樣性、回滾重試等方法。第7章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件1．衡量一個(gè)過程控制系統(tǒng)軟件性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)有哪些？答：衡量一個(gè)過程控制系統(tǒng)軟件性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)是：（1）系統(tǒng)功能是否完善，能否提供足夠多的控制算法（包括若干種高級(jí)控制算法）。（2）系統(tǒng)內(nèi)各種功能能否完善地協(xié)調(diào)運(yùn)行，如進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和控制輸出的同時(shí)，又能同時(shí)顯示畫面、打印管理報(bào)表和進(jìn)行數(shù)據(jù)通信操作。（3）保證人機(jī)接口良好，需要有豐富的畫面和報(bào)表形式、較多的操作指導(dǎo)信息。另外操作要方便、靈活。（4）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性能如何，即是否能不斷地滿足用戶的新要求和一些特殊的需求。2．操作系統(tǒng)主要有哪些功能？答：操作系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）進(jìn)程管理進(jìn)程是一個(gè)運(yùn)行中的程序。在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程具有獨(dú)立性。多個(gè)進(jìn)程在操作系統(tǒng)的調(diào)度下，分時(shí)、并發(fā)地運(yùn)行。這樣的結(jié)構(gòu)，使得軟件的開發(fā)可以按相對(duì)簡捷的功能模塊分別進(jìn)行；可以利用一種所謂的信號(hào)燈機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)進(jìn)程之間的通信，分配進(jìn)程對(duì)各種資源的占用；可以利用進(jìn)程調(diào)度，避免系統(tǒng)陷入死循環(huán)或崩潰；可以將進(jìn)程設(shè)置為不同的優(yōu)先級(jí)別，例如系統(tǒng)級(jí)或用戶級(jí)，來保證系統(tǒng)的安全性。（2）內(nèi)存管理內(nèi)存管理是將計(jì)算機(jī)的內(nèi)存分成若干頁面，對(duì)各個(gè)頁面賦予不同的特性和訪問邏輯地址。利用內(nèi)存頁的不同特性，可以實(shí)現(xiàn)不同的訪問特性。例如，可以為特殊的任務(wù)分配特定的內(nèi)存頁，同時(shí)也避免了其他任務(wù)侵入這一內(nèi)存頁。由于內(nèi)存訪問的實(shí)時(shí)性，這種頁面的分配是由硬件實(shí)現(xiàn)的，一般來說，是依賴于CPU的支持來實(shí)現(xiàn)的。（3）文件系統(tǒng)管理文件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)特殊組成部分。文件系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)管理的大量數(shù)據(jù)以特定的結(jié)構(gòu)保存在存儲(chǔ)系統(tǒng)中，這個(gè)特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是文件。文件系統(tǒng)一般建立在外存儲(chǔ)器中，如磁盤、磁帶、光盤等，以滿足數(shù)據(jù)容量的要求。但是，在特殊的情況下，文件系統(tǒng)也可以建立在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。（4）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在操作系統(tǒng)的管理下，應(yīng)用程序不必要也不應(yīng)該與底層的各種設(shè)備直接打交道。應(yīng)用程序可以經(jīng)過操作系統(tǒng)提供的設(shè)備管理手段，即設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，來使用系統(tǒng)的設(shè)備。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一般包括對(duì)設(shè)備的初始化、檢查設(shè)備狀態(tài)、控制設(shè)備動(dòng)作、對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀寫操作等功能。（5）系統(tǒng)調(diào)用一個(gè)操作系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，往往通過一系列應(yīng)用軟件可引用的程序模塊來實(shí)現(xiàn)，稱為系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)或應(yīng)用編程接口。這些系統(tǒng)調(diào)用模塊經(jīng)過比較嚴(yán)格的測(cè)試和實(shí)用考驗(yàn)，用它們作為整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)可以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。3．什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分類有哪些？答：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是指互相之間存在著一種或多種關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合。在任何問題中，數(shù)據(jù)元素之間都不會(huì)是孤立的，在它們之間都存在著這樣或那樣的關(guān)系，這種數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系稱為結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按照不同的維度，可以劃分為兩類：邏輯結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。（1）邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)指數(shù)據(jù)元素間存在的邏輯關(guān)系，與元素實(shí)際存儲(chǔ)的物理結(jié)構(gòu)無關(guān)。根據(jù)數(shù)據(jù)元素之間關(guān)系的不同特性，通常有下列4類基本結(jié)構(gòu)：1）集合結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)元素屬于同一個(gè)集合。集合是元素關(guān)系極為松散的一種結(jié)構(gòu)。2）線性結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)元素之間存在著一對(duì)一的關(guān)系，常見的有鏈表、隊(duì)列、棧等。3）樹形結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)元素之間存在著一對(duì)多的關(guān)系，常見的有二叉樹、二叉查找樹、平衡二叉查找樹等。4）圖形結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)元素之間存在著多對(duì)多的關(guān)系。（2）存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)表示或?qū)崿F(xiàn)叫作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，也叫物理結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)依賴于計(jì)算機(jī)。一般來說，一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可以表示成多種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，常用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有順序存儲(chǔ)、鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)、索引存儲(chǔ)和哈希存儲(chǔ)等。數(shù)據(jù)的順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，借助元素在存儲(chǔ)器中的相對(duì)位置來表示數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系；非順序存儲(chǔ)的特點(diǎn)是，借助指示元素存儲(chǔ)地址的指針表示數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系。4．簡述數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)的三級(jí)模式。答：依照美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ANSI）所屬標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃和標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告（ANSI/SPARC報(bào)告），可把數(shù)據(jù)庫分為三級(jí)，它們分別是外模式、概念模式和內(nèi)模式。外模式是應(yīng)用程序員所看到的數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，也可稱為用戶視圖（或外視圖）。外模式基本上是由應(yīng)用所需的各種外記錄類型的相應(yīng)定義所組成的。該模式由數(shù)據(jù)定義語言的外DDL所描述。概念模式是企業(yè)所有工作數(shù)據(jù)所表示的整體邏輯結(jié)構(gòu)。它與數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)方式相比是較為抽象的形式，因此也可稱其為概念視圖。概念模式由多種概念記錄類型的多個(gè)記錄值構(gòu)成。概念模式由數(shù)據(jù)定義語言的概念DDL所描述。三級(jí)模式的第三級(jí)是內(nèi)模式。內(nèi)模式是數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（或稱為物理結(jié)構(gòu)），它是由內(nèi)記錄（或稱為存儲(chǔ)記錄）類型的多個(gè)值構(gòu)成的。內(nèi)模式即是由定義的文件及其上的索引組成的。內(nèi)模式由數(shù)據(jù)定義語言的內(nèi)DDL所描述。5．使用E-R模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫包括哪些步驟？答：使用E-R模型設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的步驟如下：1）確定要求解的應(yīng)用的實(shí)體型。2）確定實(shí)體型之間的聯(lián)系及其聯(lián)系類型。3）確定實(shí)體型和聯(lián)系型的屬性。4）畫出局部應(yīng)用的E-R圖。5）將局部E-R圖綜合為全局E-R圖。6）優(yōu)化全局E-R圖。7）設(shè)計(jì)邏輯數(shù)據(jù)庫。8）編碼，調(diào)試。6．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中操作監(jiān)控層的有關(guān)監(jiān)控軟件的編制可采用哪兩種方法？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：監(jiān)控軟件編制可采用以下兩種方法：一是采用VisualBasic、VisualC、Delphi、PB等基于Windows平臺(tái)的開發(fā)程序來編制；二是采用監(jiān)控組態(tài)軟件來編制。前者程序設(shè)計(jì)靈活，可以設(shè)計(jì)出不同風(fēng)格的人機(jī)界面系統(tǒng)，但設(shè)計(jì)工作量大，開發(fā)調(diào)試周期長，軟件通用性差，對(duì)于不同的應(yīng)用對(duì)象都要重新設(shè)計(jì)或修改程序，軟件可靠性低；監(jiān)控組態(tài)軟件是標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化、商品化的通用開發(fā)軟件，只需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模塊的軟件組態(tài)和簡單的編程，就可設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、通用性強(qiáng)、可靠性高的人機(jī)界面監(jiān)控程序，且工作量小，開發(fā)調(diào)試周期較短。7．工業(yè)組態(tài)軟件的主要功能有哪些？答：工業(yè)組態(tài)軟件功能主要包括：硬件配置組態(tài)功能、數(shù)據(jù)庫組態(tài)功能、控制回路組態(tài)功能、邏輯控制及批控制組態(tài)功能、顯示圖形生成功能、報(bào)表畫面生成功能、報(bào)警畫面生成功能及趨勢(shì)曲線生成功能。程序員在組態(tài)軟件提供的開發(fā)環(huán)境下以人機(jī)對(duì)話方式完成組態(tài)操作，系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果存入磁盤存儲(chǔ)器中，供運(yùn)行時(shí)使用。8．常用的工業(yè)組態(tài)軟件有哪幾種？答：常用的工業(yè)組態(tài)軟件包括：（1）VEVAInTouch。VEVAInTouch是由AVEVA開發(fā)的一個(gè)廣泛使用的HMI和SCADA軟件。InTouch提供了一整套功能來幫助用戶實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制工業(yè)過程，支持各種自動(dòng)化和數(shù)據(jù)管理需求。（2）GEDigitaliFIX。GEDigitaliFIX是GEDigital提供的一款先進(jìn)的SCADA（系統(tǒng)。它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。iFIX強(qiáng)調(diào)其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和靈活的系統(tǒng)集成功能，特別適合復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境。它提供高級(jí)的數(shù)據(jù)歷史記錄和趨勢(shì)分析功能，支持多用戶環(huán)境，并具備高穩(wěn)定性。（3）WinCC。WinCC是西門子開發(fā)的工業(yè)SCADA系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理能力。它支持從各種設(shè)備實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，提供直觀的圖形界面和靈活的報(bào)警管理功能。WinCC能夠處理和存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，支持趨勢(shì)分析和報(bào)表生成。它兼容多種工業(yè)通信協(xié)議，方便與其他系統(tǒng)集成。系統(tǒng)具有高性能和穩(wěn)定性，并且通過模塊化設(shè)計(jì)和用戶權(quán)限管理確保靈活性和安全性。（4）組態(tài)王（Kingview）。組態(tài)王是一款功能強(qiáng)大且靈活的組態(tài)軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。它提供了全面的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警管理和圖形化設(shè)計(jì)功能，適用于制造業(yè)、能源、化工、水處理等多個(gè)領(lǐng)域。第8章典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1.常用典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些？答：常用的比較典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，主要包括：基于工控機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、基于數(shù)字調(diào)節(jié)器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、基于PLC的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、基于嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和云控制系統(tǒng)。2.什么是數(shù)字調(diào)節(jié)器？答：數(shù)字調(diào)節(jié)器是一種新型的數(shù)字控制儀表，通常一臺(tái)儀表控制一個(gè)或多個(gè)回路。數(shù)字調(diào)節(jié)器具有豐富的控制功能、靈活而方便的操作手段、形象而直觀的圖形或數(shù)字顯示以及高度安全可靠等特點(diǎn)。3.PLC的特點(diǎn)是什么？答：1）高可靠性；2）功能齊全；3）應(yīng)用靈活；4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短；5）操作維修方便。4.PLC結(jié)構(gòu)和工作原理是什么？答：PLC根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為：模塊化PLC和整體式PLC。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，完成上述三個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。5.什么叫嵌入式系統(tǒng)？它的特點(diǎn)是什么？答：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)具有專用性強(qiáng)、精簡設(shè)計(jì)、系統(tǒng)內(nèi)核小、使用多任務(wù)操作系統(tǒng)、軟件一般固化在存儲(chǔ)芯片中、需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境等特點(diǎn)。6.嵌入式處理器可分為哪幾類？答：1）嵌入式微控制器（Micro-ControllerUnit,MCU）2）嵌入式DSP處理器（DigitalSignalProcessor,DSP）3）嵌入式微處理器（MicroProcessorUnit,MPU）4）嵌入式片上系統(tǒng)（SystemOnChip,SoC）7.常用的嵌入式操作系統(tǒng)有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：1）Linux：原代碼公開，開放性好，穩(wěn)定性和可靠性好。2）μClinux：是縮減的Linux系統(tǒng)，具有良好的穩(wěn)定性和移植性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能等。3）eCOS：是一個(gè)開源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有良好的系統(tǒng)功能和應(yīng)用支持。4）WindowsEmbedded/IoT：提供了豐富的功能和良好的兼容性，適用于從小型工業(yè)網(wǎng)關(guān)到較大型且更復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。5）VxWorks：具有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，廣泛應(yīng)用于航空航天、通信、軍事等領(lǐng)域。6）FreeRTOS：一款免費(fèi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，提供了實(shí)時(shí)、小型化、多任務(wù)調(diào)度的功能。具有輕量級(jí)、用戶可配置內(nèi)核功能、多平臺(tái)支持、目標(biāo)代碼小、簡單易用的特點(diǎn)。7）mbedOS：開源嵌入式操作系統(tǒng)，適用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，支持多種ARM架構(gòu)的處理器，提供了豐富的庫和API，簡化了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的開發(fā)。8）Android：主要用于智能手機(jī)和平板電腦，擁有豐富的應(yīng)用程序和開發(fā)者社區(qū)，適用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和其他需要復(fù)雜交互的嵌入式系統(tǒng)。9）AliOSThings：阿里巴巴推出的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，支持多種芯片和硬件平臺(tái)。10）華為鴻蒙系統(tǒng)：面向萬物互聯(lián)的全場(chǎng)景分布式操作系統(tǒng)，支持手機(jī)、平板、智能穿戴、智慧屏等多種終端設(shè)備運(yùn)行，提供應(yīng)用開發(fā)、設(shè)