计算机控制系统复习笔记

1、选择填空:1计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网络结构）及其输入输出通道和被控对象（工业生产对象（被控对象、工业自动化仪表）。两大部分组成。自动控制系统的基本功能是信号的传递、处理和比较， 分为幵环控制系统和闭环控制系统两种。2计算机控制系统的分类：数据采集系统（DAS、直接数字控制系统（DDC、 监督控制系统（SCC、集散控制系统（DCS、现场总线控制系统（FCS、 工业过程计算机集成制造系统（流程 CIMS、网络控制系统（NCS o1内部总线：（1） STD总线（2 ） PCI总线：（3 ） PC104总线2外部总线:IEEE-488总线3无论是RS-232还是RS-48

2、5,均可采用串行异步收发数据格式。连接握手：是指发送者在发送一个数据块之前使用一个特定的握手信号 来引起接收者的注意，表明要发送数据，接收者则通过握手信号回应发 送者，说明它已经做好了接收数据的准备。连接握手可以通过软件，也 可以通过硬件来实现。确认：接收者为表明数据已经收到而向发送者回复信息的过程。差错检验：数据通信中的接收者可以通过差错检验来判断所接收的数据是否正确。冗余数据校验、奇偶校验、校验和、循环冗余校验等都是串行通信中常用的差错检验方法。4【区分】MODBU的两种传输方式MODBUS、议是应用于 PLC或其他控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器之间、控制器通过网络（如以太网）

3、和其他设备之间可以实 现串行通信。控制器能设置为两种传输模式（ASCII或RTU中的任何一种在标准的 MODBU网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、 校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个MODBU网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。RTU模式如图2-15所示。消息中每个字节包含两个 4bit十六进制字符。优点是：在相同的波特率下，比ASCII传输更多的数据。RS232RS485RS-232C的逻辑电平与 TTL电平不兼容，为对于多台计算机或者带有微了与TTL器件控制器的相连必须进行电平转换。由于RS-232C采用设备传输距离较远、速度快、电平传输，在

4、通信便宜速率为19.2kbps时，其通信距离只有15m。用一对差分电路，抑制噪声，若要延长通信距离，不受节必须以降低通信速率为代价。点间接电平差异影响为了实现采用+5V供电的TTL和CMOS!信接没有规定连接器、信号功能口电路能与和引脚分配，RS-232C标准接口连接，必须进行串行口的两根差动线应位于同一跟双输入/输出信号绞线内的电平转换。5 LED显示器的驱动方式：静态驱动和时分割驱动；LED显示器的扫描方式：动态和静态。6采样定理：由采样信号完全无失真地恢复原信号的条件是采样速度要 满足：,其中：，为采样角速度；T为采样周期；为原信号 频谱中最高角频率； 为 的各种信号分量中最小的时间常数

5、。7模拟幵关（1） CD405伪单端8通道低价格模拟幵关，引脚如图4-10所示。（2）CD4052低成本差动4通道模拟幵关，引脚如图 4-12所示，真值 表如表4-3所示。其中X、Y分别为X组和Y组的公共端。（3）32通道模拟量输入电路设计实例:8模拟量输入通道转换器工作原理:逐次逼近式A/D转换双积分式A/D转换型/D转换精度高、速度快消除干扰和电源噪声能力强、精度咼分辨率咼，线性度好，成本低、串行接口抗扰能力差；信号平率高时误差大速度慢量化：是用有限字长的一组数码和二进制数码去整量化或逼近时间离散幅值连续的采样信号。对 n 位字长的 A/D 转换器，若满度（满量程）输入的模拟量值表示为FS

6、R则量化单位q由下式确定q=FSR/。假设满度输入电压为 5V, 现用12位的A/D转换器进行转换，有：q=5V/ =5V/40961.22mV 显然，对同一个FSR的值，A/D转换器的位数越多，q所代表的量值 就越小。编码：（ 1 ）单极性编码 最常用的单极性编码形式是二进制数码。在这种编码中，数字量是用 加权和来表示的：式中 是 0 或是 1 取决于相应数位的值是 0 或是 1； 表示相应数位的 权值。（ 2）双极性编码：常用的双极性编码有三种形式，它们是： 符号 - 数值码 偏移二进制码 补码表示法A/D 转换器的技术指标1 分辨率 分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。分

7、辨率通 常用数字量的位数来表示，如 8位、10位、12位、16位等。分辨率 为 8位，表示它可以对满量程的 1/2n=1/256 的增量作出反映。所以， n 位二进制数最低位具有的权值就是它的分辨率。分辨率 满量程， n 为 A/D 转换器的位数。2量程：量程即所能转换的电压范围，如2.5V、5V和 10V。3精度：有绝对精度和相对精度两种表示方法。4 转换时间：逐次逼近式单片 A/D 转换器转换时间的典型值为1.0200 小 s。5电源灵敏度：当电源电压变化时，将使A/D 转换器的输出发生变化。这种变化的实际作用相当于 A/D 转换器输入量的变化，从而产生 误差。 通常 A/D 转换器对电源

8、变化的灵敏度用相当于同样变化的模拟输入值的百分数来表示。例如，电源灵敏度为0.05%/%A Us时，其含义是电源电压变化为电源电压 Us的1%寸，相当于引入 0.05%的模拟 输入值的变化。6对基准电源的要求：基准电源的精度将对整个系统的精度产生影 响，故选片时应考虑是否要外加精密参考电源等。9? 模拟量输出通道组成：两种基本结构形式：一个通道设置一片 D/A 转换器，多个通道共用一 片 D/A 转换器技术指标：1分辨率：含义与 A/D 转换器相同。2稳定时间：指 D/A 转换器中代码有满度值的变化时，其输出达到稳 定（一般稳定到与± 1/2 最低位值相当的模拟量范围内）所需的时间。

9、般为几十毫秒到几微秒3 输出电平：不同型号的 D/A转换器的输出电平相差较大，一般为510V,也有一些高压输出型的为 2430V。还有一些电流输出型，低的为20mA高的可达3A。4.输入编码：如二进制、BCD码、双极性时的符号-数值码、补码、偏 移二进制码等。必要时可在 D/A转换前用计算机进行代码转换。10电流/电压转换：变送器的输出信号为电流信号时，要转化成可被单片 机系统处理的电压信号用。11干扰的类型按其产生的原因、噪声传导模式和噪声波形的性质的不同 进行划分。1 按干扰产生的原因分类：（1）放电干扰（2）高频振荡干扰（3） 浪涌干扰2 按干扰传导模式分类：串模干扰、共模干扰。3 .按

10、干扰波形及其性质分类：持续正弦波、偶发脉冲电压波形、脉冲 序列12抗扰：硬件措施:串模干扰共模干扰光电隔离、继电器隔离、变压器平衡对称输入、选用咼质量的差动隔离、放大器、布线隔离、硬件滤波电路、过压控制系统的接地技术保护电路软件措施:1数字信号输入输出中的软件抗干扰措施(1) 数字信号的输入方法：干扰信号多呈毛刺状，作用时间短，利用这 一特点，在采集某一数字信号时，可多次重复采样，直到连续两次 或两次以上采集结果完全一致方为有效。(2) 数字信号输出方法：重复输出同一个数据2. CPU勺抗干扰技术：除指令冗余，设置软件陷井外，主要是建立程序 运行监视系统，即看门狗电路( Watch Dog T

11、imer )简称 WDT13计算机控制系统软件分为： 系统软件和应用软件。组态软件采用了文件管理和数据库管理相结合的数据管理方式。组态软件数据库系统总体上可分为组态数据库和实时运行数据库两部分。14程序判断滤波：根据滤波方法不同，可分限幅滤波和限速滤波两种。15几种滤波：中值滤波程序：对于变化较为剧烈的参数， 此法不宜采用。中值滤波算 法对于滤除脉动性质的干扰比较有效， 但对快速变化过程的参数，如流 量，则不宜采用。算术平均滤波程序：对目标参数进行连续采样，然后求其算术平均值作 为有效采样值。该算法主要对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑 加工，但对脉冲性干扰的平滑尚不理想。 因此它不适用于

12、脉冲性干扰比 较严重的场合。加权平均滤波程序：低通滤波程序：上述几种滤波方法基本上属于静态滤波，主要适用于变化过程比较快的参数，如压力、流量等。但对于慢速随机变化采用在短时间内连续采样求平均值的方法， 其滤波效果是不太好的。为了提高滤波效果，通常可采用动态滤波方法。滑动平均滤波程序：以上介绍的各种平均滤波算法有一个共同点，即每取得一个有效采样值必须连续进行若干次采样，当采样速度较慢（如双积分型A/D转换）或目标参数变化较快时，系统的实时性不能得到保证。滑动平均滤波算法只采样一次， 将这一次采样值和过去的若干次采样值一起求平均，得到的有效采样值即可投入使用。一般来说，对于变化较缓慢的参数如温度，

13、选用程序判断滤波以及一阶滞后滤波方法比较好，而对于变化比较快的脉冲参数， 如压力、流量等，则可选用算术平均和加权平均滤波方法，特别是加权平均滤波比算术平均滤波更好。对于要求比较高的系统可选用复合滤波方法。另一方面，在算术平均滤波和加权平均滤波中，其滤波效果与所选择的采样次数有关，越大，则效果越好，但花费的时间也越长。16现场总线基金会现场（FF）PROFIBUSCANDeviceNetLon worksCC-L ink过程自动为现场信汽车内低成本的通支持双绞亚洲化领域息规范，适部测量信连接，它线、同轴电设备层为分低速H1用于纺织、与执行将工业设备缆、光纤、主和高速H2楼宇自动部件之连接到网射频

14、、红外数据传输两种通信化、可编程间的数络，从而免线、电源线高速速率控制器、低据通信去了昂贵的等多种通压幵关等 一般自动 化支持主-从 系统、纯主 站系统、多 主多从混 合系统等 几种传输 方式硬接线 价格低、效 率咼，特别 适用于制造 业、工业控 制、电力系 统等行业的 自动化，适 合于制造系 统的信息化信介质，通 用控制网 络家用电器、 视频、照 明、家热/ 制冷、安 防、计量表 和灌溉，消 费电子幵发智能 通信接口、 智能传感 器建筑自 动化协议计算简答分析画图与分析：1 键盘设计P35-39 , 4*4键盘工作原理。24键，0-F为数字键，一个小数点，7个功能键F1-F7 o2 插补法（

15、列表、作图），P116-1213 步进电机控制（8255,控制字，图），121-131 简答:1 PID 参数对性能的影响：理想模拟调节器的 PID 算式为 ，分为三个部分：比例调节的控制规律 为： ， 越大，调节作用越强，动态性能越好。反之 越小，调节作用 越弱，但大多数惯性环节 太大会引起自激振荡。比例积分调节中积分 调节： ，可以消除静差。 表示积分速度， 越大，积分速度越慢，积 分作用越弱。反之 越小，积分速度越快，积分作用越强。比例微分调 节器中微分部分： ，Td 微分时间常数， 可以改变微分作用的强弱。2 数字控制器的设计步骤：1) 依控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需

16、的闭环脉冲 传递函数 。2) 根据式 确定计算机的脉冲传递函数 D(z) 。3) 根据 D(z) ，编制控制算法的程序。 这种设计方法称为直接设计方法。 显然，设计过程中的第一个步骤是最 关键的。3 采样周期的确定方法： 采样周期的选择应视具体对象而定， 反应快的控制回路要求选用较短的 采样周期 T ，而反应缓慢的回路可以选用较长的。实际选用时，应注 意：(1)采样周期应比对象的时间常数小得多，否则采样信息无法反映瞬 变过程。采样频率应远大于信号变化频率。按香农(Sha nnon)采样定理，为了不失真地复现信号的变化， 采样频率至少应为有用信号最高频率的 2 倍，实际常选用 410 倍2）采样周期的选择应注