计算机控制系统复习笔记

1、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）及其输入输岀通道和被控对象（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， 分为开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）。1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-

2、485,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】MODBUS的两种传输方式MODBUS协议是应用于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

3、网）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 MODBUS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MODBUS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，为了与 TTL器件 相连必须进行电平转换。由于RS-232C采用电平传输，在通信速率为时，其通信距离只有15m。若要延

4、长通信距离，必须以降低通信速率为代价。对于多台计算机或者带有微控制器的 设备传输距离较远、速度快、便宜 用一对差分电路，抑制噪声，不受节 点间接电平差异影响为了实现采用+5V供电的TTL和CMOS通信接口电路能与RS-232C标准接口连接，必须进行串行口的输入/输岀信号的电平转换。没有规定连接器、信号功能和引脚分配， 两根差动线应位于同一跟双绞线内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

5、数。7模拟开关（1） CD4051为单端8通道低价格模拟开关，引脚如图4-10所示。（2）CD4052 :低成本差动4通道模拟开关，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、精度高分辨率高，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

6、FSR,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/4096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。分辨率通常用数字量的位数来表示，如8位、10位

7、、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、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 200卩s。5电源灵敏度：当电源电压变化时，将使A/D转换器的输岀发生变化。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%/% Us时，其含义是

8、电源电压变化为电源电压Us的1%时，相当于引入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?模拟量输岀通道组成：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，其输岀达到稳定（一般稳定到与土1/2最低位值相当的模拟量范围内）所需的时间。一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

9、，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、变压器隔离、 布线隔离、硬件滤波电路、过

10、压保护电路平衡对称输入、选用高质量的差动放大器、控制系统的接地技术软件措施：1 数字信号输入输岀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）数字信号输岀方法：重复输岀同一个数据2. CPU的抗干扰技术：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（WatchDog Timer）简称 WDT。13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

11、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

12、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，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

13、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）PROFIBUSCANDeviceNetLonworksCC-Link过程自动化领域 分低速H1和高 速H2两种通信 速率为现场信息规 范，适用于纺织、 楼宇自动化、可 编程控制器、低 压开关等一般自 动化支持主-从系统、汽车内部测量与执行部件之间的数据通信低成本的通信连 接，它将工业设 备连接到网络， 从而免去了昂贵 的硬接线 价格低、效率高， 特别适用于制造支持双绞线、同 轴电缆、光纤、 射频、红外线、 电源线等多

14、种通 信介质，通用控 制网络 家用电器、视频、亚洲设备层为主数据传输高速纯主站系统、多 主多从混合系统 等几种传输方式业、工业控制、 电力系统等行业 的自动化，适合 于制造系统的信 息化照明、家热/制冷、 安防、计量表和 灌溉，消费电子 开发智能通信接 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。2插补法（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

15、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（Shannon）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