工控机考试重点

1、基本概念： 闭环控制系统、开环控制系统 P1 控制点、检测点、控制回路 采样周期:采样过程信号的时间间隔控制周期:输出控制信号的时间间隔则称为控制周期采样周期和控制周期可以相同，也可以不同，但二者必须满足生产过程的工艺需求 DAS;数据采集系统 DDC直接数字控制系统特点：计算机对被控参数进行检测，并与给定值比较，按预定的策略进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数趋于给定值SCC计算机监督控制系统 计算机对被控对象的各物理量进行巡回检测，并按一定的数学模型，计算出最佳给定值送给模拟调节器或或智能仪表，通过仪表实现闭环控制。DCS集散控制系统 分为三级：分散过程控制级、集中操作监控级、综合

2、信息管理级 特点：控制分散、信息集中、 模块化、通信能力强 、人机接口丰富、可靠性高FCS现场总线控制系统 特点：总成本，可靠性，真正开放式互连；真正分散控制系统。CIMS计算机集成制造系统CIPS流程工业计算机集成系统 计算机控制系统的组成与工作过程 测量、计算、控制、管理 (P2) 采样周期控制周期典型生产过程： 连续过程、离散过程、批量过程计算机控制系统的组成:计算机控制系统=控制计算机（硬件、软件、网络）+生产过程（被控对象、测量变送仪表、执行机构）工业控制机=硬件+软件 硬件：主机、外设、通道、接口、人机界面、通信接口、自动化仪表等 软件：系统软件、应用软件 支持软件计算机控制系统的

3、分类(分类方法不同、类别不同)按控制方案、系统构成、形态等分类：数据采集系统DAS直接数字控制系统DDC计算机监督控制系统SCC集散控制系统DCS现场总线控制系统FCS，主流现场总线工业过程计算机集成制造系统CIMS/CIPSDDC、DCS的特点DCS：分布式控制系统、集散控制系统、分散型控制系统DCS的特点（优点）：独立性；友好性；协调性；适应性、灵活性和可扩充性，实时性，可靠性三级名称：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级FCS：现场总线控制系统FCS的优点:提高了信号传输的速度、精度，增加了信号传输距离，实现了控制功能的彻底分散，降低了系统成本，使系统可靠性提高典型现场总线：F

4、F（基金会现场总线）、PtofibusDP、DeviceNet、Lonwork基本概念总线：连接一个或多个部件的一组信号线，包括地址总线、数据总线和控制总线。 P64接口：内部总线：又称板级总线，是计算机系统内连接各插件板的总线外总线：又称通信总线或接口总线，它完成计算机系统之间或计算机与设备之间的通信任务总线按数据传输方式分：串行总线，并行总线非平衡电气特性：每个信号用一根导线，所有信号回路共用一根地线平衡电气特性：利用差分电路进行信号传输微机系统常用内总线：P65（1）PC系列总线ISA总线：16位，最大寻址空间16MB，数据传输速率为16MB/sEISA总线：32位，其数据传输速率可达3

5、2MB/sPCI总线：外部设备连接接口总线，支持64位奔腾处理器，132MB/s，有32位和64位PCI Express总线：2.0版速率为5GT/sVESA总线 （2）compact PCI:132MB/s(32位)和264MB/s（64位）常用外总线：P66（1） RS-232C串行通信接口（2） RS-485串行通信接口（3） IEEE-48总线按总线用途和应用场合分类:片内总线、片级总线、板级总线、系统级总线P64内总线ISA、PCI、VME外总系RS-232、RS-422、RS-485、USB、IEEE488，其中CompactPCI:特点：紧凑式，欧式连接器，热插拔PCIe:特点：

6、串行、高速、点对点、×4 ×32RS-232性能特点 P66距离、速率、电气特性、抗扰能力全双工非平衡传输L<15mRS-422性能特点距离、速率、电气特性、节点数、抗扰能力全双工平衡传输L<1200mRS-485性能特点距离、速率、电气特性、节点数、抗扰能力半双工平衡传输L<1200适用于主从式多点通信，如连接多个ADAM-4000系列模块、多台S7-200系列PLC、多台变频器RS-422/RS485工业通信的相关问题 P66为什么RS-422/RS-485具有更强的抗扰能力？平衡传输（差分传输）RS-485总线上的节点设备的地址分配有何要求唯一RS-

7、422转为RS485？Rx+ Tx+DATA+Rx- Tx-DATA-RS-422/RS-485网络的终端电阻如何设置基本概念离散信号:采样信号e*(t)是时间上离散，在幅值上连续变化的信号 P76连续信号、模拟信号、采样、保持、量化:采用一组数码（例如8位A/D转换器的数码范围为0255）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号P76采样/保持器：把连续信号变换为脉冲序列的装置零阶保持器：将离散的信号转换为连续信号的装置模拟开关：主要是完成信号链路中的信号切换功能过程通道：输入生产过程中的各参量和状态到CPU，输出CPU的控制信号或命令给执行机构。AI通道： P16 AO通道: P36D

8、I通道: P42DO通道: P44干接点:无源接点湿接点:有源接点串模干扰:叠加在被测信号上的干扰信号 P49共模干扰: P50最高采样频率的计算公式: 使用S/H后，允许输入信号频率的变化: 例如ADC转换时间为25s，采样正弦信号，精度优于1 LSB，则fmax<1.5Hz引入S/H后，若要求最大孔径误差不超过q，则由此限定的被转换信号的最高频率为:模拟量输入通道：P16单极性、双极性、差动输入、单端输入技术指标，组成和接口技术模拟量输入通道组成，信号内阻、模拟开关内阻、输入阻抗之间的关系，ADC0809/AD574(1674)变送器与A/D之间为何使用4-20mA传送？因为信号起点

9、电流为 4mA，为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA，不与机械零点重合，这种“活零点”有利于识别断电和断线等故障。（百度搜索答案）模拟量输出通道：P36D/A转换器的主要技术指标：分辨率、稳定时间、线性误差、输出方式和极性、温度范围输出电流与负载的关系：D/A为何是零阶保持器？D/A转换时将数字信号转换为模拟信号，而D/A转换器是通过D/A转换器中的零阶保持器的功能来实现的 P79AO通道组成和接口技术、I/O通道:光电耦合器的特点、种类：种类：(1) 能够有效抑制接地回路的噪声，消除地干扰(2) 可以在不同电位和不同阻抗之间传输电信号，且对信号具有放大和整形等功能(3) 开关

10、速度快(4) 体积小分类：(1) 按输出形式分，可分为：a、光敏器件输出型b、NPN三极管输出型c、达林顿三极管输出型d、逻辑门电路输出型e、低导通输出型(输出低电平毫伏数量级)。f、光开关输出型(导通电阻小余10)。g、功率输出型(IGBT/MOSFET等输出)。(2) 按速度分，可分为低速光电耦合器(光敏三极管、光电池等输出型)和高速光电耦合器(光敏二极管带信号处理电路或者光敏集成电路输出型)。(3) 按通道分，可分为单通道，双通道和多通道光电耦合器。(4) 按隔离特性分，可分为普通隔离光电耦合器(一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V)和高压隔离光电耦合器(可分为10kV,20

11、kV,30kV等)。(5) 按工作电压分，可分为低电源电压型光电耦合器(一般515V)和高电源电压型光电耦合器(一般大于30V)。光电耦合器的抗扰机理和作用工作原理：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。I/O通道的组成，继电器输出是否需要光耦？V/I转换为何计控系统多使用电流传输：（1）电流传输具有较强的抗干扰能力（2）串联回路，电流相等，回路阻抗对传输电流无影响；而电压传输，回路电阻有分压作用计控系统抗扰技术抗串模干扰的硬件措施滤波电路：有源滤波电路

12、、无源滤波电路低通、高通、带通、带阻双积分A/D双绞线前置放大抗共模干扰的硬件措施隔离：光电，变压器隔离浮空平衡对称输入，仪表放大器良好接地抗扰软件措施参考数字滤波 P53接地技术模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地低频信号接地、通道馈线接地、屏蔽层接地、主机外壳接地、多机系统接地、单点/多点接地基本概念数字滤波、标度变换（P56）、工程量、字长字长:为把量化误差限制在所允许的范围内，应使A/D转换器有足够的字长。确定字长要考虑的因素是：输入信号x的动态范围和分辨率。数字滤波的优点:(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。(2)数字滤波可以对频率很低(如0.0

13、1HZ)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。(3)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。常用数字滤波特点、适用场合惯性滤波：滤波系数与滤波频率的关系(P55 2-37式 )适用于高频或低频的干扰信号限幅滤波：适用于偶然的脉冲干扰（P53）中位值滤波：中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次(m 3)且是奇数，并按大小顺序排列；再取中间值作为本次采样的有效数据。特点:中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引发的干扰有良好的滤波效果。算数平均值滤波:特点：1）N值决定了信号平滑度和灵敏度。2）对每次采样值给出相同的加权系数，即1/N。适用场合

14、：适用于具有周期性干扰噪声的信号，但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不理想。给出数据、能计算滤波器输出工程量（标度变换）转换公司及应用（P56）线性标度变换由A/D代码计算工程量；由工程量算A/D代码1道计算题字长选择A/D字长选择：公式，零点迁移对精度的影响为把量化误差限制在所允许的范围内，应使A/D转换器有足够的字长。确定字长要考虑的因素是：输入信号x的动态范围和分辨率。给出信号动态范围，字长为（ 为转换当量，mV/bit）：给出分辨率D0，字长为： D/A字长选择：执行机构的最大输入值为umax最小输入值为umin灵敏度为结合常用的A/D和D/A芯片确定其位数1道计算题数字控制器的连

15、续化设计方法 （P98、P106）双线性变换、前向差分、后向差分z传递函数位置/增量型算式；微分方程 位置/增量型算式；D(s)、D(z) 位置/增量型算式连续化设计步骤:设计连续控制器D(S)、选择采样周期T、连续控制器的近似离散化、通过计算机实现、校验PID控制规律 （P107）P、I、D、PI、PD、PID作用及其阶跃响应（分量）PID控制规律中KP、Ti、Td对控制系统性能的影响位置型算式 vs 增量型算式:控制系统中：如执行机构采用调节阀，则控制量对应阀门的开度，表征了执行机构的位置，此时控制器应采用数字PID位置式控制算法；如执行机构采用步进电机，每个采样周期，控制器输出的控制量，

16、是相对于上次控制量的增加，此时控制器应采用数字PID增量式控制算法； 增量式控制算法的优点：（1）增量算法不需要做累加，计算误差或计算精度问题，对控制量的计算影响较小。而位置算法要用到过去的误差的累加值，容易产生大的累加误差。（2）增量式算法得出的是控制量的增量，只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小；而位置算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响大。（3）采用增量算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。PID输出控制量的计算一般数字控制器的推导给出微分方程、S传函、Z传函或系统方框图控制器的位置型算式和增量算式给出微分方程、S传函、结构图D(z)、位置型算式和增量算式给出S传函,双线性变换、前

17、向差分、后向差分D(z)、位置型算式和增量算式数字PID算法的改进：积分项改进积分分离防止积分饱和措施之一积分限幅防止积分饱和措施之二梯形积分提升积分精度积分灵敏度累计后输出微分项改进:不完全微分 （P110）算式推导、优点、阶跃响应曲线实现：PID+惯性环节实现；纯微分+惯性环节实现 (P111)微分先行PID (P112)算式推导特点及使用场合:它和标准PID控制的不同之处在于，只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分，这样，在改变给定值时，输出不会改变，而被控量的变化，通常是比较缓和的。这种输出量先行微分控制适用于给定值频繁升降的系统，可以避免给定值升降时所引起的系统振荡，明显地改善

18、了系统的动态特性带死区的PID控制算法 (P113)特点及作用:为避免控制动作过于频繁，消除因频繁动作所引起的振荡，死去e0过小，使得控制动作频繁，达不到预期的目的；若过大，则使系统产生较大滞后，影响系统的稳定性。数字PID参数整定：（P113）PID控制参数对系统性能的影响:u 积分时间常数Ti对控制性能的影响积分控制通常是与微分控制、比例控制配合使用，构成PI控制或PID控制。(1) 对动态特性的影响:积分控制使得系统的稳定性下降。Ti变小，系统振荡次数增多，甚至不稳定；Ti变大，则对系统性能的影响减小。(2) 对稳态特性的影响:积分控制能消除系统的静差，提高系统的控制精度。若Ti太大，积

19、分作用太弱，则不能减少静差。u 比例系数Kp对系统性能的影响(1) 动态特性的影响 Kp加大，使得系统的动作灵敏，响应速度加快Kp加大，振荡次数增加，调节时间拉长Kp过大，系统不稳定。(2) 对稳态特性的影响 Kp加大，在系统稳定的情况下，可以减少静差，提高控制精度 Kp加大，并不能消除静差。u 3. 微分时间常数Td对控制性能的影响微分控制通常与比例控制、积分控制配合使用，构成PD控制或PID控制。微分控制主要用于改善系统的动态性能，如减少超调量和调节时间Td过大，超调量加大Td过小，微分作用不明显控制规律的选择：即P、PI、PID及复杂规律的选择（1）一阶惯性控制对象：P控制或PI控制（2

20、）具有纯迟后的一阶惯性控制对象：PI控制（3）具有大迟后的一阶惯性控制对象:PID控制（4）二阶控制对象：PID控制（5）具有迟后的二阶或高阶控制对象：复杂控制规律 串级控制 前馈控制 根据响应波形判断PID参数的增加或减小*采样周期的选择：采样定理，附加因素采样定理：Tmax或smax(s2/T)。附加因素：给定值的变化频率:变化频率越高，采样频率越高;被控对象的特性：被控对象是快速变化还是慢变的;执行机构的类型：执行器惯性大，采样周期应大;控制算法的类型：采用太小的T会使得PID算法的微分积分作用很不明显；控制算法也需要计算时间。控制的回路数。PID参数整定 （P117）参数整定顺序、扩充

21、临界比例度、扩充响应曲线、凑试法整定PID参数的步骤数字控制器离散化设计：无差最小拍控制：（P131）和e的确定，三种输入信号，不要求推导算式有纹波最少拍控制和e的确定，不要求推导算式纹波最少拍控制和e的确定，不要求推导算式史密斯和大林控制输出迟后拍数串级控制串级控制概念：一个控制器的输出作为另一个控制器的给定值主回路、副回路两个检测仪表、一个执行器（执行仪表）克服扰动的机理：副回路提前对扰动进行抑制增大等效放大系数、减小等效时间常数主、副回路采样周期的确定一般不等，二者可大可小应将主要扰动因素包括在副回路前馈控制(全补偿：需要知道传递函数)前馈控制概念：按扰动量进行控制，当系统出现扰动时，前馈控制就按扰动量直接产生校正作用，以抵消扰动的影响。这是一种开环控制形式，在控制算法和参数选择合适的情况下，可以达到较高的精度。对扰动量进行补偿的开环控制理论上：影响多少，