15自动化计算机控制技术复习题

题型：填空题、简答题、综合题第一章常规仪表组成的自动控制系统，一般分成闭环控制与开环控制两种结构形式。计算机控制系统的硬件一般是由主机、常规外部设备、过程输入/输出通道、操作台和通信设备等组成。软件通常分为系统软件和应用软件两大类。计算机控制系统主要分为：数据采集系统、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、分散控制系统、现场总线控制系统。计算机控制装置主要分为：可编程控制器、可编程调节器、总线式工控机、嵌入式计算机系统和其他控制装置。第二章DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。模拟量输出通道的任务：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成：一般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等组成。模拟量输出通道基本结构：多D/A结构和共享D/A结构。D/A转换器的性能指标有分辨率、转换精度、偏移量误差、线性误差、稳定时间。DAC0832的内部结构组成及其作用：DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。结合图，计算DAC0832的地址，分析说明由DAC0832组成的接口电路的工作过程，并编写完成一次D/A转换的接口程序。结合图，计算低4位输入寄存器，高8位输入寄存器，和12位DAC寄存器的地址，分析说明由DAC1210组成的接口电路的工作过程，并编写完成一次D/A转换的接口程序。D/A转换芯片根据不同控制系统自动化装置需求的不同，输出方式可以分为电压输出、电流输出以及自动/手动切换输出等多种方式。其中，电压输出方式又可分为单极性输出和双极性输出两种形式。电流输出方式也可分为普通运算放大器V/I变换电路和集成芯片V/I变换电路。第三章模拟量输入通道的功能、各组成部分：模拟量输入通道是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。根据模拟量输入通道需要，可以采取不同的信号调理技术，如信号滤波、光电隔离、电平转换、过电压保护、反电压保护、电流/电压变换等。一般是采用电阻分压法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，一般采用两种变换电路，无源I/V变换和有源I/V变换。当某一通道进行A/D转换时，由于A/D转换需要一定的时间，如果输入信号变化较快，就会引起较大的转换误差。为了保证A/D转换的精度，需要应用采样保持器。P37，例3-2ADC0809和AD574A接口电路，包括地址计算、分析说明工作过程、并编写完成一次转换的接口程序。A/D转换器性能指标包括：分辨率、转换精度、线性误差、转换时间。第四章光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，它是通过电光电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换，RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。各元器件的作用：电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信号。RC滤波是用RC滤波器滤除高频干扰。过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。数字量输出通道是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。数字量输出通道根据现场负荷的不同，可以选用不同的功率放大器件。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。固态继电器的类型、优点：固态继电器（SSR）根据输出端是直流或交流，分为直流型SSR和交流型SSR。交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型。它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等电磁继电器无法比拟的优点。第七章测量数据预处理技术包括数字调零技术、系统校准技术以及输入、输出数据的极性与字长的预处理技术。数字滤波及其特点：数字滤波，就是计算机系统对输入信号采样多次，然后用某种计算方法进行数字处理，以削弱或滤除干扰噪声造成的随机误差，从而获得一个真实信号的过程。它实质上是一种程序滤波。具有可靠性高，稳定性好，修改滤波参数也容易，成本很低的优点，但其需要占用CPU时间。各种数字滤波方法及适用场合：算术平均滤波，适用于对周期性干扰的信号滤波。去极值平均滤波，适用于工业场合经常遇到的尖脉冲干扰的信号滤波。加权平均滤波，适用于纯滞后较大的对象。滑动平均滤波，适用于系统实时性要求较高的场合。中值滤波，对缓变过程中的偶然因素引起的波动或采样器不稳定造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。限幅滤波，对随机干扰或采样器不稳定引起的失真有良好的滤波效果。惯性滤波，适用于变化缓慢的采样信号。标度变换的任务是把计算机系统检测的对象参数的二进制数值还原变换为原物理量的工程实际值。主要方法有：线性式变换、非线性式变换、多项式变换以及查表法。P99例7-1第八章干扰的来源与传播途径：干扰有的来自外部，有的来自内部。外部干扰由使用条件和外部环境因素决定。外部干扰环境如雷电、如太阳或其他星球辐射的电磁波；动力机械、高频炉、开关、过载继电器等也会产生较大的干扰。内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。内部干扰环境分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应等。干扰传播的途径主要有三种：静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。串模干扰及抑制方法：串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中。对串模干扰的抑制较为困难，目前常采用双绞线与滤波器两种措施。共模干扰及抑制方法：共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入端上共有的干扰电压，可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。共模干扰电压的抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用被测信号的双端差动输入方式。具体的有变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施。终端匹配的方法：最简单的终端阻抗匹配方法如图所示。如果传输线的波阻抗是RP，那么当R＝RP时，便实现了终端匹配，消除了波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，只是时间上迟后。在计算机控制系统中，大致有哪几种地？最终如何接地？在计算机控制系统中，大致有以下几种地线：模拟地、数字地、信号地、系统地、交流地和保护地。一般来说，当频率低于1MHZ时，采用单点接地方式为好；当频率高于10MHZ时，采用多点接地方式为好；而在1~10MHZ之间，如果采用单点接地，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应采用多点接地方式。简述程序运行监视系统的工作原理：在正常情况下，CPU每隔T1时间便会定时访问定时器2，从而使定时器2重新开始计时而不会产生溢出脉冲P2；而一旦CPU受到干扰陷入死循环，便不能及时访问定时器2，那么定时器2会在T2时间到达时产生定时溢出脉冲P2，从而引起CPU的复位，自动恢复系统的正常运行程序。第九章数字PID位置式控制算法和增量式控制算法，及它们的优缺点。增量型不需要做累加，控制量的确定仅与最近几次误差采样值有关，其计算误差较小；而位置型则容易产生累加误差。增量型输出是控制量的增量，万一出错，不会严重影响系统的工作；而位置型输出的是控制量的全量输出，因而误动作的影响较大。增量型易于从手动到自动的无扰动切换。积分饱和现象，消除方法。由于控制输出与被控量不是一一对应的，控制输出可能达到限幅值，持续的积分作用可能使输出进一步超限，相当于系统处于开环状态，当需要控制量返回正常值时，无法及时“回头”，使控制品质变差。抗积分饱和算法：输出超限时不积分。当时，采用PD控制当时，采用PD控制其他情况，正常的PID控制积分分离原因，算法。一般PID,当有较大的扰动或大幅度改变设定值时，由于短时间内出现大的偏差，加上系统本身具有的惯性和滞后，在积分的作用下，将引起系统过量的超调和长时间的波动。积分分离算法是设置一个积分分离阈值B，当偏差较大时取消积分作用，当偏差较小时才投入积分作用。当时，采用PID控制当时，采用PD控制抗积分饱和算法与积分分离算法的对比：相同点：某种状态下，切除积分作用。不同点：抗积分饱和根据最终控制量输出越限状；积分分离根据偏差是否超出预设的分离值。不完全微分PID算法与基本PID算法的对比，不完全微分PID算法的优越性：基本PID算法的微分作用仅局限于一个采样周期有一个大幅度的输出，在实际使用这会产生两方面的问题。一是控制输出可能超过执行机构或D/A转换的上下限，二是执行机构的响应速度可能跟不上，无法在短时间内跟踪这种较大的微分输出。这样在大的干扰作用情况下，一方面会使算法中的微分不能充分发挥作用，另一方面也会对执行机构产生一个大的冲击作用。相反地，不完全微分PID算法由于惯性滤波的存在，使微分作用可持续多个采样周期，有效地避免了上述问题的产生，因而具有更好的控制性能。由于微分对高频信号具有放大作用，采用基本PID容易在系统中引入高频的干扰，引起执行机构的频繁动作，降低机构的使用寿命。而不完全微分PID算法中包含有一阶惯性环节，具有低通滤波的能力，抗干扰能力较强。带死区的数字PID算法：在计算机控制系统中，为了避免控制动作过于频繁，以延长执行机构或阀门使用寿命，在原PID算法的前面增加一个不灵敏区的非线性环节。第十章数据通信的基本传输方式有并行通信和串行通信两种。波特率定义为每秒钟传送二进制数码的位数，单位是位每秒，用bps、bit/s或b/s表示。按通信线路上信息传送方向与时间的关系，可分为三种通信制式：单工通信、半双工通信和全双工通信。RS-232C规定逻辑“1”状态电平为-15~-5V，逻辑“0”状态电平为+5~+15V。RS-422为全双工，采用两对差分平衡信号线；而RS-485为半双工，只需一对平衡差分信号线。第十一章总线是IPC的重要组成部分，它分内部总线与外部总线两种。内部总线是指IPC内部各个