计算机控制系统考试样题

计算机控制系统考试样题结合实际案例画出一个典型的计算机控制系统框图，并说明：各组成部分的功能设计一个计算机控制设计的步骤(P188〜P195)1，计算机控制系统的总体方案设计：虽然计算机控制系统的设计原则中有一条是通用性好，然而在针对一个具体的生产过程进行计算机控制系统设计时，还是必须注重对实际问题的调查。总体方案中首先要确定整个控制系统的结构和类型：a,硬件总体方案设计，b,软件总体方案设计，c,系统可靠性设计及机柜结构设计，d,设计说明书；2，硬件的工程设计与实现：a,选择系统的总线，b,选择输入输出通道，c,选择现场设备；3，软件的工程设计与实现：a,程序结构规划，b,资源分配，c,实时控制软件设计-数据采集及数据处理、实时时钟与中断处理、控制算法、控制量输出、生产管理、数据通信；4，控制系统的调试与运行：a,离线仿真和调试，b,系统仿真，c,在线调试和运行。(3)和一般连续控制系统的主要区别有哪些？第一节计算机控制勇统糠诵.计豪机控制系城的F融槪念H hi上严唯的fVhriq-1Vitt\ih的星蜒--計舟壺烘押制系址，II師丿卜，讯中軒师岸I“呻『屮“为了対廉检时挚晾行掠第，曲枠開说■韵悄戡整暮粒，Itflfit 1*^咐iff祐M■训r*^4.⑰堆堆備比较荒产％貧歸祢为檸输U幣愉2；小.r-*-'!JJ**

沖苗计鼻.严哝挣制悄号骗动执4机怙对(V, I-"!；iF|PH，tMl.h迂就定一牛桃反購闭环连螺控対峯绘的独辭釘耳’0團】J膚示《由翼•人闻■出■甩秋爭悄RftiiiA・，謀祥換耳tA/D)和散丿科鶉輕曲24). WUTL■:X/irjtllNv,r什么是香农采样定理？计算机控制系统设计时应如何选取采样周期？采样定理，又称香农采样定律、奈奎斯特采样定律，是信息论，特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论.采样是将一个信号（即时间或空间上的连续函数）转换成一个数值序列（即时间或空间上的离散函数）。采样得到的离散信号经保持器后，得到的是阶梯信号，即具有零阶保持器的特性。如果信号是带限的，并且采样频率高于信号最高频率的一倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍:Fs22Fmax。必须满足采样定理的要求，即3s三23maxWmax被采样信号的最高角频率，随动系统的经验公式：3s=3c（系统的开环截止频率）从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，T小些好。干扰频率越高，则采样频率最好越高，以便实现快速跟随和快速抑制干扰。根据被控对象的特性，快速系统的T应取小，反之，T可取大些。根据执行结构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应取大些。否则，执行机构来不及反应控制器输出的变化。从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T应取大些。T大，对每个回路的计算控制工作量相对减小，可以增加控制的回路数。从计算机能精确执行控制算是来看，T应选大些，因为计算机字长有限，T过小，偏差值e（k）可能很小，甚至为0调节作用减弱，各微分、积分作用不明显。慢速控制系统，例如温度控制，可选10s〜20s;快速控制系统，例如马达控制，可选1ms〜10ms。数字控制器的设计方法主要有哪几种？分别给岀相应的公式。（P27〜P29）PPT3-3〜PPT3-21计算机控制系统中常用的总数技术有哪些？其优缺点是什么？1,总线是一组信号线的集合。这些线是计算机系统的各插件间（或插件内部芯片间）、各系统之间传送规定信息的公共通道，有时也称数据公路，通过它们可以把各种数据和命令传送到各自要去的地方。为了使计算机系统插件与插件间、系统与系统间能够正确连接，就必须对各插件或各系统的连接制定出严格的规约，即总线标准，为各厂商设计和生产插件模块的标准提供统一的依据。2．根据总线不同的结构和用途分类（1） 专用总线。只实现一对物理部件间连接的总线称为专用总线，可同时完成收发。（2） 非专用总线。非专用总线可以被多种功能或多个部件所共享，所以也称之为共享总线，可分时复用。3．根据总线的用途和应用环境分类(1)局部总线。局部总线又称为芯片总线。它是微处理器总线的延伸，是微处理器与外部硬件接口的通路，如图7-1所示。系统总线。由于微处理器芯片总线驱动能力有限，所以大量的接口芯片不能直接挂在微处理器芯片上。一般微型机系统总线如图7-2所示。外总线。外总线又称为通信总线，用于微处理机与其它智能仪器仪表间的通信。外总线通常通过总线控制器挂接在系统总线上，外总线如图7-3所示。常用的外总线有：连接智能仪器仪表的IEEE-488通用接口总线、RS-232C、RS-422、RS-485、USB串行通信总线等。4,(1)EIARS-232C串行总线是国际电子工业学会正式公布的串行总线标准，也是在计算机系统中最常用的串行接口标准，用于实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的同步或异步通信。采用RS-232C作为串行通信时，通信距离可达12m，传输数据的速率可任意调整，最大可达20kbps。最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线(发送线、接收线、信号地线)便可实现全双工异步串行通信.RS-232C逻辑状态定义的正负电压范围与TTL高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够使计算机接口与终端的TTL器件连接，必须在RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系变换。RS-232C有一系列不足：数据传输速率局限于20kbps；传输距离较短；该标准没有规定连接器，因而设计方案不尽相同，这些方案有时互不兼容；每个信号只有一根导线，两个传输方向共用一个信号地线；接口使用不平衡的发送器和接收器，可能在各信号成分间产生干扰。⑵针对RS-232C串口标准的局限性，又提出了RS-485、RS-422接口标准。RS-485/422采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号，通过两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测200mV电压。RS-485/422最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mbps,传输速率与传输距离成反比，在100kbps的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。RS-485总线网络一般采用终端匹配的总线型结构，即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。(3)I2C总线最主要的优点是它的简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可达25英尺，并且能够以10kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)模式，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。I2C总线是由数据线SDA和时钟线SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控集成电路之间、集成电路与集成电路之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址。在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器(或被控器)，又是发送器(或接收器)，这取决于它所要完成的功能。

CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量用来传输控制数据。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不影响。(4)SPI(SerialPeripheralInterface——串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，允许微控制器与各种外围设备以串行方式进行通信、交换信息。外围设备包括简单的ttl移位寄存器(用作并行输入或输出口)至复杂的lcd显示驱动器或a/d转换器等。SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，它使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线。因而SPI总线的使用可以简化电路设计、省掉了很多常规电路中的接口器件、提高设计的可靠性。SPI总线可在软件的控制下构成各种简单的或复杂的系统口：一个主微控制器和几个从微控制器；几个从微控制器相互连接构成多主机系统(分布式系统)；一个主微控制器和一个或几个从I/O设备。在大多数应用场合中，使用一个微控制器作为主机，它控制数据向一个或多个从外围器件的传送。从器件只能在主机发命令时才能接收或向主机传送数据。其数据的传输格式是高位(MSB)在前，低位(LSB)在后。SPI典型结构如图7-12所示。组态软件的作用是什么？给出上位机组态软件设计的一般步骤。(P149)组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通讯协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。(1)工程建立，组态中用“工程”来表示组态生成的应用系统，创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统。2)构造实时数据库：定义数据对象，数据对象属性设置；组态用户窗口组态主控窗口组态用户窗口组态主控窗口组态设备窗口组态运行策略系统菜单设计，主控窗口属性设置；选择构件，设置属性，连接通道和调试设备；对监控系统运行流程进行控制的方法和条件，能够对系统执行某项操作和实现某种功能进行有条件的约束；7)组态结果检查：要保证组态生成的应用系统能够正确运行，必须保持组态结果准确无误；(8)新工程的提交：组态完好、测试正确的工程文件与系统的运行环境一起构成用户的应用系统。画岀组态王和MSSOLServer数据库存储的流程框图？写岀涉及到的一些函数。2.数据库连接〃SQLConnect()函数和SQLSelect()函数建立与“mine”数据库进行连接：SQLConnectfDevicelD,"dsn=mine;uid=;pwd=");//连接后生成DevicelD号SQLSelectfDevicelD,"kingview","BIND", //kingview的一个表格;BIND是记录体 = '//mine是access数据库的系统数据源。4.创建表格的方法：SQLCreateTable(DevicelD,"KingTable","tablel");//SQLCreateTable()彳以表格模板中定义的表格类型，在数据库中创建新表•使用格式如下：//[ResultCode=]SQLCreateTable(DevicelD/lTableName",'，TemplateName");〃参数：// DevicelD:SQLConnct()产生的连接号。//TableNme:想耍创建的数据库名。//TemplateName:表格模板名。7从现有表格中读取数据SQLSelect(DevicelD,^KingTable1；HBIND2H//将表格KingTable的数据放入BIND2记录体中8获得记录SQLFirstfDevicelD);//第一条记录SQLNext(DevicelD);//下一条记录9断开与数据库的连接SQLDisconnect(DevicelD);10删除表格中的所有数据SQLDelete(DeviceID?"Kingtable",什么是鲁棒控制？在实际系统中的主要作用是什么？我们总是假设已经知道了受控对象的模型，但由于实际中存在种种不确定因素，如：参数变化；未建模动态特性；平衡点的变化；传感器噪声；不可预测的干扰输入；所以我们所建立的对象模型只能是实际物理系统的不精确的表示。鲁棒系统设计的目标就是要在模型不精确和存在其他变化因素的条件下,使系统仍能保持预期的性能。如果模型的变化和模型的不精确不影响系统的稳定性和其它动态性能,这样的系统我们称它为鲁棒控制系统。所谓鲁棒性(Robustness),是指标称系统所具有的某一种性能品质对于具有不确定性的系统集的所有成员均成立,如果所关心的是系统的稳定性,那么就称该系统具有鲁棒稳定性；如果所关心的是用干扰抑制性能或用其他性能准则来描述的品质,那么就称该系统具有鲁棒性鲁棒控制理论是分析和处理具有不确定性系统的控制理论,包括两大类问题：鲁棒性分析及鲁棒性综合问题。鲁棒性分析是根据给定的标称系统和不确定性集合,找出保证系统鲁棒性所需的条件；而鲁棒性综合(鲁棒控制器设计问题)就是根据给定的标称模型和不确定性集合,基于鲁棒性分析得到的结果来设计一个控制器,使得闭环系统满足期望的性能要求。主要的鲁棒控制理论有：Kharitonov区间理论；H«控制理论；结构奇异值理论(卩理论)；什么是MES系统？主要有哪些功能模块？写岀各模块的主要功能及设计原则。(1)MES是美国制造研究和生产管理界于20世纪90年代提出的关于生产组织和管理的新概念。按MESA国际联合(MESAInternational)的定义，“MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时作出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对进行相应的指导和处理”。制造企业关心三个问题“生产什么？生产多少？如何生产？”ERP回答的是前两个问题。“如何生产”(可以生产什么?在什么时间生产什么?在什么时间已生产什么?质量如何？效益如何？)由生产现场的过程控制系统“掌握”。对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快速反映给“计划”，在计划与生产之间需要有一个“实时的信息通道”MES(制造执行系统)就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。只有在MES提供了详尽的生产状况反馈后，ERP才能有效地运作计划的职能。制造执行系统(MES)用途：面向生产制造平台的管理和优化。以对过程任务分配、业绩进行监视、统计、跟踪和分析等手段，实现过程的持续改进。内容：数据采集、效率评估、历史数据分析、物料跟踪、质量跟踪与分析、设备管理、计划分解等业务子系统或功能组件.成功的生产线MES工程，在生产管理上按“料、法、机”的思路去安排功能。所谓“料”，就是：生产日程安排、生产计划制定、生产批次跟踪、关键工序管理、原辅料管理和生产统计分析。所谓“法”，就是：质量检验数据采集、过程分析、SPC。所谓“机”，就是：设备状态监控、设备基本信息管理、设备故障分析、设备任务管理、设备统计分析和SPC。(3)由于MES对过程实时事件具有比ERP更高的响应能力，并具有对过程的实时状况向ERP报告的功能，使用其中的工序详细调度功能，通过相应的作业排序或作业调度程序来优化作业计划，MES能帮助ERP将企业的实际生产作业计划制定得更细致、定义得更精确，同时也更具有更高的可操作性，可以极大地提高生产过程的作业效率和作业性能。由于MES反映了作业人员、机器、设备、物料和工具等资源的使用状态的实时信息，并就刚刚完工的作业活动向ERP和有关人员报告。因此，使用其中的资源状态管理功能，MES除能及时提供更详实的资源可用量信息，以便于向ERP进行更可行的资源计划，同时，也使有关人员不仅可及时了解到作业效率，资源效率等实际状况，还可以对作业中隐藏的问题，运作效率改善等进行及时的处理和更正。