计算机控制技术复习提纲.docx

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计算机控制技术复习提纲

2014计算机控制技术重修复习提纲

1.计算机控制系统概念、组成与工作原理。

概念：

计算机控制系统（ComputerControlSystem，简称CCS）是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。

组成：

计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。

工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。

硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。

软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。

工作原理：

1．实时数据采集：

对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入；2．实施控制决策：

对采集到的被控量进行分析和处理并按已定的控制规律决定将要采取的控制行为；3．实时控制输入：

根据控制决策，实时的对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.在线方式与离线方式，实时的含义。

在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；

生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式；

实时的含义：

所谓实时，是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成。

3.计算机控制系统的典型形式种类与特点。

（操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散型控制系统、现场总线控制系统）。

（1）操作指导控制系统

该系统属于开环控制结构。

计算机根据一定的控制算法，依赖测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。

操作人员根据计算机输出的信息去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。

（2）直接数字控制系统（DirectDigitalControlSystem-DDC）

DDC系统属于计算机闭环控制系统。

计算机首先通过模拟量输入通道（AI）和开关量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。

（3）监督控制系统（SupervisoryComputerControlSystem-SCC）

监督控制中，计算机根据原始工艺信息和其他的参数，按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等）。

从这个角度上说，它的作用始改变设定值，又称为设定值控制SPC（SetPointControl）.

（4）分布式控制系统（DistributedControlSystem-DCS）

DCS采用分散控制，集中操作，分级管理，分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级等三级系统，形成分级分布式控制。

（5）现场总线控制系统（FieldbusControlSystem-FCS）

FCS是新一代分布式控制结构。

20世纪80年代发展起来的DCS，其结构模式为“操作站－控制站－现场仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的DCS又各自的标准，不能互连。

FCS于DCS不同，它的结构模式为“工作站－现场总线仪表”二层结构，完成了DCS三层结构的功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。

4.了解几种常用的片级总线、系统总线和外部总线。

5.RS-232、RS-485、RS-442、USB总线的特点（电气、物理）与区别。

RS-232（串行）：

-15V

（1）、+15V（0）；电气接口是单端的、双极性电源供电电路。

数据传输速率局限于20kb/s，传输距离局限于15m，该标准没有规定连接器，有25和9脚插针。

传送信号只用1根信号线，不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部引入的干扰信号。

采用高压供电以排除地的干扰。

RS-485：

采用平衡差分电路，为半双工工作方式，只采用一对平衡差分信号线来连接，任何时候只能有一点发送数据；可以联网构成分布式系统，最多并联32台驱动器和32台接收器。

RS-232：

采用平衡驱动和差分接收方法，消除信号地线，数据传输速率比RS-232提升了很多，串口通信最远距离是50英尺。

USB总线接口（串行）：

USB1.1：

12Mbps，USB2.0：

480Mbps。

2电源线（5V），2数据线，127个设备

USB1.1：

12Mbps，USB2.0：

480Mbps。

2电源线（5V），2数据线，127个设备，距离5米。

具有热插拔功能。

6.IO端口的分类与功能。

I/O端口地址分配：

1024个端口

两类I/O接口硬件：

板内接口和扩展接口。

前256个（000~0FFH）专供系统板上的I/O接口芯片使用，

后768个（100~3FFH）为I/O接口扩展卡使用。

其地址分配分别如表2-2和表2-3所示。

（1）系统板上的I/O接口：

表2-2

（2）扩展卡上的I/O接口：

表2-3

7.计算机IO端口地址选用原则。

8.熟悉IO端口的三种地址译码方法和原理，看懂图2-9译码电路图。

9.计算机数字量接口和过程通道的概念，熟悉数字量通道三种输入调理电路的原理和特点。

10.熟悉功率驱动电路的形式和特点（光电隔离、继电器、接触器），了解固态继电器原理。

在大功率交流驱动电路中，固态继电器SSR作交流开关使用。

SSR是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。

SSR作交流开关，相当于有一个触点，左边是TTL电平，在0~5V之间：

当TTL电平为高时，触点闭合；

当TTL电平为低时，触点断开。

当用计算机来控制电磁阀时，用固态继电器。

11.由三极管驱动的继电器的电路形式是怎样的？

其中的续流二极管的作用。

如果将继电器接在三极管e级有什么缺点？

二极管的作用：

当电流截止时，防止三极管被反向击穿，用二极管放电。

缺点：

1.继电器K两端需要12~24V的电压才能使K接触良好，Ve=4.3V，不能提供足够电压。

2.开始导通时，K两端为5V，电流增大，Vbe下降，负反馈使导通变慢，减慢了导通速度。

3.阻止了Ib跟Ic的导通，对Ib的导通十分不利。

12.模拟量输入接口和过程通道的概念和特点，将模拟量转换为数字量时，可采用什么方法将输入量和输出量隔离？

模拟量输入通道过程参数：

由传感元件和变送器测量，并转换为电流（或电压）后，再送多路开关；在微机控制下，由多路开关将各个参数依次地切换到后级，进行采样和A/D转换，实现巡回检测。

13.哪些是标准接口信号？

为何要采用标准电压、电流信号？

哪一种最常用？

为什么？

变送器输出的信号为0～10mA或4～20mA的统一信号；DDZ-Ⅱ型的输出信号标准为0～10mA,而DDZ—Ⅲ型和DDZ—S系列的输出信号标准为4～20mA。

电流信号最常用，因为若设定电压，1）接口电压可能会由于接口触点氧化，使电阻变大，电压亦随之变化。

2）若外接负载，也会改变接口电压的大小。

而标准电流接口却不会出现以上情况，因此标准电流接口比较常用。

14.说明有源I/V变换和无源I/V变换电路工作原理。

（1）有源I/V变换

利用有源器件——运算放大器和电阻组成。

与无源变换的区别：

信号隔离。

电流不直接流过R2,VI=I*R1。

利用运算放大器虚短和虚断概念，可求出同相放大电路的放大倍数。

合理选择电阻，就可以得到相应的电压输出。

（2）无源I/V变换

I/V变换的基本思想：

电流转变成电压

变换电路中各部分的作用：

R1:

限流电阻D:

将电压钳制在5V+0.3V以内

R2:

电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电阻，精度为0.1%。

C和R1：

组成阻容低通滤波电路

15.为什么要对模拟信号采样？

模拟信号的采样特点，香农采样定理的要点。

采样过程：

按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻O、T、2T、…KT的一连串脉冲输出信号的过程。

香农采样定理：

如果模拟信号（包括噪声干扰在内）频谱的最高频率为fmax，只要按照采样频率f≥2fmax进行采样，那么采样信号y*（t）就能唯一地复现y（t）。

实际常取f≥（5～10）fmax，甚至更高。

16.量化的概念：

用一组数码逼近离散模拟信号的幅值，量化误差：

±q/2，量化单位q=（ymax-ymin）/（2n-1）。

例:

q=20mV时，量化误差为±10mV，0．990～1.009V范围内的采样值，其量化结果是相同的，都是数字50。

17.模拟信号最高频率、孔径时间和量化精度的相互关系。

在采/保电路中，由于模拟开关K有一定的动作滞后，在保持命令发出后直到模拟开关完全断开所需的时间称为孔径时间。

量化：

采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。

量化单位（精度）：

最低有效位所对应的模拟量q；q=[y（max）-y（min）]/（2^n-1）

若模拟信号最高频率较高，需要采样保持器的孔径时间较小。

18.A/D转换器的主要技术指标（转换时间、分辨率、量程）。

了解ADC0809与计算机的连接（带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器，转换时间100us,误差±1/2LSB）。

转换时间：

AD转换过程（即采样信号的量化过程）需要的时间。

分辨率：

AD最低有效位可以表示的电压值。

量程：

AD转换器可以线性转换的电压范围。

19.D/A转换器单极性与双极性输出电路及其应用场合，推导输出电压与输入数字量的公式。

VOUT1为单极性输出，D为输入数字量，VREF为参考电压，则有

VOUT1=-VREF·D/2n

VOUT2为双极性输出，且由电流定律可推导得到

VOUT2=-（R3/R1）VREF-（R3/R2）VOUT1=VREF[（D/2n-1）-1）]

20.了解V/I变换的目的和原理。

目的：

把电压转换成电流。

21.串模干扰和共模干扰的定义、干扰产生机理及其采取的对策，并叙述特点。

串模干扰：

所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，这里的被测信号是指有用的直流信号或缓慢变化的交变信号，而干扰噪声是指无用的变化较快的杂乱交变信号。

共模干扰：

共模干扰在两个输入端上公有的干扰电压，又称共态干扰。

主要干扰形式。

串模干扰的抑制方法：

串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源入手，分不同情况采取相应的措施

22.长线传输干扰的三个问题及其抑制方法。

长线传输干扰产生：

易受干扰：

电磁干扰；传输延迟：

杂散电容和电感；存在波反射：

阻抗不匹配

长线传输干扰的抑制：

终端电阻匹配：

R=RP，注意平衡高低电平的抗干扰能力；始端电阻匹配：

R=RP－R0，R0：

门电路输出为低始的输出阻抗；双绞线：

抗电磁干扰。

23.熟悉CPU抗干扰技术的种类与特点，了解MAX1232看门狗电路的功能和特点。

CPU抗干扰采用Watchdog（看门狗）复位、电源监控。

1、MAX1232看门狗电路

低电源、定时器定时、手动等三种复位方式；RST：

电源复位脉冲（250ms宽度）

2．MAX1232的主要功能

1）电源监视：

Vcc低于某值复位，TOL：

电源容限（0:

5％；1:

10%）

2）监控定时器：

ST：

选通输入（定时器复位）；TD：

0：

150ms；悬空：

600ms，Vcc：

1.2s

3）掉电保护和恢复运行

3．其他微处理器监控电路

带电池切换的监视器：

MAX690/692/703/704

4．软件抗干扰

24.接地的重要性，接地注意问题（不同电源接地、模拟地、数字地、