安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结1.docx

1、安徽工程大学期末考试计算机控制技术范围总结1第一章1、什么是计算机控制系统？它的工作原理是什么?答：定义：利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。 工作原理可归纳为以下三个步骤：1.实时数据采集；2.实时控制决策；3.实时控制输出。2、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？答：实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义；在线方式（联机方式）：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式；离线方式（脱机方式）：生产过程不和计算机相连，且不

2、受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。第二章1、PC104总线：答：PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104实质上就是一种紧凑的IEEE-966，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。2、RS485总线：答：RS-485为半双工工作方式，只需一对平衡差分信号线，RS-485电路结构是在平衡连接的电缆上挂接发送器、接收器或组合收发器,且在电缆两端各挂接一个终端电阻用于消除两线间的干扰。3、采样保持器的原理和作用是什么？是否所有的模拟输入通道中都需要采样保持器？为什么？答：采样/保持器：模拟信

3、号进行A/D转换时,从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间.在这个转换时间内,模拟信号要基本保持不变.如果输入信号变化较快(频率较高),就会引起较大的转换误差.要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化.能完成这种功能的器件叫采样/保持器.原因：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。 不是所有的模拟输入通道中都需要采样保持器，因为

4、采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。4、基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的?答：基于RS-485总线可构成下图所示的主从分布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程I/O模块的等装置大都具有RS-485总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC或IPC作为系主站，并配有RS-232/485转换器，实现对系统定的监控与管理。5、什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？答：串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声。抑制方法：如果串模干扰频率比被测信号频率高，

5、则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。共模干扰：指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电

6、压。抑制方法：变压器隔离光电隔离浮地屏蔽采用仪表放大器提高共模抑制比。第三章1、讨论多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术各有何特点？并分别列举设计或应用实例。答：多轴步进驱动控制技术：步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电动机作为驱动元件，步进电动机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动，步进电动机驱动数控系统的工作台或刀具。特点：步进电机的转动是一步一步进行，每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距

7、角可达0.75，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。应用举例：三轴步进电动机控制多轴伺服驱动控制技术：在自动控制系统中，输出量能够以一定精确度跟随输入量的系统。伺服系统的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号，驱动被控制对象跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。基本要求：（1）稳定性好（2）精度高（3）快速相应性好 特点：精确地检测装置；有多种反馈原理和方法；高性能的伺服电动机；宽调速范围的速度调节系统第四章1、某系统的连续控制器设计为试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(z)，并分别给出三种方法对应的递推控制算法。解： 双线形变换法：把

8、代入，则前向差分法：把代入，则 后向差分法：把代入，则2、已知模拟调节器的传递函数为，试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。解： 则 把T=0.2S代入得 位置型增量型第七章1、组态：答：含义：使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件组态。硬件组态常以总线式(PC总线或STD总线)工业控制机为主进行选择和配置。 工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件 。组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：控制

9、组态、图形生成系统、显示组态、IO通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8个方面的内容。 2、看门狗：答：由于操作者不可能一直监视系统,这就需要一个独立于CPU之外的监视系统,在程序陷入死循环时,能及时发现并自动复位系统。实质上是一个监视定时器,它的定时时间是固定不变的,一旦定时时间到,产生中断或产生溢出脉冲,使系统复位3、数字滤波：答：所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。与模拟滤波器相比，有以下几个优点:(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(

10、如0.01HZ)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。数字滤波算法：算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法 4、线性变换公式：答：Y=(Ymax-Ymin)(X-Nmin)(Nmax-Nmin)+Ymin 。Y表示参数测量值，Ymax表示参数量程最大值，Ymin表示参数量程最小值，Nmax表示 Ymax对应的AD转换后的输入值，Nmin表示量程起点Ymin对应的AD转换后的输入值，X表示测量值Y对应的AD转换值。第八章1、DCS：答：分布式控制系统 (Distributed Contr

11、ol System - DCS)也称集散控制系统。DCS综合了计算机(Computer)技术、控制(Control)技术、CRT显示技术、通信(Commmunication)技术即4C技术，利用分散控制、集中操作、分而自治、综合协调的原则,将测控系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级,构成一分级分布式控制系统.体系结构通常为三级。第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。特点：(1) 硬件积木化(2) 软件模块化(3) 控制系统组态(4) 通信网络的应用(5) 可靠性高2、FCS：答：现场总线控制系统（Fieldbus Control System

12、，FCS）是随着控制、计算机、网络、通信和信息集成技术的发展而产生的。现场总线是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通讯网络，与控制系统和现场仪表联用，组成现场总线控制系统。5种典型的现场总线：CAN、Lonworks、ProfiBUS、HART、FF。现场总线的体系结构主要表现在以下六个方面： 现场通信网络 现场设备互连 互操作性 分散功能块 通信供电 开放式互联网第一章1、什么是计算机控制系统？它的工作原理是什么?答：定义：利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。 工作原理可归纳为以下三个步骤：1.实时数据采集；2.实时

13、控制决策；3.实时控制输出。2、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？答：实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义；在线方式（联机方式）：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式；离线方式（脱机方式）：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。第二章1、PC104总线：答：PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104实质上就是一种紧凑的IEEE-966，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一

14、种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。2、RS485总线：答：RS-485为半双工工作方式，只需一对平衡差分信号线，RS-485电路结构是在平衡连接的电缆上挂接发送器、接收器或组合收发器,且在电缆两端各挂接一个终端电阻用于消除两线间的干扰。3、采样保持器的原理和作用是什么？是否所有的模拟输入通道中都需要采样保持器？为什么？答：采样/保持器：模拟信号进行A/D转换时,从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间.在这个转换时间内,模拟信号要基本保持不变.如果输入信号变化较快(频率较高),就会引起较大的转换误差.要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A

15、/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化.能完成这种功能的器件叫采样/保持器.原因：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。 不是所有的模拟输入通道中都需要采样保持器，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。4、基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的?答：基于RS-485总线可构成下图所示的主从分

16、布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程I/O模块的等装置大都具有RS-485总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC或IPC作为系主站，并配有RS-232/485转换器，实现对系统定的监控与管理。5、什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？答：串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声。抑制方法：如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影

17、响。对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。共模干扰：指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。抑制方法：变压器隔离光电隔离浮地屏蔽采用仪表放大器提高共模抑制比。第三章1、讨论多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术各有何特点？并分别列举设计或应用实例。答：多轴步进驱动控制技术：步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（）转

18、换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电动机作为驱动元件，步进电动机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动，步进电动机驱动数控系统的工作台或刀具。特点：步进电机的转动是一步一步进行，每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达0.75，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。应用举例：三轴步进电动机控制多轴伺服驱动控制技术：在自动控制系统中，输出量能够以一定精确度跟随输入量的系统。伺服系统的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号，驱动被控制对象跟随指令脉冲运动，并保证动

19、作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。基本要求：（1）稳定性好（2）精度高（3）快速相应性好 特点：精确地检测装置；有多种反馈原理和方法；高性能的伺服电动机；宽调速范围的速度调节系统第四章1、某系统的连续控制器设计为试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(z)，并分别给出三种方法对应的递推控制算法。解： 双线形变换法：把代入，则前向差分法：把代入，则 后向差分法：把代入，则2、已知模拟调节器的传递函数为，试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。解： 则 把T=0.2S代入得 位置型增量型第七章1、组态：答：含义：使用工具软件对计算机

20、及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件组态。硬件组态常以总线式(PC总线或STD总线)工业控制机为主进行选择和配置。 工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件 。组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：控制组态、图形生成系统、显示组态、IO通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8个方面的内容。 2、看门狗：答：由于操作者不可能一直监视系统,这就需要一个独立于CPU之外的监视系统,在程序陷入死循环时,能及时发现并自动复位系

21、统。实质上是一个监视定时器,它的定时时间是固定不变的,一旦定时时间到,产生中断或产生溢出脉冲,使系统复位3、数字滤波：答：所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。与模拟滤波器相比，有以下几个优点:(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0.01HZ)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。数字滤波算法：算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法 4、线性变换公式：答：Y=(

22、Ymax-Ymin)(X-Nmin)(Nmax-Nmin)+Ymin 。Y表示参数测量值，Ymax表示参数量程最大值，Ymin表示参数量程最小值，Nmax表示 Ymax对应的AD转换后的输入值，Nmin表示量程起点Ymin对应的AD转换后的输入值，X表示测量值Y对应的AD转换值。第八章1、DCS：答：分布式控制系统 (Distributed Control System - DCS)也称集散控制系统。DCS综合了计算机(Computer)技术、控制(Control)技术、CRT显示技术、通信(Commmunication)技术即4C技术，利用分散控制、集中操作、分而自治、综合协调的原则,将测控

23、系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级,构成一分级分布式控制系统.体系结构通常为三级。第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。特点：(1) 硬件积木化(2) 软件模块化(3) 控制系统组态(4) 通信网络的应用(5) 可靠性高2、FCS：答：现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是随着控制、计算机、网络、通信和信息集成技术的发展而产生的。现场总线是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通讯网络，与控制系统和现场仪表联用，组成现场总线控制系统。5种典型的现场总线：CAN、Lonworks

24、、ProfiBUS、HART、FF。现场总线的体系结构主要表现在以下六个方面： 现场通信网络 现场设备互连 互操作性 分散功能块 通信供电 开放式互联网第一章1、什么是计算机控制系统？它的工作原理是什么?答：定义：利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。 工作原理可归纳为以下三个步骤：1.实时数据采集；2.实时控制决策；3.实时控制输出。2、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？答：实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义；在线方式（联

25、机方式）：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式；离线方式（脱机方式）：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。第二章1、PC104总线：答：PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104实质上就是一种紧凑的IEEE-966，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。2、RS485总线：答：RS-485为半双工工作方式，只需一对平衡差分信号线，RS-485电路结构是在平衡连接的电缆上挂接发送器、接收器或组合收发器,且在电缆两端各挂接一个终端电阻用于消除两线间的干扰。

26、3、采样保持器的原理和作用是什么？是否所有的模拟输入通道中都需要采样保持器？为什么？答：采样/保持器：模拟信号进行A/D转换时,从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间.在这个转换时间内,模拟信号要基本保持不变.如果输入信号变化较快(频率较高),就会引起较大的转换误差.要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化.能完成这种功能的器件叫采样/保持器.原因：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D

27、转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。 不是所有的模拟输入通道中都需要采样保持器，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。4、基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的?答：基于RS-485总线可构成下图所示的主从分布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程I/O模块的等装置大都具有RS-485总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC或IPC作为系主站，并配有RS-232/485转换器，实现对系统定的监控与管理。5、什么是串模干扰和

28、共模干扰？如何抑制？答：串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声。抑制方法：如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。采用双绞线作信号引线的目

29、的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。共模干扰：指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。抑制方法：变压器隔离光电隔离浮地屏蔽采用仪表放大器提高共模抑制比。第三章1、讨论多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术各有何特点？并分别列举设计或应用实例。答：多轴步进驱动控制技术：步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（）转换器。在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电动机作为驱动元件，步进电动机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动，步进电动机驱动数控系统的工作台或刀具。特点：步进电机的转动是一步一步进行，每输入一个脉冲电信号，步进电

30、机就转动一个角度。通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达0.75，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。应用举例：三轴步进电动机控制多轴伺服驱动控制技术：在自动控制系统中，输出量能够以一定精确度跟随输入量的系统。伺服系统的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号，驱动被控制对象跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。基本要求：（1）稳定性好（2）精度高（3）快速相应性好 特点：精确地检测装置；有多种反馈原理和方法；高性能的伺服电动机；宽调速范围的速度调节系统第四章1、某系统的连续控制器设计为试用双线性变换法、前

31、向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(z)，并分别给出三种方法对应的递推控制算法。解： 双线形变换法：把代入，则前向差分法：把代入，则 后向差分法：把代入，则2、已知模拟调节器的传递函数为，试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。解： 则 把T=0.2S代入得 位置型增量型第七章1、组态：答：含义：使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件组态。硬件组态常以总线式(PC总线或STD总线)工业控制机为主进行选择和配置。 工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件 。组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：控制组态、图形生成系统、显示组态、IO通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8个方面的内容。 2、看门狗：答：由于操作者不可能一直监视系统,这就需要一个独立于CPU之外的监视系统,在程序陷入