計(jì)算機(jī)控制技術(shù)期末考試重要知識(shí)點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 第一章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成：主要由工業(yè)對(duì)象，過程輸入輸出系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。/從計(jì)算機(jī)的角度看，它由硬件和軟件組成。/硬件（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和過程輸入輸出系統(tǒng)）。/計(jì)算機(jī)系統(tǒng):包括主機(jī)和外圍設(shè)備，主機(jī)由CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器組成，外圍設(shè)備分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、通信設(shè)備、外存儲(chǔ)器。/軟件：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。采樣：從模擬信號(hào)到離散模擬信號(hào)的過程。T過大會(huì)損失信息，T過小會(huì)使存儲(chǔ)與運(yùn)算的數(shù)據(jù)過多。#量化：從離散模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變化過程。#（4）模擬信號(hào):時(shí)間上、幅值上都連續(xù)的信號(hào)。#（5）離散模擬信號(hào)：時(shí)間上離散而幅值上連續(xù)的信號(hào)。#（6）數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上離散、幅值也離散的

2、信號(hào)。#信號(hào)變換過程：采樣，A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)字調(diào)節(jié)器，D/A轉(zhuǎn)換器，保持器。#（7）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的五種類型:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能(DAS)：生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視、操作指導(dǎo)、越限報(bào)警。/直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和處理結(jié)果直接輸出作用于生產(chǎn)過程。計(jì)算機(jī)參與閉環(huán)控制，不僅可完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)多回路的PID控制，而且只要改變程序就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，它是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制最普通的一種形式。/監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)(SCC)：它的輸出值不直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是給出下一級(jí)的最佳給定值，因此是較高一級(jí)的控制。它的任務(wù)重在控制規(guī)律的修正與實(shí)現(xiàn)。/集散控制系統(tǒng)特點(diǎn)(DCS)：以微處理機(jī)

3、為核心的基本控制器實(shí)現(xiàn)地理上和功能上分散控制。又通過高速數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起來(lái)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)和操作占，以進(jìn)行集中監(jiān)視和操作，并實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜的控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）#采樣系統(tǒng)：具有離散傳輸通道的系統(tǒng)。有A/D,計(jì)算機(jī)，D/A,反饋檢測(cè)。#采樣過程：利用采樣開關(guān)將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)的過程。#香農(nóng)采樣定理：采樣頻率s至少應(yīng)該是信號(hào)f(t)頻譜最高頻率max 的兩倍，即 s2max #（4）保持器：是將采樣信號(hào)復(fù)現(xiàn)為連續(xù)信號(hào)的裝置。#（5）零階保持器的作用：把前一采樣時(shí)刻KT的采樣值一直保持到下一個(gè)采樣時(shí)刻（K+1）T.#缺點(diǎn)：使系統(tǒng)相位滯后。 第二章比例（p）控制器；/控制

4、規(guī)律為：u(t) = Kpe(t)，Kp：比例系數(shù)。e(t)=r(t)-c(t)系統(tǒng)輸入偏差。U（t）控制器的輸出。/作用：只要偏差e（t）一出現(xiàn)，控制器便立即產(chǎn)生控制作用，使被控參數(shù)朝著減少偏差的方向變化。趨于給定值。/特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快。但如果用僅有比例作用的控制器構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)存在靜差/注：Kp越大調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)動(dòng)態(tài)性能越好（但過大會(huì)引起自激震蕩）#比例、積分（PI）控制器;/Ti：積分時(shí)間常數(shù)；/作用：消除比例控制的靜差;/增大Ti，積分作用減弱，積分速度減慢，消除靜差的時(shí)間拉長(zhǎng)，但可減小系統(tǒng)超調(diào)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；減小Ti積分作用增強(qiáng)，積分速度加快，系統(tǒng)上升時(shí)間縮短。但Ti過小，

5、系統(tǒng)將會(huì)嚴(yán)重超調(diào)，動(dòng)態(tài)性能變差。#比例、積分、微分（PID）控制器控制規(guī)律：;KpTd(de/dt)為未分作用部分；Td為微分時(shí)間常數(shù)。/作用：加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，縮短調(diào)整時(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。#增量式PID與位置式PID比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，影響范圍小 手動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)沖擊小 計(jì)算工作量小#積分分離式PID控制算法原理（基本思想）：大偏差時(shí)，去掉積分作用，以免積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差 小偏差時(shí)，投入積分作用，以便消除靜差，提高控制精度。#不完全微分的PID控制算法：即在微分部分串聯(lián)一個(gè)低通濾波器（一介慣性階段）或在PID控制器之后串聯(lián)一個(gè)低通濾波器來(lái)抑制高頻干擾，平滑控制器輸

6、出。#采樣周期T選擇應(yīng)考慮的因素：采樣周期應(yīng)比對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小得多，否則，采樣信號(hào)無(wú)法反應(yīng)瞬變過程采樣周期應(yīng)遠(yuǎn)小于對(duì)象擾動(dòng)信號(hào)的周期，一般使擾動(dòng)信號(hào)周期與采樣周期成態(tài)數(shù)倍關(guān)系當(dāng)系統(tǒng)純滯后占主導(dǎo)地位時(shí)，應(yīng)按純滯后大小選取T，盡可能使純滯后時(shí)間接近或等于采樣周期的態(tài)數(shù)倍考慮執(zhí)行器的響應(yīng)速度，如果執(zhí)行器的響應(yīng)速度比較慢，那么過小的采樣周期將失去意義。在一個(gè)采樣周期內(nèi)，計(jì)算機(jī)要完成采樣、運(yùn)算和輸出3樣工作，采樣周期的下限是完成這3件工作所需要的時(shí)間#串級(jí)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)環(huán)。一個(gè)在界面，稱為副環(huán)（副回路），在控制過程中起著“粗調(diào)”作用，一個(gè)環(huán)在外面成為主環(huán)（主回路），用來(lái)完成“細(xì)調(diào)”任務(wù)，以

7、最終保證被調(diào)量滿足工藝要求/選型：副調(diào)節(jié)器（任務(wù)：要快速動(dòng)作以迅速抵消落在副環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)，而且副參數(shù)一般并不要求無(wú)差）所以一般選用P調(diào)節(jié)器，也可采用PD調(diào)節(jié)器，如果主副環(huán)的頻率相差很大，也可以考慮采用PI調(diào)節(jié)器；主調(diào)節(jié)器（任務(wù)：準(zhǔn)確保持被控參數(shù)，符合生產(chǎn)要求）必須具有積分作用，一般都采用PI調(diào)節(jié)器。如果副環(huán)外面慣性環(huán)節(jié)較多，同時(shí)有主要擾動(dòng)落在副環(huán)外面的話，可以考慮采用PID調(diào)節(jié)器#前饋控制：是一種直接按照攏動(dòng)量大小進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂品椒?，即?dāng)干擾一出現(xiàn)，前饋控制器就直接根據(jù)所測(cè)得的干擾大小和方向，按一定的規(guī)律去控制，以抵消干擾對(duì)被控參數(shù)的影響/前-反饋控制系統(tǒng)作用：這樣既發(fā)揮了前饋控制作用及時(shí)，對(duì)特

8、定擾動(dòng)有很強(qiáng)抑制能力的特點(diǎn)，又保留了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)和對(duì)控制效果最終檢驗(yàn)的長(zhǎng)處。系統(tǒng)中存在幅度大、頻率高且可測(cè)的干擾，該干擾對(duì)被控參數(shù)影響顯著，反饋控制難以克服，而工藝上對(duì)被控參數(shù)又要求十分嚴(yán)格，這時(shí)可引入前饋控制來(lái)改善系統(tǒng)的質(zhì)量。/應(yīng)用場(chǎng)合：當(dāng)主要干擾無(wú)法用串級(jí)控制使其包圍在副回路內(nèi)時(shí)，采用前饋控制將會(huì)比串級(jí)控制獲得更好的效果。當(dāng)對(duì)象干擾通道和控制通道的時(shí)間常數(shù)相差不大時(shí)，引入前饋控制可以很好地改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量。系統(tǒng)中存在幅度大、頻率高且可測(cè)的干擾，該干擾對(duì)被控參數(shù)影響顯著，反饋控制難以克服，而工藝上對(duì)被控參數(shù)又要求十分嚴(yán)格，這時(shí)可引入前饋控制來(lái)改善系統(tǒng)的質(zhì)量。#史密斯預(yù)估控器：為了

9、改善大純滯后對(duì)象的控制質(zhì)量，引入一個(gè)與對(duì)象并聯(lián)的補(bǔ)償器。#比值控制：控制兩個(gè)變量的比值、主動(dòng)量和從動(dòng)量的選擇：在主流量Q1不可控而流量Q2可控的情況下,用Q1作主控量, Q2作從動(dòng)量;在對(duì)流量Q1和Q2同時(shí)進(jìn)行控制,即采用雙閉環(huán)比值控制結(jié)構(gòu)時(shí)如果Q1可能供應(yīng)不足，而Q2的供應(yīng)不成問題,那么用Q1 作主動(dòng)量，即使它失控，流量比仍可維持；如果Q1和Q2流量都有可能供應(yīng)不足而失控時(shí)，則從安全角度來(lái)考慮確定哪一個(gè)作為主動(dòng)量，即哪種情況下必須保持比值一定，就選哪一個(gè)作為主動(dòng)量#過程通道：在計(jì)算機(jī)和控制對(duì)象之間進(jìn)行信息傳遞和交換時(shí)起橋梁和通路作用的。 第四章過程通道四類：模擬量輸入通道：檢測(cè)模擬量被調(diào)參數(shù)

10、并轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的模擬電壓和電流，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)。模擬量輸出通道：將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字形式的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為執(zhí)行元件所需要的模擬量輸出。數(shù)字量（開關(guān)量）輸入通道：拾取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息（如開關(guān)、電平高低、脈沖量等），并將轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送入計(jì)算機(jī)。數(shù)字量（開關(guān)量）輸出通道：將計(jì)算機(jī)給定的控制信號(hào)經(jīng)處理和放大后輸出。#單路模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)(1)傳感器：檢測(cè)被測(cè)點(diǎn)的各種非電量參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。（2）信號(hào)調(diào)理電路：對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理,使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào),包括濾波、放大、隔離、變換、線性化處理等（3）采樣保持：對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，在模數(shù)轉(zhuǎn)換期間對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行保持。（4） A

11、/D轉(zhuǎn)換：即模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字量。#多路模擬量輸入通道：多通道并聯(lián)輸入和多通道公用A/D轉(zhuǎn)換（其速度較慢）#多路開關(guān):把多個(gè)模擬量參數(shù)分時(shí)地接通送入A/D轉(zhuǎn)換器，即完成多到一的轉(zhuǎn)換;/作用：分時(shí)、依次（隨機(jī)）地將各個(gè)輸入信號(hào)連接到公用放大器或A/D轉(zhuǎn)換器上;/要求：接通電阻要很小、開路電阻很大，切換速度要快、壽命長(zhǎng)、工作可靠等。#多路分配器(反多路開關(guān)):把經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后輸出且由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)按順序輸出到不同的控制回路/外部設(shè)備，即完成一到多的轉(zhuǎn)換 #CD4051的組成：邏輯轉(zhuǎn)換單元(完成TTL到CMOS的轉(zhuǎn)換。)二進(jìn)制3：8譯碼器(對(duì)選擇的輸入端C、B、A的狀態(tài)

12、進(jìn)行譯碼，以控制所選電路TG的開/關(guān)，使某一路開關(guān)接通，將輸入和輸出通道接通。)電子開關(guān)TG（用來(lái)接通或斷開輸入/輸出通道。）#采樣/保持器的用途：保持采樣信號(hào)不變，以便完成A/D轉(zhuǎn)換；同時(shí)采樣幾個(gè)模擬量，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和測(cè)量；減少D/A轉(zhuǎn)換器的輸出毛刺，從而消除輸出電壓的峰值及縮短穩(wěn)定輸出值的建立時(shí)間；把一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分配到幾個(gè)輸出點(diǎn)，以保證輸出的穩(wěn)定性。/(S/H)有兩種工作方式： 采樣方式(采樣/保持器輸出跟隨模擬量輸入電壓。)保持方式(采樣/保持器輸出保持在命令發(fā)出時(shí)刻的模擬量輸入值，直到保持命令撤銷（即再度接到采樣命令）時(shí)為止。)#模擬信號(hào)的調(diào)理主要原因：把標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)儀表輸

13、出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓信號(hào)；把某些非電壓或弱電壓的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理；某些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣，共模干擾強(qiáng)，需要隔離；#共模電壓：是相對(duì)于一堆或多根信號(hào)線而言的，這些傳輸線對(duì)參考點(diǎn)電壓相等的部分叫做共模電壓，相差部分稱差模電壓。/危害：對(duì)模擬信號(hào)有較大影響，高的共模電壓會(huì)擊穿器件，即使沒有損壞器件，也會(huì)影響模擬信號(hào)的測(cè)量精度./隔離方法：采用“飛電容”技術(shù)采用隔離放大器#模擬量輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換器的分類：雙積分型逐次逼近型V/F轉(zhuǎn)換器#單路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu) 寄存器 用于保存計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量控制信號(hào)。D/A轉(zhuǎn)換器 模擬量輸出通道中的核心部件。 放大/變換電路 將

14、D/A輸出的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的信號(hào)。#多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)：多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式，主要取決于輸出保持器的結(jié)構(gòu)方式。輸出保持器的作用主要是在新的控制信號(hào)到來(lái)前，使本次控制信號(hào)維持不變。/模擬量輸出通道有兩種基本結(jié)構(gòu)形式： 獨(dú)立數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式(優(yōu)點(diǎn):轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠，每條輸出通路相互獨(dú)立，不會(huì)由于某一路D/A故障而影響其他通路的工作。缺點(diǎn)：成本較高) 共用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式(優(yōu)點(diǎn):節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器。缺點(diǎn)：因?yàn)榉謺r(shí)工作，只適用于通道數(shù)量多且速率要求不高的場(chǎng)合。由于需要多路轉(zhuǎn)換器，且要求輸出采樣保持器的保持時(shí)間與采樣時(shí)間之比很大，因而其可靠性較差。）#D/A轉(zhuǎn)換器的原

15、理可以歸納為“按權(quán)展開，然后相加”。#開關(guān)量輸入/輸出通道的一般結(jié)構(gòu)形式：CPU接口邏輯（由數(shù)據(jù)總線緩沖器/驅(qū)動(dòng)器、輸入/輸出口地址譯碼器、讀寫等控制信號(hào)組成）、輸入緩沖器和輸出鎖存器（輸入緩沖器對(duì)外部輸入信號(hào)起緩沖、加強(qiáng)以及選通的作用；輸出鎖存器作用是鎖存CPU送來(lái)的輸出數(shù)據(jù)，供外圍設(shè)備使用）、輸入/輸出電氣接口即開關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理電路和輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路（濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率驅(qū)動(dòng)）#光電隔離原理：發(fā)光二極管的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光信號(hào)作用與光電二極管的基極上，使光電晶體管受光導(dǎo)通。這樣，通過電光電的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制，之間沒有電氣連接，被隔離開來(lái)#固態(tài)繼電器：是一種

16、帶光電隔離器的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)，而在前級(jí)中與光電隔離器融為一體。 第六章1、干擾是造成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不可靠的主要原因。干擾來(lái)自干擾源，按干擾的來(lái)源，可以把干擾分為外部干擾和內(nèi)部干擾。按其特性來(lái)分，可分為直流干擾、交流干擾和隨機(jī)干擾。按作用分為常態(tài)干擾和共態(tài)干擾。#2、電源引起的干擾時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要干擾，抑制這種干擾的主要措施有以下幾個(gè)方面：a、采用電子交流穩(wěn)壓管；b、采用低通流波器。c、采用隔離變壓器。d、盡量選用供電比較穩(wěn)定的交流電源；e、電源分組供電；f、直流電源的抗干擾措施。#3、模擬量輸入/輸出通道中的主要干擾是由于長(zhǎng)線傳輸引起的。提高模擬量輸

17、入/輸出通道的抗干擾能力，常采取以下措施：a、信號(hào)采用電流傳送b、采用RC濾波網(wǎng)絡(luò)濾去高頻干擾信號(hào)。c、使用高輸入阻抗的差動(dòng)運(yùn)算放大器作為通道的前置放大器，達(dá)到抑制共模干擾的作用。d、利用變壓器或光電耦合器件吧“模擬地”與“數(shù)字地”斷開，使共模干擾不能構(gòu)成回路。e、屏蔽信號(hào)傳輸線路。f、采用浮地輸入雙層屏蔽放大器抑制共模干擾。#開關(guān)量輸入/輸出抗干擾：采用RC濾波器采用去抖動(dòng)電路采用光電耦合隔離措施#4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線：數(shù)字地（又稱邏輯地）。這種地作為邏輯網(wǎng)絡(luò)的零電位。模擬地，這種地作為A/D轉(zhuǎn)換、前置放大器或比較器的零電位。功率地，這種地作為大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。信號(hào)

18、地，這種地通常為傳感器的地 。小信號(hào)前置放大器和內(nèi)存放大器的地交流地，交流50Hz地線，這種地是噪聲地。直流地。屏蔽地。為防止靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)而設(shè)置的地。#5、一般，低頻（1MHz以下）電路應(yīng)一點(diǎn)接地，高頻（10MHz以上）電路應(yīng)多點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地方式有串聯(lián)一點(diǎn)接地和并聯(lián)一點(diǎn)接地（盡量用）。#交流地和信號(hào)地不能公用#模擬地和數(shù)字地分開走線，僅在一點(diǎn)上連接#6、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)常采用“三套法”接地系統(tǒng)，即把系統(tǒng)中接地分成3類：第一類是信號(hào)地，包括小信號(hào)回路、邏輯電路、控制電路等。第二類是功率地，包括驅(qū)動(dòng)電路等大電流電路的統(tǒng)一接地點(diǎn)。第三類是機(jī)殼，包括機(jī)架箱體、屏蔽罩等金屬結(jié)構(gòu)接地點(diǎn)。#6、數(shù)字濾波是計(jì)算機(jī)通過執(zhí)行程序?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，減少干擾在信號(hào)中的比重，實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。數(shù)字濾波電路與模擬濾波電路相比，主要優(yōu)點(diǎn)有三：第一、數(shù)字濾波用程序?qū)崿F(xiàn)，不需要增加硬設(shè)備，且可以多通道“共用”一個(gè)濾波程序，改變?yōu)V波方法只需改變程序而不需喲啊改變硬件，既靈