檢測與控制復(fù)習(xí)大綱

1、2017年檢測與控制復(fù)習(xí)大綱測量過程1.能量形式的一次或多次轉(zhuǎn)換。2.將被測參數(shù)與相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較，并通過適當(dāng)形式給出被測參數(shù)的集體信息的過程。檢測系統(tǒng)的組成檢測系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置、顯示記錄裝置組成傳感器即是敏感元件1.變換功能，將被測量量轉(zhuǎn)換成便于傳輸、處理的物理量。2.選擇功能，有效選擇有用信號，抑制無用噪聲。3.信號輸出，將有用信號輸出。中間變換裝置將傳感器送入的弱信號濾波、線性化處理，經(jīng)功率放大，變成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。顯示與記錄儀表將中間變換裝置來的標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行顯示與記錄。傳感器的概念、組成傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件和裝置。1.敏感元件

2、：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 2.轉(zhuǎn)換元件：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。 3.轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器的發(fā)展趨勢1.開發(fā)新型傳感器。2.開發(fā)新材料。3.新工藝的采用。4.集成化、多功能化。5.智能化。各類傳感器原理（距離、角度、溫度、氣體）距離傳感器原理是光柵傳感器，主光柵固定，指示光柵運(yùn)動(dòng)。透射式是光源經(jīng)過指示光柵后再達(dá)到主光柵，反射式是光源經(jīng)過主光柵后再到達(dá)指示光柵(莫爾條紋)、激光（激光的往返飛行時(shí)間、發(fā)出連續(xù)激光脈沖，計(jì)算入射光與反射光干涉相位差）、電渦流測距：（交變電流在傳感器線圈產(chǎn)生交變磁場，

3、在金屬導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生渦旋電流和磁場，反過來影響傳感器線圈的磁場和電流，通過測量這種影響的大小就能夠確定傳感器線圈與金屬導(dǎo)體的間距）、超聲波(超聲探頭發(fā)出超聲波，在被測物表面反射，被傳感器接受，通過計(jì)算往返時(shí)間計(jì)算距離，聲納)。 角度傳感器原理是圓光柵傳感器：線莫爾條紋、圓形莫爾條紋（絕對碼光電編碼器、增量碼光電編碼器：光進(jìn)入碼盤后進(jìn)入不同碼道，而碼道與光電元件一一對應(yīng)，輸出相應(yīng)角度的電信號）溫度傳感器原理是熱阻效應(yīng)（半導(dǎo)體熱敏電阻越熱越小、金屬熱電阻：越熱越大）、熱電偶（熱電勢效應(yīng)，溫差越大，電壓越大）、熱釋電效應(yīng)、光電效應(yīng)（紅外溫度傳感）、PN結(jié)熱電效應(yīng)（熱敏晶體管與集成溫度傳感器）氣體傳感器

4、原理一：石英微天平：質(zhì)量敏感傳感器，利用逆壓電效應(yīng)，使得石英晶體上氣體敏感膜質(zhì)量變化后在交變電場下的振動(dòng)頻率改變，從而判斷氣體的種類與濃度 二：聲表面波 ：選擇性吸附薄膜在吸附特定氣體后會(huì)引起表面聲波的速度和頻率變化，通過這種變化的大小可以判斷氣體的濃度三：金屬氧化物 ：金屬氧化物氣敏膜會(huì)和不同的氣體發(fā)生不同的氧化還原反應(yīng)，從而在通入氣體前后其電阻會(huì)產(chǎn)生巨大影響，通過電阻響應(yīng)曲線的形狀和敏感度的大小就可以判斷氣體的種類和濃度。例如P型半導(dǎo)體金屬氧化物靠帶正電荷的空穴導(dǎo)電，在燒結(jié)后空穴必須克服顆粒間的能壘才能夠傳遞電荷。在空氣中由于氧氣的存在，氧原子通過化學(xué)吸附在金屬氧化物表面形成氧離子。氧離子

5、帶負(fù)電荷，會(huì)通過庫侖作用力吸引空穴，從而阻礙空穴從顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)移到另一個(gè)顆粒內(nèi)，增大能壘，使得金屬氧化物的電阻變大。而在通入還原性氣體后，氧離子會(huì)與還原性氣體反應(yīng)，導(dǎo)致顆粒間的能壘下降，金屬氧化物電阻下降。依據(jù)這一點(diǎn)，我們可以通過電阻下降曲線的形狀與幅度來確定氣體的種類與濃度。四：場效應(yīng) 五：聚合物氣敏：聚合物接觸氣氛后，基體電阻會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)榛w在吸收有機(jī)分子氣體后體積膨脹，導(dǎo)致電阻增大。 六：紅外氣體檢測：氣體對于紅外線選擇性吸收，不同的氣體吸收波段不同，而氣體濃度越大，與參比氣室光強(qiáng)的差值越大。 七：電化學(xué)法：以兩電極系統(tǒng)為例，工作電極與對電極由一薄膜電解液隔開，并經(jīng)由一個(gè)很小的電阻

6、聯(lián)通到外電路。當(dāng)氣體擴(kuò)散進(jìn)入傳感器后，在敏感電極表面進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流并通過外電路流經(jīng)兩個(gè)電極。該電流的大小與氣體濃度成正比，可通過外電路的負(fù)荷電阻予以測量。 八：熱催化燃燒：可燃?xì)怏w與空氣中的氧氣接觸會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，生產(chǎn)的熱量使得鉑絲溫度上升、電阻增大。且可燃?xì)怏w濃度越大，產(chǎn)熱越多，溫度上升越高，鉑絲電阻也越大，從而可以判斷可燃?xì)怏w的濃度。九：熱導(dǎo)式：對于不同的氣體介質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)是不同的。而多組分氣體由于組分含量不同，導(dǎo)熱能力也不同。根據(jù)混合氣體導(dǎo)熱能力的差異，就可以實(shí)現(xiàn)對于氣體組分的含量分析?；旌蠚怏w的導(dǎo)熱系數(shù)由其中各個(gè)組分氣體導(dǎo)熱系數(shù)共同決定。如果彼此之間無相互作用，可以認(rèn)為

7、其導(dǎo)熱系數(shù)是各組分導(dǎo)熱系數(shù)按組成含量的加權(quán)平均值。 十：氣相色譜：當(dāng)氣相中所攜帶的混合物流過固定相時(shí)，就會(huì)和固定相發(fā)生作用(力的作用)。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上有差異，與固定相發(fā)生作用的大小 也有差異。因此在同一推動(dòng)力作用下，不同組分在固定相中的滯留時(shí)間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。壓電與逆壓電效應(yīng)、熱釋電與電卡效應(yīng)、熱電效應(yīng)、鐵電效應(yīng)、光電效應(yīng)、電光效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、法拉第磁光效應(yīng)壓電與逆壓電效應(yīng)電荷中心不對稱的電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后 ，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，當(dāng)作用力

8、的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)，可以用作力傳感器。相反，當(dāng)在這些電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，可以用作超聲發(fā)生器。熱釋電與電卡效應(yīng)對于具有自發(fā)式極化的晶體，當(dāng)晶體受熱或冷卻后，由于溫度的變化（T）而導(dǎo)致自發(fā)式極化強(qiáng) 度變化（Ps），從而在晶體某一定方向產(chǎn)生表面極化電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)?？梢杂米骷t外探測器。對極性材料施加電場，材料中的電偶極子從無序變?yōu)橛行?，溫度?huì)上升；移去電場后，材料中的電偶極子從有序變?yōu)闊o序，溫度會(huì)降低，這一現(xiàn)象稱為電卡效應(yīng)?？梢杂脕碇评?。熱電效應(yīng)珀耳帖效應(yīng)是指當(dāng)有電

9、流通過不同的導(dǎo)體組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，在不同導(dǎo)體的接頭處隨著電流方向的不同會(huì)分別出現(xiàn)吸熱、放熱現(xiàn)象?？捎糜诎雽?dǎo)體制冷片。湯姆遜效應(yīng)是指金屬中溫度不均勻時(shí)，自由電子從溫度高端向溫度低端擴(kuò)散，在低溫端堆積起來，從而在導(dǎo)體內(nèi)形成電場，在金屬棒兩端便引成一個(gè)電勢差。用作余熱放電。 鐵電效應(yīng)材料的晶體結(jié)構(gòu)在不加外電場時(shí)就具有自發(fā)極化現(xiàn)象，其自發(fā)極化的方向能夠被外加電場反轉(zhuǎn)或重新定向，這種現(xiàn)象稱為鐵電效應(yīng)，這種材料稱為鐵電材料?？梢杂米鞔疟P，高密度存儲信息。光電效應(yīng)在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。用作光敏電阻。在光線

10、作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)。用作太陽能發(fā)電。在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。用作光電管 電光效應(yīng)某些各向同性的透明物質(zhì)在電場作用下顯示出光學(xué)各向異性，物質(zhì)的折射率因外加電場而發(fā)生變化的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為電光效應(yīng)。用途是液晶顯示，液晶光快門和液晶透鏡光纖通信中光調(diào)制器件。 磁阻效應(yīng)某些金屬或半導(dǎo)體中的載流子在磁場中受到洛倫茲力的作用，在兩端聚集產(chǎn)生霍爾電場，速度慢的載流子將向電場力方向偏轉(zhuǎn)，速度快的載流子則向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致沿外加電場方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)減少，從而使電阻增加，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。用于電子羅盤、磁盤讀寫頭。法拉第

11、磁光效應(yīng)當(dāng)線偏振光在介質(zhì)中傳播時(shí)，若在平行于光的傳播方向上加一強(qiáng)磁場，則光振動(dòng)方向?qū)l(fā)生偏轉(zhuǎn) ，偏轉(zhuǎn)角度與磁場強(qiáng)度B和光穿越介質(zhì)的長度l 的乘積成正比，即=VBl，V為比例系數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。上述現(xiàn)象稱為法拉第磁光效應(yīng)。用作磁光盤中記錄點(diǎn)的讀取。莫爾條紋、絕對編碼、增量編碼莫爾條紋的科學(xué)含義是指兩個(gè)周期性結(jié)構(gòu)圖案重疊時(shí)所產(chǎn)生的差頻或拍頻圖案，其特性有：方向性：垂直于角平分線，于光柵移動(dòng)方向垂直同步性：光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)間距放大性：由于夾角很小，B遠(yuǎn)大于W，從而進(jìn)行光學(xué)放大，提高靈敏度準(zhǔn)確性：由于誤差平均效應(yīng)，克服個(gè)別和局部誤差，提高

12、精度絕對式光電編碼器一般是有多個(gè)碼道的，碼道上有若干透明和不透明的窗口的轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，每個(gè)碼道對應(yīng)一個(gè)光電元件，攜帶有光電元件的狹縫可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，光電元件感光并轉(zhuǎn)換成電脈沖，然后由電子輸出電路處理。絕對碼在每個(gè)位置的讀數(shù)是確定唯一的?？赏ㄟ^增加碼道，增大碼盤尺寸等提高精度，測量范圍和精度有限。增量式光電編碼器的結(jié)構(gòu)與絕對式的非常相似。主要的差別在于位置的確定。增量碼有三個(gè)碼道：增量碼道（最外），辨向碼道（中間），零位碼道（最內(nèi)）；其辨向向方法采用雙通道信號（可命名為A，B），這兩個(gè)通道的信號相差/2（錯(cuò)開半個(gè)扇形區(qū)），順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，B超前A，逆時(shí)針時(shí)，A超前B；其位置是通過從零位標(biāo)記開始計(jì)算的脈沖

13、數(shù)量來確定的，可測量范圍不限。熱電偶、觸摸屏原理熱電偶運(yùn)用了金屬中溫度不均勻時(shí)，自由電子從溫度高端向溫度低端擴(kuò)散，在低溫端堆積起來，從而在導(dǎo)體內(nèi)形成電場，在金屬棒兩端便引成一個(gè)電勢差。通過測量這個(gè)電勢差的大小，可以求出兩者之間的溫差。觸摸屏是一種用手觸摸完成人機(jī)交互的輸入設(shè)備。其原理分為電阻式、電容式、紅外線式、外表聲波式。電阻式的原理是在XY層上加上電壓V或高阻抗ADC當(dāng)上面Y層的ITO材料與下面X層在觸摸處接觸，從而將觸摸點(diǎn)的X層電位傳到Y(jié)層ADC，由于電場在X正極和X負(fù)極間均勻分布，利用Lx/L=Vx/V得到X坐標(biāo)。同理可以得到Y(jié)坐標(biāo)。電容式的原理是觸摸電容屏?xí)r，由于人體電場，手指與工作

14、面形成一個(gè)耦合電容，因?yàn)楣ぷ髅嫔辖佑懈哳l信號，于是手指吸走了一個(gè)小電流，分別從觸摸屏的四個(gè)角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個(gè)電極的電流與手指到四個(gè)角的距離成比例。通過控制器對這四個(gè)電流比例進(jìn)行精密計(jì)算，就可以得出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)位置。紅外線式的原理是在緊貼屏幕前密布X、Y方向上的紅外線矩陣，通過不停的掃描是否有紅外線被物體阻擋檢測、定位觸摸點(diǎn)。表面聲波式的原理是發(fā)射換能器將控制器傳來的電信號轉(zhuǎn)化為聲波信號傳遞，通過玻璃板邊上的反射條紋向屏幕傳遞，在邊上再由反射條紋傳遞給接受換能器，變成電信號。當(dāng)發(fā)生換能器發(fā)出一個(gè)短脈沖，聲波經(jīng)過不同途徑在不同時(shí)間達(dá)到接受換能器，最左邊最晚，最右邊最早。這些聲波疊加成

15、一個(gè)寬波形信號。沒有觸摸時(shí)，接受信號與參考波形一致；當(dāng)手指或其他能夠阻礙聲波的物體觸摸屏幕時(shí)，X、Y軸相應(yīng)坐標(biāo)位置產(chǎn)生波形衰減缺口，從而得知觸摸位置的坐標(biāo)。光譜、光電效應(yīng)、光電器件、CCD、光纖傳感光譜單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜光電效應(yīng)在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。用作光敏電阻。在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)。用作太陽能發(fā)電。前兩種統(tǒng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。用作光電管 光電器件光電器件是指利用半

16、導(dǎo)體光敏特性工作的光電導(dǎo)器件，利用半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)工作的光電池和半導(dǎo)體發(fā)光器件等。電荷耦合器件（CCD）CCD是一種大規(guī)模集成電路光電器件，具有光電轉(zhuǎn)換、信息存儲、轉(zhuǎn)移傳輸、處理以及電子快門等功能。其主要由MOS光敏元陣列和讀出移位寄存器組成。在半導(dǎo)體硅片上有眾多的MOS光敏元，一個(gè)光敏元又稱為一個(gè)像素，作為勢阱來收集光生電子。讀出移位寄存器通過電荷耦合將電荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從電流信號的大小判斷不同像素光強(qiáng)的大小。光纖傳感光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，折射角將大于入射角；當(dāng)入射角為某一數(shù)值時(shí)，折射角等于90°，此入射角稱臨界角。如果入射角比臨界角更大，則光線被全反射，不會(huì)發(fā)生折射。使用折

17、射率大的材料作為纖芯，折射率小的材料作為包層，不透明材料作為保護(hù)套，就制成了光纖。當(dāng)以一定入射角使入射光線打到光線的端面，光線會(huì)不斷發(fā)生全反射并向前傳播，直到從另一端面射出。通過一定方法對光信號進(jìn)行調(diào)制，利用光與敏感元件的相互作用，就可以利用光的強(qiáng)度、頻率、相位來實(shí)現(xiàn)光纖傳感 氣體傳感氣體傳感器原理一：石英微天平：質(zhì)量敏感傳感器，利用逆壓電效應(yīng)，使得石英晶體質(zhì)量變化后在交變電場下的振動(dòng)頻率改變 二：聲表面波 ：選擇性吸附薄膜在吸附特定氣體后會(huì)引起表面聲波的速度和頻率變化，通過這種變化的大小可以判斷氣體的濃度三：金屬氧化物 ：金屬氧化物氣敏膜會(huì)和不同的氣體發(fā)生不同的氧化還原反應(yīng)，從而在通入氣體前

18、后其電阻會(huì)產(chǎn)生巨大影響，通過電阻響應(yīng)曲線的形狀和敏感度的大小就可以判斷氣體的種類和濃度。例如P型半導(dǎo)體金屬氧化物靠帶正電荷的空穴導(dǎo)電，在燒結(jié)后空穴必須克服顆粒間的能壘才能夠傳遞電荷。在空氣中由于氧氣的存在，氧原子通過化學(xué)吸附在金屬氧化物表面形成氧離子。氧離子帶負(fù)電荷，會(huì)通過庫侖作用力吸引空穴，從而阻礙空穴從顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)移到另一個(gè)顆粒內(nèi)，增大能壘，使得金屬氧化物的電阻變大。而在通入還原性氣體后，氧離子會(huì)與還原性氣體反應(yīng)，導(dǎo)致顆粒間的能壘下降，金屬氧化物電阻下降。依據(jù)這一點(diǎn)，我們可以通過電阻下降曲線的形狀與幅度來確定氣體的種類與濃度。四：場效應(yīng)：場效應(yīng)管接觸氣體分子后由于發(fā)生氧化還原反應(yīng)，有電子得失

19、，通過場效應(yīng)管對于電荷得失進(jìn)行放大，從而對氣體進(jìn)行響應(yīng)。五：聚合物氣敏：聚合物接觸氣氛后，基體電阻會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)榛w在吸收有機(jī)分子氣體后體積膨脹，導(dǎo)致電阻增大。 六：紅外氣體檢測：氣體對于紅外線選擇性吸收，不同的氣體吸收波段不同，而氣體濃度越大，與參比氣室光強(qiáng)的差值越大。 七：電化學(xué)法：以兩電極系統(tǒng)為例，工作電極與對電極由一薄膜電解液隔開，并經(jīng)由一個(gè)很小的電阻聯(lián)通到外電路。當(dāng)氣體擴(kuò)散進(jìn)入傳感器后，在敏感電極表面進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流并通過外電路流經(jīng)兩個(gè)電極。該電流的大小與氣體濃度成正比，可通過外電路的負(fù)荷電阻予以測量。 八：熱催化燃燒：可燃?xì)怏w與空氣中的氧氣接觸會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，生產(chǎn)

20、的熱量使得鉑絲溫度上升、電阻增大。且可燃?xì)怏w濃度越大，產(chǎn)熱越多，溫度上升越高，鉑絲電阻也越大，從而可以判斷可燃?xì)怏w的濃度。九：熱導(dǎo)式：對于不同的氣體介質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)是不同的。而多組分氣體由于組分含量不同，導(dǎo)熱能力也不同。根據(jù)混合氣體導(dǎo)熱能力的差異，就可以實(shí)現(xiàn)對于氣體組分的含量分析。混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)由其中各個(gè)組分氣體導(dǎo)熱系數(shù)共同決定。如果彼此之間物相互作用，可以認(rèn)為其導(dǎo)熱系數(shù)是各組分導(dǎo)熱系數(shù)按組成含量的加權(quán)平均值。 十：氣相色譜：當(dāng)氣相中所攜帶的混合物流過固定相時(shí)，就會(huì)和固定相發(fā)生作用(力的作用)。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上有差異，與固定相發(fā)生作用的大小 也有差異。因此在同一推動(dòng)力作用下

21、，不同組分在固定相中的滯留時(shí)間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。插值與擬合的區(qū)別插值解決這個(gè)問題，可以通過構(gòu)造一個(gè)與給定數(shù)據(jù)相適應(yīng)的函數(shù)來解決，這是一個(gè)被稱為插值的問題。要求在一個(gè)性質(zhì) 優(yōu)良、便于計(jì)算的函數(shù)類 P(x) 中，選出一個(gè)使 P(xi ) = yi，i = 0, 1, , n 成立的函數(shù) P(x) 作為 f(x) 的近似，這就是最基本 的插值問題。為便于敘述，通常稱區(qū)間 a, b 為插值區(qū)間， 稱點(diǎn) x0，x1，xn為插值節(jié)點(diǎn)，稱函數(shù)類 P(x) 為插值函數(shù)類，稱式 為插值條件，稱函數(shù) P(x) 為 插值函數(shù)，稱 f(x) 為被插函數(shù)。求插值函數(shù) P(x) 的方法稱為插值

22、法。 擬合對于給定的函數(shù)表，其中 f(x) 在區(qū)間 a, b 上連續(xù)，x0，x1，xn 為 a, b 上 n+1個(gè)互不相同的點(diǎn)，要求找一個(gè)簡單 合理的函數(shù)近似表達(dá)式 j (x)，使 j (x) 與 f(x) 在某種準(zhǔn)則下最為接近，這就是最基本的數(shù)據(jù)擬合問題。1如果給定的數(shù)據(jù)是少量的且被認(rèn)為是嚴(yán)格精確的，那么宜選擇插值方法。采用插值方法可以保證插值函數(shù)與被插函數(shù)在插值節(jié)點(diǎn)處完全相等。擬合曲線一定要通過S中所有的點(diǎn) 2如果給定的數(shù)據(jù)是大量的測試或統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，那么宜選用數(shù)據(jù)擬合的方法。這是因?yàn)?，一方面測試或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 本身往往帶有測量誤差，如果要求所得的函數(shù)與所給數(shù)據(jù)完全吻合，就會(huì)使所求函數(shù)保留著原有

23、的測量誤差；另一方面，測試或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通常很多，如果采用插值方法，不僅計(jì)算麻煩， 而且逼近效果往往較差。特征提取與模式識別的概念特征提取從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中提取能代表對象 特點(diǎn)的一些參數(shù)形成一組向量，以用 于后續(xù)模式識別模式識別廣義地說，存在于時(shí)間和空間中可觀察的物體，如果我們可以區(qū)別它們是否相同或是否相似，都可以稱之為模式。模式所指的不是事物本身，而是從事物獲得的信息，因此，模式往往表現(xiàn)為具有時(shí)間和空間分布的信息?？刂婆c自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念控制某個(gè)主體使某個(gè)客體按照一定的目的動(dòng)作自動(dòng)控制 在無人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動(dòng)地按照預(yù)定要求進(jìn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成組成： (1) 傳

24、感器 它將貯槽液位高低的信息轉(zhuǎn)換為 一種特定的信號(如電壓、電流等)，并傳送到控制器，相當(dāng)于人工控制時(shí)的眼睛。 (2) 控制器 它接受變送器送來的信號，與生產(chǎn)工藝要求所預(yù)先設(shè)定的液位高度信號相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)則算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號發(fā)送到執(zhí)行器，相當(dāng)于人工控制時(shí)的大腦。 (3) 執(zhí)行器 在這里就是控制閥，它可以根據(jù)控制器送來的信號以及信號值的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開啟度，相當(dāng)于人工控制時(shí)手和閥的組合?？刂葡到y(tǒng)的基本性能要求穩(wěn)定性： 1 對恒值系統(tǒng)，要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整能夠回到原來的期望值。 2 對隨動(dòng)系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。穩(wěn)定性是對系統(tǒng)的基本

25、要求，不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o關(guān)?？焖傩裕?對過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動(dòng)態(tài)性能。 穩(wěn)定高射炮射角隨動(dòng)系統(tǒng)，雖然 炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但如果目標(biāo)變動(dòng)迅速，而炮身行動(dòng)遲緩，仍然抓不住目標(biāo)。準(zhǔn)確性： 用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。在參考輸入信號作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。P、PI、PID控制器的概念與作用P（比例）調(diào)節(jié)器比例控制通過調(diào)節(jié)控制器的比例度可改變系統(tǒng)控制質(zhì)量。成比例地浮現(xiàn)輸入信號的變化，輸出不失真，不延遲。作用：放大誤差的幅值，以

26、較快的速度接近設(shè)定項(xiàng)，但是系統(tǒng)輸出會(huì)有穩(wěn)態(tài)誤差。較大的比例，可以加快調(diào)節(jié)，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。PI（比例積分）調(diào)節(jié)器積分控制積分環(huán)節(jié)：輸出信號是與輸入信號的積分成比例。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。 作用：為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。積分控制作用可以消除余差，但因積分作用是隨著時(shí)間累積而逐漸加強(qiáng)，所以控制作用緩慢，在時(shí)間上總是落后于偏差信號的變化，不能及時(shí)控制。當(dāng)對象的慣性較大

27、時(shí)，被控參數(shù)將出現(xiàn)較大的超調(diào)量，控制時(shí)間也較長，嚴(yán)重時(shí)甚至使系統(tǒng)難以穩(wěn)定。因此積分控制不宜單獨(dú)使用，往往是將比例和積分組合起來，構(gòu)成比例積分控制器，這樣控制即及時(shí)，又能消除余差。PID（比例積分微分）調(diào)節(jié)器微分環(huán)節(jié)：輸出信號是與輸入信號的微分成比例。依據(jù)偏差的運(yùn)動(dòng)趨勢發(fā)出控制信號，具有超前控制能力，有利于克服系統(tǒng)的容量滯后。作用：預(yù)測誤差變化的趨勢，避免被控量的嚴(yán)重超調(diào)，改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此，過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。微分作用的輸出只與偏差信號的變化速率有關(guān)，如果有偏差但不變化，則微分輸出為零，故微分控制不能消除余差，不能單獨(dú)使用，需要與另

28、外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PID控制器。增量式數(shù)字PID算法對于一個(gè)平面上的小球的位置變量的控制：要控制小球從坐標(biāo)X1移動(dòng)到X2，最簡單的方法是使用恒力F將小球移動(dòng)到X2。但是這樣小球就會(huì)在到達(dá)X2后偏離，必須在X>X2使用反向的恒力使小球反向回到X2。因此小球的位置會(huì)在X2周圍大幅度波動(dòng)。P：為了解決這個(gè)問題，可以使得力F成為與位置有關(guān)的函數(shù)F（X-X2）=Kp(X-X2)，Kp為比例增益系數(shù)。其大小與小球的坐標(biāo)和控制要求坐標(biāo)之差成正比，也就是比例調(diào)節(jié)控制，使得小球可以在X2上更加穩(wěn)定。D：由于小球在比例控制后仍然有很大的速度，為了使速度盡量小，F(xiàn)還要加上與速度有關(guān)的坐標(biāo)微分項(xiàng)Kd(dX/dt)，Kd為微分增益系數(shù)，使得速度盡可能小。I：即使做到了以上的控制，小球坐標(biāo)的平均值也不一定在X2。比如在斜面上平均坐標(biāo)傾向于小于X2。為了使得小球坐標(biāo)平均值穩(wěn)定在X2，F(xiàn)還要加上于平均坐標(biāo)有關(guān)的坐標(biāo)積分項(xiàng)。對于絕對算法而言，每一個(gè)F都是由其絕對坐標(biāo)的函數(shù)來決定。而對于增量算法而言，每一個(gè)F都由其上一步的F加上增量決定。各類執(zhí)行器基本概念與原理開關(guān)繼電器是電力驅(qū)動(dòng)的開關(guān)，分為三類： 機(jī)