計算機控制技術(shù)期末考試重要知識點

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

2、信號。#信號變換過程：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）計算機控制系統(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)、越限報警。/直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)特點：計算機的運算和處理結(jié)果直接輸出作用于生產(chǎn)過程。計算機參與閉環(huán)控制，不僅可完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回路的PID控制，而且只要改變程序就可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，它是計算機用于工業(yè)控制最普通的一種形式。/監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)特點(SCC)：它的輸出值不直接控制執(zhí)行機構(gòu)，而是給出下一級的最佳給定值，因此是較高一級的控制。它的任務(wù)重在控制規(guī)律的修正與實現(xiàn)。/集散控制系統(tǒng)特點(DCS)：以微處理機

3、為核心的基本控制器實現(xiàn)地理上和功能上分散控制。又通過高速數(shù)據(jù)通道把各個分散點的信息集中起來送到監(jiān)控計算機和操作占，以進行集中監(jiān)視和操作，并實現(xiàn)高級復(fù)雜的控制。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）#采樣系統(tǒng)：具有離散傳輸通道的系統(tǒng)。有A/D,計算機，D/A,反饋檢測。#采樣過程：利用采樣開關(guān)將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成離散信號的過程。#香農(nóng)采樣定理：采樣頻率s至少應(yīng)該是信號f(t)頻譜最高頻率max 的兩倍，即 s2max #（4）保持器：是將采樣信號復(fù)現(xiàn)為連續(xù)信號的裝置。#（5）零階保持器的作用：把前一采樣時刻KT的采樣值一直保持到下一個采樣時刻（K+1）T.#缺點：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：結(jié)構(gòu)簡單，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，系統(tǒng)會存在靜差/注：Kp越大調(diào)節(jié)作用越強動態(tài)性能越好（但過大會引起自激震蕩）#比例、積分（PI）控制器;/Ti：積分時間常數(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，消除靜差的時間拉長，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，積分速度加快，系統(tǒng)上升時間縮短。但Ti過小，

5、系統(tǒng)將會嚴重超調(diào)，動態(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為微分時間常數(shù)。/作用：加快系統(tǒng)的動作速度，縮短調(diào)整時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。#增量式PID與位置式PID比較具有以下優(yōu)點：計算機發(fā)生故障時，影響范圍小 手動自動切換時沖擊小 計算工作量小#積分分離式PID控制算法原理（基本思想）：大偏差時，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，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)一個低通濾波器（一介慣性階段）或在PID控制器之后串聯(lián)一個低通濾波器來抑制高頻干擾，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)比對象的時間常數(shù)小得多，否則，采樣信號無法反應(yīng)瞬變過程采樣周期應(yīng)遠小于對象擾動信號的周期，一般使擾動信號周期與采樣周期成態(tài)數(shù)倍關(guān)系當系統(tǒng)純滯后占主導(dǎo)地位時，應(yīng)按純滯后大小選取T，盡可能使純滯后時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。在一個采樣周期內(nèi)，計算機要完成采樣、運算和輸出3樣工作，采樣周期的下限是完成這3件工作所需要的時間#串級控制系統(tǒng)特點：在結(jié)構(gòu)上有兩個環(huán)。一個在界面，稱為副環(huán)（副回路），在控制過程中起著“粗調(diào)”作用，一個環(huán)在外面成為主環(huán)（主回路），用來完成“細調(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)：要快速動作以迅速抵消落在副環(huán)內(nèi)的擾動，而且副參數(shù)一般并不要求無差）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，同時有主要擾動落在副環(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量大小進行補償?shù)目刂品椒ǎ串敻蓴_一出現(xiàn)，前饋控制器就直接根據(jù)所測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，對特

8、定擾動有很強抑制能力的特點，又保留了反饋控制能克服多個擾動和對控制效果最終檢驗的長處。系統(tǒng)中存在幅度大、頻率高且可測的干擾，該干擾對被控參數(shù)影響顯著，反饋控制難以克服，而工藝上對被控參數(shù)又要求十分嚴格，這時可引入前饋控制來改善系統(tǒng)的質(zhì)量。/應(yīng)用場合：當主要干擾無法用串級控制使其包圍在副回路內(nèi)時，采用前饋控制將會比串級控制獲得更好的效果。當對象干擾通道和控制通道的時間常數(shù)相差不大時，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、頻率高且可測的干擾，該干擾對被控參數(shù)影響顯著，反饋控制難以克服，而工藝上對被控參數(shù)又要求十分嚴格，這時可引入前饋控制來改善系統(tǒng)的質(zhì)量。#史密斯預(yù)估控器：為了

9、改善大純滯后對象的控制質(zhì)量，引入一個與對象并聯(lián)的補償器。#比值控制：控制兩個變量的比值、主動量和從動量的選擇：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作從動量;在對流量Q1和Q2同時進行控制,即采用雙閉環(huán)比值控制結(jié)構(gòu)時如果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，則從安全角度來考慮確定哪一個作為主動量，即哪種情況下必須保持比值一定，就選哪一個作為主動量#過程通道：在計算機和控制對象之間進行信息傳遞和交換時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：檢測模擬量被調(diào)參數(shù)

10、并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬電壓和電流，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計算機。模擬量輸出通道：將計算機輸出的數(shù)字形式的控制信號轉(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)字量送入計算機。數(shù)字量（開關(guān)量）輸出通道：將計算機給定的控制信號經(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：檢測被測點的各種非電量參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換為電信號。（2）信號調(diào)理電路：對傳感器輸出信號進行處理,使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號,包括濾波、放大、隔離、變換、線性化處理等（3）采樣保持：對模擬信號進行采樣，在模數(shù)轉(zhuǎn)換期間對采樣信號進行保持。（4） A

11、/D轉(zhuǎn)換：即模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為二進制數(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):把多個模擬量參數(shù)分時地接通送入A/D轉(zhuǎn)換器，即完成多到一的轉(zhuǎn)換;/作用：分時、依次（隨機）地將各個輸入信號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、工作可靠等。#多路分配器(反多路開關(guān)):把經(jīng)計算機處理后輸出且由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號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。)二進制3：8譯碼器(對選擇的輸入端C、B、A的狀態(tài)

12、進行譯碼，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：保持采樣信號不變，以便完成A/D轉(zhuǎn)換；同時采樣幾個模擬量，以便進行數(shù)據(jù)處理和測量；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)定輸出值的建立時間；把一個D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分配到幾個輸出點，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）時為止。)#模擬信號的調(diào)理主要原因：把標準化工業(yè)儀表輸

13、出的電流信號轉(zhuǎn)換為A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓信號；把某些非電壓或弱電壓的測量信號進行濾波放大處理；某些工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣，共模干擾強，需要隔離；#共模電壓：是相對于一堆或多根信號線而言的，這些傳輸線對參考點電壓相等的部分叫做共模電壓，相差部分稱差模電壓。/危害：對模擬信號有較大影響，高的共模電壓會擊穿器件，即使沒有損壞器件，也會影響模擬信號的測量精度./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 用于保存計算機輸出的數(shù)字量控制信號。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輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機構(gòu)所要求的信號。#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到來前，使本次控制信號維持不變。/模擬量輸出通道有兩種基本結(jié)構(gòu)形式： 獨立數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式(優(yōu)點:轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠，每條輸出通路相互獨立，不會由于某一路D/A故障而影響其他通路的工作。缺點：成本較高) 共用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式(優(yōu)點:節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器。缺點：因為分時工作，只適用于通道數(shù)量多且速率要求不高的場合。由于需要多路轉(zhuǎn)換器，且要求輸出采樣保持器的保持時間與采樣時間之比很大，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)動器、輸入/輸出口地址譯碼器、讀寫等控制信號組成）、輸入緩沖器和輸出鎖存器（輸入緩沖器對外部輸入信號起緩沖、加強以及選通的作用；輸出鎖存器作用是鎖存CPU送來的輸出數(shù)據(jù)，供外圍設(shè)備使用）、輸入/輸出電氣接口即開關(guān)量輸入信號調(diào)理電路和輸出信號的驅(qū)動電路（濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率驅(qū)動）#光電隔離原理：發(fā)光二極管的作用是將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，光信號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)換來實現(xiàn)對輸出設(shè)備進行控制，之間沒有電氣連接，被隔離開來#固態(tài)繼電器：是一種

16、帶光電隔離器的無觸點開關(guān)，用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點開關(guān)，而在前級中與光電隔離器融為一體。 第六章1、干擾是造成計算機控制系統(tǒng)不可靠的主要原因。干擾來自干擾源，按干擾的來源，可以把干擾分為外部干擾和內(nèi)部干擾。按其特性來分，可分為直流干擾、交流干擾和隨機干擾。按作用分為常態(tài)干擾和共態(tài)干擾。#2、電源引起的干擾時計算機控制系統(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、信號采用電流傳送b、采用RC濾波網(wǎng)絡(luò)濾去高頻干擾信號。c、使用高輸入阻抗的差動運算放大器作為通道的前置放大器，達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濾波器采用去抖動電路采用光電耦合隔離措施#4、計算機控制系統(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

18、地，這種地通常為傳感器的地 。小信號前置放大器和內(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)和磁場感應(yīng)而設(shè)置的地。#5、一般，低頻（1MHz以下）電路應(yīng)一點接地，高頻（10MHz以上）電路應(yīng)多點接地。一點接地方式有串聯(lián)一點接地和并聯(lián)一點接地（盡量用）。#交流地和信號地不能公用#模擬地和數(shù)字地分開走線，僅在一點上連接#6、計算機控制系統(tǒng)常采用“三套法”接地系統(tǒng)，即把系統(tǒng)中接地分成3類：第一類是信號地，包括小信號回路、邏輯電路、控制電路等。第二類是功率地，包括驅(qū)動電路等大電流電路的統(tǒng)一接地點。第三類是機殼，包括機架箱體、屏蔽罩等金屬結(jié)構(gòu)接地點。#6、數(shù)字濾波是計算機通過執(zhí)行程序?qū)?shù)字信號進行處理，減少干擾在信號中的比重，實質(zhì)上是一種程序濾波。數(shù)字濾波電路與模擬濾波電路相比，主要優(yōu)點有三：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