3000KW及以上輪機(jī)自動化考點(diǎn)

第一章自動控制基礎(chǔ)

第一節(jié)自動控制基礎(chǔ)知識248

考點(diǎn)1：反饋控制系統(tǒng)的組成95

反饋控制系統(tǒng)的作用是把各種運(yùn)行設(shè)備的參數(shù)如溫度、壓力、液位、黏度等控制在所希望的最佳值

上。盡管機(jī)艙中眾多設(shè)備參數(shù)的種類不同，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式也不相同，但是組成這些控制系統(tǒng)的

基本單元及其工作過程大致是相同的。

1.系統(tǒng)的組成及基本概念

(1)控制對象

控制對象是指所要控制的機(jī)器、設(shè)備或裝置。把所要控制的運(yùn)行參數(shù)叫做被控制量。

(2)測量單元

測量單元的作用是，檢測被控量的實(shí)際值，并把它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號，該信號叫被控量的測量

值。在氣動控制系統(tǒng)中，對應(yīng)被控量的滿量程，其統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號是0.02?0.1MPa；在電動控制

系統(tǒng)中，對應(yīng)被控量的滿量程。其統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電流信號是0?10mA或4?20mA,現(xiàn)用4?20mA居多。

(3)調(diào)節(jié)單元

調(diào)節(jié)單元是指具有各種調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器把運(yùn)行參數(shù)所希望控制的最佳值叫給定值，用r表示;

被控量的測量值用庶示。把被控量的測量值離開給定值的數(shù)量叫偏差值，用e表示。顯然e=r-z。

e>0,說明測量值低于給定值，叫正偏差；

eVO,說明測量值大于給定值，叫負(fù)偏差；

e=0,說明測量值等于給定值，為無偏差。

調(diào)節(jié)器首先接收測量單元送來的被控量的測量信號，并與被控量的給定值相比較得到偏差信號，再

根據(jù)偏差信號的大小和方向(正偏差還是負(fù)偏差)。依據(jù)某種調(diào)節(jié)作用規(guī)律輸出一個控制信號。對被控

量施加控制作用，直到偏差等于零或接近零為止。

(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入量是調(diào)節(jié)單元輸出的控制信號，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出量是調(diào)節(jié)閥的開度。調(diào)節(jié)單元輸出

的控制信號經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接改變調(diào)節(jié)閥的開度，從而可改變流入控制對象物質(zhì)或能量流量，使之能符合

控制對象負(fù)荷的要求，被控量會逐漸回到給定值或給定值附近，系統(tǒng)將會達(dá)到一個新的平衡。在氣動控

制系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)般是氣動薄膜調(diào)節(jié)閥或氣動活塞式調(diào)節(jié)閥；在電動控制系統(tǒng)中，一般采用可逆轉(zhuǎn)

伺服電機(jī)或三相交流伺服電機(jī)。

由此可見，對一個完整的控制系統(tǒng)來說，以上四個單元在組成中是缺一不可的。通常一-般都還設(shè)有

顯示單元，用來指示被控量的給定值和測量值。同時，對氣動控制系統(tǒng)來說，應(yīng)設(shè)有氣源裝置和定值器;

對電動控制系統(tǒng)尚需設(shè)穩(wěn)壓電源等輔助裝置。

2.反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖

為了分析反饋控制系統(tǒng)工作過程方便起見，可把組成反饋控制系統(tǒng)的四個基本單元分別用一個小方

框來表示，并用帶箭頭的信號線來表示各單位之間的信號傳遞關(guān)系。這樣就構(gòu)成了如圖ITT所示的反

饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖。通過傳遞方框圖，要明確以下兒個概念。

圖1-1-1反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖

(1)環(huán)節(jié)

在傳遞方框圖中，代表實(shí)際單元的每個小方框稱為一個環(huán)節(jié)。作為一個環(huán)節(jié)必須滿足兩個條件：其

一是，必定有輸入量和輸出量，并用帶箭頭的信號線來表示。其中箭頭指向該環(huán)節(jié)的信號線為輸入量，

箭頭離開該環(huán)節(jié)的信號線為輸出量，在信號線上可標(biāo)明輸入和輸出量的名稱，也可以不寫。其二是，任

何環(huán)節(jié)輸出量的變化均取決于輸入量的變化及該環(huán)節(jié)的特性；而輸出量的變化不會直接影響輸入量，這

就是信號傳遞的單向性。

（2）擾動

要把控制對象看做一個環(huán)節(jié)，它的輸出量是被控量。引起被控量變化的一切因素統(tǒng)稱為擾動或擾動

量。顯然，擾動量是控制對象的輸入量。擾動量可分為兩類：-類是輪機(jī)人員無法控制的擾動，稱為外

部擾動；另一類是輪機(jī)人員可以控制的擾動，稱為基本擾動。在圖ITT中，有兩個信號線的箭頭指向

控制對象，它們分別是基本擾動（執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出，即調(diào)節(jié)閥的開度）和外部擾動（用d表示的信號線，

即控制對象負(fù)荷的變化）。

從控制對象這一環(huán)節(jié)可以看出，輸入信號（包括基本擾動和外部擾動）的改變，會引起輸出量（水

位、水溫等）的改變，而輸出量的變化，不會直接影響調(diào)節(jié)閥的開度和控制對象負(fù)荷的改變，這就是信

號傳遞的單向性。

對于基本擾動來說，改變調(diào)節(jié)閥的開度，會改變流入控制對象物質(zhì)或能量流量，所謂物質(zhì)流量是指,

調(diào)節(jié)閥開度改變后，流入控制對象的物質(zhì)（水、空氣等）流量直接影響被控量的變化。

（3）閉環(huán)系統(tǒng)

在反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，前一環(huán)節(jié)的輸出就是后??環(huán)節(jié)的輸入。這樣，控制系統(tǒng)就形成一個

封閉控制回路，稱為閉環(huán)系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)必定是閉環(huán)系統(tǒng)。如果在某處把網(wǎng)路斷并，比如在圖ITT

中的A處斷開，這時系統(tǒng)就由閉環(huán)系統(tǒng)變?yōu)殚_環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)不再是反饋控制系統(tǒng)，也就不能對被控

量進(jìn)行自動控制。運(yùn)行參數(shù)自動控制系統(tǒng)，必定是閉環(huán)系統(tǒng)。

（4）反饋

在控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，符號"?”是比較環(huán)節(jié)（它不是一個獨(dú)立環(huán)節(jié)，而是調(diào)節(jié)器中的一個組成

部分，為清楚起見，單獨(dú)畫出）。它隨時對被控量的給定值r（旁標(biāo)號）與被控量的測量值z（旁標(biāo)“一”

號）相比較，得到偏差值e。e就是調(diào)節(jié)器的輸入量，調(diào)節(jié)器的輸出量經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變調(diào)節(jié)閥的開度，即

改變流入控制對象的物質(zhì)或能量流量，目的是控制備控量，而被控量的變化經(jīng)測量單元又反送到調(diào)節(jié)器

的輸入端，這個過程叫反饋。只有反饋才能隨時對被控量的給定值和測量值進(jìn)行比較，只要存在偏差，

調(diào)節(jié)器就會指揮調(diào)節(jié)閥改變開度，直到測量值回到給定值使偏差e=0為止。這時調(diào)節(jié)器輸出不再改變，

調(diào)節(jié)閥的開度正好適應(yīng)負(fù)荷的要求，控制系統(tǒng)達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)。可見對運(yùn)行參數(shù)的自動控制必須

要有反饋過程，這就是把運(yùn)行參數(shù)的自動控制系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)的原因。

在反饋中，有正反饋和負(fù)反饋之分。正反饋是指經(jīng)反饋能加強(qiáng)閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差e增大。

負(fù)反饋是指經(jīng)反饋能減弱閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差蹣小。顯然，按偏差控制運(yùn)行參數(shù)的控制系統(tǒng),

必定是負(fù)反饋控制系統(tǒng)。但是，在自動化儀表中，特別是在調(diào)節(jié)器中。為實(shí)現(xiàn)某種作用規(guī)律和功能，常

采用復(fù)雜的正、負(fù)反饋回路。

考點(diǎn)2：反饋控制系統(tǒng)的分類38

反饋控制系統(tǒng)按其用途、形式和特點(diǎn)有多種分類方法，通常有以下兒種分類：

1.按所用能源分類

反饋控制系統(tǒng)分為氣動控制系統(tǒng)和電動控制系統(tǒng)。在氣動控制系統(tǒng)中，用壓縮空氣作為能源，氣源

壓力是0.14MPa,各種氣動儀表輸入和輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)的氣壓信號0.02?0.1MPa。在電動控制系統(tǒng)中，

用電能作為能源，各種電動儀表的輸入和輸出信號是標(biāo)準(zhǔn)的電流信號0?10mA或4?20mA。

2.按儀表的結(jié)構(gòu)形式分類

按儀表結(jié)構(gòu)形式可分為單元組合儀表和基地式儀表。若組成控制系統(tǒng)的各個單位都分別制成?臺獨(dú)

立的儀表，各儀表之間用標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號聯(lián)系起來，叫單元組合儀表。若把測量單元、調(diào)節(jié)單元和顯示

單元組裝成--臺儀表。在這臺儀表中，雖然仍有測量、顯示和調(diào)節(jié)等功能，但在結(jié)構(gòu)上，它們已是不可

分割的整體，因而它們之間也不用標(biāo)準(zhǔn)信號加以聯(lián)系，這種儀表叫基地式儀表。

3.按給定值的變化規(guī)律分類

按給定值變化規(guī)律控制系統(tǒng)可分為定值控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng)。在定值控制系統(tǒng)

中，給定值是不變的。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動后，被控量的測量值會離開給定值出現(xiàn)偏差，控制系統(tǒng)的作用是

逐漸消除偏差，使被控量最終回到原來的給定值上或給定值附近。

在程序控制和隨動控制系統(tǒng)中，給定值是變化的。控制系統(tǒng)的作用是，使被控量始終跟蹤給定值，

隨給定值而變化。兩者的區(qū)別在于，程序控制系統(tǒng)給定值的變化是按人們事先安排好的規(guī)律進(jìn)行變化的，

一般給定值是一個時間的函數(shù)，

考點(diǎn)3：反饋控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)115

反饋控制系統(tǒng)的動態(tài)過程：

控制系統(tǒng)之所以會出現(xiàn)動態(tài)過程，是因?yàn)閷ο到y(tǒng)施加了輸入（擾動）信號。其擾動形式是隨機(jī)的，

很難用一個數(shù)學(xué)表達(dá)式來精確地描述它，但可以歸納為四種擾動形式，這就是：階躍形式、線性形式、

脈沖形式、正弦形式。其中階躍擾動是最嚴(yán)重的擾動，控制系統(tǒng)能把階躍擾動控制住，對其他擾動形式

也就容易控制了。因此，在這里我們只取階躍的輸入形式來研究控制系統(tǒng)的動態(tài)過程。所謂階躍擾動是

取擾動的突變形式，即在￡=0時刻（在施加擾動瞬間），擾動量突變一個值，以后這個值保持不變。如

果這個突變值是一個單位，就稱為單位階躍擾動。階躍擾動是基本符合實(shí)際的擾動形式。

為評定控制系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)，要在階躍擾動（輸入）下，畫出系統(tǒng)輸出量（被控量）隨時間的變

化曲線。為說明問題方便起見，我們總是把控制系統(tǒng)的初始平衡狀態(tài)定為坐標(biāo)的零點(diǎn)。

控制系統(tǒng)接受的擾動有兩種情況，一種是外部擾動不變，改變給定值。這時在調(diào)節(jié)器控制作用下，

被控量將繞新的給定值振蕩，最終穩(wěn)定在新的給定值或給定值附近；另一種情況是給定值不變，改變外

部擾動（定值控制），在調(diào)節(jié)器控制作用下，被控量將繞原給定值振蕩且最終穩(wěn)定下來。由于調(diào)節(jié)器控

制作用的強(qiáng)弱不同以及儀表調(diào)校不當(dāng)或參數(shù)不匹配，會使控制系統(tǒng)的動態(tài)過程出現(xiàn)各種形式。圖1T-3

和圖1-1-4分別畫出了給定值不變而改變外部擾動和外部擾動不變而改變給定值的動態(tài)過程曲線。圖中

曲線1是等幅振蕩，曲線2是發(fā)散振蕩?？刂葡到y(tǒng)這兩種動態(tài)過程，被控量是不能穩(wěn)定在新穩(wěn)態(tài)值上的，

稱為不穩(wěn)定系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)絕對不允許是一個不穩(wěn)定系統(tǒng)。造成不穩(wěn)定的動態(tài)過程的原因，除儀

表調(diào)?；騾?shù)匹配不當(dāng)之處，主要是調(diào)節(jié)器控制作用太強(qiáng)。曲線3表示控制系統(tǒng)的動態(tài)過程最穩(wěn)定，被

控量沒有波動地逐漸達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值。但是，它的動態(tài)精度和穩(wěn)態(tài)精度都很低，且被控量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值

所需時間很長，這是不可取的，造成這種現(xiàn)象的主要原因是調(diào)節(jié)器控制作用太弱。符合求的動態(tài)過程是

衰減振蕩，如曲線4所示。當(dāng)然不是所有衰減振蕩都符合要求，為保證動態(tài)過程有一個良好的品質(zhì)，可

用一些指標(biāo)來衡量它，在改變外部擾動和改變給定值兩種情況下，其評定動態(tài)過程品質(zhì)指標(biāo)有些相同，

有些不同。

圖1T-3改變外部擾動控制系統(tǒng)的動態(tài)過程

0

圖卜14改變給定值控制系統(tǒng)的動態(tài)過程

對于定值控制系統(tǒng)來說，評定動態(tài)過程品質(zhì)指標(biāo)包括最大動態(tài)偏差&““、衰減率。、過渡過程時間友、

振蕩次數(shù)力及靜態(tài)偏差，等，如圖1T-3曲線4所示。

最大動態(tài)偏差是指在衰減振蕩中第一個波峰的峰值，它是動態(tài)精度指標(biāo)。e心大，說明動態(tài)精

度低，要求e皿小些好。但不是越小越好，因?yàn)榈拇笮∨c調(diào)節(jié)器比例作用強(qiáng)弱有關(guān)，比例作用越強(qiáng)，強(qiáng)

越小。比例作用太強(qiáng)，雖然今很小，但動態(tài)過程的振蕩會加劇。

衰減率0,是指在衰減振蕩中，第一個波峰值力=%狄，減去第二個同相波峰值區(qū)除以第一?個波峰值4

即

式中：0是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，要求0=0.75?0.9。當(dāng)0=0.75時，力是度I勺4倍，稱為衰減比4：

lo。不能小于0.75,否則系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向增加，降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性，過渡過程時間也因振蕩

不息而加長。特別是當(dāng)。=0時，其動態(tài)過程是等幅振蕩，系統(tǒng)變成不穩(wěn)定系統(tǒng)，這是不允許的。。也

不能太大，否則&,會增大，過渡過程時間人也會拖得很長，當(dāng)0=1時，其動態(tài)過程沒有振蕩，成為非

周期過程。這時很大，友拖得很長，這是不可取的。

過渡過程時間總是指從控制系統(tǒng)受到擾動開始到被控量重新穩(wěn)定下來所需的時間。理論上講，這

個時間是無窮大，這是沒有意義的。因此，我們這樣來定義過渡過程時間玄：當(dāng)匕、心時，滿足

|y(f)-y(8)|

y(°°)WA

式中：y(t)是系統(tǒng)受到擾動后，在時間為大時的被控量值；y(8)是被控量的最終穩(wěn)態(tài)值；/是

選定的任意小的值，一般取4=0.02,或4=0.05。上式的物理意義是，當(dāng)t2友的所有時間內(nèi)，被控

量y(t)的波動值Iy(t)—y(°0|均小于或等于最終穩(wěn)態(tài)y(°°)的2%或5%,友就是過渡過程時間。

振蕩次數(shù)人是指在衰減振蕩中，被控量的振蕩次數(shù)。一般要求被控量振蕩2?3次就應(yīng)穩(wěn)定下來。

靜態(tài)偏差￡,是指動態(tài)過程結(jié)束后，被控量新穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的差值?！暝叫≌f明控制系統(tǒng)的

靜態(tài)精度越高。在實(shí)際控制系統(tǒng)中，由于所使用不同作用規(guī)律調(diào)節(jié)器，其存在靜態(tài)偏差的情況也不相

同。有的控制系統(tǒng)受到擾動后，在調(diào)節(jié)器控制作用下，被控量最終不能穩(wěn)定在給定值上，只能穩(wěn)定在給

定值附近，存在?個數(shù)值較小的靜態(tài)偏差，這是有差調(diào)節(jié)。有的控制系統(tǒng)受到擾動后，在調(diào)節(jié)器的控制

作用下，被控量能最終穩(wěn)定在給定值上，￡=0,這是無差調(diào)節(jié)。

在外部擾動不變而改變給定值的控制系統(tǒng)中，評定動態(tài)過程品質(zhì)的一些指標(biāo)，如過渡過程時間右振

蕩次數(shù)人靜態(tài)偏差￡等與定值控制系統(tǒng)是一樣的。只是評定穩(wěn)定性指標(biāo)不用衰減率，而是用超調(diào)量。

Po同時增加了反映控制系統(tǒng)響應(yīng)速度的兩個指標(biāo)：上升時間、峰值時間，如圖1-1-4曲線4所示。

上升時間如是指在衰減振蕩中，被控量從初始平衡狀態(tài)第一次達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值y（8）所需時間。

峰值時間。，是指在衰減振蕩中，被控量從初始平衡狀態(tài)達(dá)到第一個波峰峰值所需要的時間*tr

和為都是反映動態(tài)過程進(jìn)行快慢的指標(biāo)。為越小，說明系統(tǒng)慣性越小，動態(tài)過程進(jìn)行得越快。

超調(diào)量心，是指在衰減振蕩中，第一個波峰值為“減去新穩(wěn)態(tài)值y（8）與新穩(wěn)態(tài)值之比的百分?jǐn)?shù)，

即

y

=ymax-lMxl00%

p|y（8）|

超調(diào)量是評定控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)。超調(diào)量越小，控制系統(tǒng)動態(tài)過程波動越小，穩(wěn)定性越好。但

若?！疤?，甚至％,=o時，被控量無波動地逐漸靠近給值，成為非周期過程，系統(tǒng)穩(wěn)定性雖然最好，但

△拖得太長，這是不可取的。若吸太大，控制系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩明顯加劇，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。由

于振蕩不息，友也必定拖得很長。在實(shí)際過程中，要求?！癡3O96。

第二節(jié)控制對象的特性131

考點(diǎn)1：單容控制對象的特性，各種特性參數(shù)的概念、意義及對控制系統(tǒng)動態(tài)過程的影響法84

任何控制對象都有儲存物質(zhì)或能量的能力，所謂單容控制對象是指只有一個儲存物質(zhì)或能量容積的

控制對象。在機(jī)艙中，凡是水柜、油柜以及以水位為被控量的鍋爐都屬于單容控制對象。顯然，被控量

的變化量是控制對象的輸出量；擾動量（基本擾動和外部擾動）是控制對象的輸入量。

1.放大系數(shù)人

放大系數(shù)是指控制對象受到階躍擾動后，被控量從初始平衡狀態(tài)達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值的變化量，把擾

動量所放大的倍數(shù)。在對控制對象施加擾動的瞬間，亡=0時

0

咐）/,=0*公〃（1-酊）

（

因e°=l,故力（b）/m=O,即水位沒有變化。以后隨著時間大的增長，不斷減小，力（亡）就會不

斷增大。當(dāng)下一8時，被控量達(dá)到一個新的穩(wěn)態(tài)值不再變化。這時，e"=0。故

/?（oo）=K?A//（l-e~°°）=K?

可見，控制對象達(dá)到新的平衡狀態(tài)時，被控量水位力的變化量，把擾動量4〃放大了摘。實(shí)際上，

放大系數(shù)破控制對象的靜態(tài)參數(shù)，是反映控制對象對擾動的敏感程度的，砒，控制對象受到相同階躍

擾動后，被控量要變化一個很大范圍才能穩(wěn)定下來，說明控制對象對擾動敏感。若解艮小，控制對象對

擾動很不敏感，即對它施加很大擾動，被控量變化一個很小的值就會穩(wěn)定下來。但是，船上所有的控制

對象放大系數(shù)御比較大，因此，都必須組成一個控制系統(tǒng)，使其受到擾動后達(dá)到新穩(wěn)態(tài)時，被控量的

變化量盡量小，或不變化。

2.時間常數(shù)7

在對控制對象施加擾動的瞬間（t=o）,被控量的變化量等于零。但是，由于此時流量差（。,一a）

最大，所以被控量的變化速度d〃d￡最大。以后隨著水位的升高，1增大，使流量差（。一屐）越來越小，

被控量變化速度也越來越小?？梢姡豢亓康淖兓偸锹浜笥跀_動的變化，這就是控制對象的慣性，在

相同擾動下，若被控量變化快（d///dZ-大），則匕升曲線陡，被控量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值所需時間短。我們就說

控制對象慣性小。反之，在相同擾動下，被控量變化慢（d〃d〃j、），則飛升曲線平坦，被控量達(dá)到新穩(wěn)

態(tài)值所需時間長，我們就說控制對象慣性大。時間常數(shù)磷是反映控制對象慣性大小的一個重要的動態(tài)

參數(shù)。

dh..

—//=0

求時間常數(shù)7W根據(jù)在2=0時刻，被控量變化最快，即由最大。

—%=-------；-------/,=o=K?△勺e/,=---

atdtT=0T

可見，在￡=0時，水位的最大變化速度為4”/。實(shí)際上它就是過坐標(biāo)零點(diǎn)作飛升曲線切線的

斜率。我們把這條切線讓它交于被控量新穩(wěn)態(tài)值上，如圖1-2T所示。圖中力碗t是被控量的新穩(wěn)態(tài)值/

其切線斜率就是被控量的最大變化速度，故

ABK3

OBT

因/〃，則如=兀可見，時間常數(shù)的物理意義是。從對控制對象施加階躍擾動的瞬間開始，

被控量以最大的變化速度變化到新穩(wěn)態(tài)值所需時間就是時間常數(shù)。次，控制對象的慣性大，其飛升曲

線比較平坦，如圖12-1中的虛線所表示的飛升曲線。

3.純遲延r0

控制對象遲延包括純遲延和容積遲延。容積遲延將在多容控制對象中講述。遲延是控制對象重要的

動態(tài)特性參數(shù)，對控制系統(tǒng)的動態(tài)過程品質(zhì)具有重大影響。

純遲延入，又叫傳輸遲延。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)距控制對象有一定的距離，物質(zhì)或能量經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)流到控

制對象需要一定的時間人，就把丁。稱為控制對象的純遲延。

考點(diǎn)2：多容控制對象階躍響應(yīng)飛升曲線特點(diǎn)，雙容控制對象與單容控制對象的區(qū)別17

多容控制對象是指具有兩個或兩個以上儲蓄容積的控制對象。在機(jī)艙中，多數(shù)控制對象是屬于多容

控制對象。我們可把多容控制對象看成是若干單容控制對象按不同方式組合而成的。因此，分析單容控

制對象的方法也適用于多容控制對象。只是多容控制對象增加了儲蓄容積及阻力因素，其被控量的變化

規(guī)律與單容控制對象不同。

關(guān)于多容控制對象的放大系數(shù)K與單容控制對象的物理意義完全相同，不再多述?？傊?，任何控制

對象的特性，都可用從7、r三個參數(shù)來描述：放大系數(shù)K反映了控制對象對擾動的敏感程度；時間常

數(shù)T反映了控制對象慣性的大??；遲延「反映了被控量變化的延遲時間，只要掌握這三個參數(shù)的物理意

義，就基本掌握了控制對象的特性。

第三節(jié)調(diào)節(jié)規(guī)律347

考點(diǎn)1：浮子式水位控制系統(tǒng)的工作原理，上、下限水位調(diào)整方法調(diào)節(jié)規(guī)律28

輔鍋爐浮子式水位控制系統(tǒng)是按雙位作用規(guī)律工作的，通常也簡稱為位式作用規(guī)律，這種作用規(guī)律

的特點(diǎn)是，調(diào)節(jié)器只有兩個輸出狀態(tài)，它不能使被控量穩(wěn)定在某個值上。當(dāng)被控量下降到下限值時，調(diào)

節(jié)器的輸出接通電機(jī)電源使電機(jī)轉(zhuǎn)動，或令電磁閥通電使閥門全開。當(dāng)被控量達(dá)到上限值時，調(diào)節(jié)器動

作使電機(jī)斷電停轉(zhuǎn)，或電磁閥斷電閥門全關(guān)。當(dāng)被控量在上、下限之間變化時，調(diào)節(jié)器輸出狀態(tài)不變。

考點(diǎn)2：壓力開關(guān)工作原理、下限值及幅差值的調(diào)整方法36

壓力開關(guān)也叫壓力調(diào)節(jié)器，屬于位式作用規(guī)律，可用于輔鍋爐蒸汽壓力的雙位控制。

現(xiàn)已YTT226型壓力調(diào)節(jié)器為例，調(diào)整給定彈簧的預(yù)緊力，可調(diào)整觸點(diǎn)動作的下限壓力值，用R表示。

調(diào)整幅差彈簧的預(yù)緊力，即可調(diào)整觸點(diǎn)動作的壓力上限值，用K表示?！鳌〦-R稱為幅差。輸入壓力

信號"入的下限值是通過人工調(diào)整給定彈簧的預(yù)緊力調(diào)整的，要確定壓力的上限值，只需求出幅差即可。

螺釘14有一紅色標(biāo)記，在它旁邊的圓柱面上有0?10擋刻度。紅色標(biāo)記對準(zhǔn)0擋，其A尸=0.07MPa；紅

色標(biāo)記對準(zhǔn)10擋，其△片0.25M為紅色標(biāo)記對準(zhǔn)不同檔時，其△屈勺計算公式為

Y

^P=PZ-PX=0.07+（0.25-0.07）x—

式中：蹤設(shè)定的擋數(shù)，各數(shù)值的單位均為MPa。這樣，在壓力的上限值R、壓力的下限值K及所設(shè)定的

擋數(shù)庵三個變量中，知道任意中的兩個，就可以求出第三個。

考點(diǎn)3：比例作用的定義、表達(dá)式，比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，比例作用規(guī)律的優(yōu)缺點(diǎn)16

比例作用規(guī)律是指調(diào)節(jié)器的輸出量。（調(diào)節(jié)閥開度的變化量）與輸入量e（被控量的偏差值）成比例

變化，其輸出與輸入之間的函數(shù)關(guān)系為

P（t）=K,e（t）

式中：隈比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)。放大倍數(shù)砥，在輸入相同偏差e"）信號時，調(diào)節(jié)器輸出量產(chǎn)（方）

大，也就是調(diào)節(jié)器指揮調(diào)節(jié)閥開度的變化量大，我們就說它的比例作用強(qiáng)；反之，佗I、，其比例作用弱。

用比例作用規(guī)律制成的調(diào)節(jié)器，稱為比例調(diào)節(jié)器。

比例作用規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)是，調(diào)節(jié)閥的開度能較及時地反映控制對象負(fù)荷的大小。負(fù)荷變化大，偏差e

（Z）就大，調(diào)節(jié)閥開度會成比例變化，對被控量控制比較及時。比例作用規(guī)律存在的缺點(diǎn)也是明顯的。

當(dāng)控制對象受到擾動后，在比例調(diào)節(jié)器的控制作用下，被控量不能完全回到給定值上來，只能恢復(fù)到給

定值附近。被控量的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間必定存在一個較小的靜態(tài)偏差，這是比例作用存在的固有的、

不可克服的缺點(diǎn)。

比例控制系統(tǒng)雖然存在靜態(tài)偏差，但這個偏差值是不大的，與有自平衡能力的控制對象受到擾動后，

被控量自行穩(wěn)定在新穩(wěn)態(tài)值上的變化量相比較要小得多，動態(tài)過程進(jìn)行也要快得多。因此，對被控量穩(wěn)

態(tài)精度要求不是很高控制系統(tǒng)中，采用結(jié)構(gòu)比較簡單的比例調(diào)節(jié)器是較為普遍的。

考點(diǎn)4：比例帶PB的定義、物理意義、對控制系統(tǒng)動態(tài)過程的影響75

比例帶比例度心是指調(diào)節(jié)器的相對輸入量與相對輸出量之比的百分?jǐn)?shù)，即

eR

PB(b)=x100%=--xl00%=—xlOO%

F/PAXmaxPK

式中：e是被控量的變化量（偏差值），是被控量允許變化的最大范圍，叫全量程。被控量的變化量

與全量程的比值e/4是調(diào)節(jié)器的相對輸入量；?是調(diào)節(jié)閥開度的變化量；兒,是調(diào)節(jié)閥開度的最大變化

量，即調(diào)節(jié)閥從全關(guān)到全開或全開到全關(guān)叫全行程，調(diào)節(jié)閥開度變化量與全行程的比值乃幾.是調(diào)節(jié)器的

PB=-y\00%

相對輸出量。叫量程系數(shù)，在單元組合儀表中，#=1。這樣，K,顯然，比例

帶陽與放大倍數(shù)成反比。

比例帶分的物理意義可以這樣來理解，假定調(diào)節(jié)器指揮調(diào)節(jié)閥開度變化全行程（從全關(guān)到全開或從

全開到全關(guān)），需要被控量的變化量占全量程的百分?jǐn)?shù)就是比例帶。換句話說，控制系統(tǒng)受到擾動后，

被控量要離開給定值出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)器將使調(diào)節(jié)閥的開度成比例地變化。偏差越大，調(diào)節(jié)閥開度的變化

量越大，當(dāng)偏差大到使調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥開度變化全行程時，該偏差占全量程的百分?jǐn)?shù)就是比例帶。例

如加=100%,說明被控量變化全量程的100%,即變化全量程，調(diào)節(jié)器使調(diào)節(jié)閥開度變化全行程。若PB

=50%,說明被控量變化全量程的一半，調(diào)節(jié)器就能使調(diào)節(jié)閥開度變化全行程。若加=200%,說明被控

量變化了全量程，調(diào)節(jié)閥的開度只變化了全行程的一半?？梢姡壤龓?小，在被控量偏差占全量程

百分?jǐn)?shù)相同的情況下，調(diào)節(jié)閥開度的變化量越大，克服擾動能力越強(qiáng)，比例作用也就越強(qiáng)；反之，比例

帶礴大，比例作用越弱。比例帶是比例作用極為重要的參數(shù)。當(dāng)組成控制系統(tǒng)的控制對象確定以后，

比例帶加的大小，對控制系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)好壞起著決定性的影響。若比例帶必選定太大，比例作用很

弱，克服擾動的能力就弱；動態(tài)過程雖然很穩(wěn)定，沒有波動，但最大動態(tài)偏差e皿增大，過渡過程時間心

拖得很長，穩(wěn)態(tài)時靜態(tài)偏差￡也比較大。若比例帶必選定太小，比例作用很強(qiáng)，有一點(diǎn)偏差e調(diào)節(jié)閥開

度的變化量就很大，相對擾動來說，調(diào)節(jié)閥開度的變化量會過頭，造成被控量的大起大落，系統(tǒng)的振蕩

傾向明顯增大，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，由于被控量的振蕩不息，會加長過渡過程時間玄。這兩種

情況都是不利的，因此，對一個實(shí)際控制系統(tǒng)來說，要根據(jù)控制對象的特性，調(diào)定合適的比例帶做以

保證一個控制系統(tǒng)具有最佳的動態(tài)過程。

考點(diǎn)5：比例積分作用的定義、表達(dá)式，積分作用的優(yōu)缺點(diǎn)，積分時間TI的物理意義57

比例積分作用規(guī)律，是指調(diào)節(jié)器的輸出量隨輸入量做比例積分變化。按這種規(guī)律制造的調(diào)節(jié)器叫比

例積分調(diào)節(jié)器，簡稱PI調(diào)節(jié)器，顯然，在PI調(diào)節(jié)器中，含有積分作用。

1.積分作用規(guī)律

在手動控制中，積分作用與比例作用不同。在比例作用中，管理人員是根據(jù)偏差的大小成比例地改

變調(diào)節(jié)閥的開度。在積分作用中，管理人員是根據(jù)偏差的大小來改變調(diào)節(jié)閥開度的變化速度。偏差越大,

調(diào)節(jié)閥動作越快；偏差小，調(diào)節(jié)閥動作慢，只要存在偏差，調(diào)節(jié)閥就動作不息，直到消除偏差為止。積

分作用規(guī)律表達(dá)式為

P(f)=S°]e(f)d

由于S是常數(shù)，可以提到積分號的外面。顯然，積分輸出取決于兩個因素：一個是偏差e的大小，

另一個是偏差存在時間的長短。換言之，積分作用的輸出是與被控量的偏差值隨時間的積累成比例，只

要存在偏差，偏差隨時間的積累就不能停止，調(diào)節(jié)器輸出就有變化，直到偏差等于零，這時積累才能停

止，調(diào)節(jié)閥的開度才能穩(wěn)定在某一值上而不再變化。因此，控制系統(tǒng)采用具有積分作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器，

被控量最終必定能穩(wěn)定在給定值上，消除靜態(tài)偏差，使￡=0。這是積分作用規(guī)律的突出優(yōu)點(diǎn)。但是，

與比例作用規(guī)律相比較，其缺點(diǎn)也是很明顯的。比如，在控制系統(tǒng)處于初始平衡狀態(tài)下，突然受到一個

較大的擾動，被控量會較快的出現(xiàn)偏差。但由于偏差存在的時間很短，調(diào)節(jié)器輸出的變化量很小，不足

以克服擾動，使偏差越來越大?？梢?，積分作用規(guī)律對被控量的控制是很不及時的。以后由于偏差不斷

增大及偏差存在的時間不斷增長，積分作用的輸出才越來越大，致使調(diào)節(jié)閥開過頭，使被控量向給定值

恢復(fù)。但由于偏差的方向未變，積分作用的輸出仍按原方向增大，調(diào)節(jié)閥開過頭的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，直

到被控量出現(xiàn)反向偏差時，積分作用的輸出才向反方向積累，這就造成了被控量的大起大落，大大加劇

了控制系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向，降低了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.比例積分的作用規(guī)律

在比例積分調(diào)節(jié)器中，比例作用是主要的，它使調(diào)節(jié)閥的開度隨時適應(yīng)擾動的變化，取控制比較及

時的優(yōu)點(diǎn)，獲得較好的動態(tài)穩(wěn)定性。積分作用是輔助的，用它來消除靜態(tài)偏差。比例積分的作用規(guī)律是

P⑴=Ke⑴+Soje(t)dt=K[e(t)+^^⑺叫

i

式中：4是比例積分調(diào)節(jié)器的比例放大倍數(shù)，是積分時間。這樣，衡量比例積分作用強(qiáng)弱的參數(shù)

就有兩個，即比例積分作用的比例放大倍數(shù)麻「I積分時間工。

積分時間北的物理意義是，在給PI調(diào)節(jié)器輸入一個階躍偏差信號時，積分輸出等于比例輸出所需的

時間就是積分時間7。北越小，積分輸出達(dá)到比例輸出的時間越短，積分作用越強(qiáng)。

考點(diǎn)6：TI的大小對控制系統(tǒng)動態(tài)過程的影響33

在比例積分調(diào)節(jié)器上通常都設(shè)有兩個旋鈕，一個用于整定比例帶陽，一個用于整定積分時間工。希

望工整定的合適。這樣，既能保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，乂能在較短的時間內(nèi)使系統(tǒng)穩(wěn)定下來消除靜

態(tài)偏差。在整定刀值時，切忌把7值整定太小，否則由于積分作用太強(qiáng)，系統(tǒng)動態(tài)過程振蕩激烈，被控

量長時間穩(wěn)定不下來，這是很不利的。如果工值不能進(jìn)行準(zhǔn)確地整定，那么選取不值時，要寧大勿小。

7；值偏大一些，積分作用偏弱，只是消除靜態(tài)偏差時間稍長一些而別無它害。積分時間力的整定范圍是

在3s至20min之內(nèi)?？刂茖ο髴T性大的控制系統(tǒng)，選取7值要大一些?？刂茖ο髴T性小的控制系統(tǒng)，選

取工值可小一些。

在比例積分調(diào)節(jié)器上，如果把積分時間7；整定到8,它相當(dāng)于切除積分作用，而成為純比例調(diào)節(jié)器。

如果控制系統(tǒng)采用純比例調(diào)節(jié)器，可整定一個最佳比例帶加，使控制系統(tǒng)動態(tài)過程保持最佳狀態(tài)。如果

調(diào)節(jié)器要加進(jìn)積分作用（其7；不是8）,則此時比例帶必要比純比例調(diào)節(jié)器的比例帶必大一些，以抵制由

于積分作用而使系統(tǒng)動態(tài)過程振蕩傾向的增加。比例積分調(diào)節(jié)器是在實(shí)際控制系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣泛的一

種調(diào)節(jié)器。

考點(diǎn)7：比例微分作用的定義、表達(dá)式，微分時間TD的物理意義31

控制對象受到擾動大小不同，盡管在短時間內(nèi)，偏差的絕對值很小，但偏差的變化速度不同。在來

勢很猛的擾動瞬間，偏差雖然為零，但偏差的變化速度是很大的?？梢?，對控制對象施加擾動越大，在

施加擾動瞬間，偏差的變化速度越大，如果調(diào)節(jié)閥的開度能與偏差的變化速度加/八成比例，那么這種

作用就是微分作用規(guī)律，其表達(dá)式為

P(…?誓

式中：S是比例系數(shù)。顯然，微分作用能預(yù)示控制對象受擾動的猛烈程度；同時，能在偏差出現(xiàn)之前，

提前改變調(diào)節(jié)閥的開度。因此，微分作用有超前控制的能力，能及時克服擾動，使被控量不會出現(xiàn)大的

偏差?；蛘哒f，微分作用有抵制偏差出現(xiàn)的能力。

在調(diào)節(jié)器中微分作用都是采用實(shí)際微分環(huán)節(jié)。給實(shí)際微分環(huán)節(jié)施加一個階躍的偏差輸入信號后，它

先有一個較大的階躍輸出，起到超前控制作用。以后不管擾動是否克服，被控量是否回到給定值，其微

分輸出會逐漸消失，最后輸出消失在零上。實(shí)際微分作用也不能單獨(dú)制成調(diào)節(jié)器用于控制系統(tǒng)，它只能

與比例作用，或比例積分作用合在一起，組成比例微分調(diào)節(jié)器，或比例積分微分調(diào)節(jié)器。比例微分作用

是指，在比例作用的基礎(chǔ)上，加進(jìn)微分作用（實(shí)際微分作用）。其中，比例作用是主要的，它最終決定

調(diào)節(jié)閥開度的變化量。微分作用是輔助的，它只起超前控制作用。比例微分作用表達(dá)式為

P(f)=Ke(f)+Sd竽

KM)+%誓］

atat

式中：4是比例微分作用規(guī)律的比例放大倍數(shù)，在實(shí)際調(diào)節(jié)器中，不是用桶是用吸表示比例微分調(diào)節(jié)

器比例作用強(qiáng)弱。是微分時間。比例微分作用規(guī)律的輸出特性如圖1-3-14所示。給比例微分調(diào)節(jié)器施加

一個階躍的偏差輸入信號后，它首先有一個階躍的比例加微分的輸出，然后微分輸出逐漸消失，最后消

失在比例輸出上。微分時間刀表示微分輸出消失的快慢，或微分輸出保留得時間長短。若北大，說明微

分作用消失慢，或微分作用保留時間長，則微分作用強(qiáng)。若北小，說明微分作用消失得快，或微分作用

保留時間短，則微分作用弱。因此，微分時間A的大小，是衡量微分作用強(qiáng)弱的參數(shù)。

根

0

圖1-3-14比例微分調(diào)節(jié)器輸出特性

考點(diǎn)8：TD的大小對控制系統(tǒng)動態(tài)過程的影響18

在比例微分調(diào)節(jié)器上通常設(shè)有兩個旋鈕，一個是比例帶加調(diào)整旋鈕，另一個是微分時間「調(diào)整旋鈕。

如果把微分時間旋鈕調(diào)整到T4=0,相當(dāng)于切除微分作用，這時調(diào)節(jié)器就成為純比例調(diào)節(jié)器。一般來說，

控制對象慣性很小的控制系統(tǒng)，其所采用的調(diào)節(jié)器可不加微分作用，而控制對象慣性大的控制系統(tǒng)，調(diào)

節(jié)器加進(jìn)微分作用，其控制效果的改進(jìn)是很明顯的。在比例微分調(diào)節(jié)器中，加進(jìn)微分作用后，其比例帶

必可比純比例控制的比例帶加小一點(diǎn)。由于微分作用能實(shí)現(xiàn)超前控制，可以改善慣性和遲延影響，具有

抵制偏差出現(xiàn)的能力，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，盡管加小一些，也能保證系統(tǒng)動態(tài)過程的穩(wěn)定性，且加小

一些，穩(wěn)態(tài)時，靜態(tài)偏差會減小。由于比例微分調(diào)節(jié)器與比例調(diào)節(jié)器一樣，是不能消除靜態(tài)偏差的。要

想實(shí)現(xiàn)無差控制，比需附加積分作用規(guī)律。

考點(diǎn)9：比例積分微分作用定義、表達(dá)式23

比例積分微分作用規(guī)律就是把比例、積分和微分作用組合在一起，常用PID表示。在這種作用規(guī)律

中，仍以比例作用為主，吸收積分作用能消除靜態(tài)偏差，微分作用能實(shí)現(xiàn)超前控制的優(yōu)點(diǎn)。這是目前最

完善的作用規(guī)律。用這種作用規(guī)律制成的調(diào)節(jié)器，叫做比例積分微分調(diào)節(jié)器，或叫PID調(diào)節(jié)器，或叫三

作用調(diào)節(jié)器。PID作用規(guī)律輸出與輸入之間關(guān)系為

P=K（eH\edt+7L--）

（Jddr

式中：破比例積分微分調(diào)節(jié)器的比例作用放大倍數(shù)，在實(shí)際系統(tǒng)中，仍然是不用項(xiàng)是用PB來衡量比例

作用的強(qiáng)弱。7；是積分時間，北是微分時間。

考點(diǎn)10：PB、TLTD大小對控制系統(tǒng)動態(tài)過程的影響30

在比例積分微分調(diào)節(jié)器上通常設(shè)有三個旋鈕，分別用于整定比例帶外，積分時間北和微發(fā)時間

在使用中，往往把積分時間7；整定得比微分時間北長，它們之間的關(guān)系大致為7；=（4?5）2在比例積

分微分調(diào)節(jié)器中，如果把積分時間整定為工一8；把微分時間整定為刀=0,則相當(dāng)于切除積分和微分作

用，成為純比例作用調(diào)節(jié)器。若調(diào)節(jié)器用于控制系統(tǒng)對被控量的穩(wěn)態(tài)精度要求很高的情況，調(diào)節(jié)器中要

加進(jìn)積分作用。若控制系統(tǒng)中控制對象慣性較大時，調(diào)節(jié)器應(yīng)加進(jìn)微分作用。加進(jìn)微分作用后，原來整

定的比例帶附和積分時間7；都可以減小一點(diǎn)，這樣既能減小最大動態(tài)偏差，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又能加

快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，使過渡過程時間t,進(jìn)一步縮短，從而充分發(fā)揮三種作用規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足

生產(chǎn)過程對自動調(diào)節(jié)的般要求。

第二章微型計算機(jī)的基本原理539

第,節(jié)數(shù)制與數(shù)碼71

考點(diǎn)1：數(shù)制基本概念及表示方法34

在數(shù)字系統(tǒng)里，按進(jìn)位的方法進(jìn)行計數(shù)，稱為進(jìn)位計數(shù)制。在日常生活中，我們最熟悉的是十進(jìn)制

數(shù)。還有十二進(jìn)制、十六進(jìn)制、六十進(jìn)制等。在計算機(jī)中，常用的是二進(jìn)制數(shù)。但是，為了在編寫計算

機(jī)程序書寫方便，常用八進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)，下面就來分析各種進(jìn)制數(shù)及其互相轉(zhuǎn)換。

1.十進(jìn)制數(shù)

一個十進(jìn)制數(shù)有兩個主要特點(diǎn)（）o

（1）它有十個不同的數(shù)字符號，即：0、1、2…8、9o我們常把這些數(shù)字符號叫“數(shù)碼”，而把這

些可能出現(xiàn)的數(shù)碼總和稱為基數(shù)。十進(jìn)制數(shù)的基數(shù)就是10

（2）它是逢“十”進(jìn)位的。一個數(shù)碼處于不同的位置（或位數(shù)），所表示的量也不相同。在一串?dāng)?shù)字

中，每一個數(shù)碼所表示的量，不僅取決于數(shù)碼本身，還取決于它所在的位置。

2.二進(jìn)制數(shù)

它與十進(jìn)制數(shù)類似，它也有兩個主要特點(diǎn)（）o

（1）它的數(shù)值部分，只需用兩個符號0和1來表示。

（2）它是逢“二”進(jìn)位的。因此，不同的數(shù)碼處于不同的位置（或位數(shù)），所表示的量也不相同的。

3.八進(jìn)制數(shù)

類似地它也有兩個主要特點(diǎn)（）o

（1）它的數(shù)值部分，需用八個不同的數(shù)碼符號0、1、…6、7來表示。

（2）它是逢“八”進(jìn)位的。因此，在不同的數(shù)位，數(shù)碼所表示的值是不相同的。

4.十六進(jìn)制數(shù)

它也有兩個主要特點(diǎn)（）□

（1）十六進(jìn)制數(shù)有16個數(shù)碼，即0、1、2、…9、A、B、C、D、E、F。

（2）它是逢“十六”進(jìn)位的。因此，在不同的數(shù)位，數(shù)碼所表示的值是不相同的。

綜上幾種計數(shù)制，可把它們的特點(diǎn)概括為（）o

（1）每一種計數(shù)制都有一個固定的基數(shù)/它的每一位可能取」個不同的數(shù)值。

（2）它是逢“三進(jìn)位的。因此，它的每一個數(shù)位了,對應(yīng)一個固定的值/就稱為該位的“權(quán)數(shù)”，

小數(shù)點(diǎn)左面各位的權(quán)依次是基數(shù)廊正次幕，而小數(shù)點(diǎn)右面各位的權(quán)依次是基數(shù)加負(fù)次累。與此相關(guān)，

若小數(shù)點(diǎn)向左移一位（或數(shù)向右移一位），則等于減小了質(zhì)；若小數(shù)點(diǎn)向右移一位，則等于增加了力音。

考點(diǎn)2：二進(jìn)、八進(jìn)制、十進(jìn)制及十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換37

任何一種進(jìn)制數(shù)，都能轉(zhuǎn)換成其他種類數(shù)的進(jìn)制數(shù)。這種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換，在計算機(jī)中是很有用處

的。為了區(qū)別一個數(shù)是何種進(jìn)制數(shù)，可在這個數(shù)的后面加一個字母來標(biāo)示，或者，把這個數(shù)用括號括起

來，在后面用這個數(shù)的基數(shù)做下角標(biāo)，例10B、10Q、10D、10H或（10）2、（10）8、（10）10>（10）16,分別表

示10這個數(shù)是二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)。

1.二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

（1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

這種轉(zhuǎn)換是十分方便的，只要對二進(jìn)制數(shù)按“權(quán)數(shù)”展開后相加，即可得到十進(jìn)制數(shù)。

（2）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

這里僅介紹十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)的方法。其方法是，對十進(jìn)制數(shù)用二進(jìn)制的基數(shù)2,不斷去除

要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，直到商數(shù)等于零為止,而除一次的余數(shù)，就是二進(jìn)制的數(shù)碼。其轉(zhuǎn)換過程可簡言為“除

2取余”，最先得到的余數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的最低位a”最后得到的余數(shù)為二進(jìn)制數(shù)的最高位a-。

2,十六進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換

（1）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十地進(jìn)制數(shù)

把一個十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)數(shù)（16，）展開，然后求和，即為十進(jìn)制數(shù)

（2）把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

與把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法類似，只是對要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，用十六進(jìn)制的基數(shù)16連除取

余數(shù)，最先得到的余數(shù)是十六進(jìn)制數(shù)的最低位，最后得到的余數(shù)是最高位。

3.任意進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換

通常來說，任意進(jìn)位制數(shù)與十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換的原理和方法，跟二進(jìn)制與十進(jìn)制和二進(jìn)制與十六進(jìn)

制的轉(zhuǎn)換的原理和方法類似。

4.二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換（1）十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

這種轉(zhuǎn)換是很簡單的，只要把每一位十六進(jìn)制數(shù)用相應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)表示即可。

（2）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

若把一個二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，可把要轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)從右向左（從低位到高位）每4位分

一組，每組用相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)表示即可。最后一組如果不夠4位二進(jìn)制數(shù)，其高位用零補(bǔ)足。

5.二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)之間轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換也是很方便的。因?yàn)榘诉M(jìn)制數(shù)的基數(shù)是8,與二進(jìn)制基數(shù)2之間存在

+=2?的關(guān)系。因此一位八進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于3位二進(jìn)制數(shù)。

（1）八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

要把一個八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，只要把八進(jìn)制數(shù)中的每一位用3位二進(jìn)制數(shù)表示即可。

（2）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)

把二進(jìn)制數(shù)從右向左（從低位到高位），每3位分一-組，每組用相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)來表示即可。如果高

位的一組不夠3位二進(jìn)制數(shù)，則用零在高位上補(bǔ)足。

第二節(jié)微型計算機(jī)的組成及其工作過程159

考點(diǎn)1：微型計算機(jī)的基本概念，微機(jī)的組成框圖，總線名稱及作用，CPU的組成和CPU內(nèi)部總線的信息流程159

1.微型計算機(jī)的組成

微型計算機(jī)也是計算機(jī)。因此，它也包括組成計算機(jī)的五個基本單元，這就是存儲器、運(yùn)算器、控

制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。但是，在微型計算機(jī)中，常把運(yùn)算器和控制器制作在一塊芯片上，在結(jié)構(gòu)

上和邏輯上緊密地結(jié)合在一起，稱為中央處理單元，或稱微處理器，簡稱CPU(CentralProcessingUnit),

把CPU與存儲器加在一起，稱為微型計算機(jī)的主機(jī)。主機(jī)加外部設(shè)備才構(gòu)成一臺完整的微型計算機(jī)，其

結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2-1所示。外部設(shè)備必須通過輸入輸出接口電路才能與微型計算機(jī)的主機(jī)進(jìn)行信息傳輸。

微處理器與存儲器和接口電路之間用三組總線把它們連接在一起。這三組總線是：數(shù)據(jù)總線，地址總線

和控制總線。

地址總線微處

理器

/數(shù)據(jù)總線

存儲器

控制總線'

接口

電路

處部

金」圖2-2T微型計算機(jī)組成框圖

微型計算機(jī)的主機(jī)是能使計算機(jī)正常運(yùn)行的主體，而微處理器則是微型計算機(jī)的核心。對微型計算

機(jī)的主機(jī)基本結(jié)構(gòu)和工作過程作以簡單地介紹。

(1)微處理器

微處理器CPU是微型計算機(jī)中具有運(yùn)算和控制功能的核心部件。它不僅用于算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算，

還能產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，控制微機(jī)的各部件協(xié)調(diào)工作。

(2)存儲器

存儲器又稱內(nèi)存或主存，是微型計算機(jī)的存儲和記憶部件。它用于存放程序和數(shù)據(jù)，所有程序和數(shù)

據(jù)只有調(diào)入內(nèi)存中才能被執(zhí)行和使用。

(3)輸入/輸出接口

外部設(shè)備的種類繁多，結(jié)構(gòu)及原理各異，與CPU的工作電壓和速度也不匹配，故微處理器與外部設(shè)

備之間的連接和信息交換不能直接進(jìn)行，而必須通過輸入/輸出接口(I/O接口)作為它們之間的橋梁。

(4)數(shù)據(jù)總統(tǒng)

數(shù)據(jù)總線薪傳送數(shù)據(jù)信息。其位數(shù)由微處理器的字長確定，在字長較長的微機(jī)中，為了表示方便,

把8位二進(jìn)制數(shù)定義為一個字節(jié)。對8位微機(jī)來說，數(shù)據(jù)總線有8根，即字長為8位D,?D。。由于，數(shù)據(jù)在

微處理器與存儲器和I/O接口之間的傳送是雙向的，故數(shù)據(jù)總線為雙向總線。

(5)地址總線

地址總線用于傳送CPU發(fā)出的地址信息。微處理器與存儲器或I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)時，必須通過地

址總線發(fā)送地址號來選擇需訪問的內(nèi)存單元或I/O接口。因地址總線只有CPU發(fā)送地址信息，所以地址總

線是單向總線。

(6)控制總線

控制總線用于傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信息。有些線是微處理器CPU傳送至存儲器或I/O接口

的控制信號，如復(fù)位輸出信號、中斷響應(yīng)信號、讀信號、寫信號等。有些線是I/O接口傳送至CPU的信號,

如準(zhǔn)備就緒信號、中斷請求信號、保持請求信號等，所以控制總線中每根線是單向的。不同類型的微型

計算機(jī)，控制總線的根數(shù)也不同。

2.微型計算機(jī)的軟件

一臺微型計算機(jī)若只有上述的硬件，只是具備了解題的可能性。計算機(jī)真正能處理或運(yùn)算某個問題,

還必須要有軟件相配合。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。

系統(tǒng)軟件主要是操作系統(tǒng)和系統(tǒng)實(shí)用程序。操作系統(tǒng)是一套復(fù)雜的系統(tǒng)程序，用于管理計算機(jī)的硬

件與軟件資源、進(jìn)行任務(wù)調(diào)度、提供文件管理系統(tǒng)、人機(jī)接口等。系統(tǒng)實(shí)用程序包括各種高級語言的翻

譯/編譯程序、匯編程序、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、文本編輯程序、診斷和調(diào)試程序，以及系統(tǒng)工具程序等。

軟件是指用戶為解決各種實(shí)際問題(如數(shù)學(xué)計算、檢測與實(shí)時控制等)而編寫的程序，也就是各種

操作步驟。

3.微處理器的組成及內(nèi)部總線的信息流程

在微型計算機(jī)中，無論采用哪種微處理器CPU,其內(nèi)部基本組成總是大同小異的，都是由運(yùn)算器和

控制器兩部分組成。實(shí)際微處理器的結(jié)構(gòu)和工作原理是非常復(fù)雜的，這里我們把實(shí)際微處理器的結(jié)構(gòu)作

適當(dāng)?shù)暮喕?，其簡化的微處理器如圖2-2-2所示。

圖2-2-2簡化的CPU結(jié)構(gòu)

(1)運(yùn)算器

運(yùn)算器是在控制器控制下，對二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的裝置。運(yùn)算器是由算術(shù)邏輯單元、累

加器、標(biāo)志寄存器、通用寄存器等部件組成。

(2)控制器

控制器是微處理器的指揮控制中心，對協(xié)調(diào)整個微型計算機(jī)有序工作極為重要。計算機(jī)程序和原始

數(shù)據(jù)的輸入、CPU內(nèi)部對信息的處理、對處理結(jié)果的輸出、外部設(shè)備與主機(jī)之間的信息交換等，都是在

控制器控制下實(shí)現(xiàn)的。

第三節(jié)存儲器27考點(diǎn)1：存儲器的基本概念、種類與功能27

存儲器是計算機(jī)極重要的組成部分，有了它計算機(jī)才能有記憶功能，才能把要計算和處理的數(shù)據(jù)及

程序存入計算機(jī)，使計算機(jī)能脫離人的直接干預(yù)，自動地工作。

顯然，存儲器的容量越大，它所能記憶的信息越多，計算機(jī)的功能也就越強(qiáng)。存儲器從使用功能上

分類，可分為讀寫存儲器，也叫隨機(jī)存儲器RAM及只讀存儲器ROM兩類。讀寫存儲器RAM可用于存放現(xiàn)場

輸入數(shù)據(jù)、中間運(yùn)算和處理結(jié)果，并與外部存儲器交換信息及用于堆棧。RAM的內(nèi)容可隨機(jī)讀出，讀出

后其內(nèi)容不變，也可以寫入新的內(nèi)容。寫入新的內(nèi)容后，原內(nèi)容被沖掉。只讀存儲器的內(nèi)容只能讀出，

讀出后內(nèi)容不變。且在使用中是不能往里寫新數(shù)據(jù)的，原內(nèi)容也不能改寫。因其內(nèi)容只能讀而不能寫，

故叫只讀存儲器。只讀存儲器一般用來存放固定的程序或常數(shù)類數(shù)據(jù)，如對數(shù)表、三角函數(shù)表等。

1.讀寫存儲器RAM

目前，微型計算機(jī)普遍采用MOS存儲器。用MOS器件構(gòu)成的RAM又分靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM兩種。靜態(tài)RAM

是用場效應(yīng)管構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)電路。它可長期保存所存儲的信息。斷電后信息丟失。動態(tài)RAM是用場效應(yīng)管

柵極寄生電容存貯電荷的原理所構(gòu)成的存儲單元。因?yàn)閯討B(tài)RAM存在漏電，寄生電容上存放的電荷會逐

漸漏掉，從而使信息丟失，所以，每隔2ms左右要對它重新充一次電，這一充電過程叫刷新或再生。刷

新前，要先將它所存儲的數(shù)據(jù)讀出來，然后重新寫入，這需要較復(fù)雜的外加刷新電路，但動態(tài)RAM功耗

低，集成度高。

2.只讀存儲器ROM

對只讀存儲器來說，存入信息以后，只能讀出它所存的信息，而不能寫入新的信息，且它也是一種

非易失性存儲器，即斷電后，存儲單元的信息仍能保留。

只讀存儲器也是由存儲體和外圍電路組成。存儲體中基本存儲單元電路與RAM是不同的，而外圍電

路大同小異，一般地址譯碼器仍采用雙譯碼方式，只是在控制線中，可只設(shè)讀控信號而不設(shè)寫控制線。

具體電路這里不再介紹。只讀存儲器按存儲信息的方式，ROM可分為以下四種：

(1)固定掩模型ROM

這種ROM是制造廠家做成的，用戶不能修改?！把谀！笔侵圃齑鎯ζ鞯囊粋€術(shù)語，讀者可不必深究。

ROM往往存放固定的常數(shù)，如對數(shù)表、三角函數(shù)表等，可成批生產(chǎn)，價格便宜。

(2)可編程的只讀存儲器PROM

這種PROM允許用戶根據(jù)需要來編寫ROM中的內(nèi)容，但只允許編程一次，PROM一旦寫入信息后，就具

有永久固定的內(nèi)容，只能讀出，不能重寫。

(3)可擦除的PROM-EPROM

這種EPROM可以多次改寫，所以也可稱為可改寫只讀存儲器。它可通過紫外線照射擦除存儲器中原

來內(nèi)容，并可重新寫入。

(4)電改寫的只讀存儲器EEPROM

這種存儲器是用電