《計算機控制技術基礎》知識點總結

《計算機控制技術基礎》知識點總結

1、計算機控制系統(tǒng)五種典型形式

1）操作指導控制系統(tǒng)

2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)

3）監(jiān)督控制系統(tǒng)

4）集散控制系統(tǒng)

5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

2、軟硬件組成部分

工業(yè)控制機是應用在國民經濟發(fā)展和國防建設的各個領域，具有惡劣環(huán)境適應能力，能長期穩(wěn)定工作

的加固型計算機。

硬件組成：

1)主機板

2)內部總線和外部總線

3)人機接口

4)系統(tǒng)支持功能

5)磁盤系統(tǒng)

6)通信接口

7)輸入輸出通道

軟件組成：

1）系統(tǒng)軟件

2）支持軟件

3)應用軟件

3、數(shù)字量/模擬量通道結構

2.2.1數(shù)字量輸入通道與過程通道

2.2.2數(shù)字量輸出通道與過程通道

1.數(shù)字量輸入通道的結構

1.數(shù)字量輸出通道的結構

生

產

生

產

過

過

程

我

地址譯碼處

模擬量輸入通道的任務，1模擬量輸出通道的結構型式

把傳感器檢測并經變送器轉換的模擬電信號轉換成二進制D.一個通道設置一個數(shù)/模轉換器的形式

數(shù)字信號，經過接口送至計算機。

1模擬量輸入通道的組成：器黑

特點：1.一路輸出通道使用一個D/A轉換器

2.D/A轉換器芯片內部一般都帶有數(shù)據鎖存器

3.D/A轉換器具有數(shù)字信號轉換模擬信號、信號保痔作用

4.結構向常，轉換速度快，工作可京，精度較高、通道獨立

5.缺點是所需D/A轉換器芯片較多

2).多個通道共用一個數(shù)/模轉換器的形式

特點：1.多路輸出通道共用一個D/A轉換器

2.每一路通道都配有一個采樣保持放大器

3.D/A轉換器只起數(shù)字到模擬信號的轉換作用

4.采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持功能

5.節(jié)省D/A轉換器，但電路復雜，精度差，可靠低、占用主機時間

4、大/小功率驅動電路的原理、作用(電路原理，作用20分)

(1)小功率輸入調理電路(2)大功率輸入調理電路

R-S觸發(fā)器消除開關兩次反跳電路在大功率系統(tǒng)中，需要大功率器件的接點輸入信號,由于所帶電

壓高，所以宜壓與低壓之間，用光電耦合器進行隔離。

1一

9+5V

感

?48VK,R2口——

一"0!0：…。

-(VC：

、.......y

I---------------------1

當§按下時，因為鍵的機械特性，便按建因抖動而產生瞬間不閉

合，造成R-S觸發(fā)器輸入為雙1,狀態(tài)不改變.

----------------------------------------------------電

(2)大功率交流驅動電路

①固態(tài)繼電器(solidstaterelay)既有放大作用，又有隔離作

2.輸出驅動電路用，很適合于額大功率開關式執(zhí)行器件。

(1)小功率直流驅動電路

■G是一種四端有源器件,其中的兩端為輸入需另

①功率晶體管輸出驅動繼電器電路病矗鼬期內部設有鼬保護電版

功率晶體管：能承受大電流高電壓的半導體三極管.

二極管：防止反向擊穿電圄&

+2,憔

0——1Q率曲怖OpJ/十

寸嚓繳鰭網K已糯幅

J_1iift?，妗80A)(10720A)

特大3考崗態(tài)維電容我件

電相長條囪態(tài)維由JR

B500(250?650A)

(10-120A)

它具有體積小、開關速度快、無機械噪聲、無抖動和回

趺、壽命長等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)點，在計算機控制系

統(tǒng)中得到廣泛的應用，大有取代電磁繼電器之勢.

SSR作交流開關，相當于有一個觸點，左邊是TTL電平，

在0~5V之間：當TTL電平為高時，觸點用合；當TTL電平為

低時，觸點斷開.固態(tài)縫電器的結構原理

5、無源I/V變換

口

變換電珞中各部分的作用

R1：限流電阻

VD:將電壓鉗制在5VM.3V

以內

R2：電壓采樣電阻,其壓

擇即為輸出電壓，精密

—

電阻，精度為0.1%.

4=500。C和R1：組成阻容低通濾波

4~20mA4=10001*5V電路

凡=250。

6、采樣保持原理

答：

采樣保持器

孔徑時間：在模擬量輸入通道A/D轉換器完成一次A/D轉換所需的時間稱為孔徑時間。

孔徑誤差：由于孔徑時間的存在，在孔徑時間期間輸入的變化決定了每一采樣時刻的最大轉換誤差稱

為孔徑誤差。

采樣保持原理

采樣保持電路的工作方式：采樣和保持。

同步系統(tǒng)中，幾個并聯(lián)的參量需取自同一瞬時.，而各參數(shù)的A/D轉換又共享一個芯片，所得到的幾

個量就不是同一時刻的值，無法進行計算和比較。

所以要求輸入到A/D轉換器的模擬量在整個轉換過程中保持不變，但轉換之后，乂要求A/D轉換器

的渝入信號能夠跟隨模擬量變化,能夠完成上述任務的器件叫做采樣一一保持器(Sample/Hold)藺寫為S/H。

7、串/共模干擾與抑制方法

答：

串模干擾及其抑制方法

1）串模干擾

所謂串模干擾是指疊加在被測信號上的干擾噪聲，也稱常態(tài)干擾

2）串模干擾的抑制方法

①采用低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。

一般情況下，串模干擾均比被測信號變化快，故常用二級阻容低

通濾波網絡作為模/數(shù)轉換器的輸入濾波器。

當被測信號變化較快時，應相應改變網絡參數(shù)，以適當減小時間常數(shù)。

②當尖峰型串模干擾成為主要干擾源時，用雙積分式A/D轉

換器可以削弱串模干擾的影響.

③對于串模干擾主要來自電磁感應的情況下，對被測信號應盡可能早地進行前置放大，從而達到提高

回路中的信號噪聲比的目的；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉換或采取隔離和屏蔽等措施。

④從選擇器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。

采用高抗擾度邏輯器件-----尊叁戶整艱電士-----------^來抑制低噪聲干擾

采用低速邏輯器件一使得邏輯電路的工作速度較慢一>來抑制高頻干擾

采用附加電容器_降低某個部揖電路的工作速度洙抑制高頻干擾

⑤采用雙絞線減少電磁感應，并且使各個小環(huán)路的感應電勢互相呈反向抵消。

雙絞線對外部干擾的抑制

Us為干擾信號源，干擾電流Is在雙線的兩條導線LI、L2上產生的干擾電流分別是II和12。由于LI

距離干擾源較近，因此，11>12,1=11-12^0,有干擾電流存在，

雙線回路在中點位置進行了一次扭絞。在LI上存在干擾電流III和112,在L2上存在干擾電流121

和122,干擾電流1=121+122-111-112,由于兩段線路的條件相同，所以，總干擾電流1=0。所以只要設置合

理的絞距，就能達到消除干擾的目的。

r

0

S1

.

共模干擾及其抑制方法

I）共模干擾

共模干擾是指模/數(shù)轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓,共模干擾也稱為共態(tài)干擾。

被測信號U,的拳考扶地加

轉

點和計算機輸入信號的多考

換

接電點之間往往存在者一定器

的電住差必.

為了衡量一個輸入電路抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR（CommonModeRejectionRat⑹來表

（=2<>——

示，即“，，Ucm是共模干擾電壓，Un是Ucm轉化成的串

模干擾電壓。顯然，對于單端對地輸入方式，由于Un=Ucm,所以CMRR=O,說明無共模抑制能力。對于

雙端不對地輸入方式來說，由Ucm引入的串模干擾Un越小，CMRR就越大，所以抗共模干擾能力越強.

2）共模干擾的抑制方法

①變壓器隔離②光電隔離③浮地屏蔽④采用儀表放大器提高共模抑制比

8、插補計算、畫圖（20分）

書上95-104頁

9,電機轉子齒數(shù)、齒距角的計算

書上114-115頁I--------

10、步進電機的工作方式以及波形圖A」——

I）單三拍工作方式：單三拍就是每次只給一個線組通電，其余的繞組

斷開。B-----L=~~；

①澆組的通電順序：A-*B-*C-*A-*...0

②電壓波形

在這里，步進電機是由脈沖控制的。而脈沖的輸出受計算機的控制。_

AJLJI_

2）步進電機的雙二拍工作方式BJ-------II-------1-------

①繞組的通電順序：AB—*BC—*CAcIUU-

②電壓波形

3）步進電機的三相六拍工作方式

①繞組的通電順序：A-AB-B-BC，C—CATA

②電壓波形

11、比例/積分/微分調節(jié)的作用/優(yōu)勢/劣勢

4.1控制系統(tǒng)的性能指標

延遲時間td一階質響應第一次達到終值的50%所需的時間<1>

上升時間tr一階躍響應從經值的10%上升到終值的90%所需的時間

峰值時間Ip—階趺響

應越過終值達到第一個峰

值所需的時間

超調量b%—峰值超

出終值的百分比

調節(jié)時間tS一階躍響

應到達并保持在終值5%

誤差帶內所需的最短時間

PID調節(jié)器優(yōu)點:

①技術成熟，通用性強

②原理簡單，易被人們熟悉和掌握

?不需要建立數(shù)學模型

④控制效果好

1.才英才以PID測節(jié)器

對應妁*莫4以PID洞節(jié)器妁傳遞函數(shù)1為

Q(s)=U9

EO)

Kp為比例J增益，T［為積分時間，丁口?微分時間

1）比例調節(jié)器

控制規(guī)律："（'）=K?e（'）+z，o

其中，Kp為比例系數(shù)，U0是控制量的基準，也就是e=0時的控制作用（比如閥門的起始開度、基準的信

號等）。特點：有差調節(jié)，只要偏差出現(xiàn)，就能及時地產生與之成比例的調節(jié)作用，具有調節(jié)及時的特點。

比例控制的作用

①對當前時刻的偏差信號e⑴進行放大或衰減后作為控制信號輸出.

②比例系數(shù)Kp越大,控制作用越強，系統(tǒng)的動態(tài)特性也越好，動態(tài)性能主要表現(xiàn)為起動快,對階躍設定跟隨得

快.

③Kp過大時會出現(xiàn)較大的超調湛至引起系統(tǒng)振蕩，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性

④比例控制雖然能減小偏差，卻不能消除靜態(tài)偏差.

aepResponse

所謂積分作用是指調節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用

控制規(guī)律：u(t)=sj^(r)^

其中，so為積分速度。

特點：無差調節(jié)、穩(wěn)定性變差

3)微分調節(jié)

=A工~dr

①微分控制的作用是由偏差信號。⑴的當前變化率de/dt預

見隨后的偏差將是增大還是減小、增減的幅度如何.

②微分控制作用正比于偏差信號e⑴的當前變化率,微分控制作用的特點是只能對偏差e⑴變化的速度起反

應，對于一個固定不變的偏差c⑴不論其數(shù)值多大,根本不會有微分作用輸出.

所以微分控制規(guī)律不能單獨使用

③微分控制可以加快系統(tǒng)響應速度,減少調整時間，從而改善系統(tǒng)快速性,并且有助于減小超調，克服振蕩，從

而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但不能消除靜態(tài)偏差.

③比例+積分調節(jié)

綜合了P,I兩種訓節(jié)的優(yōu)點，利用P調節(jié)快逑的孑氐消干擾的影

響，同時利用I調節(jié)消除殘差。

控制規(guī)律：u(t)=Ke(t)+SoCe(t)dt=K[e(t)+31e(t)dt]

Tj為積分時間。*

可以利用積分時間來衡量積分作用所占的比重，積分時間越

大，積分作用所&的比重越??；積分時間越小，積分作用所占

的比重越大。

?上匕倒并只分秘分酒節(jié)

de(，)

e(r)+!C<?(7)〃/+TD

*I'

微分控制：成小超

司司里7，丸月艮振蕩，侵L

系統(tǒng)妁木恁定，性提高，

［司時力3快系統(tǒng)的動態(tài)

口向應逑度，成，J、力周整

時間，從而改善系統(tǒng)

的動態(tài)，性令日O

O

PID拄的］參型拄偉”?性宥自妁彩哈

參數(shù)利舞

執(zhí)^篇，乂f政J交、

Kp〈P)力II快i詞1T速，克、大廚振涔；、

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被iiU和，

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Tei<D>

最D?受干擾

12、位置型、增量型算法的優(yōu)缺點和適用條件

(1)數(shù)字PID位置型控制算法

差分方程形式

e(k)—式k—1)

提供執(zhí)行機構的位置

⑵數(shù)字PID增量型控制算法

〃⑺=Kp

。。)出+TD

差分方程形式

〃(k)=Kpe(左)+干工式7)+心-----------

e(左一1)一e(左一2)

〃("1)=Kpe("l)+?、?7P

A”(左)=ii(k)-u(k-1)

=Kp[e(k)-e(k-1)]+K“(k)+KD\e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

比例增益積分系數(shù)微分系數(shù)

△〃(k)=%￡(左)+纖(左一1)十(4一2)

①如執(zhí)行機構采用調節(jié)閥，則控制量對應閥門的開度，表征執(zhí)行機構的位置，此時控制器應

采用數(shù)字PID位置式控制算法；

——工(/匯二PID位置算法-調節(jié)閥--被控對象一里

②如執(zhí)行機構采用步進電機，每個采樣周期，控制器輸出的控制量，是相對于上次控制量的

增加，此時控制器應采用數(shù)字PID增量式控制算法；

二s—pm增量算法四步進電機臼被控對象平

D/AI一麗機構I——■

增量式控制算法的優(yōu)點：

1.計算只與最近的ek有關，不易