计算机控制技术复习20

-1-计算机控制技术复习任课教师：陈昌忠——鲁方剑1、考试题型名词解释——3个判断题——10个填空题简答题计算题——数字PID设计、标度转换（即作业题的计算题）分析题——I/O接口与过程通道2、推荐复习顺序a.数字PID设计、标度转换（先将这两章弄懂）b.I/O接口与过程通道c.最后复习其他概念章节3、逐章复习计算机控制系统概述1、自动控制是在非人工直接参与的前提下，应用自动控制装置自动地、有目的地控制设备和生产过程，使他们具有一定的状态和性能，完成相应功能，实现预定目标2、自动控制系统一般可以分为：开环控制系统和闭环控制系统两大类。3、开环控制系统：指控制器按照先验的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制对象或系统能按照约定来运动或变化。4、闭环控制系统：闭环控制系统较开环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号。5、计算机控制系统的工作原理(工作过程)-2-（1）实时数据采集：对测量变送装置输出的信号经A/D转换后进行处理。（2）实时控制决策：对被控变量的测量值进行分析、运算和处理，并按预定的控制规律进行运算。（3）实时控制输出：实时地输出运算后的控制信号，经D/A转换后驱动执行机构，完成控制任务。（4）上述过程依次不断循环进行，使被控变量稳定在设定值上6、计算机控制系统的工作原理与模拟控制系统工作原理的区别（1）计算机控制系统的上述过程依次循环进行。（2）模拟控制系统的三个过程是同时进行，循环进行。7、计算机控制系统工作的方式(1)在线方式和离线方式生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式，反之称为离线方式。（直接相连是指信息相连）生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。(2)实时方式实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制。8、判断：一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。（正确）9、计算机控制系统的组成包括硬件和软件两大部分。硬件是由计算机主机、接口电路、外部设备组成，是计算机控制系统的基础。10、软件通常分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件。11、I/O接口存在的原因：速度不匹配，时序不匹配，信息格式不匹配。12、集散控制系统（DCS：DistributedControlSystem）又称为分布控制系统。该系统采用分散控制、集中管理、分而自治、综合协调形成具有层次化体系结构,-3-每一级都有自己的功能，基本上是独立的，但级与级之间或同级之间又有信息交互。13、现场总线是连接现场智能设备与控制室之间的全数字式、开放的、双向的通信网络。14、计算机控制系统的发展趋势：综合化、虚拟化、智能化、绿色化。15、计算机控制系统的结构特征(1)执行控制核心部件是计算机，是模数混合系统；(2)控制规律利用软件实现，便于实现复杂的控制规律和在线修改控制方案；(3)可同时控制多个回路；(4)存在开环控制系统、闭环控制系统等不同类型的控制系统。工业控制计算机1、什么是工业控制计算机？答、工控机(IndustrialPersonalComputer—IPC)：亦即工业控制计算机、工业计算机，是以计算机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入信息，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生产过程，同时对生产进行监督和管理。2、什么是总线、内部总线和外部总线？描述总线的分类情况。（1）总线的定义：是一组传送规定信息的信号线的集合。（2）内部总线：工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道。是一组信号线的集合。（3）外部总线：工控机与其他计算机和智能设备进行信息传送的公共通道。（4）总线的分类情况a.按功能或信号类型划分：数据总线、地址总线、控制总线b.根据总线传送信号的形式划分：并行总线、串行总线c.根据总线的用途和应用环境划分：内部总线、外部总线3、信号调理模块的主要功能是完成信号的放大、滤波、隔离及电平的移位功能，以及信号的多码转化功能。输入通道处理以滤波、补偿、放大隔离、保护为主要特征，输出通道以驱动、隔离和保护为主要特征。4、PLC的软件分为系统软件和用户程序两大部分。计算机控制系统抗干扰技术1、什么是干扰、外部干扰、内部干扰？（1）干扰：就是有用信号以外的噪声或造成计算机或设备不能正常工作的破坏因素。（2）外部干扰：指与系统结构无关，由外界环境决定的影响系统正常运行的因-4-素，如空间或磁的影响，环境温度、湿度等的影响等。（3）内部干扰——指由系统结构、制造工艺等决定的影响系统正常运行的因素，如分布电容、分布电感引起的耦合、多点接地引起的电位差、寄生振荡引起的干扰等。2、计算机控制接地的目的是什么？（1）抑制干扰；（2）使计算机工作稳定；（2）保护计算机、电器设备和操作人员的安全。3、干扰传播的途径主要有三种，即静电耦合，磁场耦合与公共阻抗耦合。4、按照干扰的作用方式不同，过程通道的干扰主要有串模干扰(常态干扰)和共模干扰(共态干扰)。串模干扰(常态干扰)：串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声。共模干扰(共态干扰)：共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。5、接地分为：安全接地、工作接地、屏蔽接地。数字程序控制技术1、什么是数字程序控制？数控系统有哪几种分类方式？（1）数字程序控制就是能够根据数据和预先编制好的程序，控制生产机械按规定的工作顺序，运动轨迹，运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制。（2）数字控制系统的分类A、按控制对象的运动轨迹分类分为点位控制、直线切削控制和轮廓切削控制。B、根据有无检测反馈元件分类分为开环数字程序控制和闭环数字程序控制两大类。2、数字程序控制技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测、精密机械等高新技术的产物。3、数控系统一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈系统等部分组成。-5-4、数字程序控制的基本原理：曲线分割，插补计算，脉冲分配。5、伺服控制系统原理及组成。伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的控制系统，又称随动控制系统。伺服控制系统的基本要求：稳定性好；精度高；快速响应并无超调。6、伺服驱动电动机伺服驱动电动机又称为执行元件，它具有根据控制信号的要求而动作的功能。常用的伺服电动机主要有直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机以及直线电动机等。7、什么是插补？逐点比较法插补原理。（1）插补：根据给定的各曲线的起点、终点坐标，确定各坐标值之间的中间值的数值计算方法称为插补或插值。（2）逐点比较法插补原理：每当画笔或刀具向某一方向每移动一步，就进行一次偏差计算和偏差判别，也就是判别到达新点的位置坐标和给定轨迹上对应点的位置坐标之间的偏离程度，然后根据偏差的大小确定下一步的移动方向，使画笔或刀具始终紧靠给定轨迹运动，起到步步逼近的效果。由于采用的是“一点一比较，一步步逼近”方法，因此称为逐点比较法。8、直线插补过程分为哪几个步骤？有哪几种终点判别方法？（1）直线插补过程：A、偏差判别B、坐标进给C、偏差计算D、终点判别（2）终点判别方法A、分别设置x轴和y轴的计数器Nx和Ny,每走一步，相应计数器减1，当这两个计数器的数都减到0时，即达到终点；B、用一个计数器Nxy存放总步数，与走一步计数器减1.当Nxy=0，即达到终点。9、步进电机是一种能将电脉冲信号直接转变成与脉冲数成正比的角位移或直线位移量的执行元件。其速度与脉冲频率成正比，可通过改变脉冲频率在较宽范围内调速。10、对于转子有4个齿三相步进电机，若采用三拍方式，则它的步距角是：00304*3360对于转子有40个齿且采用三拍方式的步进电机而言，其步距角是-6-00340*336011、一相绕组通电的操作称为一拍，那么对A、B、C三相绕组轮流通电需要三拍。对A、B、C三相绕组轮流通电一次称为一个周期，同时三相步进电机转子转动一个齿轮。12、对于三相步进电机则有单相三拍（简称单三拍）方式、双相三拍（简称双三拍）方式、三相六拍方式。(1)单三拍工作方式，通电顺序为A→B→C→A(2)双三拍工作方式，通电顺序为AB→BC→CA→AB(3)三相六拍工作方式，通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A假定步进电机的A、B、C分别连接数据总线的D0、D1、D2信号端。正转：01H——03H——02H——06H——04H——05H反转：05H——04H——06H——02H——03H——01H13、直流伺服电机具有良好的启动、制动和调速特性，可实现宽范围的平滑无极调速，故多用在调速性能要求较高的生产设备中。直流伺服电机的控制及驱动方法：晶体管脉宽调制（PWM）控制和晶闸管（可控硅）放大器驱动控制。控制系统软件设计技术1、模块化程序设计是把一个较长的复杂的程序分成若干个功能模块或子程序，每个功能模块执行单一的功能；每个模块单独设计、编程、调试后最终组合在一起，联结成整个系统的程序。模块化程序设计方法的两种设计思路：“自底向上”设计法、“自顶向下”设计法。2、数据预处理技术主要包括：系统误差的自动校准，线性化处理，数字滤波、标度变换、插值算法和越限报警处理等。测量数据预处理的作用：去除数据中的噪声，以及经过数字调零或一些必要的变换等处理，得到参与控制决策运算或显示等数据3、什么是标度变换？在什么情况下使用标度变换？说明热电偶测量、显示温度时，实现标度变换过程。（1)标度变换：也称工程量转换，将A/D转换后的数字量转换成与实际被测量相同量纲的过程。（2)生产中各个参数有不同的数值和量纲,如℃、Pa等,这些参数经传感器或变送器以及相应的信号调理转换成A/D转换器能接收的统一电压信号0—5V，由A/D(以八位为例)转换成00——FFH的数字量，不带量纲，仅代表参数值相对大小。为方便操作及运算，显示和打印的要求，须把数字量转换成带有量纲的数值。-7-（3）热电偶的电压输出与温度之间的关系表示为)(1Tfu，温度与电压值存在一一对应的关系；经过放大倍数为K1的线性放大处理后，)(1112TfKuKu，再经过A/D转换后输出为数字量D1，D1数字量与模拟量成正比，其系数为K2，则)(211TfKKD。这就是计算机接收到的数据，该数据只是被测温度有一定函数关系的数字量，并不是被测温度，所以不能相识该数值，要显示的被测温度值需要利用计算机对其进行标度变换，即需推导出T与D1的关系，在经过计算得到实际温度值。4、线性参数标度变换：minmin)(minmaxminmaxANNxNNAAAx5、什么是软件抗干扰技术？软件抗干扰技术研究的主要内容软件抗干扰技术是当系统受干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。软件抗干扰是被动措施，硬件抗干扰是主动措施。软件抗干扰技术研究的内容：①采取软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声的影响，如数字滤波技术；②由于干扰而使运行程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环时，采取使程序纳入正规的措施，如软件冗余、软件陷阱技术等。6、数字滤波包括：平均值滤波，中值滤波，程序判断滤波，RC低通数字滤波，复合数字滤波等。7、输入数字量的软件抗干扰技术（1）重复采集数据。干扰信号多呈毛刺状，作用时间短，通过重复采集的方法，将随机干扰引起的虚假输入状态信号滤除掉。（2）经多次数据采集，信号总是变化不定，则停止数据采集并报警；或者在一定采集时间内计算出现高电平、低电平的次数，将出现次数高的电平做为实际采集数据。8、输出数字量的软件抗干扰技术（1）定期重写控制宇、输出状态字；（2）建立反馈检测通道。9、在一些对程序流向起决定作用的指令和某些对工作状态起重要作用的指令的后面重复书写这些指令，以确保这些指令的正确执行；该技术使程序纳入正常轨道的条件是：跑飞的程序必须在程序运行区，并且-8-必须能执行到冗余指令。10、软件陷阱技术：就是一段软件引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里专门有一