桂林电子科技大学计算机控制系统考试整理

1、计算机控制系统是由哪几部分构成的？画出方框图并说明各部分的作用？(P3)计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成。工业控制机软件是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台，支持用于开发应用软件的软件。过程输入输出设备：是计算机和生产过程之间信息传递的纽带和桥梁生产过程：包括被控对象测量变送、执行机构、电气开关等装置2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？(P2)实时性：是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件做出反应的特性在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式离线方式：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做相应操作的方式实时性主要考虑两个要素;其一，根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间，其二，该事件要求计算机在多长的时间内必须做出反应，否则，将对生产过程造成影响甚至造成损害。实时性一般都要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并执行的多个任务，加速程序执行速度，实时性的概念不能脱离具体过程，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。3、计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？(P4-7)操作指导控制系统：该系统不仅具有数据采集和处理的功能，而且能够为操作人员提供反映生产过程工况的各种数据，并相应地给出操作指导信息，供操作人员参考。优点是结构简单、控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。直接数字控制系统：要求实时性好、可靠性高和适应性强但由于集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低。监督控制系统：采用二级控制形式，分处二层的计算分别称为上位机与下位机。分为SCC+模拟/数字控制器的控制系统，SCC+DDC的分级控制系统。集散控制系统：积木式结果，构成灵活，易于扩散，系统的可靠性高。采用LCD显示技术和智能操作台，操作、监视方便，采用数据通信技术，处理信息量大。与计算机集中控制方式相比，电缆和敷缆成本较低、便于施工。现场总线控制系统：“工作站——现场总线智能仪表”二层结构，降低了成本，提高了可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构。PLC+上位机系统：由通信模块、输入模块、输出模块、智能I/O模块、CPU模块构成4、什么是工业控制计算机？它们有哪些特点？(P10--11)工业控制计算机是“应用在国民经济发展和国防建设的各个领域。具有恶劣环境适应能力，能长期稳定工作的加固型计算机”简称“工控机”具有可靠性高、实时性好、环境适应性强、模块化设计，完善的I/O通道、系统扩充性好、系统开放性好、控制软件包功能强5、总线的类别:数据总线、地址总线、控制总线、电源线与地线。(P13)6、工业控制机分类：PC总线工控机、STD总线工控机、VME总线工控机、多总线工控机。(P14)7、总线标准：国际上已正式公布或者推荐的总线标准主要有VME总线、MultiBus总线，STD总线、PC总线及PCI总线等.(P14)8、模拟量输入通道一般由I/U变换、多路转换器、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。(P38)9、计算机控制系统的各电路模块之间，现场信号采集与计算机控制之间，弱电控制与强电控制之间常用的隔离方式有变压器隔离、继电器隔离和光电隔离等。(P46)10、模拟量输入通道的隔离主要有模拟隔离和数字隔离两种形式.(P49)11、模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、U/I变换等组成.(P57)12、用两种状态来表示的量称为开关量，开关量的种类不多，按类型分，有电平式和触点式两种，按电源分，有有源和无源两种。(P61)13、信号调理模板的主要功能是完成信号的放大、滤波、隔离和电平的移位功能，以及信号的多码转化功能。(P69)14、数字滤波(P87)程序判断法：中值滤波法：算术平均滤波法：递推平均滤波法：加权递推平均滤波法：一阶惯性滤波法：15、积分饱和抑制常用方法是积分隔离PID控制算法和抗积分饱和算法(P95)（1）积分分离PID控制算法：（2）抗积分饱和算法：积分分离算法进行分离的依据是PID控制器的输入偏差e（k），而抗积分饱和算法的抗积分饱和依据是抗积分饱和算法系统最终的控制输出u（k）。16、控制规律的选择(P113)（1）对于一阶惯性的对象，负荷变化不大，工艺要求不高，可采用比例（P）控制（2）对于一阶惯性与纯滞后环节串联对象，负荷变化不大，要求控制精度较高，可采用比例积分（PI）控制（3）对于纯滞后时间τ较大，负荷变化也较大，控制性能要求高的场合，可采用比例积分微分（PID）控制（4）当对象为高阶（二阶以上）惯性环节又有纯滞后特性，负荷变化较大，控制性能要求也高时，应采用串级控制。前馈-反馈、前馈-串级或纯滞后补偿控制。17、扩充临界比例度法选择PID参数（P115）（1）选择合适的采样周期T，控制器做纯比例Kp控制（2）逐渐加大比例Kp，使控制系统出现临界震荡（3）选择控制度，控制度Q的定义是数字控制器和模拟调节所对应的过渡过程的误差平方的积分之比（4）选择控制度以后，按表选择采样周期T、Kp、T1和Td18、PID归一参数的整定法（P116）T≈0.1TsTi≈0.5TsTD≈0.125Ts19、干扰信号的来源可分为哪几种？（P138）工业控制计算机系统的外部干扰可以分为三类，即电源干扰、空间干扰、设备干扰20、干扰信号进入到计算机控制系统中的主要耦合方式有哪几种？各有何特点？（P139）静电耦合方式：当两根导线平行地放置一定距离时，该两根导线之间的电容就构成了它们相互之间的电容性耦合，其作用机理是一根导线在另一根导线的静电场中时，必然受到该电场的影响。电磁耦合方式：在载流电路周围空间会产生磁场，在其周围的闭合电路将受交变磁场的影响而产生感应电动势并形成感应电流，在设备内部，线圈或变压器的漏磁就是一个很大的干扰源，在设备外部，当两根导线在较长的距离内敷设或架设时，将会产生电磁耦合干扰。共阻抗耦合方式：当两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上所产生的电压降会影响到另一个电路。公共阻抗的数值与感应电压的频率有关，在低频时基本上等于连接导线的电阻和电源滤波器输出电容的容抗，在高频时，基本上等于连接导线的感抗和电源滤波器输出电容的容抗电磁场辐射耦合方式：当高频电流流过导体时，在该导体周围产生电力线和磁力线，它们随着导体各个部分瞬间的电荷变化而变化，从而形成一种在空间传播的电磁波，处于电磁波中的导体，将因受到电磁波的作用而感应出相应频率的电动势，电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，它极易通过电源而耦合到系统中来，另外，过长的信号输入线和输出线以及控制线具有天线效应，它们既能接收干扰波，又能辐射干扰波。21、简述空间干扰的措施（P141-143）空间隔离：使敏感设备或信号线远离干扰源屏蔽：对敏感电路加屏蔽盒或对信号加屏蔽层电气布线：合理地选择信号线，并在实际施工中正确地敷设信号线来抑制干扰屏蔽技术：屏蔽主要用来解决电磁干扰，它将电力线或磁力线的影响限定在某个范围之内或阻止它们进入某个范围。可以分为低频磁场屏蔽、电磁屏蔽、双层屏蔽、电场屏蔽。屏蔽技术实现的关键是如何保证屏蔽体的完整性，使其电磁泄露降低到最小程度。电气布线技术：电缆即是干扰的主要发生器，也是主要的接收器，系统布线设计的关键是进行正确电缆选型、敷设、抑制干扰和降低成本。常用的线缆类型：双绞线、屏蔽电缆、同轴电缆。22、过程通道的干扰是如何产生的？如何对它们进行抑制？(P145)强烈的干扰往往沿着过程通道进入计算机，其主要原因是过程通道与计算机之间存在公共地线，干扰的作用方式，一般可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰及其抑制：串模干扰，就是串联于信号源回路之中的干扰。可采取的措施有：采用输入滤波器、进行电磁屏蔽和良好的接地、选择合适的A/D转换器、使用电流信号传输。共模干扰及其抑制：用于过程控制计算机的地、信号放大器的地以及现场信号源的地之间，通常要相隔一段距离，长达几十米甚至几百米，在两地之间往往存在着一个电位差uc，这个uc对放大器产生的干扰，称为共模干扰。抑制共模干扰的主要措施有：采用查分放大器作信号前置放大、采用隔离技术将地电位隔开、利用浮地屏蔽。23、什么是系统的可靠性，提高计算机控制系统的可靠性有哪些主要途径？(P157)可靠性是指机器、零件或系统，在规定的工作条件下，在规定的时间内具有正常工作性能的能力。提高可靠性的途径（1）可靠性设计的准则：有效地利用以前的经验、尽可能减少零件的件数，尤其是故障率高的零件数、采用标准化的产品、检查、调试和互换容易实现、零件互换性好、可靠性特殊设计方法。(2)提高急计算机控制系统硬件可靠性的措施：冗余结构设计、不易发生故障的硬件设计（3）提高计算机控制系统软件可靠性的措施：分散结构设计、容错技术。提高单机系统可靠性，常采取如下措施：（1）、对元部件进行严格筛选，使用可靠的单个元件，并对元件进行多道老化和严格检查，按可靠性标准检查全部元器件（2）充分重视元部件安装的机械强度，以使机械运动（如震动）不会引起导线或焊接区的断裂。此外，对必要的元部件应机械加固（3）对组件采取涂漆和浇注处理可进一步提高机械的紧固性（4）插座是发生故障的最常见因素，因此，应尽量少用插座，并采用大的插座（5）抗温升保护，多数电子器件对温度变化计较敏感，因此，设计足够的通风系统和采用温度补偿措施是有价值的。24、企业计算机网络的层次结构及控制网络与IT网络的区别？(P166)企业计算机网络层次结构按网络系统划分为互联网、企业内部网、底层控制网。按网络功能划分为企业资源规划层、制造执行系统层、现场总线控制系统层。控制网络与IT网络的区别：（1）控制网络的实时性（2）网络结构线状化；计算机通信系统的结构是网络状，从一定到另外一点的通信路径可以是不固定的，但在大多数控制网络中。从一点到另外一点的通信路径大多是固定的。（3）工业环境使用场合；IT计算机网络一般在办公室、家庭等环境非常好的场所使用，所以它的设备、接头以及接线方式都不要求有很高的抗干扰能力；控制网络是在环境恶劣的工业环境下使用。（4）控制网络的技术特点：控制网络与IT网络的比较还具有以下技术特点良好的实时性与时间确定性传送信息多为短帧信息，且信息交换频繁容错能力强，可靠性、安全性好④控制网络协议简单实用，工作效率高⑤控制网络结构具有高度分散性⑥控制设备的智能化与控制功能的自治性⑦与信息网络之间有高效益的通信，易于实现与信息系统的集成25、数据信息中的同步（P173）位同步：①定期同步调整法-----不改变时钟周期，定期对信源时钟和信宿时钟进行位“对其”②共用同一时钟法------信源和信宿共用同一时钟，以保证位同步③信息载有准同步脉冲的同步法------利用发送的信息中载有的准同步脉冲来建立接受时钟，以实现位同步字符同步：①异步传输中起止式同步法②同步通信中的“同步字符”同步法26、介质访问控制技术(P185)（1）、带有冲突检测的载波监听多点访问法（CSMA/CD）（2）、令牌环介质访问控制（3）令牌总线介质访问控制