计算机控制技术期末考试重要知识点

第一章⑴计算机控制系统的组成：主要由工业对象，过程输入输出系统，计算机系统组成。/从计算机的角度看，它由硬件和软件组成。/硬件（计算机系统和过程输入输出系统）。/①计算机系统:包括主机和外围设备，主机由CPU和内存储器组成，外围设备分为输入设备、输出设备、通信设备、外存储器。/②软件：系统软件和应用软件。⑵采样：从模拟信号到离散模拟信号的过程。T过大会损失信息，T过小会使存储与运算的数据过多。##⑶量化：从离散模拟信号到数字信号的变化过程。##（4）模拟信号:时间上、幅值上都连续的信号。##（5）离散模拟信号：时间上离散而幅值上连续的信号。##（6）数字信号：时间上离散、幅值也离散的信号。##信号变换过程：采样，A/D转换器，数字调节器，D/A转换器，保持器。##（7）计算机控制系统的五种类型:①数据采集系统功能(DAS)：生产过程的集中监视、操作指导、越限报警。/②直接数字控制系统(DDC)特点：计算机的运算和处理结果直接输出作用于生产过程。计算机参与闭环控制，不仅可完全取代模拟调节器，实现多回路的PID控制，而且只要改变程序就可以实现复杂的控制规律，它是计算机用于工业控制最普通的一种形式。/③监督计算机控制系统特点(SCC)：它的输出值不直接控制执行机构，而是给出下一级的最佳给定值，因此是较高一级的控制。它的任务重在控制规律的修正与实现。/④集散控制系统特点(DCS)：以微处理机为核心的基本控制器实现地理上和功能上分散控制。又通过高速数据通道把各个分散点的信息集中起来送到监控计算机和操作占，以进行集中监视和操作，并实现高级复杂的控制。⑤现场总线控制系统（FCS）####⑴采样系统：具有离散传输通道的系统。有A/D,计算机，D/A,反馈检测。##⑵采样过程：利用采样开关将连续信号转换成离散信号的过程。##⑶香农采样定理：采样频率ωs至少应该是信号f(t)频谱最高频率ωmax的两倍，即ωs≥2ωmax##（4）保持器：是将采样信号复现为连续信号的装置。##（5）零阶保持器的作用：把前一采样时刻KT的采样值一直保持到下一个采样时刻（K+1）T.#缺点：使系统相位滞后。第二章比例（p）控制器；/控制规律为：u(t)=Kpe(t)，Kp：比例系数。e(t)=r(t)-c(t)系统输入偏差。U（t）控制器的输出。/作用：只要偏差e（t）一出现，控制器便立即产生控制作用，使被控参数朝着减少偏差的方向变化。趋于给定值。/特点：结构简单，响应快。但如果用仅有比例作用的控制器构成系统时，系统会存在静差/注：Kp越大→调节作用越强→动态性能越好（但过大会引起自激震荡）##比例、积分（PI）控制器;//Ti：积分时间常数；//作用：消除比例控制的静差;//①增大Ti，积分作用减弱，积分速度减慢，消除静差的时间拉长，但可减小系统超调，提高系统稳定性；②减小Ti积分作用增强，积分速度加快，系统上升时间缩短。但Ti过小，系统将会严重超调，动态性能变差。##比例、积分、微分（PID）控制器控制规律：;KpTd(de/dt)为未分作用部分；Td为微分时间常数。//作用：加快系统的动作速度，缩短调整时间，改善系统的动态性能。##增量式PID与位置式PID比较具有以下优点：①计算机发生故障时，影响范围小②手动—自动切换时冲击小③计算工作量小##积分分离式PID控制算法原理（基本思想）：①大偏差时，去掉积分作用，以免积分作用使系统稳定性变差②小偏差时，投入积分作用，以便消除静差，提高控制精度。##不完全微分的PID控制算法：①即在微分部分串联一个低通滤波器（一介惯性阶段）或②在PID控制器之后串联一个低通滤波器来抑制高频干扰，平滑控制器输出。##采样周期T选择应考虑的因素：①采样周期应比对象的时间常数小得多，否则，采样信号无法反应瞬变过程②采样周期应远小于对象扰动信号的周期，一般使扰动信号周期与采样周期成态数倍关系③当系统纯滞后占主导地位时，应按纯滞后大小选取T，尽可能使纯滞后时间接近或等于采样周期的态数倍④考虑执行器的响应速度，如果执行器的响应速度比较慢，那么过小的采样周期将失去意义。⑤在一个采样周期内，计算机要完成采样、运算和输出3样工作，采样周期的下限是完成这3件工作所需要的时间##串级控制系统特点：在结构上有两个环。一个在界面，称为副环（副回路），在控制过程中起着“粗调”作用，一个环在外面成为主环（主回路），用来完成“细调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求//选型：副调节器（任务：要快速动作以迅速抵消落在副环内的扰动，而且副参数一般并不要求无差）所以一般选用P调节器，也可采用PD调节器，如果主副环的频率相差很大，也可以考虑采用PI调节器；主调节器（任务：准确保持被控参数，符合生产要求）必须具有积分作用，一般都采用PI调节器。如果副环外面惯性环节较多，同时有主要扰动落在副环外面的话，可以考虑采用PID调节器##前馈控制：是一种直接按照拢动量大小进行补偿的控制方法，即当干扰一出现，前馈控制器就直接根据所测得的干扰大小和方向，按一定的规律去控制，以抵消干扰对被控参数的影响//前-反馈控制系统作用：这样既发挥了前馈控制作用及时，对特定扰动有很强抑制能力的特点，又保留了反馈控制能克服多个扰动和对控制效果最终检验的长处。系统中存在幅度大、频率高且可测的干扰，该干扰对被控参数影响显著，反馈控制难以克服，而工艺上对被控参数又要求十分严格，这时可引入前馈控制来改善系统的质量。//应用场合：①当主要干扰无法用串级控制使其包围在副回路内时，采用前馈控制将会比串级控制获得更好的效果。②当对象干扰通道和控制通道的时间常数相差不大时，引入前馈控制可以很好地改善系统的控制质量。③系统中存在幅度大、频率高且可测的干扰，该干扰对被控参数影响显著，反馈控制难以克服，而工艺上对被控参数又要求十分严格，这时可引入前馈控制来改善系统的质量。##史密斯预估控器：为了改善大纯滞后对象的控制质量，引入一个与对象并联的补偿器。##比值控制：控制两个变量的比值、、主动量和从动量的选择：①在主流量Q1不可控而流量Q2可控的情况下,用Q1作主控量,Q2作从动量;②在对流量Q1和Q2同时进行控制,即采用双闭环比值控制结构时③如果Q1可能供应不足，而Q2的供应不成问题,那么用Q1作主动量，即使它失控，流量比仍可维持；④如果Q1和Q2流量都有可能供应不足而失控时，则从安全角度来考虑确定哪一个作为主动量，即哪种情况下必须保持比值一定，就选哪一个作为主动量####过程通道：在计算机和控制对象之间进行信息传递和交换时起桥梁和通路作用的。第四章过程通道四类：①模拟量输入通道：检测模拟量被调参数并转换为对应的模拟电压和电流，再转换为数字量送入计算机。②模拟量输出通道：将计算机输出的数字形式的控制信号转换为执行元件所需要的模拟量输出。③数字量（开关量）输入通道：拾取生产现场的状态信息（如开关、电平高低、脉冲量等），并将转变为数字量送入计算机。④数字量（开关量）输出通道：将计算机给定的控制信号经处理和放大后输出。##单路模拟量输入通道的结构(1)传感器：检测被测点的各种非电量参数并将其转换为电信号。（2）信号调理电路：对传感器输出信号进行处理,使之成为适合A/D转换的电压信号,包括滤波、放大、隔离、变换、线性化处理等（3）采样保持：对模拟信号进行采样，在模—数转换期间对采样信号进行保持。（4）A/D转换：即模—数转换，将模拟信号转换为二进制数字量。##多路模拟量输入通道：多通道并联输入和多通道公用A/D转换（其速度较慢）##多路开关:把多个模拟量参数分时地接通送入A/D转换器，即完成多到一的转换;/作用：分时、依次（随机）地将各个输入信号连接到公用放大器或A/D转换器上;/要求：接通电阻要很小、开路电阻很大，切换速度要快、寿命长、工作可靠等。##多路分配器(反多路开关):把经计算机处理后输出且由D/A转换器转换成模拟信号按顺序输出到不同的控制回路/外部设备，即完成一到多的转换##CD4051的组成：①逻辑转换单元(完成TTL到CMOS的转换。)②二进制3：8译码器(对选择的输入端C、B、A的状态进行译码，以控制所选电路TG的开/关，使某一路开关接通，将输入和输出通道接通。)③电子开关TG（用来接通或断开输入/输出通道。）##采样/保持器的用途：①保持采样信号不变，以便完成A/D转换；②同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；③减少D/A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；④把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出的稳定性。/(S/H)有两种工作方式：①采样方式(采样/保持器输出跟随模拟量输入电压。)②保持方式(采样/保持器输出保持在命令发出时刻的模拟量输入值，直到保持命令撤销（即再度接到采样命令）时为止。)##模拟信号的调理主要原因：①把标准化工业仪表输出的电流信号转换为A/D转换器所要求的电压信号；②把某些非电压或弱电压的测量信号进行滤波放大处理；③某些工业现场环境较为恶劣，共模干扰强，需要隔离；##共模电压：是相对于一堆或多根信号线而言的，这些传输线对参考点电压相等的部分叫做共模电压，相差部分称差模电压。/危害：对模拟信号有较大影响，高的共模电压会击穿器件，即使没有损坏器件，也会影响模拟信号的测量精度./隔离方法：①采用“飞电容”技术②采用隔离放大器##模拟量输入通道的A/D转换器的分类：①双积分型②逐次逼近型③V/F转换器##单路模拟量输出通道的结构①寄存器用于保存计算机输出的数字量控制信号。②D/A转换器模拟量输出通道中的核心部件。③放大/变换电路将D/A输出的模拟量信号转换成执行机构所要求的信号。##多路模拟量输出通道的结构：多路模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的结构方式。输出保持器的作用主要是在新的控制信号到来前，使本次控制信号维持不变。/模拟量输出通道有两种基本结构形式：①独立数/模转换器的形式(优点:转换速度快、工作可靠，每条输出通路相互独立，不会由于某一路D/A故障而影响其他通路的工作。缺点：成本较高)②共用数/模转换器的形式(优点:节省D/A转换器。缺点：因为分时工作，只适用于通道数量多且速率要求不高的场合。由于需要多路转换器，且要求输出采样保持器的保持时间与采样时间之比很大，因而其可靠性较差。）##D/A转换器的原理可以归纳为“按权展开，然后相加”。##开关量输入/输出通道的一般结构形式：CPU接口逻辑（由数据总线缓冲器/驱动器、输入/输出口地址译码器、读写等控制信号组成）、输入缓冲器和输出锁存器（输入缓冲器对外部输入信号起缓冲、加强以及选通的作用；输出锁存器作用是锁存CPU送来的输出数据，供外围设备使用）、输入/输出电气接口即开关量输入信号调理电路和输出信号的驱动电路（滤波、电平转换、隔离和功率驱动）##光电隔离原理：发光二极管的作用是将电信号转换为光信号，光信号作用与光电二极管的基极上，使光电晶体管受光导通。这样，通过电—光—电的转换来实现对输出设备进行控制，之间没有电气连接，被隔离开来##固态继电器：是一种带光电隔离器的无触点开关，用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，而在前级中与光电隔离器融为一体。第六章1、干扰是造成计算机控制系统不可靠的主要原因。干扰来自干扰源，按干扰的来源，可以把干扰分为外部干扰和内部干扰。按其特性来分，可分为直流干扰、交流干扰和随机干扰。按作用分为常态干扰和共态干扰。##2、电源引起的干扰时计算机控制系统的主要干扰，抑制这种干扰的主要措施有以下几个方面：a、采用电子交流稳压管；b、采用低通流波器。c、采用隔离变压器。d、尽量选用供电比较稳定的交流电源；e、电源分组供电；f、直流电源的抗干扰措施。##3、模拟量输入/输出通道中的主要干扰是由于长线传输引起的。提高模拟量输入/输出通道的抗干扰能力，常采取以下措施：a、信号采用电流传送b、采用RC滤波网络滤去高频干扰信号。c、使用高输入阻抗的差动运算放大器作为通道的前置放大器，达到抑制共模干扰的作用。d、利用变压器或光电耦合器件吧“模拟地”与“数字