计算机控制OW.docx

名词解释：
接口：算机和外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口 接口技术是研究计算机外设之间如何交换信息的技术
过程通道是计算机与生产过程之间的设置的信息传送和转换的连接通道 HMI：使用者与机器间沟通传达及接收信息的一个接口
采样过程 按一定的时间间隔T 把时间上连续幅值也连续的模拟信号转变成在时刻0, T,2T……KT的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程
量化 采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号
孔径时间 在模拟输入通道中,A/D转换器将模拟信号抓换成数字量总需要一定的时间，完成一次A/D转换的时间为孔径时间
信号调理： 为了将外部开关量信号输入到计算机、必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。
积分分离：在PID控制中当有较大的扰动或造成较大幅值改变时会有较大的偏差在积分项的作用下会产生较大的起调和长时间的波动
软件陷阱 是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序
数据 是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合。
中断：使cpu暂停运行原来的程序，按照紧急事件的需要转去执行为中断源服务的程序，待该程序处理完后，再返回运行原来的程序
串行通信 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，适用于计算机与计算机远距离通信
DSP：数字信号处理器，以数字信号来处理大量信息的器件，是一种适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器
现场总线 指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络
SCADA 凡是具有系统监控和数据采集功能的软件都可称SCADA（Supervisor Control And DataAcquisition）(控制组态 图形生成组态 显示组态)
DSC：分布式控制系统 FCS：现场总线控制系统 PID控制 根据偏差的比例进行微分积分进行控制 PLC自编程序控制器 IPC 工业控制机 DDC 直接数字控制 SCC监督控制
简答：
1. 半导体多路开关的主要特点：半导体多路开关的特点是：（答5条即可） （1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排;（2）直接与TTL（或CMOS）电平相兼容； （3）内部带有通道选择译码器，使用方便;（4）可采用正或负双极性输入；（5）转换速度快，通常其导通或关断时间在1ms左右，有些产品已达到几十到几百纳秒（ns）；（6）寿命长，无机械磨损;（7）接通电阻低，一般小于100W，有的可达几欧姆；（8）断开电阻高，通常达109W以上。
2. PID调节系统中，微分调节起何作用？为什么在有些系统中采用不完全微分算式，它与常规算式有哪些区别？微分的作用是加快调整速度。由于微分只存在于瞬间，因而有时会使系统产生震荡，而使调节品质下降。为了避免震荡，在一些系统中采用不完全微分算法，它的基本思想是使微分作用慢慢减弱，以避免由于微分突然下降到0而产生震荡。
3. PWM控制意味着什么？它有什么作用？微型机控制系统中是怎样实现的？答：PWM是脉冲宽度调速系统，它用来控制马达的转速和方向。其方法是通过改变对电机的通电时间达到调整电机转速的目的。具体作法是，首先根据电机转速的要求，确定占空比，即通电时间与通电周期之比，再按照通、断电时间送出控制模型，使电机按要求的转速运转。方向是通过改变4个开关的通电状态来实现的。
4. 说明算术平均滤波、加权平均滤波和滑动平均滤波之间的区别以及各自的用途。算术平均滤波每一次采样值所占的比例均相等；可用于任何场合，如压力、流量等。加权平均滤波则每次采样值所占的比例不等，可以突出某些部分，使其所占的比例增大，但各次采样的系数总和为∑Ci=0；这种滤波主要用于那些想突出采样的某些部分的场合。而滑动平均滤波则是每次只更新一个采样值，因而采样速度快。此滤波主要用于实时性要求比较快的场合。
5. 根据转换结束信号EOC的不同接法，能构成哪几种A/D工作方式？具体怎样接线？答：根据转换结束信号EOC的不同接法，能构成的工作方式有：①查询方式：EOC接一根口线。 ②中断方式：EOC接中断申请线INT0或INT1。 ③延时等待方式
6. 抖动、重键都是键盘设计中经常遇到的问题，用什么方法可以解决？① 软件延时程序（一般为10--20毫秒）② 硬件防抖电路：双稳态电路及滤波电路
7. 微型计算机控制系统的特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高
d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度
8. 简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图 2.1 所示。输入电流流过二极管时 使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出 在电气上的完全隔离
9. 什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程有哪几个步骤？逐点比较法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较，判断其偏差情况，根据偏差，再决定下一步的走向（沿X轴进给，还是沿Y轴进给）。逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线，最大逼近误差不超过数控系统的一个脉冲当量（每走一步的距离，即步长）。直线插补计算过程的步骤如下： (1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；(2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步； (3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；(4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。
10. 计算机控制系统的常用接地方法有哪些？ （1）一点接地和多点接地（2）模拟地和数字地的连接（3）主机外壳接地（4）多机系统的接地
11. 数字控制器的模拟化设计步骤是什么？①设计假想的模拟控制器②D(S)正确地选择采样周期T③ 将D(S)离散化为D(Z)④求出与D(S)对应的差分方程⑤根据差分方程编制相应程序
12. 计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分
13. RS-485串行通信总线采用什么传输方式？它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？RS-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式. 区别在于RS-485为半双工工作方式,而RS-422A为全双工工作方式.且RS-422A适用于两点之间进行高速,远距离通信,而RS-485适用于多点之间进行高速,远距离通信.
14. 数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？Kp为比例增益,能减小误差,但不能消除稳态误差,但Kp加大会引起系统不稳定.Ti为积分时间常数 只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差 但积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡.Td为微分时间常数 可以减小调整时间, 从而改变系统的动态性能.
15. 什么叫共模干扰、其抑制方法有哪些？指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压. 抑制方法:变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽
16. 什么叫串模干扰、其抑制方法有哪些？指叠加在被测信号上的干扰噪声 抑制方法：滤波器，双积分式A/D转换器，前置放大或隔离屏蔽
17. 什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。
18. 什么是数控系统？数控系统包括哪些？根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制 包括控制系统 伺服系统 位置测量系统
19. 简述数字滤波技术，其算法有哪些? 通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法
20. 计算机控制系统的发展趋势是什么？网络化 扁平化 智能化 综合化
21. 什么是数控程序控制？数字程序控制有哪几种方式？计算机根据输入的指令和数据，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完成工作的自动控制方式：点位控制 直线切削控制 轮廓切削控制
22. 什么是模块化程序设计和结构化程序设计？程序设计通常分为哪五个步骤？模块化程序设计的出发点是把一个复杂的系统软件分解为若干个功能模块，每个模块执行单一的功能，并具有单入口单出口的结构，结构化程序设计技术：采用自上而下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构步骤，问题定义，程序设计，编码，调试，改进和再设计
23. 计算机控制系统在选择A／D变换器时应注意哪几项指标？这些性能指标应根据什么原则选取？（1）精度：应高于传感器的精度一个数量级；（2）分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定；（3）转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。
填空：
1. 香农定理告诉我们，采样频率越高，采样数据描绘的曲线越接近实际曲线。所以，为了提高控制精度，应尽可能提高采样频率
2. 在10位A/D转换器中，设满量程为±5V，试写出相对于下列各模拟量所对应的数字量：①模拟量为5V时，所对应的数字量为3FFH。 ②模拟量为0V时，所对应的数字量为200H。
③模拟量为-2.5V时，所对应的数字量为100H
3. 在三相步进电机系统中，为了提高控制力矩，常常采用双三拍方法来实现。
4. 在PID控制系统中， I的作用主要是消除残差，它一般不单独使用的，原因是速度不变。
5. 某微型机采样系统中，CD4051的INH端接+5V，控制端C、B、A接地时，选通无通道。
7. 在PID调节系统中，比例系数KP的确定比微分系数KI和积分系数KD更重要，因为它关系到Kd/Ki的值
8. 某仪器受体积限制只允许设置8个功能键，但却要求有十六种功能，可以采用双功能键的办法解决。
9. 和PID调节一样，模糊控制器的最大优点是不要求数学模型。
10. SPI总线与I2C总线的主要区别是SPI三条线，I2C两条线和I2C双向。
11. 过程通道按变换传递信号的种类分为模拟量通道和数字量通道。
12. 线性插值法最根本的问题是直线代替曲线。
13.　在数据采集系统中，只使用一个S/H和A/D构成的系统称之为　分时采样，分时转换 系统，而只使用多个S/H和一个A/D构成的系统称之为 同时采样，分时转换系统。
14. 离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的采样周期有关。
15.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、 工控机、 单片机、 智能调节器等等。
16. ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。
17. 在一些对程序流向起决定作用的指令前插入两条NOP指令，以保证弹飞的程序迅速纳入正确轨道。这称之为指令冗余技术。
19. 在微型机控制系统中，键盘处理程序由两部分组成，其一是计算键值，其二则是根据键值转移到键功能入口地址
一、设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量数据采集程序
把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H~37H单元中。采样完一遍后停止采集。其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：
初始化程序：
MOV R0，#30H MOV R2，#08H SETB IT0
SETB EA MOV DPTR，#FEF8H LOOP： MOVX @DPTR，A HERE： SJMP HERE
中断服务程序：
MOVX A，@DPTR MOV @R0，A INC DPTR INC R0
DJNZ R2，INT0 CLR EA CLR EX0 RETI INT0： MOVX @DPTR，A RETI

二、简单写出数字控制器的直接设计步骤
(1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。(2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。(3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。(4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。

三、3. 用微型机控制的D/A转换电路，如下图所示1）说明图中DAC0832采用的是哪一种控制方式？并说明PC1和PC0的作用分别是什么？（2）确定8255A端口地址
（3） 画出完成D/A转换的程序流程图？（4）已知待转换的数据存于DATA单元中，用汇编语言编写出完成上述D/A转换的程序。①图中DAC0832采用的是双缓冲控制方式，其输出单极性形电压。PC1控制第一级缓冲，PC0控制第二级缓冲②8255A的地址是:6C00H—6F00H③D/A转换程序-8225初始化-取数据-送第一级锁存信号-送D/A转换信号
MOV A，# 80H MOV DPTR,#6F00H ； MOVX @DPTR,A MOV A，DATA MOV DPTR,#6C00H
MOVX @DPTR,A MOV A，# 02H ； PC1=1 MOV DPTR,#6F00H ； MOVX @DPTR,A
MOV A，# 01H PC0=1 MOVX @DPTR,A
四、计算机控制系统在选择A／D变换器时应注意哪几项指标？这些性能指标应根据什么原则选取？（1）精度：应高于传感器的精度一个数量级；（2）分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定；（3）转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率。
五、画图说明计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
计算机控制系统可由四部分构成：
(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
(4)检测与执行机构
a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。
六、画出典型计算机控制系统的基本框图，说明各模块的作用
控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。
运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。
存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。
输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。
输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。
七、给出计算机多通道复用一个D/A转换器实现控制的原理示意图，并作简单原理解释。

八、某热处理炉温度变化范围0~1350℃，经温度变送器变换为1-5V电压送到8位ADC0809，该芯片输入范围为0到5V. ① 现时刻A/D输出值为6AH，计算炉内温度
② 若用标准4—20mA工业控制回路，灵敏度取0.05mA，应选取D/A变换芯片的字长。
① ②(20-4)/0.05=320,n>=9,n取10
九、若加工第一象限直线OA，起点O（0，0），终点A（11，7）。要求 (1)按逐点比较法插补进行列表计算； (2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数
由题意可知Xe=11,Ye=7，F0=0，我们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|7-0|+|11-0|=18，则插补计算过程如下所示：
步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别 步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别 步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别
起点 F0=0 Nxy=18 起点 F0=0 Nxy=18 起点 F0=0 Nxy=18
1 F0=0 +X F1=F0-ye=-7 Nxy=17 2 F1<0 +Y F2=F1+xe=4 Nxy=16 3 F2>0 +X F3=F2-ye=-3 Nxy=15
4 F3<0 +Y F4=F3+xe=8 Nxy=14 5 F4>0 +X F5=F4-ye=1 Nxy=13 6 F5>0 +X F6=F5-ye=-6 Nxy=12
7 F6<0 +Y F7=F6+xe=5 Nxy=11 8 F7>0 +X F8=F7-ye=-2 Nxy=10 9 F8<0 +Y F9=F8+xe=9 Nxy=9
10 F9>0 +X F10=F9-ye=2 Nxy=8 11 F10>0 +X F11=F10-ye=-5 Nxy=7 12 F11<0 +Y F12=F11+xe=6 Nxy=6
13 F12>0 +X F13=F12-ye=-1 Nxy=5 14 F13<0 +Y F14=F13+xe=10 Nxy=4 15 F14>0 +X F15=F14-ye=3 Nxy=3
16 F15>0 +X F16=F15-ye=-4 Nxy=2 17 F16<0 +Y F17=F16+xe=7 Nxy=1 18 F17>0 +X F18=F16-ye=0 Nxy=0
十、设加工第一象限的圆弧AB，起点A（6，0），终点B（0，6）。要求： (1)按逐点比较法插补进行列表计算； (2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数
插补计算过程如下表所示。终点判别仍采用第二种方法，设一个总的计数器Nxy，每走一步便减1操作，当Nxy=0时，加工到终点，插补运算结束。左图为插补过程中的走步轨迹。
步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 坐标计算 终点判别 步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 坐标计算 终点判别
起点 F0=0 x0=6,y0=0 Nxy=12 1 F0=0 -X F1=0-12+1=-11 x1=5,y1=0 Nxy=11
2 F1<0 +Y F2=-11+0+1=-1 0 x2=5,y2=1 Nxy=10 3 F2<0 +Y F3=-10+2+1=-7 x3=5,y3=2 Nxy=9
4 F3<0 +Y F4=-7+4+1=-2 x4=5,y4=3 Nxy=8 5 F4<0 +Y F5=-2+6+1=5 x5=5,y5=4 Nxy=7
6 F5>0 -X F6=5-10+1=-4 x6=4,y6=4 Nxy=6 7 F6<0 +Y F7=-4+8+1=5 x7=4,y7=5 Nxy=5
8 F7>0 -X F8=5-8+1=-2 x8=3,y8=5 Nxy=4 9 F8<0 +Y F9=-2+10+1=9 x9=3,y9=6 Nxy=3
10 F9>0 -X F10=9-6+1=4 x10=2,y10=6 Nxy=2 11 F10>0 -X F11=4-4+1=1 x11=1,y11=6 Nxy=1
12 11>0 -X F12=1-2+1=0 x12=0,y12=6 Nxy=0
十一、三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图：有三种工作方式：

（1）各相的通电顺序为A→B→C,各相通电的电压波形如图3.1所示（2）双三拍工作方式各相的通电顺序为AB→BC→CA。各相通电的电压波形如图3.2所示。（3）在反应式步进电机控制中，把单三拍和双三拍工作方式结合起来，就产生了六拍工作方式，其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA。各相通电的电压波形如图3.3所示。