计算机控制技术复习总结.doc

计算机控制技术
简答
1、 计算机控制系统组成框图:

通常计算机控制系统由计算机、 I/O接口电路、 通用外部设备和工业生产对象等部分组成。
2、 计算机控制系统分类
（1） 直接数字控制（Direct Digital Control, DDC）系统。原理: 用一台计算机对多个被控参数巡回检测, 对生产过程进行控制, 使被控参数稳定在给定值上。 特点: 计算机直接参与控制, 系统经计算机组成了闭环。 优点: 一台计算机能够替换多个模拟调整器, 它利用了计算机分时能力。
（2） 操作指导控制系统（Data Processing System, DPS）。原理: 计算机只是对系统过程参数进行搜集、 加工处理, 然后输出数据。特点: 由操作人员（或别控制装置）依据测量结果来改变设定值或者进行必需操作。优点: 一台计算机可替换大量常规显示和统计仪表, 从而对整个生产过程进行集中监视, 可得到更正确结果, 对指导生产过程有利。
（3） 计算机监督控制（Supervisory Computer Control, SCC）系统。原理: 计算机根据描述生产过程数学模型计算出最好给定值后, 送给模拟调整器或DDC计算机, 并由模拟调整器或DDC计算机控制生产过程。特点: SCC+模拟调整器控制系统: 搜集检测信号及管理命令, 根据一定数学模型进行计算, 把给定值输出到模拟调整器中。此给定值在模拟调整器中与检测值进行比较后, 其“偏差值”经模拟调整器计算后输出到实施机构中, 以达成调整生产过程目。SCC+DDC控制系统: 系统为两级计算机控制系统。一级为监督级SCC, 其作用与SCC+模拟调整器控制系统中SCC一样, 用来计算最好给定值; 给定值是计算得到, 以确保系统在最优工作状态下运行, 其控制规律能够改变, 使用起来愈加灵活。优点: 依据工作状态改变, 改变给定值, 以实现最优控制 。
（4） 分布式控制系统。原理: 分散过程控制级是DCS基础, 用于直接控制生产过程。 特点: 基础上属于DDC系统形式, 但工作任务由各工作站来完成, 局部故障不会影响整个系统工作。优点: 该系统通用性强、 组态灵活、 控制功效完善、 数据处理方便、 调试方便、 运行安全可靠, 能够适应工业生产过程多个需要。
（5） 计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System, CIMS）。原理: CIMS采取多任务分层体系结构, 其基础控制思想是递阶控制。特点: 越是处于高层单元, 对系统性能影响范围就越广, 决议周期比低层单元长, 极难进行定量公式化描述。优点: 在递阶结构中, 各级分担不一样工作, 同级中又可并行工作, 效率高; 级间协调通信比各单元相互通信有效得多。
3、 工业计算机特点
（1）可靠性要求。对于生产控制来说, 要求生产连续性, 所以对设备可靠性要求较高。（2）实时控制 。在生产过程中需要应对非正常情况, 需要实时对设备进行监测、 报警和管理, 并依据优先等级立刻地响应。（3）生产过程连接。工业计算机拥有专用借口, 能够经过远程通信线路与控制机等设备进行交互。 （4）环境适应性。通常情况下, 工业计算机工作现场环境比较恶劣, 需要考虑抗高温、 抗腐蚀等一系列问题。
4、 行列式键盘---定时扫描法
如图所表示, 采取8255端口组成4×8矩阵键盘

定时扫描法工作过程: （1）定时扫描键盘, 判定是否有键按下 （2）消除按键抖动 （3）求按键键值 （4）等候按键释放

5、 常见数字滤波器有哪多个, 各自优缺点
l 程序判定滤波
优点: 这是依据实践经验数据取得。
缺点: detE确定不太灵活, 因为不能依据现场情况不停更换新值, 不能反应采样点数大于3各采样值受干扰情况
l 中值滤波
优点: 对于克服偶然原因引发波动干扰, 或者采样器本身不稳定所引发脉动干扰较为有效
缺点: 只适适用于物理改变相对较缓慢工作场所
l 算数平均值滤波
优点: 对电压、 流量等周期脉动参数采样值进行平滑加工, 所测数据相对稳定。
缺点: 不宜用于克服（脉冲性）干扰
l 加权平均值滤波
优点: 能够依据需要突出信号某一部分, 抑制信号另以部分。
缺点:
l 滑动平均值滤波
优点: 对周期性干扰有良好抑制作用平滑度高
缺点: 灵敏度低, 对偶然出现脉冲性干扰抑制作用差, 极难消除因为脉冲干扰引发采样值误差, 所以不适适用于脉冲干扰比较严重场所
l 低通滤波
优点: 能够消除高频干扰对测量精度影响
缺点:
l 复合数字滤波
优点: 可用于现有脉动干扰又有脉冲干扰环境
缺点:
6、 什么是输出通道？有哪些部分组成？
l 输出通道: 输出通道与输入通道相对应, 是计算机控制系统组成部分, 是计算机功效延伸, 计算机控制系统多种计算结果必需经由其输出实施。
l 组成:输出通道含有模拟信号输出和开关信号输出两种形式, 模拟信号输出通道包含计算机控制接口、 D/A转换器、 驱动电路、 实施机构等多个部分; 开关信号输出通道包含驱动电路和实施机构两部分。
7、 PWM技术: PWM就是脉冲宽度调制, 在频率不变情况下, 经过改变输出脉冲宽度（就是脉冲占空比）从而使输出信号平均值（即直流成份）发生改变, 达成控制外部对象目。用8253输出周期为1KHZ, 占空比为70%PWM波:
l MOV AL, 36H
l OUT 07H, AL
l MOV AL, 72H
l OUT 07H, AL
l MOV AL, 0D0H
l OUT 04H, AL
l MOV AL, 07H
l OUT 04H, AL
l MOV AL,58H
l OUT 05H, AL
l MOV AL, 02H
l OUT 05H, AL
l 程序中, 8253控制端口地址、 定时器地址分别为
l 07H、 04H、 05H
l

8、 动态LED显示与静态LED显示各有什么特点？
l 静态LED显示
是当显示器件显示某个字符时, 对应显示段（发光二极管）恒定地导通或截止, 直到显示另一个字符为止。 占用机时少, 而且显示稳定可靠。其缺点是使用元器件相对较多, 且线路比较复杂, 相对而言成本较高。
l 动态LED显示
就是微处理器定时地对显示器件所显示内容进行扫描。各显示器件分时工作, 任何时刻只有一个显示器件在显示, 因为人眼视觉暂留, 当扫描显示每一个器件达成一定速度时, 人看到每个器件都在显示。
9、 三相步进电机有哪多个工作方法？每种工作方法特点？
l 单三拍工作方法: 每次只能一相绕组通电, 通电三次完成一个通电循环。
l 双三拍工作方法: 每次都是两相通电, 控制电流切换3次, 磁场旋转一周, 转子移动一个齿距位置, 双三拍工作方法中, 要求电源所提供功率比较大,此种工作方法特点是不轻易失步。
l 六拍工作方法:六拍工作方法就是把单三拍和双三拍结合起来一个工作方法,比单三拍或双三拍步进精度高出一倍。
10、 什么是次序控制？什么是数字程序控制？数字程序控制方法？
次序控制: 就是以预先要求好时间或条件为依据, 按预先要求好动作次序次序地完成工作自动控制。
数字程序控制（数控）: 就是计算机依据输入指令和数据, 控制生产机械（如多种机床）按要求工作次序、 运动轨迹、 运动距离和运动速度等规律自动地完成工作自动控制。
数字程序控制方法: 逐点比较插补法、 数字积分插补法
11、 什么是逐点比较插入法？数字积分插补法？比较二者特点？
l 逐点比较插补法: 所谓逐点比较插补法, 就是每走一步都要和给定轨迹上坐标值进行一次比较, 看该点在给定轨迹上方还是下方, 或者在给定轨迹外面还是里面, 从而决定下一步进给方向。
l 数字积分插补法: 是在数字积分器基础上建立一个插补法。
n 逐点比较插入法特点: 运算直观、 插补误差小于一个脉冲当量, 输出脉冲均匀, 输出脉冲速度改变小, 调整方便, 在两坐标联动数控机床中利用较为广泛。
n 数字积分器插补法特点: 运算速度快、 脉冲分配均匀、 易于实现坐标联动, 利用广泛, 缺点是速度调整不够方便, 插补精度需要由软件技术来克服。
12、 RS232 422 485优缺点？为何RS485传输距离远？
l RS-232-C
优点: 微机系统中最常见串行接口标准, 用于实现计算机与计算机之间、 计算机与外设之间同时或异步通讯。通讯距离可达15m, 传输数据速率可任意调整, 最大可达20Kb/s。

缺点: ① 传输速率慢。 ② 传输距离近。 ③ RS-232-C出现了互不兼容25芯连接器。 ④ 使用非平衡发送器和接收器, 电气性能不佳。⑤ 接口处各信号间轻易产生电干扰。
l RS-422
优点: 要求了差分平衡电气接口, 能够在较长距离时显著提升数据传输速率, 因为平衡结构性能得到了改善, 这种差分平衡结构能够从地线干扰中分离出有效信号, 实际上, 差分接收器能够区分0.2V以上电位差, 能够不受参考电平波动及共模电磁干扰影响。RS-422另一个优点是许可传送线上连接多个接收器。
缺点:
l RS-485
优点: 接口信号电平比RS-232-C降低了, 就不易损坏接口电路芯片, 且该电平与TTL电平兼容, 可方便与TTL 电路连接。RS-485数据最高传输速率为10Mbps, RS-485接口是采取平衡驱动器和差分接收器组合, 抗共模干能力增强, 即抗噪声干扰性好。
缺点: 很多情况下, RS-485忽略了信号地连接, 引发共模干扰问题, 当网络中共模电压超出一定范围时, 会严重影响通信稳定可靠性, 甚至损坏接口; RS-485还存在EMI问题, 发送驱动器输出信号中共模部分需要一个返回通路, 如没有一个低阻返回通道（信号地）, 就会以辐射形式返回源端, 整个总线就会像一个巨大天线向外辐射电磁波。
RS485传输距离远: RS-485采取平衡发送和差分接收, 所以含有抑制共模干扰能力。加上总线收发器含有高灵敏度, 能检测低至200mV电压, 故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485用于多点互连时非常方便, 能够省掉很多信号线。
13、 现场总线技术定义及特点？ FCS与DCS差异？
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统数字式、 双向传输多分支结构通信网络。现场总线特点: ① 数字信号完全替换4～20mA模拟信号。 ② 基础过程控制、 报警和计算功效等完全分布在现场完成。③ 使设备增加非控制信息, 如自诊疗信息、 组态信息及赔偿信息等。 ④ 实现现场管理和控制统一。⑤ 真正实现系统开放性、 互操作性。FCS与DCS相比, 其系统结构大幅度简化, 成本显著降低, 现场设备自治性加强, 系统性能全方面提升, 信号传输可靠性和精度提升, 真正实现全分散、 全数字化控制网络, 用户一直拥有系统集成权。

计算题
1、 已知广义被控对象为

其中, T=1s。期望闭环脉冲传输函数中时间常数取为Tc=0.5s,应用达林算法确定数字控制器。
解: 广义对象脉冲传输函数为

闭环系统理想脉冲传输函数为

得达林控制器以下

2、 已知广义被控对象为

其中, T=1s。期望闭环脉冲传输函数中时间常数取为Tc=0.5s,应用史密斯预估器方法确定数字控制器。
解: 不含纯滞后广义对象脉冲传输函数为

广义对象脉冲传输函数为

不考虑纯滞后, 闭环系统理想脉冲传输函数为
, 进而
求得
于是得史密斯预估器以下

3 已知 求
解:

4、 已知广义被控对象:, 给定T=1s
针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统。
解: 由已知条件, 被控对象含有一个积分步骤, 有能力产生单位斜坡响应。求广义对象脉冲传输函数为

能够看出, G(z)零点为-0.718(单位圆内)、 极点为1(单位圆上)、 0.368(单位圆内), 故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。依据稳定性要求, G(z)中z=1极点应包含在Φe(z)零点中, 因为系统针对等速输入进行设计, 故p=2。为满足正确性条件另有Φe(z)=(1-z-1)2F1(z),显然正确性条件中已满足了稳定性要求, 于是可设

解得 。
闭环脉冲传输函数为

则