閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點。從常規(guī)來看，控制系統(tǒng)為了獲得控制信號，要將被控量y與給定值r相比較，得到偏差信號e=r-y。然后，利用e直接進行控制，使系統(tǒng)的偏差減小直到消除偏差，被控量接近或等于給定值計算機控制系統(tǒng)有哪幾部分組成？計算機控制系統(tǒng)由兩大部分組成：一部分為計算機及其輸入輸出通道，另一部分為工業(yè)生產對象（包括被控對象與工業(yè)自動化儀表）。直接數字控制系統(tǒng)(DDC)是計算機在工業(yè)應用最普遍的種方式。它是用一臺計算機對多個被控參數進行巡回檢測，檢測結果與給定值進行比較，并按預定的數學模型（如PID控制規(guī)律）進行運算，其輸出直接控制被控對象，使被控參數穩(wěn)定在給定值上。集散控制系統(tǒng)的特點是什么？控制分散、信息集中系統(tǒng)模塊化數據通信能力較強友好而豐富的人機接口可靠性高總線定義總線是計算機各模塊間進行信息傳輸的通道。它包括通道控制、仲裁方法和傳輸方式等內容簡述總線的成數據總線：總線寬度表征數據傳輸能力地址總線：不同的總線對地址的分配不同控制總線：控制信號最能體現總線特色電源：向低壓發(fā)展功能數據傳輸功能中斷功能多主設備支持功能錯誤處理功能STD總線有什么特點模塊化的總體設計布局，允許系統(tǒng)設計者選取所需的功能模塊解決具體問題；開放式的系統(tǒng)結構，使用戶可根據需要選用各種功能模板，像搭積木一般任意拼裝出自己所需的計算機系統(tǒng)；擁有豐富的I/O功能，使之能廣泛地應用于工業(yè)控制的各個領域；模板的小尺寸設計，消除了沖擊和震動的影響等。RS232和RS485有什么不同？接口為非平衡型，每個信號用一根導線，所有信號共用一根地線。信號速率限于20kbit/s內，電纜長度限于15m內，單線，線間干擾大。電性能用±12V標準脈沖，采用負邏輯。在數據線上：傳號Mark=—5~—15V，邏輯“1”;空號Space=+5~+15V，邏輯“0”在控制線上：通On=+5~+15V，邏輯“0”斷Off=—5~—15V，邏輯“1”RS-232的邏輯電平與TTL電平不兼容，與TTL器件相連必須進行電平轉換。采用電平傳輸，通信速率為19.2kbit/s時，通信距離只有15m。若要延長通信距離，必須以降低通信速率為代價。傳輸距離長在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線抑制干擾能力強RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。需要使能信號RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。節(jié)約信號線RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485

可以聯網構成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。什么是串摸干擾和共模干擾？如何抑制？串模干擾：串模干擾指疊加在被測信號上的干擾噪聲。（1）濾波法。(2)對于電磁感應產生的串模干擾，應對被測信號盡可能早的進行信號放大，以提高電路中的信號噪聲比；或者盡可能早的完成A/D轉換再進行長線傳輸；或者采用隔離和屏蔽等措施。(3)從選擇元器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾，如采用雙積分A/D轉換器；也可以采用高抗干擾度的邏輯器件，通過提高閾值電平來抑制低頻噪聲的干擾；此外，也可以人為地附加電容器，以降低某個邏輯器件的工作速度來抑制高頻干擾。(4)利用數字濾波技術對已進入計算機的串模干擾進行數據處理，可以有效地濾去難以抑制的串模干擾

共模干擾，A/D轉換器兩個輸入端上共有的干擾電壓。(1)利用雙端輸入的放大器作前置放大器，(2)利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負載和數字信號隔離。(3)采用雙層屏蔽—浮地輸入方式。該方法是將測量裝置的模擬部分對機殼浮地，從而達到抑制干擾的目的。計算機控制系統(tǒng)常用信號類型模擬（連續(xù)）信號在時間上和幅值上都連續(xù)取值的信號，在計算機控制系統(tǒng)中一般為傳感器輸出的信號或者控制對象需要的信號。離散模擬信號在時間上斷續(xù)取值，在幅值上連續(xù)取值的信號，在計算機控制系統(tǒng)中一般為采樣以后，A/D轉換之前的信號。數字信號在時間上和幅值上都斷續(xù)取值的信號，A/D轉換之后的信號，用二進制代碼形式表示。采樣的形式多階采樣周期采樣隨機采樣采樣定理由采樣信號x*(t)完全無失真的恢復原信號x(t)的條件是采樣速度要滿足下式ωs=2π/T,為采樣角速度T為采樣周期ωmax為原信號x(t)頻譜中最高角頻率τmin為x(t)的各信號分量中最小的時間常數采樣/保持器的作用A/D轉換器完成一次A/D轉換總需要一定的時間。在進行A/D轉換時間內，希望輸入信號不再變化，以免造成轉換誤差。這樣，就需要在A/D轉換器之前加入采樣保持器。D/A輸出的信號是幅值上連續(xù)而時間上離散的模擬信號，所以時間上還需要連續(xù)化處理的保持作用。保持器的就是把離散的模擬信號通過時域中的保持效應變成時間上連續(xù)的模擬信號采樣是按一定時間間隔T對時間連續(xù)的模擬信號X(t)取值，得到X*(t)或X(nt)的過程模擬量輸入通道一般由信號處理、模擬開關、放大器、采樣-保持器和A/D轉換器組成。什么是量化用有限字長的一組數碼和二進制數碼去整量化或逼近時間離散幅值連續(xù)的采樣信號。量化過程即A/D轉換的過程。量化誤差

量化引起的誤差雙積分式A/D轉換原理雙積分式A/D轉換方法的抗干擾能力比逐次逼近式強。這個方法的基礎是測量兩個時間：一個是模擬輸入電壓向電容充電的固定時間；另一個是在已知參考電壓下放電所需的時間。模擬輸入電壓與參考電壓的比值就等于上述兩個時間值之比ADC0809原理及引腳功能IN0~IN7：8路輸入通道的模擬量輸入端口。D0~D7：8位數字量輸出端口。START為啟動控制輸入端口，ALE為地址鎖存控制信號端口。EOC為轉換結束信號脈沖輸出端口，OE為輸出允許控制端口。VREF（+）、VREF（－）、VCC、GND：VREF（+）和VREF（－）為參考電壓輸入端CLOCK：時鐘輸入端。ADDA、ADDB、ADDC：8路模擬開關的3位地址選通輸入端硬件設計①數字輸出的方式②片選、啟動及讀寫信號的設置③時鐘CLK的產生④參考電平程序設計程序查詢方式2．定時采樣方式3．中斷方式掌握一種數字量輸出接口電路掌握一種數字量輸入接口電路ALEC.B.ASTARTEOCOED7~D0DATAOUT圖4-22ADC0808/0809的轉換時序DAC0832引腳功能：片選信號（低電平有效）。ILE：輸入鎖存允許信號（高電平有效）。：寫1（低電平有效）。：寫2（低電平有效）。傳送控制信號（低電平有效）。D7~D0：數字輸入量。IOUT1：DAC電流輸出1。IOUT2：DAC電流輸出2。Rfb：反饋電阻VREF：參考電壓輸入VCC：數字電路供電電壓AGND：模擬地。DGND：數字地。DAC0832的工作方式直通方式單緩沖方式雙緩沖方式局域網的拓撲結構有哪幾種？（1）星形結構（2）環(huán)形結構（3）總線型結構（4）樹型PID參數整定數字PID算式參數整定主要是確定KpKiKd和采樣周期T掌握一種PID參數的整定方法擴充臨界比例度法計算機控制系統(tǒng)的性能指標穩(wěn)定性能控性和能觀性.動態(tài)指標超調量，調節(jié)時間，峰值時間，衰減比，振蕩次數.穩(wěn)態(tài)指標：穩(wěn)態(tài)誤差綜合指標模擬量輸出通道的兩種基本結構形式1.一個通道設置一片D/A轉換器2．多個通道共用一片D/A轉換器現場總線的特點和優(yōu)點特點1．現場總線的結構特點現場總線打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結構形式?，F場總線控制系統(tǒng)由于采用了智能現場設備，能夠把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現場設備中，加上現場設備具有通信能力，現場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行機構直接傳送信號，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制。2．現場總線的技術特點（1）系統(tǒng)的開放性（2）互可操作性與互用性（3）現場設備的智能化與功能自治性（4）系統(tǒng)結構的高度分散性（5）對現場環(huán)境的適應性

優(yōu)點（1）節(jié)省硬件數量與投資（2）節(jié)省安裝費用（3）節(jié)約維護開銷（4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權（5）提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性數字控制有哪幾種方式，各方式的特點是什么？1．點位控制在一個點位控制系統(tǒng)中，只要求控制刀具行程終點的坐標值，即工件加工點準確定位，至于刀具從一個加工點移到下一個加工點走什么路徑、移動的速度、沿哪個方向都無需規(guī)定，并在移動過程中不做任何加工，只是在準確到達指定位置后才開始加工。2．直線切削控制這種控制也主要是控制行程的終點坐標值，不過還要求刀具相對于工件平行某一直角坐標軸作直線運動，且在運動過程中進行切削加工。3．輪廓的切削控制這類控制的特點是能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不斷地運動，并在運動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式是借助于插補器進行的，插補器根據加工的工件輪廓向每一坐標軸分配速度指令，以獲得圖紙坐標點之間的中間點。逐點比較插補工作過程原理所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進給方向。1）偏差判別2）進給3）偏差運算4）終點判別步進電機的工作方式三相步進電機則有單相三拍方式、雙相三拍（簡稱雙三拍）方式、三相六拍工作方式什么是現場總線？有哪？它們各自的特點是什么？解決現場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備與高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。幾種典型的現場總線

有五種，FF、LONWORKS、PROFIBUS、CAN、HART。采樣周期除要滿足采樣定理外，還要考慮哪些因素？（1）采樣周期應比對象的時間常數小得多，否則采樣信息無法反映瞬變過程（2）采樣周期的選擇應注意系統(tǒng)主要干擾的頻譜，特別是工業(yè)電網的干擾。（3）當系統(tǒng)純滯后占主導地位時，采樣周期應按純滯后大小選取，并盡可能使純滯后時間接近或等于采樣周期的整倍數。振鈴現象的消除第一種方法是先找出D(z)中引起振鈴現象的因子附近的極點），然后令其中的，根據終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)態(tài)值。第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時間常數，使得數字控制器的輸出避免產生強烈的振鈴現象所謂數字濾波，是通過一定的計算程序對采樣信號進行平滑加工，提高其有用信號，消除和減少各種干擾和噪音，以保證計算機系統(tǒng)的可靠性數字濾波與模擬RC濾波器相比其優(yōu)點是：不需增加任何硬件設備，只要在程序進入數據處理和控制算法之前，附加一段數字濾波程序即可。由于數字濾波器不需要增加硬件設備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問題。模擬濾波器通常是每個通道都有，而數字濾波器則可多個通道共用，從而降低了成本?？梢詫︻l率很低的信號進行濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。使用靈活、方便，可根據需要選擇不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數。常用數字濾波方式有哪幾種？限幅濾波限速濾波步進電機的工作原理該步進電機是一個三相感應式步進電機，其定子的每相都有一對磁極，每個磁極都只有一個齒，即磁極本身，故三相步進電機有三對磁極共6個齒；其轉子有4個齒，分別稱為0、1、2、3齒。直流電源V通過開關A、B、C分別對步進電機的A、B、C相繞組輪流通電。初始狀態(tài)時，開關A接通，則A相磁極和轉子的0、2號齒對齊，同時轉子的1、3號齒和B、C相磁極形成錯齒狀態(tài)。當開關A斷開，B接通，由于B相繞組和轉子的1、3號齒之間的磁力線作用，使得轉子的1、3號齒和B相磁極對齊，則轉子的0、2號齒就和A、C相繞組磁極形成錯齒狀態(tài)。此后，開關B斷開，C接通，由于C相繞組和轉子0、2號之間的磁力線的作用，使得轉子0、2號齒和C相磁極對齊，這時轉子的1、3號齒和A、B相繞組磁極產生錯齒。當開關C斷開，A接通后，由于A相繞組磁極和轉子1、3號齒之間的磁力線的作用，使轉子1、3號齒和A相繞組磁極對齊，這時轉子的0、2號齒和B、C相繞組磁極產生錯齒。很明顯，這時轉子移動了一個齒距角。6.4.3擴充臨界比例度法擴充臨界比例度法是整定模擬調節(jié)器參數的臨界比例度法的擴充，其步驟是：1）根據對象反應的快慢，結合表6-3選用足夠短的采樣周期T。2）用選定的T

，求出臨界比例系數Kk及臨界振蕩周期Tk。具體辦法是使計算機測控系統(tǒng)只采用純比例調節(jié)，逐漸增大比例系數，直至出現臨界振蕩，這時的Kp和振蕩周期就是Kk和Tk

。3）選定控制度?？刂贫仁且阅M調節(jié)器為基準，將計算機控制效果和模擬調節(jié)器的控制效果相比較。控制效果的評價函數Q采用誤差平方面積表示，即（6-60）

4）根據選用的控制度按表6-4求取T、Kp、Ti

、Td

的值。表6-4為按擴充臨界比例度法整定的值。表6-4

擴充臨界比例度法整定的參數值表

Q控制算式T/TkKp/KkTi/TkTd/Tk1.05PI0.030.550.88-PID0.0140.630.490.141.20PI0.050.490.91-PID0.0430.470.470.161.50PI0.140.420.99-PID0.090.340.430.202.0PI0.220.361.05-PID0.160.270.400.22模擬調節(jié)器PI0.570.85-PID0.700.500.13簡化的擴充臨界PI0.450.83-比例度法（Z-R）

PID0.10.60.50.1255）按計算參數進行在線運行，觀察結果。如果性能欠佳，可適當加大Q值，重新求取各個參數，繼續(xù)觀察控制效果，直至滿意為止。Roberts，P.D.在1974年提出簡化擴充臨界比例度整定法。設PID的增量算式為式中T為采樣周期；Ti為積分時間常數；Td為微分時間常數。（6-61）

對式（6-61）作Z變換，可得數字PID調節(jié)器的Z傳遞函數為式中U(z)和E(z)分別為數字調節(jié)器輸出量輸入量的Z變換。前面介紹的數字PID調節(jié)器參數的整定，就是要確定T、Kp、Ti和Td四個參數，為了減少在線整定參數的數目，根據大量實際經驗的總結，人為假設約束的條件，以減少獨立變量的個數。例如?。?-62）

（6-63）

式中TK是純比例控制時的臨界振蕩周期。將式（6-64）代入式（6-62）、式（6-63）可得到數字調節(jié)器的z傳遞函數相應的差分方程為由式（6-66）可看出，對四個參數的整定簡化成了對一個參數的整定，使問題明顯地簡化了。應用約束條件減少整定參數數目的歸一參數整定法是有發(fā)（6-64）

（6-65）

（6-66）

步數誤差判別坐標進給誤差計算終點判別初始化F=0∑=5+4=91F=0+xF=F-yp=-4∑=∑-1=82F<0-yF=F+xp=1∑=∑-1=73F>0+xF=F-yp=-3∑=∑-1=64F<0-yF=F+xp=2∑=∑-1=55F>0+xF=F-yp=-2∑=∑-1=46F<0-yF=F+xp=3∑=∑-1=37F>0+xF=F-yp=-1∑=∑-1=28F<0-yF=F+xp=4∑=∑-1=19F>0+xF=F-yp=0∑=∑-1=0End六、采用逐點比較法插補直線OP，起點坐標O(0，0)，終點坐標P(5，-4)，要求以表格形式給出插補計算過程，并畫出插補運動軌跡。（10分）解：插補運算過程如下（圖略）【例6-5】如圖6-39所示的計算機控制系統(tǒng)中，設被控對象的傳遞函數，已知：，試針對等速輸入函數設計快速有紋波系統(tǒng)，畫出數字控制器和系統(tǒng)的輸出波形。R(z)G(z)e(kT)u(kT)Φ(z)r(t)－+D(z)GC(s)

y(t)y(z)

+圖6-39快速有紋波系統(tǒng)框圖解

將G(s)展開得代入可以看出，G(z)的零點為-0.718（單位圓內）、極點為1（單位圓上）、0.368（單位圓內），故零點數u=0,極點數v=1,m=1。

根據穩(wěn)定性要求，G(z)中z=1的極點應包含在的零點中，由于系統(tǒng)針對等速輸入進行設計，q=2。為滿足準確性條件，另有，顯然準確性條件中已滿足了穩(wěn)定性要求，于是有解得閉環(huán)脈沖傳遞函數這就是計算機要實現的數字控制器的脈沖傳遞函數。由圖6-39可知，，另外，求得系統(tǒng)的輸出序列數字控制器的輸出序列數字控制器和系統(tǒng)的輸出波形如圖6-40a和b所示。0.50.40.30.20.10-0.1-0.2-0.3a)數字控制器輸出波形54321b)系統(tǒng)的輸出波形y圖6-40輸出序列波形圖1T2T3T4T5T6