《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)》知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)五種典型形式

1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)

2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)

3）監(jiān)督控制系統(tǒng)

4）集散控制系統(tǒng)

5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

2、軟硬件組成部分

工業(yè)控制機(jī)是應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域，具有惡劣環(huán)境適應(yīng)能力，能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作

的加固型計(jì)算機(jī)。

硬件組成：

1)主機(jī)板

2)內(nèi)部總線和外部總線

3)人機(jī)接口

4)系統(tǒng)支持功能

5)磁盤系統(tǒng)

6)通信接口

7)輸入輸出通道

軟件組成：

1）系統(tǒng)軟件

2）支持軟件

3)應(yīng)用軟件

3、數(shù)字量/模擬量通道結(jié)構(gòu)

2.2.1數(shù)字量輸入通道與過程通道

2.2.2數(shù)字量輸出通道與過程通道

1.數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)

1.數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)

生

產(chǎn)

生

產(chǎn)

過

過

程

我

地址譯碼處

模擬量輸入通道的任務(wù)，1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)型式

把傳感器檢測(cè)并經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制D.一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式

數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過接口送至計(jì)算機(jī)。

1模擬量輸入通道的組成：器黑

特點(diǎn)：1.一路輸出通道使用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器

2.D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器

3.D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)、信號(hào)保痔作用

4.結(jié)構(gòu)向常，轉(zhuǎn)換速度快，工作可京，精度較高、通道獨(dú)立

5.缺點(diǎn)是所需D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多

2).多個(gè)通道共用一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式

特點(diǎn)：1.多路輸出通道共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器

2.每一路通道都配有一個(gè)采樣保持放大器

3.D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用

4.采樣保持器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)保持功能

5.節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但電路復(fù)雜，精度差，可靠低、占用主機(jī)時(shí)間

4、大/小功率驅(qū)動(dòng)電路的原理、作用(電路原理，作用20分)

(1)小功率輸入調(diào)理電路(2)大功率輸入調(diào)理電路

R-S觸發(fā)器消除開關(guān)兩次反跳電路在大功率系統(tǒng)中，需要大功率器件的接點(diǎn)輸入信號(hào),由于所帶電

壓高，所以宜壓與低壓之間，用光電耦合器進(jìn)行隔離。

1一

9+5V

感

?48VK,R2口——

一"0!0：…。

-(VC：

、.......y

I---------------------1

當(dāng)§按下時(shí)，因?yàn)殒I的機(jī)械特性，便按建因抖動(dòng)而產(chǎn)生瞬間不閉

合，造成R-S觸發(fā)器輸入為雙1,狀態(tài)不改變.

----------------------------------------------------電

(2)大功率交流驅(qū)動(dòng)電路

①固態(tài)繼電器(solidstaterelay)既有放大作用，又有隔離作

2.輸出驅(qū)動(dòng)電路用，很適合于額大功率開關(guān)式執(zhí)行器件。

(1)小功率直流驅(qū)動(dòng)電路

■G是一種四端有源器件,其中的兩端為輸入需另

①功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路病矗鼬期內(nèi)部設(shè)有鼬保護(hù)電版

功率晶體管：能承受大電流高電壓的半導(dǎo)體三極管.

二極管：防止反向擊穿電圄&

+2,憔

0——1Q率曲怖OpJ/十

寸嚓繳鰭網(wǎng)K已糯幅

J_1iift?，妗80A)(10720A)

特大3考崗態(tài)維電容我件

電相長(zhǎng)條囪態(tài)維由JR

B500(250?650A)

(10-120A)

它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖動(dòng)和回

趺、壽命長(zhǎng)等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制系

統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，大有取代電磁繼電器之勢(shì).

SSR作交流開關(guān)，相當(dāng)于有一個(gè)觸點(diǎn)，左邊是TTL電平，

在0~5V之間：當(dāng)TTL電平為高時(shí)，觸點(diǎn)用合；當(dāng)TTL電平為

低時(shí)，觸點(diǎn)斷開.固態(tài)縫電器的結(jié)構(gòu)原理

5、無源I/V變換

口

變換電珞中各部分的作用

R1：限流電阻

VD:將電壓鉗制在5VM.3V

以內(nèi)

R2：電壓采樣電阻,其壓

擇即為輸出電壓，精密

—

電阻，精度為0.1%.

4=500。C和R1：組成阻容低通濾波

4~20mA4=10001*5V電路

凡=250。

6、采樣保持原理

答：

采樣保持器

孔徑時(shí)間：在模擬量輸入通道A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為孔徑時(shí)間。

孔徑誤差：由于孔徑時(shí)間的存在，在孔徑時(shí)間期間輸入的變化決定了每一采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差稱

為孔徑誤差。

采樣保持原理

采樣保持電路的工作方式：采樣和保持。

同步系統(tǒng)中，幾個(gè)并聯(lián)的參量需取自同一瞬時(shí).，而各參數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換又共享一個(gè)芯片，所得到的幾

個(gè)量就不是同一時(shí)刻的值，無法進(jìn)行計(jì)算和比較。

所以要求輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中保持不變，但轉(zhuǎn)換之后，乂要求A/D轉(zhuǎn)換器

的渝入信號(hào)能夠跟隨模擬量變化,能夠完成上述任務(wù)的器件叫做采樣一一保持器(Sample/Hold)藺寫為S/H。

7、串/共模干擾與抑制方法

答：

串模干擾及其抑制方法

1）串模干擾

所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，也稱常態(tài)干擾

2）串模干擾的抑制方法

①采用低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器。

一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二級(jí)阻容低

通濾波網(wǎng)絡(luò)作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。

當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化較快時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。

②當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)

換器可以削弱串模干擾的影響.

③對(duì)于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，從而達(dá)到提高

回路中的信號(hào)噪聲比的目的；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。

④從選擇器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。

采用高抗擾度邏輯器件-----尊叁戶整艱電士-----------^來抑制低噪聲干擾

采用低速邏輯器件一使得邏輯電路的工作速度較慢一>來抑制高頻干擾

采用附加電容器_降低某個(gè)部揖電路的工作速度洙抑制高頻干擾

⑤采用雙絞線減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。

雙絞線對(duì)外部干擾的抑制

Us為干擾信號(hào)源，干擾電流Is在雙線的兩條導(dǎo)線LI、L2上產(chǎn)生的干擾電流分別是II和12。由于LI

距離干擾源較近，因此，11>12,1=11-12^0,有干擾電流存在，

雙線回路在中點(diǎn)位置進(jìn)行了一次扭絞。在LI上存在干擾電流III和112,在L2上存在干擾電流121

和122,干擾電流1=121+122-111-112,由于兩段線路的條件相同，所以，總干擾電流1=0。所以只要設(shè)置合

理的絞距，就能達(dá)到消除干擾的目的。

r

0

S1

.

共模干擾及其抑制方法

I）共模干擾

共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓,共模干擾也稱為共態(tài)干擾。

被測(cè)信號(hào)U,的拳考扶地加

轉(zhuǎn)

點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的多考

換

接電點(diǎn)之間往往存在者一定器

的電住差必.

為了衡量一個(gè)輸入電路抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR（CommonModeRejectionRat⑹來表

（=2<>——

示，即“，，Ucm是共模干擾電壓，Un是Ucm轉(zhuǎn)化成的串

模干擾電壓。顯然，對(duì)于單端對(duì)地輸入方式，由于Un=Ucm,所以CMRR=O,說明無共模抑制能力。對(duì)于

雙端不對(duì)地輸入方式來說，由Ucm引入的串模干擾Un越小，CMRR就越大，所以抗共模干擾能力越強(qiáng).

2）共模干擾的抑制方法

①變壓器隔離②光電隔離③浮地屏蔽④采用儀表放大器提高共模抑制比

8、插補(bǔ)計(jì)算、畫圖（20分）

書上95-104頁

9,電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)、齒距角的計(jì)算

書上114-115頁I--------

10、步進(jìn)電機(jī)的工作方式以及波形圖A」——

I）單三拍工作方式：?jiǎn)稳木褪敲看沃唤o一個(gè)線組通電，其余的繞組

斷開。B-----L=~~；

①澆組的通電順序：A-*B-*C-*A-*...0

②電壓波形

在這里，步進(jìn)電機(jī)是由脈沖控制的。而脈沖的輸出受計(jì)算機(jī)的控制。_

AJLJI_

2）步進(jìn)電機(jī)的雙二拍工作方式BJ-------II-------1-------

①繞組的通電順序：AB—*BC—*CAcIUU-

②電壓波形

3）步進(jìn)電機(jī)的三相六拍工作方式

①繞組的通電順序：A-AB-B-BC，C—CATA

②電壓波形

11、比例/積分/微分調(diào)節(jié)的作用/優(yōu)勢(shì)/劣勢(shì)

4.1控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

延遲時(shí)間td一階質(zhì)響應(yīng)第一次達(dá)到終值的50%所需的時(shí)間<1>

上升時(shí)間tr一階躍響應(yīng)從經(jīng)值的10%上升到終值的90%所需的時(shí)間

峰值時(shí)間Ip—階趺響

應(yīng)越過終值達(dá)到第一個(gè)峰

值所需的時(shí)間

超調(diào)量b%—峰值超

出終值的百分比

調(diào)節(jié)時(shí)間tS一階躍響

應(yīng)到達(dá)并保持在終值5%

誤差帶內(nèi)所需的最短時(shí)間

PID調(diào)節(jié)器優(yōu)點(diǎn):

①技術(shù)成熟，通用性強(qiáng)

②原理簡(jiǎn)單，易被人們熟悉和掌握

?不需要建立數(shù)學(xué)模型

④控制效果好

1.才英才以PID測(cè)節(jié)器

對(duì)應(yīng)妁*莫4以PID洞節(jié)器妁傳遞函數(shù)1為

Q(s)=U9

EO)

Kp為比例J增益，T［為積分時(shí)間，丁口?微分時(shí)間

1）比例調(diào)節(jié)器

控制規(guī)律："（'）=K?e（'）+z，o

其中，Kp為比例系數(shù)，U0是控制量的基準(zhǔn)，也就是e=0時(shí)的控制作用（比如閥門的起始開度、基準(zhǔn)的信

號(hào)等）。特點(diǎn)：有差調(diào)節(jié)，只要偏差出現(xiàn)，就能及時(shí)地產(chǎn)生與之成比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。

比例控制的作用

①對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的偏差信號(hào)e⑴進(jìn)行放大或衰減后作為控制信號(hào)輸出.

②比例系數(shù)Kp越大,控制作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性也越好，動(dòng)態(tài)性能主要表現(xiàn)為起動(dòng)快,對(duì)階躍設(shè)定跟隨得

快.

③Kp過大時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的超調(diào)湛至引起系統(tǒng)振蕩，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性

④比例控制雖然能減小偏差，卻不能消除靜態(tài)偏差.

aepResponse

所謂積分作用是指調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用

控制規(guī)律：u(t)=sj^(r)^

其中，so為積分速度。

特點(diǎn)：無差調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性變差

3)微分調(diào)節(jié)

=A工~dr

①微分控制的作用是由偏差信號(hào)。⑴的當(dāng)前變化率de/dt預(yù)

見隨后的偏差將是增大還是減小、增減的幅度如何.

②微分控制作用正比于偏差信號(hào)e⑴的當(dāng)前變化率,微分控制作用的特點(diǎn)是只能對(duì)偏差e⑴變化的速度起反

應(yīng)，對(duì)于一個(gè)固定不變的偏差c⑴不論其數(shù)值多大,根本不會(huì)有微分作用輸出.

所以微分控制規(guī)律不能單獨(dú)使用

③微分控制可以加快系統(tǒng)響應(yīng)速度,減少調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)快速性,并且有助于減小超調(diào)，克服振蕩，從

而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，但不能消除靜態(tài)偏差.

③比例+積分調(diào)節(jié)

綜合了P,I兩種訓(xùn)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，利用P調(diào)節(jié)快逑的孑氐消干擾的影

響，同時(shí)利用I調(diào)節(jié)消除殘差。

控制規(guī)律：u(t)=Ke(t)+SoCe(t)dt=K[e(t)+31e(t)dt]

Tj為積分時(shí)間。*

可以利用積分時(shí)間來衡量積分作用所占的比重，積分時(shí)間越

大，積分作用所&的比重越小；積分時(shí)間越小，積分作用所占

的比重越大。

?上匕倒并只分秘分酒節(jié)

de(，)

e(r)+!C<?(7)〃/+TD

*I'

微分控制：成小超

司司里7，丸月艮振蕩，侵L

系統(tǒng)妁木恁定，性提高，

［司時(shí)力3快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

口向應(yīng)逑度，成，J、力周整

時(shí)間，從而改善系統(tǒng)

的動(dòng)態(tài)，性令日O

O

PID拄的］參型拄偉”?性宥自妁彩哈

參數(shù)利舞

執(zhí)^篇，乂f政J交、

Kp〈P)力II快i詞1T速，克、大廚振涔；、

認(rèn)莪＜1、貂僉以年

i秀發(fā)泰，充第1&q弱、公ELCit

TiVI)濘J1綠奉繽布總，缶以，二

被iiU和，

h\\快H|?-Jh'Z、沙花少i冏力起系統(tǒng)「KJ、域

Tei<D>

最D?受干擾

12、位置型、增量型算法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件

(1)數(shù)字PID位置型控制算法

差分方程形式

e(k)—式k—1)

提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置

⑵數(shù)字PID增量型控制算法

〃⑺=Kp

。。)出+TD

差分方程形式

〃(k)=Kpe(左)+干工式7)+心-----------

e(左一1)一e(左一2)

〃("1)=Kpe("l)+?、?7P

A”(左)=ii(k)-u(k-1)

=Kp[e(k)-e(k-1)]+K“(k)+KD\e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

比例增益積分系數(shù)微分系數(shù)

△〃(k)=%￡(左)+纖(左一1)十(4一2)

①如執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用調(diào)節(jié)閥，則控制量對(duì)應(yīng)閥門的開度，表征執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，此時(shí)控制器應(yīng)

采用數(shù)字PID位置式控制算法；

——工(/匯二PID位置算法-調(diào)節(jié)閥--被控對(duì)象一里

②如執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)，每個(gè)采樣周期，控制器輸出的控制量，是相對(duì)于上次控制量的

增加，此時(shí)控制器應(yīng)采用數(shù)字PID增量式控制算法；

二s—pm增量算法四步進(jìn)電機(jī)臼被控對(duì)象平

D/AI一麗機(jī)構(gòu)I——■

增量式控制算法的優(yōu)點(diǎn)：

1.計(jì)算只與最近的ek有關(guān)，不易