第一章1、計算機控制系統(tǒng)是由哪幾部分組成？畫出方框圖并說明各部分作用。答:計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機、過程輸入輸出設備和生產(chǎn)過程三部分組成;框圖P3。1）工業(yè)控制機關鍵用于工業(yè)過程測量、控制、數(shù)據(jù)采集、DCS操作員站等方面。2）PIO設備是計算機與生產(chǎn)過程之間信息傳輸通道,在二者之間起到紐帶和橋梁作用。3）生產(chǎn)過程就是整個系統(tǒng)工作多種對象和各個步驟之間工作連接。2、計算機控制系統(tǒng)中實時性、在線方法與離線方法含義是什么？為何在計算機控制系統(tǒng)中要考慮實時性？（1）實時性是指工業(yè)控制計算機系統(tǒng)應該含有能夠在限定時間內(nèi)對外來事件做出反應特征;在線方法是生產(chǎn)過程和計算機直接相連,并受計算機控制方法;離線方法是生產(chǎn)過程不和計算機相連,并不受計算機控制,而是靠人進行聯(lián)絡并作對應操作方法。（2）實時性通常要求計算機含有多任務處理能力,方便將測控任務分解成若干并行實施多個任務,加緊程序實施速度;在一定周期時間對全部事件進行巡查掃描同時,能夠隨時響應事件中止請求。3.計算機控制系統(tǒng)有哪多個經(jīng)典形式？各有什么關鍵特點？（1）操作指導控制系統(tǒng)（OIS）優(yōu)點:結構簡單、控制靈活和安全。缺點:由人工控制,速度受到限制,不能控制對象。（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)（屬于計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)）優(yōu)點:實時性好、可靠性高和適應性強。（3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）優(yōu)點:生產(chǎn)過程一直處于最有工況。（4）集散控制系統(tǒng)優(yōu)點:分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)優(yōu)點:與DOS相比降低了成本,提升了可靠性。（6）PLC+上位系統(tǒng)優(yōu)點:經(jīng)過預先編制控制程序實現(xiàn)次序控制,用PLC替換電器邏輯,提升了控制是現(xiàn)代靈活性、功效及可靠性。第二章1、什么是工業(yè)控制計算機？它們有哪些特點？答:工業(yè)控制計算機是將PC機CPU高速處理性能和良好開放式總線結構體系引入到控制領域,是工業(yè)自動化設備和信息產(chǎn)業(yè)基礎設備關鍵。特點以下:可靠性高;實時性好;環(huán)境適應性強;模塊化設計,完善I/O通道;系統(tǒng)擴充性好;系統(tǒng)開放性好;控制軟件包功效強。2、為何要制訂計算機總線標準？采取總線結構有哪些優(yōu)點？答:從用戶角度提出要求,為了實現(xiàn)兼容目,就要求各插件幾何尺寸相同,插頭插針數(shù)相同,插頭上個插針定義相同,以及控制插件工作時序相同。從工業(yè)控制機制造廠角度出發(fā):按總線標準生產(chǎn)插件,將使其產(chǎn)品應用面更廣,從而一個廠家無須生產(chǎn)工業(yè)控制機全部插件,它只需生產(chǎn)本廠有專長插件和OEM產(chǎn)品即可。綜上提出了對總線標準要求。優(yōu)點:工業(yè)控制機采取了總線以后,不僅能夠提升系統(tǒng)效率和處理速度,簡化工業(yè)控制機系統(tǒng)結構,使系統(tǒng)易于擴充,而且大大簡化系統(tǒng)硬件設計過程,減輕了軟件設計和調(diào)試工作,縮短了軟件研制周期,從而降低了系統(tǒng)成本。其次總線模板化結構設計也為系統(tǒng)維修提供了方便。第三章2、計算機與模擬量輸入接口交換信息有哪些種控制方法？它們各有什么優(yōu)缺點？①程序查詢方法:這種方法程序設計比較簡單,可靠性高,但實時性差。因CPU大量時間都花在“查詢”上,所以只能用在實時性要求不高或控制回路較少系統(tǒng)中。②延時采樣方法:這種方法硬件設計簡單,但信息傳輸比程序查詢方法慢。③中止方法:CPU與A/D是并行工作,從而提升了系統(tǒng)工作效率。④DMA方法:不經(jīng)過CPU累加器中轉,大大降低了數(shù)據(jù)傳送時間,使傳輸速率大大提升。3、模擬量輸入接口設計關鍵處理哪多個方面問題？答:關鍵處理以下問題:數(shù)據(jù)輸出線連接方法;選通信號、開啟轉換及讀出控制信號連接方法;電源和地線處理;與計算機信息傳輸方法。4、模擬量輸入通道有哪幾部分組成？答:模擬量輸入通道通常由I/U變換,多路轉換器、程控放大器、采樣、保持器、A/D轉換器、接口及控制邏輯等組成。5、采樣/保持器作用是什么？是否全部模擬量輸入通道中都需要采樣/保持器？為何？答:計算機只能接收和處理時間離散數(shù)碼。它能夠代表某一物理量數(shù)值大小,也能夠代表字符約定代碼,這些都稱為數(shù)字信號。過程控制中大量信號是模擬信號,所以,計算機要取得原始信息,則應對模擬信號進行采樣與量化,立即其轉化成數(shù)字信號。7、隔離放大器分多個形式？各有什么特點？答:（1）變壓器耦合隔離放大器:線性和穩(wěn)定性好,隔離電壓和共模抑制比高,應用電路簡單,頻帶較寬;（2）光耦合隔離放大器:關鍵起到抗共模干擾和良好安全保障作用。8、一個8位A/D轉換器,孔徑時間為100μs,假如要求轉換誤差在A/D轉換器轉換精度（0.4%）內(nèi),求許可轉換正弦波模擬信號最大頻率是多少？答:tA/D=100us,σ=0.4%,有公式σ=2πftA/D得:f=σ/(2πtA/D)=6.4Hz第四章1、濾波作用是什么？數(shù)字濾波與硬件濾波相比有何特點？答:經(jīng)過模擬量輸入通道采集到生產(chǎn)過程多種物理參數(shù)（如溫度、壓力、流量、料位和成份等）。這原始數(shù)據(jù)中可能混雜了干擾噪聲,需要進行數(shù)字濾波;也可能與實際物理量成非線性關系需要進行線性化處理。為了能到真實有效數(shù)據(jù),有必需對采集原始數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理。所謂數(shù)字濾波,就是在計算機中用某種計算方法對輸入信號進行數(shù)學處理,方便降低干擾在有用信號中比重,提升信號真實性。這種濾波方法不需要增加硬設備,只需要依據(jù)預定濾波算法編制對應程序即可可達成信號濾波目。2、常見數(shù)字濾波方法有哪多個？分別使用于什么場所？怎樣綜合利用這多個濾波方法？答:常見數(shù)字濾波方法有:限幅濾波法（即程序判定法）,中位值濾波法,平均值濾波法和慣性濾波法。平均值濾波法使用于周期性干擾,中位值濾波法和限幅濾波法適適用于偶然脈沖干擾,慣性濾波法適適用于高頻及低頻干擾信號,加權平均值濾波法適適用于純拖延較大被控制對象。假如同時采取多個濾波方法,通常先用中位值濾波法或限幅濾波法,然后再用平均值濾波法。4、數(shù)字PID控制算法位置式算式和增量式算式本質(zhì)是否一樣,試分析二者區(qū)分。位置式PID數(shù)字控制器輸出是全量輸出,是實施機構所應達成位置,數(shù)字控制器輸出跟過去狀態(tài)相關,計算機運算工作量大,需要對e(k)作累加,而且,計算機故障有肯能使輸出作大幅度改變,這種情況在往往在生產(chǎn)實踐中不許可,而且有些場所可能造成嚴重事故。增量式PID數(shù)字控制器是位置式一個改善。該方法較為安全,在計算時不需要進行累加,僅需要最近幾次誤差采樣值。5、數(shù)字PID控制為何采取積分分離,采取積分分離有時又會出現(xiàn)殘差是何原因,怎樣避免？答:系統(tǒng)中加積分校正以后,會產(chǎn)生積分飽和和過大超調(diào)量,這對一些生產(chǎn)過程是絕對不許可,引進積分分離算法,既保持了積分作用,又減小了超調(diào)量,使得控制性能有了較大改善。積分分離算法要設置積分分離閥Eo,當│e(k)│≤│Eo│時,也即偏差值│e(k)│比較小時,采取PID控制,可確保系統(tǒng)控制精度。當│e(k)│>│Eo│,即偏差較大時采取PD控制,可使超調(diào)量大幅度降低。6、數(shù)字PID控制為何采取抗積分飽和？怎樣預防積分飽和？答:當控制量達成飽和后,閉環(huán)系統(tǒng)相當于被斷開,積分器輸出可能達成非常大數(shù)值。當控制量進入飽和區(qū)后,只實施消弱積分項累加,而不進行增大積分項累加。抗積分飽和算法抗積分飽和依據(jù)是抗積分飽和算法系統(tǒng)最終控制輸出u(k)。7、實際微分PID控制算法與理想微分PID控制算法相比有何優(yōu)點？為何？答:理想微分PID算法微分作用僅局限于一個采樣周期有一個大幅度輸出,在實際使用時會產(chǎn)出兩方面問題:一是控制輸出可能超出實施機構或D/A轉換上下限;二是實施機構響應速度可能跟不上,無法在短時間內(nèi)跟蹤這種較大微分輸出。這么在大干擾作用情況下,首先會是算法中微分不能充足發(fā)揮作用,其次也會對實施機構產(chǎn)生一個大沖擊作用。相反,不完全微分PID算法因為慣性濾波存在,是微分作用可連續(xù)多個采樣周期,有效避免了上述問題上述問題產(chǎn)生,所以含有愈加好控制性能。8、數(shù)字PID控制算法偏差微分和測量值微分區(qū)分在何處？答:當軟開關DV/PV切向DV位置時,則選擇偏差微分方法;當軟開關DV/PV切向PV位置式則選擇測量微分方法。9、數(shù)字PID控制器中輸出保持和輸出安全物理含義分別是什么？二者區(qū)分何在？輸出保持:當軟開關FH/NH切向NH位置時,現(xiàn)時刻控制量u(k)等于前一時刻控制量u(k-1),也就是說,輸出控制量保持不變。當軟開關FH/NH切向FH位置時,又恢復正常輸出方法。軟開關FH/NH狀態(tài)通常來自系統(tǒng)安全報警開關。安全輸出:當軟開關FS/NS切向NS位置時,現(xiàn)時刻控制量等于預置安全輸出量MS。當軟開關FS/NS切向FS位置時,又恢復正常輸出方法。軟開關FS/NS狀態(tài)通常來自系統(tǒng)安全報警開關。13、多變量控制系統(tǒng)解耦條件是什么？答:系統(tǒng)閉環(huán)傳輸矩陣Wb(s)為對角線矩陣。14、模糊控制器由哪幾部分組成？各有何作用？P128答:模糊控制系統(tǒng)控制器是模糊控制器.輸入量模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機和輸出解模糊接口5個部分第五章1、干擾信號起源可分為哪多個？工業(yè)控制計算機系統(tǒng)外部干擾能夠分為三類,即電源干擾、空間干擾、設備干擾。內(nèi)部干擾關鍵是分布電容、分布電感引發(fā)耦合感應、電磁場輻射感應、長線傳輸波反射、多點接地造成電位差引發(fā)干擾,寄生振蕩引發(fā)干擾,甚至元器件產(chǎn)生噪聲干擾。2、干擾信號進入到計算機控制系統(tǒng)中關鍵耦合方法有哪多個？各有何特點？答:可分為四類:靜電耦合方法、電磁耦合方法、共阻抗耦合方法、電磁場輻射耦合方法。⑴靜電耦合方法:當兩根導線平行放置一定距離時,該兩根導線之間電容就組成了它們相互間電容性耦合。其作用機理是一根導線在另一根導線靜電場中時,肯定受到該電場影響。⑵電磁耦合方法:在設備內(nèi)部,線圈或變壓器漏磁就是一個很大干擾源;在設備外部,當兩根導線在較長距離內(nèi)敷設或架設時,將會產(chǎn)生電磁干擾。⑶共阻抗耦合方法:當兩個電路電流經(jīng)一個公阻抗時,一個電路在該阻抗上所產(chǎn)生電壓降會影響到另一個電路,該種耦合方法稱為公共阻抗耦合方法。⑷電磁場輻射耦合方法:電磁場輻射干擾是一個無規(guī)則干擾,它極易經(jīng)過電源而耦合到系統(tǒng)中。另外,過長信號輸入線和輸出線以及控制線含有天線效應,它們既能接收干擾波,又能輻射干擾波。3、簡述空間干擾方法？答:關鍵采取方法有:①空間隔離:使敏感設備或信號線遠離干擾源（如大型動力設備及大變壓器等）②屏蔽:對敏感電路加屏蔽盒或對信號加屏蔽層。③電氣布線:合理地選擇信號線,并在實際施工中正確地敷設信號線來抑制干擾。6、什么是系統(tǒng)可靠性,提升計算機控制系統(tǒng)可靠性有哪些關鍵路徑？答:可靠性指機器、零件或系統(tǒng),在要求工作條件下,在要求時間內(nèi)含有正常工作性能能力。提升計算機系統(tǒng)硬件可靠性方法有:冗余結構設計,不易發(fā)生故障硬件設計。提升計算機控制系軟件可靠性方法有:分散結構設計,容錯技術,指令冗余,信息冗余,標準化。第六章1.工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡控制結構是怎樣劃分？按網(wǎng)絡層次結構,將企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)劃分為三層:底層控制網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng);按網(wǎng)絡功效結構,將工業(yè)網(wǎng)絡劃分為3層:企業(yè)資源計劃層、制造實施系統(tǒng)層、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)層。什么是工業(yè)網(wǎng)絡？工業(yè)網(wǎng)絡有哪幾部分組成？工業(yè)網(wǎng)絡是在一個企業(yè)范圍內(nèi)將信號檢測數(shù)據(jù)傳輸、處理存放、計算、控制等設備或系統(tǒng)連接在一起,以實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部資源共享,信息管理、過程控制、經(jīng)營決議并能夠訪問企業(yè)外部資源和提供限制性外部訪問,是企業(yè)生產(chǎn)管理和經(jīng)營能夠高效率協(xié)調(diào)運作,從而實現(xiàn)企業(yè)集成管理和控制一個網(wǎng)絡環(huán)境。按網(wǎng)絡層次結構,將企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)劃分為三層:底層控制網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng);按網(wǎng)絡功效結構,將工業(yè)網(wǎng)絡劃分為3層:企業(yè)資源計劃層、制造實施系統(tǒng)層、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)層。工業(yè)控制網(wǎng)絡和IT計算機網(wǎng)絡關鍵區(qū)分是什么？工業(yè)控制網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)通信以引發(fā)物質(zhì)或能量運動為最終目。1）控制網(wǎng)絡實時性2）網(wǎng)絡結構線狀化3）工業(yè)環(huán)境使用場所其她特點P169現(xiàn)場總線定義是什么？現(xiàn)場總線是一個用于底層工業(yè)控制和測量設備之間連接數(shù)字式、串行、多點通信數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場總線在工業(yè)網(wǎng)絡中處于什么位置？它關鍵作用？現(xiàn)場總線屬于工業(yè)網(wǎng)絡中控制網(wǎng)絡范圍,在工業(yè)網(wǎng)絡功效層次結構中處于底層位置,所以它是組成整個工業(yè)網(wǎng)絡基礎。

關鍵作用:進行過程數(shù)據(jù)采集,進行直接數(shù)據(jù)控制,進行設備和系統(tǒng)監(jiān)測和診療,實施安全性和冗余方面方法。簡述現(xiàn)場總線結構特點和技術特點P194結構特點:采取簡化OSI參考模型,第一層物理層提供機械、電氣功效和規(guī)程特征。第二層數(shù)據(jù)鏈路層,是現(xiàn)場總線關鍵,定義了一系列服務于應用層功效和向下與物理層接口,提供了介質(zhì)存取控制和信息傳輸差錯檢測功效。第三層應用層,第四層用戶層。技