第一章
1．计算机控制系统是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工控机）来实现生产过程自动控制的系统，它由控制计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。
2.在计算机控制系统中，计算机处理的输入和输出信号都只能是数字信号。
3.计算机控制系统的典型形式：<1>操作指导控制系统<2>直接数字控制系统DDC<3>监督控制系统SCC<4>集散控制系统DCS<5>现场总线控制系统FCS
4.典型工业受控对象及其计算机控制系统有：计算机过程控制系统（温度、压力、流量、液位、速度等过程参数）和计算机运动控制系统（位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力的控制，以及这些被控机械量的综合控制）。
5.计算机控制系统的发展趋势：（1）网络化（2）集成化（3）智能化（4）标准化
第一章课后习题
2．计算机在微机控制系统中的主要作用是什么？它的输入信息从何处来？其输出信息有用于何处？
计算机在微机控制系统中的主要作用是信息处理、分析和计算并作出相应的控制决策或调节，它的输入信息从传感器来，其输出信息用于执行机构。3.什么是微机控制的实时性？为什么要强调微机控制的实时性？怎样才能保证微机的实时控制作用？
在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出，系统必须是在线系统才能保证微机的实时控制作用。
4．微机控制系统的硬件一般有哪几个主要部分？各部分之间怎样相互联系？其中过程通道在系统中起什么作用？它有哪几种基本类型？
微机控制系统的硬件一般有计算机主机、I/O通道、传感器及变送器、执行机构、人机联系设备、网络通信接口和电源等。过程通道在系统起信息的传递和变换的连接通道作用。它有模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。
5.计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？
（1）操作指导控制系统优点：结构简单、控制灵活、安全缺点：要由人工操作、速度受到限制、不能控制多个对象
（2）DDC优点：直接承担控制任务缺点：要求实时性好、可靠性高和适应性强
（3）SCC 优点：提高了系统的可靠性
（4）DCS 优点：形成分级式控制
（5）FCS 优点：降低了成本、提高了可靠性6.DDC系统与SCC系统之有何区别与联系？
DDC系统属于计算机闭环控制系统，直接承担控制任务、要求实时性好、可靠性高和适应性强 SCC系统通过改变给定值，使生产过程始终处于最优工况
7.计算机控制系统的发展趋势：（1）网络化（2）集成化（3）智能化（4）标准化
第二章
1.工况机按所采用的总线标准可将工控机分为4类：（1）PC总线工控机（2）STD总线工控机（3）VME总线工控机（4）多总线工控机
2.工控机特点：可靠性、实时性好、环境适类型应性强、过程输入和输出配置较好、系统扩充性好、系统开放性，系统通信功能强、控制软件功能强、后备措施齐全、具有冗余性。
3.PC总线类型：XT总线、ISA总线、EISA总线、VESA 总线（VL-BUS）以及PCI总线
课后习题
2.对于恶劣的现场工作环境，工控机应具有对温度、湿度变化范围要求高；要由防尘、防腐蚀、防振动冲击的能力；要具有较好的电磁兼容性和高抗干扰能力以及高共模抑制的能力
第三章
3.2 I/O控制方式
（1）查询控制方式（CPU通过I/O指令询问指定外设的当前状态，若外设准备就绪则进行数据的输入输出，否则CPU循环查询）优点：系统简单，只需少量电路。缺点：CPU循环查询占用时间长，影响系统工作效率（2）中断控制方式（CPU不再主动循环，一旦外设准备就绪则主动向CPU提出中断服务请求，CPU如果响应请求，便暂停当前程序的执行，转去执行与该请求相应的服务程序，完毕后再继续执行原来被中断的程序）优点：省去了CPU查询外设状态和等待状态的时间，提高了CPU工作效率，而且满足了外设的实时性要求。缺点：每次数据传送都需要进行一次中断，中断服务程序中还需要保留和恢复现场以便能继续原程序的执行，若需大量数据交换系统效率低下。（3）DMA控制方式（直接存储器存取，采用一个专门的硬件电路DMA控制器）
3.3 I/O接口设计
(1).数字量I/O口接口设计
输入接口需要一个缓冲器，输出接口需要一个锁存器
1缓存器：三态门缓冲器74ls244，CS和IOR有效#include
#include
main ( )
{char result ;
int port =0x300;
result=inportb（port）；
return；
}
2锁存器：#include
#include
main ()
{char value=0x64；
int port =0x300;
outportb（port，value）；
return；}
3可编程并行I/O扩展接口（即可缓冲又可锁存8255A）
驱动程序：#include
#include
Main()
{
int i;
outportb(0x303,0x89);
outportb(0x300,0x55);
outportb(0x301,0xAA);
i=inportb(0x302);
return;}
4 数字量出入通道的信号调理（对输入信号的处理措施）
（1）小功率输入调理电路
a:积分电路b RS触发器
（2）大功率输入调理电路（为使触点可靠，两端加24v电压，高低压之间光耦合器隔离）直流电平的响应快，不易产生干扰，电路简单
5数字量输出通道的信号驱动
（1）小功率直流驱动电路
1 功率晶体管输出驱动继电器电路
2 达林顿阵列输出驱动继电器电路
7个达林顿复合管，每个复合管电流都在500ma以上，但是总的输出电流不超过2.5A，输出端截止承受100v 电压。
（2）大功率交流驱动电路（一般用固态继电器SSR）固态继电器分单向直流固态继电器（DCSSR，输出端与直流负载适配）和双向交流固态继电器（ACSSR，输出端与交流负载适配）ACSSR分为过零处罚型（Z 型）和随机开启型（调相型，P型）过零型：零电压开始，零电流关断，对电网污染小，但可能造成最大半个市电周期延迟（50hz市电为10ms），随机型：对电网造成污染，导致局部供电系统波形的畸变SSR作为大电流负载开关，因其无触点及机械部件，因此比电磁继电器速度快，可靠性高，寿命长，对外界干扰小
（3）模拟量输入接口设计
A/D转换器：逐次逼近式（转换时间短，抗干扰能力强）和双斜积分式（相反）
转换时间：完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。分辨率：数字量的位数n（字长）来表示。分辨率为n位表示它能对满量程输入的的增量做出反应。LBS为。
线性误差：在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。
量化：采用一组数码来逼近离散模拟信号的赋值，将其转化为数字信号。量化单位q:
采样保持器：
（1）信号的采样。
按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻0、T、2T、…、kT的一连串脉冲输出过程成为采样过程。
香农采样定理：如果模拟信号（包括噪声干扰在内）频谱的最高频率为fmax，只要按照采样频率f≥2fmax 进行采样，那么采样信号就能惟一的复现y（t）。实际应用中，常取f≥（5~10）fmax，甚至更高。（2）量化。
采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字信号的过程成为量化过程，执行量化动作的装置是A/D转换器。字长为n的A/D转换器把ymin~ymax 范围内变化的采样信号，变化为数字0~ 其最低有效位（LSB）所对应的模拟量q成为量化单位。
模拟量输入通道设计：
技术指标：8通道模拟量输入12位分辨率输入电压0-10v A/D转化时间为25us 应答方式为查询
模拟量输入接口驱动程序
#include
#include
main()
{int=i,y;
outportb(0x303,0x92)；
outportb(0x302,0x10)；
i=inportb（0x300）；
While （i>=0x80）
{i=inportb(0x80)}
outportb(0x302,0x50);
y=inportb(0x301);
i=inportb(0x300);
i=i&0x0f;
y=y+256*i;
return;}
模拟量输出接口驱动程序:
#include
#include
main()
{int i;
outportb(0x303.0x80); 初始化8255A，使8255A的A,B和C口都为输出口
i=0x50; i为D/A输出值
outportb(0x300,i); 为D/A准备数据outportb(0x301,0x19); 数据锁存到第一级锁存器outportb(0x301,0x07); 数据锁存到第二级锁存器outportb(0x301,0x1F);恢复锁存控制信号return;}
第四章
1.数字控制器在设计方法上分为：模拟化设计方法、离散化设计方法
2.香农采样定理：P61
3.选择采样周期应考虑的因素：（1）（香农采样定理的内容）（2）给定值的变化频率（3）被控对象的特性（4）执行机构的类型（5）控制算法的类型（6）控制的回路数
4.PID控制器特点（P、I、D的作用）：比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，另外，KP过大，会引起系统不稳定；积分控制的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累并输出控制量以消除误差，因而只要有足够的时间，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；微分控制可以减小超调，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
5.数字PID控制器（位置型、增量型）：P65、P66
6.增量型算法与位置型算法相比的优点有：（1）增量型算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，计算误差或计算精度问题，对控制量的计算影响较小。而位置型算法要用到过去的误差的累加值，容易产生大的累加误差（2）增量型算法得出的是控制量的增量，例如阀门控制中，只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。而位置型算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响大（3）采用增量型算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。
7.积分饱和定义：在数字PID控制系统中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，由于此时有较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，在积分项的作用下，往往会产生饱和效应，这种主要由积分项引起的饱和作用，称为积分饱和）
8.积分作用改进：（1）防止积分作用丢失：扩大计算机运算字长，提高运算精度；以八位机为例，计算机运算的最低有效位对应值为1/256，当积分项KIe(k)<1/256时，积分项单独累加，直到产生溢出。将溢出值作为积分项，并视偏差值正负，加到控制输出值u（k），或从控制输出值u（k）中减去，从而实现积分作用。余数保留下来，作为下一步累加的基数（2）防止积分饱和：遇限削弱积分法（即一旦控制变量进入饱和区，将只执行削弱积分项的运算和停止进行增大积分项的运算）、积分分离法（即开始时不进行积分，直到偏差达到一定阈值后才进行积分累积）
9.不完全微分PID控制：位置型、增量型控制算式P72
10.PID参数对系统的影响：增大比例系数KP，将加快系统响应，在有静差情况下有利于减小静差，但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间TI，有利于减小超调，减小振荡，使系统更稳定，但系统静差的消除会随之变慢。增大微分时间TD，将加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。
11.TI=无穷等价于I=0，即无积分作用，TD=0等价于D=0，即无微分作用
第五章
1.脉冲传递函数定义：P86
2.最小拍控制系统的局限性：（1）对不同输入类型的适应性差（2）对被控对象参数变化过于敏感（3）控制作用易超出限制范围
3.数字控制系统设计的模拟设计法和直接数字设计法的特点：模拟化设计是基于连续控制系统控制器的设计，然后在计算机上进行数字模拟来实现的，这种方法在被控对象的特性不太清楚的情况下，人们可以充分利用技术成熟的连续控制系统设计技术，并将之移植到计算机上予以实现，以达到满意的效果。但模拟化设计技术要求相当短的采样周期，因此只能实现较简单的控制算法。当所选择采样周期较大或对控制质量要求较高时，须从被控对象特性触发，直接根据计算机控制理论来设计数字控制器，这类方法为数字控制器的直接设计方法。直接设计方法比模拟化设计方法具有更一般的意义，它完全根据采样系统的特点
进行分析和综合，并导出相应的控制规律。
4.最小拍控制系统设计考虑因素：准确性要求、快速性要求、稳定性要求、在物理上可实现要求
5.振铃现象定义：达林把控制量以二分之一采样频率大幅度衰减振荡的现象称为振铃现象。
6.振铃现象产生原因：系统有接近负1的极点
7.振铃现象的危害：增加执行机构的磨损
第七章
计算机系统软件主要包括系统软件与应用软件。
数字滤波算法
1、程序判断法（限速滤波）
#include “math.h”
double LimitFilter(double *Y)
{double Delta Y,temp;
Delta Y=(fabs(*(Y+1)-*(Y))+fabs(*(Y+2)-*(Y+1))/2;（计算Delta Y）
if(fabs(*(Y+1)-*(Y)<=Delta Y)（Y1与Y2比较）
temp=*(Y+1);
else if(fabs(*(Y+2)-*(Y+1))<=Delta Y)（Y3与Y2比较）
temp=*(Y+1);
else
temp=(*(Y+2)-*(Y+1))/2;
return temp;}
2、中位值滤波
double MiddleFilter(double *X，int N)
{int i,j;
double t;(定义临时变量)
for(i=0;i<=N-1;i++)（N-1次循环）
for(j=0;j<=N-1-i;j++)
if(*(X+j)>*(X+j+1))（如果前一个数大于后一个数，则相互交换数值）
{t=*(X+j);
*(X+j)=*(X+j+1);
*(X+j+1)=t;}
return *(X+(N-1)/2);（返回中间值）}
3、算术平均滤波法
double AverageFilter(double *Y,int N)
{int i;
double temp;
temp=0;
for(i=0;1 temp=temp+*(Y+i);//求N个采样值的累加和 temp=temp/N; return temp;//返回平均值} 4、一阶惯性滤波法#define Alfa 0.3 double OneStepFilter(double Yn1,double Yn) {double temp; temp=Alfa*Yn1+(1-Alfa)*Yn; return temp;} )] 2 ( )1 ( 2 ) ( [ ) ( ); ( (k)e ) ( )]; 1 ( ) ( [ ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )] 1 ( ) ( [ ) ( ); 1 ( ) ( (k)e ) ( ); ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (u )] 1 ( ) ( [ ) ( ) ( ) (u - + - - = = - - = + + = ? - - = - + = = + + = = = - - + + =∑ = k e k e k e K k u k K k u k e k e K k u k u k u k u k u k e k e K k u k u k K k u k e K k u k u k u k u k T T K K T T K K k e k e K j e K k e K k D D I I P P D I P D D I I I P P D I P D P D I P I D k j I P 增量式 位置式 ， 5、位置式PID算法程序设计 #define Kp 20 #define Ki 10 #define Kd 15 extern double Ek1 extern double PIk1 extern double Rk double PositionPID(double *Y) {double PPK; double PIk; double PDk; double Ek; double result; Ek=Rk-(*Y);//求偏差 PPK=Kp*Ek;//k时刻的比例项 PIk=Ki*Ek+PIK1;//k时刻的积分项 PDk=Kd*(Ek-Ek1);//k时刻的微分项 result=PPk+PIk+PDk;;//k时刻的PID运算结果 Ek1=Ek;//保存K时刻的偏差 PIk1=PIk;//保存K时刻的积分项 return result;} 6、增量式PID算法程序设计 #define Kp 20 #define Ki 10 #define Kd 15 extern double Ek1//E（k-1）变量 extern double PIk1//E（k-2）变量 extern double Rk //设定值doubleIncrementPID(double *Y) {double Ek; double result; Ek=Rk-(*Y); result=Kp*(Ek-Ek1)+Ki*Ek+Kd*(Ek2*Ek1+Ek2); Ek2=Ek1; Ek1=Ek; return result;} 7、抗积分饱和PID控制算法设计 #define Kp 20 #define Ki 10 #define Kd 15 #define Epsilon 10//偏差门限值 extern double Ek1//E（k-1）变量 extern double PIk1//PI（k-1）变量 extern double Rk//设定值 double SeparatePID(double *Y) {double PPK; double PIk; double PDk; double Ek; double Ek; double KE; double result; Ek=Rk-(*Y);//求取偏差 PPk=Kp*Ek;////k时刻的比例项 PIk=Ki*Ek+PIk1;//k时刻的积分项 PDk=Kd*(Ek-Ek1;)//k时刻的微分项 If abs(Ek)>Epsilon KE=0; Else KE=1; result=PPk+KE*PIk+PDk;//k时刻的PID运算结果Ek1=Ek;/保存K时刻的偏差 PIk1=PIk;/保存K时刻的积分项 return result;} 8、不完全微分PID控制算法程序设计 #define Kp 20 #define Ki 10 #define Kd 15 #define Alfa 5 extern double Ek1//E（k-1）变量 extern double Ek2//E（k-2）变量 extern double PD1//PD（k-1）变量 extern double PD2//PD（k-2）变量extern double Rk//设定值 double IncompletePID(double *Y) {double Ek; double result; Ek=Rk-(*Y); result=Kp*(Ek-Ek1)+Ki*Ek+[1-Alfa]Kd*(Ek2*Ek1+Ek 2)+Alfa*(PD1-PD2); Ek2=Ek1; Ek1=Ek; PD2=PD1; PD1=Kd*(Ek2*Ek1+Ek2); return result;} 第八章 1.系统设计的原则 安全性与可靠性、操作维护方便、实时性强、通用型好、经济效益高 2.系统设计的步骤 分析问题和确定任务、系统总体设计、控制系统的硬件设计、控制系统的软件设计。 第九章 1.衡量可靠性的几个主要标准 故障前平均时间、平均故障间隔时间、平均修复时间、可靠度、失效率、利用率 2什么是除串模干扰和共模干扰，怎样抑制？ 串模干扰又称横向干扰或正态干扰，它是一种叠加在被测信号上的干扰信号。产生串模干扰的主要原因有分布电容的静电耦合，长线传输的互感，空间电磁场引起的磁场耦合，以及50Hz的工频干扰等。串模干扰中的干扰信号有两个来源，一种是干扰信号来源内部，称为内部串扰；另一种是来源外部的输入引线，称为外部串扰。共模干扰指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公有的干扰电压。因为，通常情况下，被控制对象与计算机之间有较长的距离，他们之间的信息交换是通过过程通道来完成的，这样，在被控对象与计算机的地线之间存在一定的电位差，这个电位差就是引入共模干扰的重要原因。串模干扰的消除方法：采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆做信号导线来链接传感器和转换设备、采用滤波方法、可以先对被测信号进行前置放大，这样可以提高回路的信噪比，然后再利用逻辑器件的特性来抑制干扰；共模干扰的消除方法：光电隔离、隔离变压器、隔离放大器、采用共模抑制比高，双端输入的运算放大器做信号的前置放大器。 《微型计算机控制技术》学科复习总结★第一部分选择题 ?使用说明：本部分对应考试题型的选择题部分，注意看选项答案，莫只记选项！ ★★1. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）（1分） A. 0.3V以下 B. 0.7V以上 C. -3V以下 D. +3V以上2．下面关于微型计算机控制技术的叙述，正确的是( D )。 A．微型计算机控制技术只能用于单片机系统 B．任何控制系统都可以运用微型计算机控制技术 C．微型计算机控制技术不能用于自动化仪表 D．微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表3. 计算机监督系统(SCC)中，SCC计算机的作用是( B )。 A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定值并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 4．关于现场总线控制系统，下面的说法中，不正确的是( C )。 A．省去了DCS中的控制站和现场仪表环节 B．采用纯数字化信息传输 C．只有同一家的FCS产品才能组成系统 D．FCS强调“互联”和“互操作性” 5. 闭环控制系统是指（B） A.系统中各生产环节首尾相连形成一个环 B.输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响 C.系统的输出量供显示和打印 D.控制量只与控制算法和给定值相关 6. 多路开关的作用是（A） A.完成模拟量的切换 B. 完成数字量的切换 C.完成模拟量与数字量的切换 D. 完成模拟量或数字量的切换 7. 采样-保持电路的逻辑端接+5V，输入端从2.3V变至2.6V，输出端为（A） 2010江苏大学硕士研究生入学考试 自动控制理论(附答案) 一、（20分）系统由下列微分方程组描述： []1 1323312 23(()() dx k r t x dt dr t x dt dx T x x x dt dc t k x dt βτ ==+=+=）-c(t)- 式中，()r t 是输入量，()c t 是输出量，x 1、x 2、x 3为中间变量，τ、β、k 1、k 2为常数。 试画出系统的结构图，并求出传递函数 ()() s R s C 。 二、（15分）图(a)所示系统的单位阶跃响应曲线如图（b ）所示，试确定系统参数k 1、k 2和a 。 （a) 0.1 (b) 三、（20分）系统结构图如图所示，要求当()r t t =时稳态误差0.5ss e <，且具有1σ=的稳 定裕度（所有闭环极点的实部均小于1-），试确定 k 的取值范围。 四、（20分）（含现代部分专业的考生不做，其它专业考生做） 控制系统结构如图所示，试绘制以τ为参变量的根轨迹（0τ=→∞），并讨论τ逐渐增大对系统动态过程的影响。 五、（15分）系统结构如图(a)，1(G s ）的频率特性曲线如图(b)，试确定下列情况下为使闭 环系统稳定，比例环节的比例系数k1的取值范围。 （1）1(G s ）在右半s 平面上没有极点； （2）1(G s ）在右半s 平面上有一个极点； （3）1(G s ）在右半s 平面上有二个极点。 (a) 六、（20分）某单位反馈系统的开环传递函数为k (G s ）= s(s+1) ，若要求系统的开环截止频 率 4.4/c rad s ω≥，相角裕度45o γ'≥，系统在单位斜坡信号作用下的稳态误差 0.1ss e =，试确定校正方式，并写出校正装置的传递函数。 七、（20分）（含现代部分专业的考生不做，其它专业考生做） 一非线性系统如下，输入单位阶跃信号 （1）在e e -平面上大致画出相轨迹； （2）判断系统的稳定性； (3) 确定系统的稳态误差()e ∞。 微型计算机控制技术学习心得 转眼间，一个学期又过去了。微机原理与控制技术课程已经结束了。通过从大三下学期的微机原理与接口技术到这学期的微机原理与控制技术的学习，回想起来受益匪浅，主要是加深了对计算机的一些硬件情况和运行原理的理解和汇编语言的编写，期间也听老师讲过，微机原理这门课程是比较偏硬件一点的。正是因为这一点我还是对它比较喜欢的，因为它和我的专业方向“机电工程”有很大的联系，在机电工程领域很多场合要应用到微机，而且是微机原理是考研复试面试时必考问的专业课，因为我要考研，本着一定要考上的心态，因此对该课程的学习还是有浓厚的兴趣和动力的。下面谈谈这期学习该课程的心得与体会：总体介绍下这门课程的轮廓吧（也就是教学大纲）： 一、课程性质与设置目的 （一）课程性质 微型计算机控制技术是高等院校计算机应用专业本科教学中的一门选修专业课，是从微型计算机原理到微型计算机控制，从理论到实际的必经桥梁，是着重解决和处理工程实际问题的一门课程。在该课程的教学过程中，将课堂教学与实验教学有机结合，注意培养同学分析问题、解决问题的方法和能力。 该课程主要介绍微型计算机应用在工业控制中的各种技术，重点讲述微型机用于实时控制中的软件、硬件设计方法，以及它们之间的结合问题。课程注重理论联系实际，从工程实际出发，在设计方法，即实验技术、操作运行、系统调试等方面对学生进行训练，为学生的毕业设计及将来的实际工作奠定基础。（二）教学目的 通过本课程的学习，可使我们对微型机在工业过程控制和智能化仪器方面的应用有个比较全面的了解，为以后的工作和毕业设计打下基础。 二、下面我对该门课程的教学内容做了一个详细的总结 1.第1章微型计算机控制系统概述 2.教学要点 1.微型计算机控制系统的组成 2.微型计算机控制系统的分类 3.微型计算机控制系统的发展 3.教学内容 通过对本章的学习，应当对微型计算机控制系统有一个完整的概念，具体掌握以下几方面的内容。 4. 1.了解微型计算机控制系统的组成。 2.学习并掌握微型计算机控制系统的分类 及各系统之间的区别。 一级学科代码：0802 一、学科概况与研究方向 江苏大学机械工程学科依托江苏大学机械工程学院、汽车与交通工程学院和农业装备工程学院建设，是江苏高校优势学科、江苏省国家一级重点学科培育建设点，拥有机械制造及其自动化国家重点（培育）学科、混合动力车辆技术国家地方联合工程研究中心、8个省部级工程中心和重点实验室。1994年设立博士后科研流动站并获首批工程硕士授权，2000年获一级学科博士点。机械制造及其自动化学科1981年获首批硕士点，1998年获博士点，是“十一五”国家重点（培育）学科。机械设计及理论（原农业机械设计与制造）学科1981年获首批博士点，1987年获原机械部重点学科，1994年获江苏省重点学科。车辆工程学科1996年获博士点，是全国高校第4个获得该领域博士点的学科。 机械设计制造及其自动化、车辆工程是江苏省品牌专业、国家级特色专业和首批教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业，机械制造系列课程教学团队是国家级优秀教学团队，面向“长三角”国际制造中心机械专业创新创业人才培养模式实验区是国家级人才培养模式创新实验区，以机械工程中心实验室为主体组建的江苏大学工程训练中心（工业中心）是国家级实验教学示范中心。 本学科主要研究方向包括： （一）机械制造及其自动化（080201） 1．激光加工、检测与表面工程 2．CAD/CAM/CAE与模具设计制造 3．光子制造与集成技术 4．高速、高效、超精密加工及装备 5．先进成形技术与先进材料制造及表征 （二）机械电子工程（080202） 1．微/纳机械电子系统及其集成技术（MEMS/NEMS） 2．机电系统多尺度构造与可靠性 3．机电系统的驱动、控制与自动化 4．流体传动与控制 （三）机械设计及理论（080203） 1．农业装备智能化技术 2．现代机械设计及理论 3．机械系统动力学与机器人 4．机械数字化设计 （四）车辆工程（080204） 1．车辆系统动力学及控制 第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。 １、什么就是计算机控制系统？它由哪几部分组成？ 计算机控制系统就就是利用计算机来实现生产过程自动控制得系统。它就是工业控制机构生产过程得大部分组成，工业控制机就是指生产过程控制得特点与要求而设计得计算机,它包括硬件与软件部分,生产过程包括被控对象,测量变送，执行机构,电气开关等。 2、计算机控制系统得典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 计算机控制系统得典型形式：(1)操作指导控制系统。优点:结构简单，控制灵活与安全,缺点就是由人工操作,速度受到限制，不能控制多个对象.(2)直接数字控制系统(ＤＤC),实时性好,可靠性高与适应性强.（３）监督控制系统（SSC），就是生产过程始终处于最优工况。 (4)分型控制系统（DCS)，分散控制，集中操作，分级管理.（５)现场总线控制系统（FＣＳ)，降低成本,提高可靠性，可实现真正得开放式互连系统结构 3、实时，在线方式与离线方式得含义就是什么？ 实时就是指信号得输入,计算与输出都要在一定得时间范围内完成,即计算机对输入信息以足够快得速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义.在线方式：在计算机控制系统中，生产过程与计算机直接连接,并受计算机控制得方式。离线方式:生产过程不与计算机相连且不受计算机控制，而就是靠人进行联系并作相应操作得方式. ４、工业控制机有哪几部分组成？ 工业控制机包括硬件与软件两部分。硬件包括：主机(CPU、RＡM、ROＭ）板,人-—机接口，外部总线与内部总线，系统支持板，磁盘系统通信接口，输入、输出通道.软件包括系统软件、支持软件与应用软件。 5、什么就是总线，内部总线与外部总线？ 总线就是一组信号线得集合，它定义了各引线得信号、电机、机械特性,使计算机内部各组成部分之间以及不同得计算机之间建立信号联系,进行信息传送与通信。内部总线：就就是计算机内部功能模板之间进行通信得总线,它就是构成完整得计算机系统得内部信息枢纽，但按功能仍要分为数据总线DＢ，地址总线ＡB,控制总线ＣB，电源总线ＰB。外部总线就是计算机与计算机之间或计算机与其她智能设备之间进行通信得连接。 6、什么就是接口,接口技术与过程通道？ 接口就是计算机与外部设备交换信息得桥梁，它包括输入接口与输出接口,接口技术就是研究计算机与外部设备之间如何交换信息得技术,过程通道就是在计算机与生产过程之间设置得信息传送与转换得连接通道，它包括ＡI、AＯ、ＤＩ、DO。 7、采用７4LS244与74LＳ２73与PＣ总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量)输入接口与8路数字量(开关量）输出接口,请画出接口电路原理图,并分别编写数字量输入与数字量输出程序。 8、用8位A/D转换器ＡDＣ080９通过８255A与PC总线工业控制机接口,实现８路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量得数据采集程序 9、有源I／V变换:设输入为4~2０mA得电流，对应输出为1~5Ｖ，输入电阻Ｒi=２50Ω，试确定I/V变换电路及电路参数，画出电路原理图. 10、什么就是采样过程、量化、孔径时间？ 采样时指按一定得时间间隔T，把时间上连续与幅值上也连续得模拟信号转变成在时间刻０、Ｔ、2T···ＫＴ得一连串脉冲输出信号得过程，所谓量化就就是采用一组数码(二进制码)来逼近离散模拟信号得幅值，将其转换为数字信号,将采样信号转换为数字信号得过程称为量化过程,孔径时间，在模拟量输入通道中，Ａ／D转换器将模拟信号转换为数字量总需要一定得时间，完成一次A/D转换所需得时间. 11、采样保持器得作用就是什么？就是否所有得模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？ 微型计算机控制技术课 后答案第二版潘新民 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】 第一章1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分作用 (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。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (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.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。 4、操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何它们之间有何区别和联系 (1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到操作指导的作用 (2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。 (3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。 SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。 第二章 2 采样周期越小越好吗为什么 答：不是。若采样间隔太小（采样频率太高），则对定长的时间记录来说其数字系列就很长，计算工作量迅速增大，可能产生较大的误差。 《机械制造技术基础》 江苏大学机械工程复试要点 一.填空+名词解释 1. 制造：（广义）即输入输出系统，输入的是生产要素，输出的是具有直接使用价值的产品。 （狭义）从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的操作过程。P3 2. 机械加工工艺过程：采用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各表面间相互位 置及各表面质量，使之成为合格零件的过程。P42 3. 机械加工工艺规程：将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一定的格式和要求描 述出来，作为指令性的技术文件。P204 4. 机械装配工艺过程：将组成机器的全部零、部件按一定的精度要求和技术要求连接与固 定在一起，构成合格机械产品的过程。P44 5. 工序：一个或一组工人在同一台机床（或同一个工作地），对同一工件（或同时对几个） 所连续完成的那一部分机械加工工艺过程。【工序是机械加工工艺过程的基本单元，可 细分为安装、工位、工步、走刀等】p42 6. 工位：工件在机床上占据每一个位置所完成那部分工序 7. 工步：在加工表面不变，加工刀具不变，切削用量不变的条件下所连续完成的那部分工序。 8. 生产类型一般可分为：单件小批量生产、成批生产、大批大量生产。P45 9. 零件表面切削加工方法：轨迹法、成形法、相切法、范成法（展成法）。P47 10. 工件表面的成形运动：主运动、进给运动、定位和调整运动。P48 11. 切削用量三要素：切削速度V c、进给量f、背吃刀量a p。p55 12. 装夹：就是定位和夹紧过程的综合。P56 13. 定位：使工件在机床或夹具中占有准确的位置。 14. 夹紧：在工件夹紧后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。 15. 基准：用来确定加工对象上几何要素间的几何尺寸关系所依据的那些点、线、面。 16. 基准可分为设计基准和工艺基准两大类。 【设计基准即在设计图样上所采用的基准，工艺基准即在工艺过程中所采用的基准】 17. 工艺基准可分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准。 18. 定位基准又可分为粗基准、精基准、附加基准。P59 粗基准：使用未经机械加工表面作为定位基准。 精基准：使用经过机械加工表面作为定位基准。 附加基准：零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。 【注】在设计机械零件时，应尽量选用装配基准作为设计基准；在编制零件的加工工艺规程时，应尽量选用设计基准作为零件的工序基准；在加工和测量零件的应尽量选用工序基准作为定位基准和测量基准，以消除基准不重合引起的误差。 19. 工件装夹的主要形式有三种：直接找正装夹、划线找正装夹和夹具装 _______ a. 直接找正装夹效率较低，找正精度主要取决于操作的技术水平，可以达到很高的精 度，适用于单件小批生产或定位精度要求特别高的场合 b. 划线找正装夹不需要专用设备，通用性好，但效率较低，精度并不高，多用于单件小批生 产中铸件的粗加工工序。 C.夹具装夹效率高、定位基准靠夹具保证，定位精度高而可靠，对工人技术要求不高， 广泛用于各种生产类型。 1.计算机控制系统：就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。 2.计算机控制系统的工作原理： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行发出控制信号，完成控制任务。 3.计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分组成。 4.在线方式和离线方式 在线方式(on-line): 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。 离线方式(off-line): 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。 5.实时的含义 实时(real-time)：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。而且这个时间围的大小跟被控对象联系非常的紧密！不同的被控对象，对时间围的要求不同。 6.逐点比较法插补: 每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。 7.直线插补计算过程：①偏差判别②坐标进给③偏差计算④终点判断 8.圆弧插补计算过程：①偏差判别②坐标进给③偏差计算④坐标计算○5终点判断 9.凑试法确定PID参数整定步骤： (1)首先只整定比例部分。比例系数由小变大，观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。系统无静差或静差已小到允许围，并且响应效果良好，那么只须用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。 (2)若静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小(如缩小为原值的0．8倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。 (3)若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在整定时，可先置微分时间TD为零。在第二步整定的基础上，增大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。 10.扩充临界比例度法确定PID参数整定步骤： ①选择一个足够短的采样周期，具体地说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。 ②用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比例度δ（δ=1/K P )，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系统发生振荡的临界比例度 δ k 及系统的临界振荡周期T k 。 ③选择控制度。模拟 控制度 ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? = ? ? ∞ ∞ 2 2 ) ( ) ( dt t e dt t e DDC ④根据选定的控制度，求得T、K P 、T I 、T D 的值 11. 扩充响应曲线法确定PID参数整定步骤： ①数字控制器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态下，将被调量调节到给定值附近，并使 之稳定下来。然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。 ②用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，此时近似为一个一阶惯性加纯滞后环节的响应曲线。 ③在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ，被控对象时间常数Tτ以及它们的比值Tτ／T， 机械（2017）36号 江苏大学机械工程学院 本科生创新创业学分评定与管理办法 全院各单位： 根据《江苏大学本科生创新创业学分评定与管理办法》（江大校〔2016〕492号）文件要求，经学院党政联席会议讨论决定，制订《机械工程学院本科生创新创业学分认定与管理办法》，从2017年10月25日起在全院本科生中开始执行。具体内容如下： 第一条本科生创新创业学分包括创业课程学分和创新创业实践学分两部分。本科生在校学习期间，必须取得一定的创新创业学分方可毕业。 2014、2015级，每位本科生必须取得1个创业课程学分和1个创新创业实践学分。 2016级起，每位本科生必须取得1个创业课程学分和2个创新创业实践学分。 创业课程学分和创新创业实践学分不可互相替换。 第二条管理学院负责创业课程教学及学分认定工作。 选修《创业人生》在线课程、《创业人生》校选修课或者《创业管理A》、《创业管理B》等创业类教育课程并且考核通过的学生即 可获得1个创业课程学分。 第三条创新创业实践学分获得途径主要包括： 第一类： （一）创新创业实践项目类的学分认定: 1、学生申报大学生实践创新训练计划、创业计划、大学生科研立项、大学生创新实践基金项目立项等创新创业实践项目，项目主持人可获得0.5个创新创业实践学分。 2、各类创新创业实践项目结题验收后，方能取得相应学分（主持人不再重复计算（1）中的0.5个学分）。学分数按照项目等级和参加人数确定，具体如下： 类别 国家级项目省级项目校级项目人数 1人543 2人765 3人987 3人以上11109 3、团体项目中各成员获得的学分由项目主持人根据各人实际承担工作量的多少确定，并须经指导教师审核确认。 4、结题成果（学术论文或专利）的创新学分不再另计。 （二）学科竞赛类的学分认定: 1、学生参加由教育主管部门、行业学会（协会）主办或由学校创新创业学院、教务处、学工处、团委等组织的各级各类学科竞赛、专业技能竞赛、创业实践竞赛并获奖，参赛和获奖的学分按照奖励等级而定，具体如下： 江苏大学机械工程专业考研复试面试英语口语自 我介绍3篇（必背） 随着研究生考试的扩张,越来越多的人朝着研究生进军.但是对于英语相对差的人,研究生复试英语自我介绍成为了一道障碍,这里将给大家介绍研究生复试英语自我介绍应该如何做好. 1.开场白 Good morning. I am very glad to be here for this interview. 2.姓名，英文名，毕业院校，毕业专业，毕业学院 My name is LiShuai, and my English name is Jacky Lee. I've finished my undergraduate e ducation in Xidian University, Electronic Science and Technology in the college of Technic al Physics. 3.性格，爱好，实践经验 英语自我介绍1 I am open-minded, willing and have broad interests like basketball, reading and especi ally in engineering such as software programming, website design, hardware design. For exa mple, during the past four years, I have accomplished two websites: one is the website of our school, and the other is the website of the doctor forum of china 2007. Furthermore, I am interested in C plus plus programming language and have written some application progr ams. In July in the last year,I finished my graduate project with flying colors,which was a software application about Image Process . In addition, I have also finished some projec ts about embedded system by using MCU when I was a junior. 4.为什么想读研,将来愿意从事的方向,读研时的打算 Although I have broad interests in many aspects and grasp the essential knowledge of t he major, but I think at present, I can do many things in a superficial level, but not be competent to do things professionally owing to lack of ample knowledge and ability. So I t hink further study is still urgent for me to realize self-value. The major that I hope pursue for my further education is IC design. Because I find int egrated circuits are playing a more and more important role in our modern society. And now adays in China, with the recognition by the government, our domestic integrated circuits i ndustry is growing rapidly and that may provide a lot of chances to us. I plan to concentrate on study and research in this field in my graduate time. And I h ope I can form a systematic view of micro electronics and IC design technology and make a solid foundation for future profession after three years study here. 5.结束语 第11 章计算机控制系统实例 本章的教学目的与要求 掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。 授课主要内容 硫化机计算机群控系统 主要外语词汇 Sulfurate Machine: 硫化机重点、难点及对学生的要求说明：带“ *** ”表示要掌握的重点内容，带“ ** ”表示要求理解的内容，带“ *”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容 硫化机计算机群控系统的软硬件设计*** ☆ 辅助教学情况 多媒体教学课件( POWERPOINT ) 复习思考题 硫化机计算机群控系统的软硬件设计 参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义 硫化机计算机群控系统 内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使用寿命。目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间，由于硫化中所需 的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象，直接影响了内胎的质量。 因此，设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不仅能提高企业的自动化水平，也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，同时也避免了个别硫化操作人员为提高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间，未硫化完毕就开模) ，使内胎的产品质量得到保证。 1. 系统总体方案 内胎硫化过程共包括四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。由于所有硫化机的控制方式相同，所以特别适合群控。在自动模式下，当硫化操作人员装胎合模后，由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。为克服温度波动的影响，经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius) 经验公式来计算等效硫化时间。 某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96 台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。根据企业的现场情况，借鉴DCS (Distributed Control System ，集散控制系统) 系统结构，使用PLC 作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使用工业控制计算机作为管理和监视级。系统总体方案见图11.8。 PLC 通过温度采集模块采集现场的96 台硫化机温度信号，进行等效计算后，按设定 型号的参数计算硫化机的硫化时间并对泄压阀、开模电机动作进行控制，完成内胎的整个硫 微型计算机控制技术复习习题答案 第一章计算机控制系统概述 习题参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型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？ 由四部分组成。 图1.1微机控制系统组成框图 (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。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最 优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (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。 4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。 (1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。系统软件包括： a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等； 习题一 1，微型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？ 答：CPU，接口电路及外部设备组成。 CPU，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。 接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。 外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备 2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 答：软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件 1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。 2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。 3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？ 4，操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？ 答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。 (2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。 (3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。 5，说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。 答：嵌入式计算机一般没有标准的硬件配置。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器结构。软硬件协同设计采用统一的工具描述，可合理划分系统软硬件，分配系统功能，在性能、成本、功耗等方面进行权衡折衷，获取更优化的设计。嵌入式系统多为低功耗系统。简单地说，就是嵌入式系统和微型计算机的扩展标准不大一样。 6，PLC控制系统有什么特点？ 答：（1）可靠性高。由于PLC大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，因而提高了系统的可靠性。 （2）编程容易。PLC的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档PLC外，一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单，因而编程容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专门知识，就可进行编程。 （3）组合灵活。由于PLC采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。 （4）输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一，是针对不同的现场信号，均有相应的模块可与工业现场的器件直接连接，并通过总线与CPU主板连接。 * 1，微型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 答：CPU，接口电路及外部设备组成。 CPU，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。 接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。 外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备 4，操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何它们之间有何区别和联系 @ 答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。 (2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。 (3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。 2. 采样周期愈小愈好吗为什么 答：不是。若采样间隔太小（采样频率太高），则对定长的时间记录来说其数字系列就很长，计算工作量迅速增大：如果数字序列长度一定，则只能处理很短的时间历程，可能产生较大的误差。 5 试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，画出电路图并说明其工作原理。 思路：因为CD4051只有八个输入接口，所以要构建32路的多路开关需要用到4个CD4051。 32路的多路开关应有5个控制口，其中前三个是CD4051的输入口，后两个是控制口。（因为CD4051就有三个输入口） （ 分别标为D1、D2、D3、D4、D5（00000—11111，00000第0通道、11111第31通道）。通过对4个CD4051的选择来实现32个通道口的选择(0—7、8—15、16—23、24—31)。如选择第三个CD4051时，可以选择16-23（10000—10111）通道口。 然而CD4051的选择是通过控制各个CD4051的INH高低电平来实现。 比如想让第三个CD4051接通，就令它的INH通高电平（此时D5=1、D4=0,INH3=!(D5&!D4)）。 故INH的选择是控制D5和D4的逻辑关系来达到的。其中INH1=!(!D5&!D4); INH2=!(!D5&D4); INH3=!(D5&!D4); INH4=!(D5&D4)。 ?微型计算机控制技术复习总结完整版
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