计算机控制技术复习提纲(推荐使用)

计算机控制技术复习要点计算机控制技术复习提纲⼀、绪论基本概念闭环控制系统、开环控制系统控制点、检测点、控制回路采样周期、控制周期DAS、DDC、SCC、DCS、FCS、CIMS、CIPS计算机控制系统的组成与⼯作过程测量、计算、控制、管理采样周期≤控制周期计算机控制系统的组成硬件、软件硬件主机、外设、通道、接⼝、⼈机界⾯、通信接⼝、RTC、⾃动化仪表软件系统软件、应⽤软件计算机控制系统的分类(分类⽅法不同、类别不同)按控制⽅案、系统构成、形态等分类：数据采集系统DAS直接数字控制系统DDC计算机监督控制系统SCC集散控制系统DCS现场总线控制系统FCS，主流现场总线⼯业过程计算机集成制造系统CIMS/CIPSDDC、DCS的特点DCS的优点FCS的优点，典型现场总线计算机控制系统的发展趋势*⼆、计算机控制系统总线技术基本概念总线、接⼝、内总线、外总线、串⾏总线、并⾏总线、⾮平衡电⽓特性、平衡电⽓特性微机系统常⽤内总线和外总线ISA、PCI、RS-232、RS-422、RS-485、USB、IEEE488ISA/PCI的主要性能指标寻址空间、最⼤数据传输率，译码电路设计……CompactPCI:特点：紧凑式，欧式连接器，热插拔PCIe:特点：串⾏、⾼速、点对点、×4 … ×32RS-232性能特点距离、速率、电⽓特性、抗扰能⼒全双⼯L<15mRS-422性能特点距离、速率、电⽓特性、节点数、抗扰能⼒全双⼯L<1200mRS-485性能特点距离、速率、电⽓特性、节点数、抗扰能⼒半双⼯L<1200为何RS-422/RS485具有更强的抗扰能⼒？平衡传输（差分传输）……RS-485⽹络的地址分配有何要求唯⼀RS-422转为RS485？Rx+ T x+ →DATA+Rx- Tx- →DATA-三、过程输⼊输出通道接⼝技术基本概念离散信号、连续信号、模拟信号、采样、保持、量化、采样/保持器、零阶保持器、模拟开关、过程通道、模拟量输⼊通道、模拟输出通道、开关量输⼊通道、开关量输出通道、⼲接点、湿接点、串模⼲扰、共模⼲扰模拟量输⼊通道单极性、双极性、差动输⼊、单端输⼊技术指标，组成和接⼝技术、A/D采集程序设计模拟量输⼊通道信号内阻、模拟开关内阻、输⼊阻抗之间的关系变送器为何使⽤4-20mA电流传输⽽不⽤电压到A/D？模拟量输出通道D/A转换器的主要技术指标，D/A是零阶保持器？AO通道组成和接⼝技术、D/A输出程序设计I/O通道光电耦合器的特点、种类光电耦合器的抗扰机理和作⽤I/O通道的组成V/I转换为何计控系统多使⽤电流传输常⽤V/I转换电路*常⽤I/V转换电路*计控系统抗扰技术与可靠性设计⼲扰分类按根源分：放电噪声、⾼频振荡噪声、浪涌噪声按传导⽅式分：串模、共模按波形性质分计控系统抗扰技术与可靠性设计抗串模⼲扰的硬件措施滤波电路：有源滤波电路、⽆源滤波电路低通、⾼通、带通、带阻双积分A/D双绞线前置放⼤计控系统抗扰技术与可靠性设计抗共模⼲扰的硬件措施隔离：光电，变压器隔离浮空平衡对称输⼊，仪表放⼤器良好接地抗扰软件措施参考数字滤波四、滤波、标度换算、字长选择基本概念数字滤波、标度变换、⼯程量、字长数字滤波的优点常⽤数字滤波特点、适⽤场合低通滤波器程序判断滤波中值滤波算数平均值滤波加权平均值滤波滑动平均值滤波⼯程量（标度变换）转换公司及应⽤线性标度变换⾮线性标度变换字长选择A/D字长选择D/A字长选择结合常⽤的A/D和D/A五、计算机控制系统的控制规律对象典型环节⽐例环节、积分环节、惯性环节、纯滞后环节被控对象性能指标静态性能指标：稳态误差动态性能指标：超调量、调节时间、峰值时间、衰减⽐、振荡次数综合性能指标*：积分性能指标，末值型指标，复合型指标对象特性对控制性能的影响对象特性（扰动通道、控制通道）放⼤系数（⽐例系数）惯性时间常数纯滞后时间对象特性对控制性能的影响放⼤系数（⽐例系数）对控制性能的影响惯性时间常数对控制性能的影响纯滞后时间对控制性能的影响数字控制器的导出⽅法双线性变换、前向差分、后向差分→位置/增量型算式微分⽅程→位置/增量型算式D(s)、D(z) →位置/增量型算式PID控制规律P、I、D、PI、PD、PID作⽤及其阶跃响应PID控制规律中KP、TI、Td对控制系统性能的影响数字PID位置型算式及其特点增量型算式及其特点引申：可以根据微分⽅程、S传函、Z传函或系统⽅框图等推导各类数字算式计算机实现步骤KP、TI、Td对控制系统性能的影响数字PID数字PID算法的改进抗积分饱和积分分离积分限幅不完全微分PID算法算式推导优点阶跃响应曲线数字PID微分先⾏PID算式推导特点及使⽤场合带死区的PID控制算法特点及作⽤PID参数整定PID控制参数对系统性能的影响控制规律的选择： ? 即P 、PI 、PID 及复杂规律的选择 ? 根据响应波形判断PID 参数的增加或减⼩ ? 采样周期的选择 ? 采样定理，由实际系统确定，经验法 ? 扩充临界⽐例度法整定PID 参数* ? 控制度、整定⽅法 ?数字控制器离散化设计 ? 最⼩拍控制系统 ? 有纹波系统 ? ⽆纹波系统 ?串级控制 ? 串级控制概念 ? ⼀个控制器的输出作为另⼀个控制器的给定值 ? 主回路、副回路 ? 克服扰动的机理 ? 副回路提前对扰动进⾏抑制 ? 增⼤等效放⼤系数、减⼩等效时间常数 ? 主、副回路采样周期的确定 ? ⼀般不等，⼆者可⼤可⼩、相差3倍以上为宜 ? 应将主要扰动因素包括在副回路 ?前馈控制 ? 前馈控制概念 ? 对扰动量进⾏补偿的开环控制 ? 理论上：影响多少，补多少 ? 实际：不⾏ ? 静态前馈 ? 动态前馈 ?前馈-反馈控制 ? 具有前馈控制和反馈控制的优点 ? 计算机实现步骤* ?模糊控制 ? 基本概念 ? 模糊集合与运算、⾪属函数、⾪属度、论域、⼆维模糊控制器 ? 模糊关系 ? ⾃返性、对称性、传递性 ?模糊矩阵 ? 交运算并运算 ? 补运算合成运算* ?模糊控制器的组成 ? 模糊化接⼝、规则库、推理机、清晰化接⼝ ? 典型⼀、⼆维模糊控制器的结构以系统的偏差、偏差变化率作为控制器的输⼊、控制量作为控制器的输出 ? 推理→模糊规则→控制表→查表e ΦΦ和的确定六、计算机控制系统的设计*设计步骤确定测控任务（需求分析）确定总体⽅案确控制算法主机选型设计（硬件配置）仪表选型设计硬件设计软件设计系统调试验收/归档。

第一部分：基本概念部分必须掌握的内容1、计算机控制系统中离线方式和在线方式的含义是什么？2、出典型计算机控制系统的原理框图，并简述数字控制器的模拟化设计步骤。

3、简述增量型PID控制算与位置型PID控制算法相比较具有哪些优点？以及增量型控制算法的不足之处。

4、什么是过程通道？过程通道主要包括哪些类型？5、什么是内部总线？常用的内部总线有哪些？6、什么是共模干扰？如何抑制？7、画出数字控制系统原理框图。

并写出广义对象的脉冲传递函数、闭环咏冲传递函数、误差脉冲传逆函数、以及数字控制器的Z变换的表达式。

8、简述数字控制器的离散化设计步骤。

9、大林算法主要用来解决什么类型的控制问题？筒述大林算法的设计目标。

10、圆弧插补有哪几个步骤？11、串模干扰和工模干扰的含义。

12、信号的接地方式13、数字程序控制方式的类型14、软件抗干扰技术15、集散控制系统的内容16、插补计算过程的步骤。

17、步进电机的工作方式，步距角和齿距角的计算18、简易工程法整定PID参数的方法。

19、最少拍控制算法典型输入信号形式。

20动态矩阵控制算法的含义21前馈控制器的理论基础22采样定理的内容23、数字滤波的方法。

24、量化误差的定义25内部总线的含义26大功率驱动电路的驭动方式第二部分：计算题部分(复习重点)第四章逐点比较法：直线插补和圆弧插补计算，步进电机齿距角和步距角的计算第五章：根据拉氏变换的表达式求Z变换的表达式：例如：G(s)= 一,求G(Z)s~(s + 1)u(k) = K p e(k) + ；2四)+丁。

// i=O e(k) - e(k -1)T2e(k) + 0.40T7计算振铃幅度最少拍无波纹控制器的设计，有波纹控制器的设计波纹产生的原因大林算法的设计目标振俭现象及其消除方法第布章的所有例题第五章的习题3、7、8、9、10、11第三题答案已知模拟调节器的传递函数为l+0.17s0.085s试写出相应数字控制器的位置型PID 算法和增量型PID 控制算式，设采样周期T=0.2so 解：因为 D (S )= 1+°」7, =2(l + -j —) = K (l+-L + 7>)7 0.0855 0.175 " T Q所以=2=0.17, T d =0o 故位置型PID 控制器故增量型PID 控制器 u(k) = u(k -1) + △"(&)=— 1) + K P \e(k)一e(k -1)]+ K t e(k) + K D \e(k) -2e(k 一 1) + e(k - 2)]=〃(# _ 1) + 2®) -e(k -1)] + 老%)Vz • 1 /%(S 1) + 4.35必)一 2e(S 1) =2 e(k) +i=0。

计算机控制技术复习重点第1章计算机控制系统概论（5～10）⒈计算机控制系统有哪些特征？⒉计算机控制系统由那几部分组成？说明各部分的主要功能，并画出系统的硬件组成框图。

⒊计算机控制系统按功能分类有几种？⒋说明DDC与SCC的系统的工作原理、特点，它们之间有何区别和联系？并画出DDC、SCC的原理框图。

第2章工业控制计算机组成（5～10）⒈工业控制机的特点有哪些？⒉工业控制机由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？⒊常用的内部部总线有哪些？⒋常用的外部总线有哪些？第3章输入输出接口与过程通道技术（10～15）3.1 数字量输入输出通道⒈利用74LS244与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量输入接口，画出电路原理图，并编写相应的程序。

⒉采用积分电路的小功率输入调理电路的电路图及工作原理。

⒊大功率输入调理电路的电路图及工作原理。

⒋利用74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量输出接口，画出电路原理图，并编写相应的程序。

⒌大功率直流驱动电路的电路图及工作原理⒍小功率直流驱动电路的电路图及工作原理3.2 模拟量输入通道⒈有源和无源I/V的电路图及工作原理。

⒉画出模拟量输入通道的结构图，并说明各部分的功能。

3.3 模拟量输出通道⒈画出模拟量输出通道的结构图，并说明各部分的功能。

第4章计算机控制系统抗干扰技术⒈什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？⒉数字信号通道一般采取哪些抗干扰措施？⒊计算机控制系统中一般有几种接地形式？常用的接地技术有哪些？第5章 数字控制技术（10～15）⒈什么是数字程序控制？数字程序控制有哪几种方式？⒉设给定的加工轨迹为第一象限的直线OP ，起点为坐标原点，终点坐标A （x e ，y e ），其值为(6，4)，试进行插补计算，作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。

⒊三相步进电动机有哪几种工作方式?分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。

第6章 常规与复杂控制技术（30～40）6.1数字控制器的模拟化设计⒈数字控制器模拟化设计方法的步骤有那几步？⒉写出数字PID 控制器的位置算式、增量算式，并比较它们的特点。

《计算机操纵技术基础》复习资料第一章绪论自动操纵系统：在没有人参与的情况下，通过操纵器使生产过程自动地按照预定规律运行的系统。

开环操纵系统：指无被控量反馈的操纵系统，即需要操纵的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量关于操纵作用没有任何阻碍的系统。

闭环操纵系统：指有被被控量反馈的操纵系统，即系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。

典型工业生产过程：连续过程（流体）、离散过程（固体）、批量过程（连续过程和离散过程交替进行）。

计算机操纵系统：利用计算机（通常称为工业操纵计算机，简称工业操纵机）来实现生产过程自动操纵的系统。

计算机操纵系统的组成：计算机（工业操纵机）和生产过程。

工业操纵机是指按生产过程操纵的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。

硬件包括主机板、内部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通信接口、输入输出通道。

软件包括系统软件和应用软件，系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制的操纵和治理程序，包括过程输入程序、过程操纵程序、过程输出程序、人机接口程序、打印显示程序和公共子程序等。

生产过程包括被控对象和测量变送、执行机构、电气开关等装置。

计算机操纵系统的工作原理：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实时操纵决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的操纵规律，决定将要采取的操纵行为。

③实时操纵输出：依照操纵决策，适时地对执行机构发出操纵信号，完成操纵任务。

计算机操纵系统的工作过程：测量、计算、操纵、治理。

在线方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机操纵的方式称为在线方式或联机方式；离线方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机操纵，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。

实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时刻范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行操纵，超出了那个时刻，就失去了操纵的时机，操纵也就失去了意义。