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第五章可编程序控制器及其工作原理5-1 可编程序控制器具有哪些特点？答：可编程序控制器特点：1）抗干扰能力强，可靠性高；2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；3）编程方便，易于使用；4）功能完善，扩展能力强；5）PLC控制系统设计、安装、调试方便；6) 维修方便，维修工作量小；7) 体积小、重量轻，易于实现机电一体化。
5-2 整体式PLC、组合式PLC由哪几部分组成？各有何特点？答：整体式结构的PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I∕O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。
另外还有独立的I/O扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成PLC不同配置与主机配合使用。
整体式结构的PLC结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。
小型机常采用这种结构。
组合式结构的PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I∕O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在带有总线的底板上。
装有CPU的模块称为CPU模块，其他称为扩展模块。
组合式的特点是配置灵活，输入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能模块可以依需要灵活配置。
5-3 PLC控制与继电器控制比较，有何相同之处？有何不同之处？答：PLC控制与继电器控制的比较见下表：5-4 PLC的硬件指的是哪些部件？它们的作用是什么？答：PLC的基本结构由中央处理器（CPU），存储器，输入、输出接口，电源，扩展接口，通信接口，编程工具，智能I/O接口，智能单元等组成。
1）中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）其主要作用有①接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
②诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误。
③用扫描的方式通过I∕O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中。
④PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，解释并按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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展检测，并输入给计算机。
(2)实时控制决策：对采集到的表征被控参数的状态量进展分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制输出：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展处理，并在一定的时间内作出反响并进展控制，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及计算机连接，生产过程直承受计算机的控制，就叫做“联机〞方式或“在线〞方式。
(3)“离线〞方式：假设生产过程设备不直接及计算机相连接，其工作不直承受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进展联系并作相应操作的方式，那么叫做“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局部组成？各局部的作用是什么？由四局部组成。
(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局部发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进展实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进展各种控制运算(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；对生产过程进展监视，使之处于最优工作状态；对事故进展预测和报警；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展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展控制的信号。
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展信息交换的设备，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)。
控制系统软件管理制度范文第一章：总则一、目的和意义为了规范控制系统软件的管理，确保软件的安全性、稳定性和可靠性，提高系统运行效率和管理水平，制定本管理制度。
二、适用范围本管理制度适用于所有使用控制系统软件的部门和人员。
三、术语定义1. 控制系统软件：指用于控制系统运行、监控和管理的软件，包括操作系统、应用软件、数据库、驱动程序等。
2. 管理责任人：指被授权对控制系统软件进行管理的人员。
3. 用户：指使用控制系统软件的人员。
4. 升级：指对控制系统软件进行功能改进、安全修复或性能优化的更新操作。
5. 维护：指对控制系统软件进行故障排除、性能优化或数据备份等操作。
第二章：控制系统软件管理一、软件采购与安装1. 管理责任人负责与供应商进行软件采购谈判，并承担软件采购决策的责任。
2. 购买的软件必须是合法授权的正版软件，并保存购买凭证和授权文件。
3. 所有的软件安装必须在授权的硬件设备上进行，确保软件与硬件的兼容性和稳定性。
4. 安装过程中需按照严格的操作流程进行，确保安装的正确性和完整性。
5. 安装完成后，及时备份安装文件并进行验收测试，确保软件能正常运行。
二、软件维护与升级1. 对控制系统软件的维护和升级必须由专人负责，确保维护和升级过程的可控性和可追溯性。
2. 维护和升级过程必须在事先进行充分的测试和验证，确保不会对系统的稳定性和安全性产生负面影响。
3. 维护和升级记录必须详细记录所做操作、日期、备注等信息，并及时更新文档和备份资料。
三、软件授权与使用1. 管理责任人负责对软件授权进行管理，并确保软件的正版授权、合法使用。
2. 所有用户必须按照软件的授权范围和限制进行使用，并不得超出授权范围进行修改、传播或复制软件。
3. 用户必须对软件的使用进行登记和备案，确保软件的使用情况和使用者的合规性。
4. 禁止私自安装、修改或卸载软件，必须经过管理责任人的审批才能进行相关操作。
第三章：软件安全管理一、软件安全保密1. 管理责任人负责对软件的安全保密进行管理，确保软件和相关资料的安全性和机密性。
§5 控制系统的软件设计本章要求： 了解单片机控制软件的基本框架； 认真阅读教材：Automotive Software Engineering中第一章 掌握简单滤波器的设计和MATLAB工具； 学习SIMULINK环境下PID参数的调整方法； 了解xPC实时仿真系统的设计步骤； 了解Real-Time Windows Target实时仿真 系统的设计步骤；§5 软件设计 滤波器 第1页Example of an Electronic Control SystemRadar SensorACC ECUHierarchy Level 1 Bus Setpoint Generators Setpoint Generators Actuators Sensors Setpoint Generators Actuators Sensors Hierarchy Level 2Engine ECUSensorsESP ECUTransmis sion ECUActuators§5 软件设计 滤波器第2页Block Diagram of Control and Monitoring SystemDriver EnvironmentSetpoint GeneratorsOpen/Closed Loop Control MonitoringActuatorsPlantSensorsNetworked ECUs§5 软件设计 滤波器第3页Function and ECU Networksf1 f3f2 f4 ECU1 ECU3 ECU2Vehicle Control UnitVehicle FunctionsECUs Onboard the Vehicle§5 软件设计 滤波器第4页软件的基本框架§5 软件设计 滤波器第5页基于OSEK软件的基本框架SUL VAL Configuration Coordination Driver-Engine-Gearbox Engine-StrategyComponentsControl/Sensor Analysis EngineEngine-Strategy Gearbox-StrategyComponents-Control Sensor Analysis GearboxOSEK OSHALHardware Abstraction &Function IllustrationError Handling & Function illustrationOSEK COM/NM Interaction Layer Network Data Link Network Layer LayerPAL BIOSProcessor AbstractionInstrumentationPeripheral Module-Driver§5 软件设计 滤波器LibrabiesCALComponents Control Sensor Analysis vehicle第6页基于OSEK软件的基本框架Application SoftwarePlatform Software§5 软件设计 滤波器第7页软件工程的项目管理§5 软件设计 滤波器第8页Core Process of Software developmentLogical System Architecture Analysis of User Requirements & Specification of Logic System Architecture f1 f3 Function Analysis of Logical System Architecture & Specification of Technical System Architecture System Development Software Development Analysis of Software Requirements & Specification of Software Architecture Software Software Integration Test Technical System Architecture ECU1 ECU3 Control Unit ECU2 System Integration Test f4 f2 Acceptance Test & System TestCalibrationIntegration of System ComponentsIntegration of Software ComponentsSpecification of Software Components Design & Implementation of Software ComponentsTesting of Software ComponentsFit.1-15. Overview of the core process for the development of electronic systems and software.§5 软件设计 滤波器第9页Core Process of Software development1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Analysis of user requirements and specification of logical system architecture; Analysis of the logical system architecture and specification of technical system architecture; Analysis of software requirements and specification of software architecture; Specification of software components; Design, implementation, and tests of software components Integration of software components and software integration tests Integration of system components and system integration tests Calibration System test and acceptance test§5 软件设计 滤波器第10页Core Process of Software Development1.Analysis of user requirements and specification of logicalsystem architecture;2.Analysis of the logical system architecture and specification oftechnical system architecture;3.Analysis of software requirements and specification of softwarearchitecture;4.Specification of software components;5.Design, implementation, and tests of software components6.Integration of software components and software integrationtests7.Integration of system components and system integration tests8.Calibration9.System test and acceptance test§5 软件设计Production of Life Cycle of a Vehicle§5 软件设计Diagram of Customer/ Supplier RelationshipsVehicle Manufacturer Supplier Organizational Unit XSupplier Organizational Unit Y SubcontractorMethods &ToolsAnalysis of User Requirements &Specification of Logical SystemArchitectureSpecificationof SoftwareComponent AAnalysis of Logical SystemArchitecture & Specification ofTechnical System ArchitectureDesign & Implemen-tation of SoftwareComponents A&BModeling andSimulation ToolRapid PrototypingToolModeling andSimulation ToolCode GenerationToolDesign & Implemen-tation of SoftwareComponents C Analysis of Software Require-ments & Specification of SoftwareArchitectureSpecificationof SoftwareComponent BSpecificationof SoftwareComponent CFig.1-17. Diagram of customer/supplier relationships§5 软件设计§5.1滤波器的设计要真正地理解滤波的概念，需要建立一个信号的时间域和频率域的对应关系，而建立这两者之间的是Fourier（傅立叶变换），所以请大家学习下述内容：(1)Fourier变换的基本性质和物理含义；(2)MATLAB的FFT函数的使用方法；（可以输入help fft来学习MATLAB的相关文档。
§5 软件设计§5 软件设计§5.1.1 傅立叶变换基本知识问题1：傅立叶变换的基本公式？(),1sample x n T n N⋅=L 信号序列sampleT 间隔时间total sample T N T =⋅总采样时间1sample samplef T =采样频率§5 软件设计/21()0()cos(2/)()sin(2/)N k x n a a k kn N b k kn N ππ==++∑(1)(1)211()(),1k n Nj Nk x n X k en NNπ−−==≤≤∑反变换(1)(1)21()(),1k n Nj Nn X k x n ek Nπ−−−==≤≤∑正变换/21()0()cos(2()/()()sin(2()/()N k x n a a k k n N b k k n N πθθπθθ==++∑齿齿))傅立叶级数§5 软件设计10(1)a X N=2()((1))a k REAL X k N=+2()((1))a k IMAG X k N=+(1)(1)21()(),1k n Nj Nn X k x n ek Nπ−−−==≤≤∑(1)(1)211()(),1k n Nj Nk x n X k en NNπ−−==≤≤∑/21()0()cos(2/)()sin(2/)N k x n a a k kn N b k kn N ππ==++∑/21()0()cos(2()/()()sin(2()/()N k x n a a k k n N b k k n N πθθπθθ==++∑齿齿))只要是一个等间隔的序列就可以进行傅立叶变换§5 软件设计问题2：频率域和时域的对应关系？ 香农（Shannon ）采样定理：2sam ple signalf f >(),1sample x n T n N⋅=L 信号序列sampleT 间隔时间total sample T N T =⋅总时间1sample samplef T =采样频率§5 软件设计z 频率分辨率：频率域内，频率的步长/step samle f f N=转速信号测量长度2N m=转速信号频率分辨率/1step sample f f N ==()X k Cz0,,2,,,,step step step samlef f k f f ⋅L L 1,2,,21k m −L Cz§5 软件设计z 如果测量长度加大：/step samle f f N=转速信号测量长度4N m=转速信号频率分辨率/1/2step sample f f N ==Cz12,1,32,2,/2,21/2k m −L L Cz测量的长度越大，频率分辨率越小，频谱的间隔越细发动机循环的频率为1Cz 发火频率为6Cz 采样频率为2m Cz§5.1.1 傅立叶变换基本知识结论：采样的频率越高，信号中的有效信息对应的频带和越宽；但是单位时间的测量的数据量（测量点数）也越大；ECU存放数据的RAM或FLASH要大，如果需要实时处理，则ECU计算能力要加强；在采样频率不变的条件下，采样的数据量（测量点数）越多，频率的分辩率就越好，即频率点的间隔越密。
