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第一章计算机控制系统基本框图直接数字控制系统图直接数字控制系统，计算机通过输入通道对一个或多个物理量进行巡回检测，并根据规定的控制规律进行运算，然后发出控制信号，通过输出通道直接控制调节阀等执行机构。
集散控制系统，企业经营管理和生产过程控制分别由几级计算机进行控制、集中管理的系统。
⑴过程输出通道，包含由D/A转换器组成的模拟量输出通道和开关量输出通道。
⑵过程输入通道，包含由A/D转换器组成的模拟量输入通道和开关量输入通道。
1.计算机控制系统由哪几部分组成？说明各部分的主要功能。
答：由硬件和软件构成，硬件中主机功能是数据采集、数据处理、逻辑判断、控制量计算、报警处理等，通过接口电路向系统发出各种控制命令。
I/O接口与I/O通道是主机与外部链接的桥梁。
通用外设设备用来显示、打印、存储和传送数据。
检测元件与执行机构是将被检测的非电学量参数转变为电学量。
操作台是人——机对话的联系纽带。
软件的功能是完成各种功能的计算机程序的总和，如完成操作、监控、管理、计算和自诊断程序等。
2.DCS与FCS各有什么特点？答：DCS（集散控制系统）特点，每一级都有自己的功能，基本上是独立的，但级与级之间或同级的计算机之间又有一定的联系，相互之间实现通信。
FCS（现场总线控制系统），现场总线是连接现场智能设备与控制室之间的全数字式、开放的、双向的通信网络。
3.计算机控制系统中的实时性，离线方式，在线方式的含义？答：在线方式，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。
离线方式，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作相应操作的方式。
实时，指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制。
第二章模拟量输入输出模板1．模拟量输入模板主要指标①输入信号量程②分辨率③精度④输入信号类型⑤输入通道数⑥转换速率⑦可编程增益⑧支持软件2． 2.模拟量输出模板主要技术指标1分辨率2稳定时间3输出电平4输入编码5编程接口和支持软件信号调理板，将现场输入信号经过隔离放大，成为工控机能够接受到的统一信号电平以及将计算机输出信号经过放大、隔离转换成工业现场所需的信号电平。
I/O信号的种类：数据信息、状态信息、控制信息三类。
数据信息又分为数字量、模拟量、开关量、脉冲量。
计算机和外部的通信方式：按数据传送方式分为并行通信（传送速度快、信息率高）和串行通信（数据按位进行传送）；串行通信又分为全双工方式、半双工方式、同步方式和异步方式。
三种I/O控制方式：程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。
程序控制方式又分为：无条件I/O方式、查询式I/O方式（又称条件传送方式）。
对于查询式I/O方式，满足实时控制要求的使用条件：所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等于任一外围设备的最短响应时间（也称危险时间）。
中断优先级问题的解决办法：软件查询方式，雏菊链法，专用硬件方式。
I/O接口的编址方式：I/O接口独立编址方式、I/O接口与存储器统一编址方式。
IO接口芯片和CPU之间必要的连接信号：（1）数据信号D0~D7。
（2）读/写控制信号/RD、/WR（或/IOR、/IOW）（3）片选信号/CS和地址线A1、A0（4）时钟、复位、中断控制、联络信号等控制信号。
I/O接口扩展：地址译码器的扩展、负载能力的扩展。
I/O通道分为：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道四种。
模拟量输入通道主要由信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A/D转换器和控制电路等部分组成。
输出保持一般有两种方案：一种是数字量保持方案（一个输出通路设置一个D/A转换器的结构形式），另一种是模拟量保持方案（多个输出通路共用一个D/A转换器的结构形式）。
数字量输入输出通道：数字量输入通道的数字信号：编码数字（二进制数或十进制数）、开关量、脉冲列三类。
数字量输出通道的数字信号：编码数字（二进制或二-十进制）、开关信号、脉冲信号三类。
D/A转换器按其工作方式可分成并行和串行两种；并行D/A转换器又可分为电流相加型和电压相加型。
按其输出又可分为电压输出和电流输出两种。
并行D/A转换器的工作原理：把每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，再把代表各位的模拟量相加，这样，得到的总的模拟量就与数字量成正比的模拟量。
OK1.计算机控制系统定义、硬件组成、各部分作用、分类及英文简称。
定义：计算机控制系统又称数字控制系统是计算机参与控制的自动控制系统，即用计算机代替模拟控制装置，对被控制对象进行调解和控制。
硬件组成：主机，输入输出通道、外部设备。
作用：略。
分类及英文简称：直接控制系统（DDC）、监督计算机控制（SCC）、分布式控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、操作指导系统。
2.画出计算机控制系统的典型结构图并说明工作过程。
P12(图1-9)。
工作过程：检测装置检测当前被控量，计算机启动A/D转换，读转换结果并与给定值比较获得偏差，通过控制量，D/A转换后给执行机构，不断反馈，达到控制被控量的目的。
3.简述计算机控制系统控制过程的三个步骤。
1.实时数据采集对被控量进行采样测量形成反馈信号。
2.实时控制计算根据反馈信号和给定信号按一定的控制规律计算出控制量。
3.实时控制输出向向执行机构发出控制信号实施控制作用。
4.实时、在线方式和离线方式的含义。
1.实时：是指在规定的时间内完成规定的任务。
2.在线方式：是指控制器在控制系统中直接参与控制或交换信息。
3.离线方式：指控制器在控制系统中不直接参与控制或交换信息，而是通过其他媒介传递信息。
5.什么是采样？将模拟信号转换为数字信号的过程称为采样。
6.简述香农(Shannon)采样定理与采样周期的选择。
1.定义：为了不失真的恢复模拟信号，采样频率不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。
实际应用中，所采取的采样频率往往比2fmax大，通常取f=(5-10)fmax.2.采样周期越小，对系统的控制就越及时，对控制系统的动态性能就越有利，但若选得过小，会增加计算机的计算量，使计算机在规定时间内无法完成计算，不能满足系统实时性的要求，采样周期过大会导致采样与控制的不及时，影响系统的动态品质，甚至导致系统不稳定。
7.数字控制器的设计方法有哪两种？模拟化设计。
离散化设计。
8.数字PID算法是采用哪种方法实现的？模拟化设计。
计算机控制系统知识点一、计算机控制系统的定义计算机控制系统是一种利用计算机技术进行控制的系统，通过计算机对被控制对象进行监测、分析、控制和调度，实现自动化生产和运行。
计算机控制系统广泛应用于工业生产中的自动化设备、交通运输系统、医疗设备等领域。
二、计算机控制系统的组成1. 控制器：控制器是计算机控制系统的核心部件，负责对整个系统进行控制和监测。
控制器通常由计算机主机、输入输出设备、运算器、存储器等组成。
2. 输入输出设备：输入设备用于将外部系统中的数据传输到计算机控制系统中，输出设备则将计算机处理后的数据传输到外部系统中。
3. 运算器：运算器是计算机控制系统的“大脑”，负责进行各种数学运算和逻辑运算。
4. 存储器：存储器主要用于存储程序和数据，包括内存和外存两种形式。
三、计算机控制系统的工作原理计算机控制系统通过输入设备获取外部信息，经过运算和逻辑判断后，通过输出设备输出控制指令，实现对被控制对象的自动控制。
整个过程中，计算机控制系统需要经历输入、运算、输出三个基本过程。
四、计算机控制系统的应用1. 工业生产领域：计算机控制系统广泛应用于各种自动化生产设备中，提高了生产效率和生产质量。
2. 交通运输领域：交通信号灯、地铁列车调度系统等都是计算机控制系统的应用案例，提高了交通运输效率和安全性。
3. 医疗设备领域：医用X射线机、B超仪、电子胃镜等医疗设备都采用了计算机控制系统，提高了医疗诊断的准确性和效率。
五、计算机控制系统的发展趋势随着计算机技术的不断发展和进步，计算机控制系统将更加智能化、网络化和集成化。
未来，计算机控制系统将更加便捷、高效、智能，为人类社会的发展和进步提供更大的帮助和支持。
第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。
1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。
2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。
3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。
4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。
输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。
第一章：绪论1)计算机控制系统典型结构：2)计算机控制系统的控制过程三个骤：（1）数据采集（2）计算控制量（3）输出控制信号3)计算机控制的特点：（1）控制规律的实现灵活、方便。
（2）控制精度高。
（3）控制效率高。
（4）可集中操作显示。
（5）可实现分级控制与整体优化。
（6）存在着采样延迟。
4)计算机控制系统的分类：一、操作指导控制系统二、直接数字控制系统三、监督计算机控制系统四、分布式控制系统5)计算机控制系统的控制器是由计算机承担的，控制规律是计算机通过软件来实现的。
计算机控制系统的核心部分是数字控制器，控制性能的优劣主要由计算机控制器的设计决定。
由计算机控制系统包含数字信号也包含连续信号第二章：计算机控制系统的设计1)计算机设计方法两种：1、基于连续系统设计方法的模拟化2、基于离散系统设计方法的直接数字化 2) 信号类型：按时间分：连续时间信号、离散时间信号 按幅值分：模拟量：时间、幅值都连续 离散量：时间轴离散，幅值连续数字量：时间离散，幅值离散（用二进制编码表示） 3) 采样：把时间和幅值上均连续的模拟信号，按一定的时间间隔 （采样周期T ）转变为只在瞬时才有脉冲输出信号4) 保持：在满足采样定理的条件下，采用保持器将计算机输出的离散信号恢复为被控对象能够接受的连续模拟信号。
5) 脉冲传递函数定义：在初始条件为零时，系统输出量的Z 变换与输入量的Z 变换之比6) 控制系统的差分方程一般表示为:7) 两者可以互换：ay(k-i) 的Z 变换为a*（z 的﹣i 次方）*Y(z) 8) S 平面到Z 平面的映射 :单位圆内部对应左半s 平面 9) 计算机控制系统的设计步骤： 1．设计模拟控制器 2．选择合适的采样周期)()()(z R z Y z G =)()2()1()()()2()1()(21021m k r b k r b k r b k r b n k y a k y a k y a k y m n -+-+-+=-++-+-+3．模拟控制器的离散化 4．仿真校验是否达到设计要求 5．数字控制器的计算机实现 10) 模拟控制器离散化方法（计数）1．后向差分法：2．双线性变换法：3．加零阶保持器的Z 变换方法(可能不考):11) 直接数字化设计步骤：(书P26)1．求系统广义脉冲传递函数 G(Z) ，即对带有零阶保持器的被控对象传递函数进行 Z 变换。
计算机控制系统复习课主要内容一、填空18道题，共35个空，每空1分，共35分。
1（3）、计算机控制系统的控制过程可简单地归纳为三个过程：信息的获取、信息的处理、信息的输出。
P32（3）、过程控制通道根据信号的方向和形式，可分为以下四种：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。
P43（1）、在一条通信电缆中同时传输4～20mA（DC）电流信号和数字信号，这种方式称为HART协议通信方式。
P104（1）、在使用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为0℃，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果，这样做，就称为热电偶的冷端温度补偿。
P145（1）、卡曼涡街流量计的原理：通过检测通道流体在障碍物两侧，产生涡流的频率或者是周期来计算流量。
P176（1）、电磁式流量计是基于电磁感应原理来测量流量的仪表，它能测量具有一定电导率的液体的体积流量。
P187（1）、交流伺服电动机有两相绕组：励磁绕组、控制绕组。
P338（1）、步进电动机的作用是将脉冲电信号转换成相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步。
P379（3）、按照总线中信息传输的性质，通常可以把总线分为：数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB、电源总线PB。
P42 10（1）、广义上，内部总线又称为系统总线或板级总线。
P4211（1）、1988年，Compaq等9家兼容机制造商联合推出了EISA总线，目的是抵制IBM的MCA总线对于市场的垄断的野心。
（书上是1989年）P5012（2）、简单了解一下史蒂夫·乔布斯，了解一下最简单的常识。
史蒂夫·乔布斯（1955-2011），发明家、企业家、美国苹果公司联合创办人、前行政总裁。
1976年乔布斯和朋友成立苹果电脑公司，他陪伴了苹果公司数十年的起落与复兴，先后领导和推出了麦金塔计算机、iMac、iPod、iPhone等风靡全球亿万人的电子产品，深刻地改变了现代通讯、娱乐乃至生活的方式。
计算机控制系统复习要点计算机控制系统复习要点第一章自动控制系统：被控对象检测传感装置控制器控制器：模拟控制器数字控制器（计算机实现）计算机控制系统：采用了数字控制器的自动控制系统包括计算机（硬件软件和网络）和生产过程（被控对象检测传感器执行机构）文档收集自网络，仅用于个人学习计算机控制系统执行控制程序过程：实时数据采集实时计算实时控制实时管理计算机控制系统存在两种信号：模拟信号和数字信号需要用离散控制理论对计算机控制系统进行分析和设计计算机控制系统硬件：主机外部设备过程通道生产过程。
1操作指导控制系统（odc）2直接数字控制系统（ddc）：为闭环控制3计算机监督系统（scc）：被控对象给定值可变4集散控制系统(dcs):草果管理功能的集中和控制功能的分散。
5现场总线控制系统（fcs）：1,系统内各设备的信号传输实现了全数字化，提高了信号传输的速度，精度和距离，是系统的可靠性提高；2.实现了控制功能的彻底分散，把控制功能分散到各现场设备和仪表中，使现场设备和仪表成为具有综合功能的只能设备和仪表。
文档收集自网络，仅用于个人学习6工业过程计算机集成制造系统1.2.计算机控制系统性能系统稳定性，能空性，能观性，动态特性及稳态特性。
G（s）：控制通道Km：放大系数Tm：惯性时间常数T:滞后时间常数Gn（s）：扰动通道Kn:放大系数Tn 惯性时间常数T：滞后时间常数控制系统性能采用超调量阿尔法（a%）调节时间ts 稳态误差ess来表示Kn越小，ess越小，控制精度越高Km对性能无影响Tn加大超调量减小Tm越小系统反应越灵敏性能越好Tn对性能无影响。
T使超调量增大ts延长T越大控制性能越差第二章2.1输入输出过程通道概述过程通道起到了cpu和被控对象之间的信息传送和变换的桥梁作用。
过程通道包括：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2.2模拟量输入通道（将模拟信号转换为数字信号）普遍采用共用程控放大器和A/D转换器的结构形式主要由：传感器信号调理单元多路转换开关程控放大器采样保持器A/D转换器和I/O 接口电路。
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）1、计算机控制系统有哪些特征。
2、计算机控制系统有哪几部分组成？说明各部分组成的主要功能，并画出系统的硬件组框图。
3、计算机控制系统按功能分类有几种。
4、说明DDC与SCC的系统工作原理、特点，他们之间有何区别和联系？并画出DDC、SCC的原理框图第2章工业控制计算机的组成（5～10）1、工业控制机的特点有哪些？2、工业控制机硬件由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？3、常用的内部总线有哪些？4、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1、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，画出原理电路图，并编写相应程序。
2、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。
3、大功率输入调理电路的电路图及工作原理。
4、利用74LS273与PC总线控制机接口，设计8路数字量输出接口，画出原理电路图，并编写相应程序。
5、大功率直流驱动电路的电路图及工作原理。
6、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1、有源和无源I/V的电路图及工作原理。
2、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1、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1、什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？2、数字信号通道一般采取哪些抗干扰措施？3、计算机控制系统中一般有哪几种接地形式？常用的接地技术有哪些？第5章 数字控制技术（10～15）1、数字程序控制有哪几种方式？2、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 （xe ，ye ），其值为（6，4），试进行插补计算，作出走步轨迹图，并表明进给方向和步数。
3、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1、数字控制器模拟化设计方法的步骤有哪几步？2、写出数字PID 控制器的位置方式、增量方式，并比较他们的特点。
计算机控制系统复习第一章·绪论一．计算机控制系统的基本结构，控制过程，实时概念？基本结构：控制过程：1数据采集及处理2.实时控制和信息处理实施概念：信号的输入计算和输出都要在一定时间（采样间隔）内完成二．计算机控制系统的组成（框图）硬件：计算机过程输入、输出通道外部设备操作台软件：系统软件应用软件三．计算机控制系统的特点1.模拟、数字混合系统2. 便于修改控制规律3. 可实现复杂的控制规律4. 离散控制5.可分时控制多个回路6.便于实现控制与管理一体化四．计算机控制系统的类型及各自特点1.操作指导控制系统：结构简单控制灵活和安全，但人工操作，速度受限2.直接数字控制系统：参与闭环控制，最普遍3.监督计算机控制系统：4.分级计算机控制系统：将控制任务分散，用于多台计算机分别执行不同任务，既能控制又能管理第二章一．开关量输入信号的基本类型，几种预处理方法及光耦器件的工作原理及作用基本类型：1. 一位的状态信号。
如阀门的闭合与开启、电机的启动与停止、触点的接通与断开。
2. 成组的开关信号。
如用于设定系统参数的拨码开关组等。
3. 数字脉冲信号。
许多数字式传感器(如转速、位移、流量的数字传感器)将被测物理量值转换为数字脉冲信号，这些信号也可归结为开关量。
预处理方法：1信号转换处理2安全保护措施 3 消除机械抖动影响4 滤波处理5隔离处理6光电耦合器件原理与使用光耦器件工作原理：采用光作为传输信号的媒介，实现电气隔离。
作用：用于现场设备与计算机系统之间的隔离保护二．开关量输出信号的具体通道设计1. 隔离处理2. 电平转换和功率放大：小功率低压开关量输出继电器输出可控硅输出功率场效应输出集成功率电子开关输出三．多路A\D转换系统的设计方案三种1采用集成多路A/D转换器2每个模拟量输入配置一个A/D转换器3多路模拟量输入复用一个A/D转换器四．采样/保持器的作用，工作原理作用：在进行模数转换时，如果模拟信号的频率较高，就会由于A/D转换器的孔径时间(即转换时间)而造成较大的转换误差，其作用为克服该误差原理：采样保持器平时处于“采样”状态，跟踪输入信号变化：进行A/D转换之前使其处于“保持”状态，则在A/D转换期间一直保持转换开始时刻的模拟输入电压值；转换结束之后，又使其变为采样状态是否设置采样保持器应根据模拟输入信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间来确定五．模拟输入信号的隔离措施1.光电隔离：在计算机接口和A/D转换电路之间实施光电隔离。
计算机控制系统知识点计算机控制系统是指利用计算机作为中央控制器来控制工业过程、交通运输、机械制造等领域中的各种控制系统的一种系统。
计算机控制系统知识点众多，其中包括计算机控制系统的基本组成、控制系统的分类、控制系统的特点、控制系统的控制方法、控制系统的优化等诸多内容。
一、计算机控制系统的基本组成计算机控制系统由输入、输出、控制器、执行机构四个部分组成。
其中输入部分通常包括传感器、信号调理电路、模数转换器等；输出部分通常包括数字信号输出器、模拟信号输出器、执行机构等。
控制器一般是指由微处理器、可编程逻辑控制器（PLC）或船用控制器等构成的控制模块，执行机构一般指各种电动机、泵、阀门等用来控制操作对象的机构。
二、控制系统的分类根据控制对象的特点，控制系统可以分为连续型系统和离散型系统。
连续型系统是指控制对象运动过程中的时间是连续的，例如温度、压力、流量等都是连续的；离散型系统指控制对象运动过程中的时间是离散的，例如工艺流程、机具动作等都是离散的。
根据控制系统的算法，控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指没有反馈信号或反馈信号量不参与控制算法的控制系统。
例如，定时器就是一个开环控制器。
闭环控制系统是指反馈信号量参与控制算法的控制系统，也称为反馈控制系统。
三、控制系统的特点控制系统的特点包括：系统的控制目标明确、控制精度高、响应速度快、稳定性好、可靠性高、可编程性强等特点。
四、控制系统的控制方法根据控制系统的特点和用途不同，控制系统的控制方法也各有不同。
常见的控制方法包括：1、比例控制：比例控制是指控制输出量与输入量呈比例关系的控制方法。
比例控制在工业生产中广泛应用，例如机床加工中的主轴脉冲控制就采用了比例控制技术。
2、积分控制：积分控制是指控制器对偏差信号进行积分运算后输出控制信号的控制方法。
积分控制常用于工业自动化中的流量控制、温度控制等方面。
3、微分控制：微分控制是指控制器对偏差信号进行微分运算后输出控制信号的控制方法。
1.计算机控制系统与普通计算机系统的主要区别就在于系统的实时性，实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性2.计算机控制系统的典型形式：操作指导控制系统，直接数字控制系统，监督控制系统，集散控制系统，现场总线控制系统，plc+上位机系统3.plc的组成部分：中央处理单元cpu，储存器，输入\输出部件4.A\D转换器的主要技术指标：转换时间，分辨率，线性误差，量程，对基电源5.模拟量输入通道：I\U变换，多路转换器，程控放大器，采样/保持器，A\D转换器，接口及控制逻辑6.若要提高信号的频率则对A\D转换速度要求将相当苛刻，解决的方法就是在A\D转换之前加采样保持器7.隔离方式：变压器隔离，继电器隔离，光电隔离8.D\A转换器主要参数：分辨率，转换时间，精度，线性误差9.数字滤波：就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数字处理，以减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性10.数字滤波的方法：程序判断法，中位值滤波法，平均值滤波法，惯性滤波法11.pid控制：程上常常用在闭环系统中加入PID环节，对系统的传递函数进行修正，以快速的跟踪变化，消除稳态误差12.干扰：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素13.抗干扰方法：硬件措施，软件措施，软硬件结合措施14.干扰的来源：内部干扰(分布电容，分布电感引起的耦合感应)，外部干扰（电源干扰，空间干扰，设备干扰）15.空间抗干扰措施：空间隔离，屏蔽，电气布线16.衡量计算机可靠性的指标：可靠度，MTBF,MTTF，故障率17.典型现场总线：Profibus，FF,WorldFIP，ControlNet，DeviceNet，LonWorks，Modbus，HART18.常用组态软件：InTouch，IFIX,Citech，Wincc，TraceMode，组态王，力控19.P225图7.8 P112的图4.18和4.19 P71页例题。
1．常用的计算机控制系统主机：可编程序控制器（PC）、工控机（IPC）、单片机、DSP、智能调节器。
2．工业控制机：（1）硬件组成主机板、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（2）软件组成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，Windows等系统软件。
3．总线概念：所谓总线，就是计算机个模块之间互联和传送信息（指令、地址和数据）的一组信号线。
以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可以分为片级总线和系统总线。
片级总线包括数据总线、地址总线、控制总线、IIC总线，SPI 总线、SCI总线等；系统总线包括ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线等；外部总线包括RS—232C、RS—485、IEEE—488、USB等总线。
ISA：数据线宽度为16位总线，总线时钟为8MHz EISA：数据线宽度为32位总线，总线时钟为16MHz 。
4．PCI主要性能：（1）总线时钟频率33.3/66MHz (2)支持10台外设（3）总线宽度32位（5V）/64位（3.3V）（4）时钟同步方式（5）最大传输速率133MB/S （6）能自动识别外设（7）与CPU及时钟频率无关（8）特别适合与Intel的CPU协同工作5．小功率输入调理电路：采用积分电路消除开关抖动、R—S触发器消除开关两次反跳的方法。
大功率输入调理电路：采用光电耦合器进行隔离。
6．串模干扰：叠加在被测信号上的干扰噪声。
抑制方法：滤波、用双积分式A/D转换器、对被测信号进行前置放大或完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施、利用逻辑器件的特性、采用双绞线作信号引线。
共模干扰：指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。
抑制方法：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比。
长线传输干扰抑制方法：终端阻抗匹配和始端阻抗匹配。
7．数字控制，就是生产机械根据数字计算机输出的数字信号，按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的控制方式。
第一章绪论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IPC）来实现生产过程自动控制系统。
模拟控制系统（连续系统)由控制器或控制装置来调节或控制被控对象输出行为的模拟系统。
图1 计算机控制系统原理图工作原理：1。
实时数据采集：对被控参数在一定采样时间间隔进行测量，并将采样结果输入计算机。
2。
实时控制决策：对采集到的被控参数进行处理后按预先规定的控制规律决定将要采取的控制策略。
3.实时控制输出：根据控制决策，实时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务.4.信息管理：随着网络技术和控制策略的发展,信息共享和管理介入到控制系统之中.上述过程不断重复，以此实现计算机对工业生产过程的自动控制。
计算机控制系统组成：硬件（计算机本身及其外部设备):主机(计算机），系统总线，外部设备(包括操作台），过程通道，通信接口,检测与执行机构,实时时钟。
软件(计算机控制系统中具有各种功能的计算机程序的总和）系统软件(管理计算机的内存，外设等硬件设备）：操作系统，语言加工系统,数据库系统等应用软件（根据用户要解决的控制问题而编写的各种控制和管理程序，其优劣直接影响系统的控制品质和管理水平)过程控制程序，人机接口程序，数据采集及处理程序，报警程序等计算机控制系统大致可以分为：操作指导控制系统，直接数字控制器（DDC）计算机监督控制（SCC）集散控制系统(DCS）现场总线控制系统（FCS）课后习题：1.计算机控制系统与模拟控制系统（连续系统）的区别？答:计算机控制系统又称数字控制系统，是指计算机参与控制的自动控制系统,既：用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。
计算机采用的信号是数字信号，因此为了信号匹配，在计算机与被控对象之间采用模／数转换器（A／D)和数／模转换器（D／A)，以实现两种信号之间的相互转换.2。
计算机控制系统的实时性，在线方式和离线方式的含义是什么？答：1。
实时性是指计算机能够在工艺要求允许的时间范围内及时对被控参数进行测量，计算和控制输出,超过控制时限就失去了控制的时机，控制也就失去了意义；2.在计算机控制系统中,生产设备和计算机系统直接连接，并接受计算机直接控制的方式称为在线或联机方式;3。
1.1闭环控制系统的特点。
从常规来看，控制系统为了获得控制信号，要将被控量y与给定值r相比较，得到偏差信号e=r-y。
然后，利用e直接进行控制，使系统的偏差减小直到消除偏差，被控量接近或等于给定值1.2计算机控制系统有哪几部分组成？计算机控制系统由两大部分组成：一部分为计算机及其输入输出通道，另一部分为工业生产对象（包括被控对象与工业自动化仪表）。
1.3直接数字控制系统(DDC)是计算机在工业应用最普遍的种方式。
它是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与给定值进行比较，并按预定的数学模型（如PID控制规律）进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数稳定在给定值上。
1.4集散控制系统的特点是什么？控制分散、信息集中系统模块化数据通信能力较强友好而丰富的人机接口可靠性高2.1总线定义总线是计算机各模块间进行信息传输的通道。
它包括通道控制、仲裁方法和传输方式等内容2.2简述总线的组成。
数据总线：总线宽度表征数据传输能力；地址总线：不同的总线对地址的分配不同；控制总线：控制信号最能体现总线特色；电源：向低压发展。
功能：数据传输功能，中断功能，多主设备支持功能，错误处理功能2.3STD总线有什么特点模块化的总体设计布局，允许系统设计者选取所需的功能模块解决具体问题；开放式的系统结构，使用户可根据需要选用各种功能模板，像搭积木一般任意拼装出自己所需的计算机系统；拥有丰富的I/O功能，使之能广泛地应用于工业控制的各个领域；模板的小尺寸设计，消除了冲击和震动的影响等。
2.4RS232和RS485有什么不同？232电气特性：接口为非平衡型，每个信号用一根导线，所有信号共用一根地线。
信号速率限于20kbit/s内，电缆长度限于15m内，单线，线间干扰大。
电性能用±12V标准脉冲，采用负逻辑。
RS-232的逻辑电平与TTL电平不兼容，与TTL器件相连必须进行电平转换。
采用电平传输，通信速率为19.2kbit/s时，通信距离只有15m。
（一）基本概念第一章1，什么是运算机掌握系统？与传统的掌握系统相比，运算机掌握系统的优点是什么？答：运算机掌握系统：用运算机代替常规掌握系统中的模拟掌握器对系统进行掌握的系统；优点：具有精度高速度快，储备容量大和规律判定功能，获得快速宁静的掌握成效；看完实现高级复杂的掌握方法，2，简述运算机掌握系统的硬件组成和各自的功能；答：运算机掌握系统的硬件一般由主机检测元件，外表，操作台等部分组成；，接口和输入/输出通道，通用外部设备，执行机构，主机：采纳一台或多台运算机，通过接口和I/O 口通道，接收检测设备传来的信息并向掌握系统的各个部件发出命令，同时运算机对系统的各个参数进行巡回检测，制运算，分析报警，规律判定等；数据处理，控接口与I/O 通道：主机与被控对象之间进行信息交换的纽带；通用外部设备：扩大运算机的功能，息的记录，储备，显示，打印，传送；是运算机系统与操作人员的交互界面，用来完成信检测元件，外表，执行机构：检测元件和外表用来测量生产对象的某些参数，并将非电量的被测参数转换为电量表示；执行机构接受CPU 的命令使被控对象完成规定的掌握动作；操作台：用来实现人机之间的交互功能；3，运算机掌握系统应当有哪些主要特点？答：1.实时性 2.良好的输入/输出才能 3.标准化和系列化 4.模块化的系统结构 5.牢靠性（平均无故障时间，抗干扰才能强，具有定时自动启动功能和硬件自检功能）4，运算机掌握系统大致可分为哪几类？简述各类运算机掌握系统的结构和特点；答：运算机掌握系统大致可分为以下五类：1）数据采集系统（DAS ，Data Acquision System）2）直接数字掌握系统（3）运算机监督系统（4）分布式掌握系统（5）现场总线掌握系统（DDC ，Direct Digital Control ）SCC ，Supervisory Computer Control ）DCS ，Distributed Control System ）FCS ，Fieldbus Control System ）1）数据采集系统简称：DAS运算机只对掌握系统的参数进行采集，加工和分析处理，并将处理后的数据输出；操作人员依据输出的数据，对生产过程显现的问题进行处理，该系统结构简洁，安全牢靠；运算机不直接参加生产过程的掌握，2）直接数字掌握系统简称：DDC直接数字掌握系统中，运算机经输入（据进入运算机后与预先设定的值进行比较，AI 或DI ）对生产过程进行数据采集；采集的数或依据要求进行处理；运算机依据比较和分析的结果，依据掌握规律（如PID ）经输出（AO 或DO ）对生产过程进行直接掌握；3）运算机监督系统简称：SCC运算机监督系统实际是两级运算机掌握系统，上一级为SCC，下一级为DDC ；生产过程采集数据经佳设定值传送给AI ，DI 送DDC 的同时也送SCC；SCC 依据采集的数据，经过运算后获得最DDC ；DDC 对设定值和测量值进行比较，比较后的结果经AO ，DO 送出，对生产过程进行掌握；对运算机监督系统，要求SCC 级具有强大的数据处理才能，储备容量大；DCC 就需要实时性好，牢靠性高和环境适应性好；4）分布式运算机掌握系统（DCS ）又称集散式掌握系统；分布式运算机掌握系统的特点是“掌握分散，治理集中”5）现场总线掌握系统（FCS ）FCS 是建立在网络基础的运算机掌握系统；现场总线是一种通信协议，是连接设备和系统的数字式网络；现场总线使掌握系统实现了现场网络通信，设备互连与互操作，全数字通信等；现场总线的组成由监控设备，服务器和网桥，执行器，变送器，帮助设备等部分；FCS 与 DCS 系统相比有以下特点：全数字信息传输 系统结构更合理 便利的互操作 性其次章5，什么是 PID 掌握算法？其优点是什么？答： 掌握系统中，掌握器的输出是其输入的比例，积分，微分（ Differential ）的函数， 简称 PID 掌握Proportional ， Integral ， 优点：（ 1） PID 掌握技术成熟 (2) 不需要求出系统的数学模型 (3) 掌握成效好6，试述 PID 答：比例系数 作用的强弱， 算法的表达式中各项的作用；Kp 打算掌握Kp 加大时可削减系统的稳态误差， 提高系统的动态响应速度， 但 Kp 过大会引起振荡或导致系统不稳固； 积分项 Ki/S 用于排除系统的稳态误差，但积分项会使动态过程变慢，增大系统的超调量， 使系统的稳固性变坏；微分 KdS 的掌握作用与偏差的变化速度有关；微分能产生超前的校正作用，有助于削减超 调和振荡，并能削减调整时间，从而改善系统的动态性能；7，写出位置式 PID 和增量式 掌握的位置式：的表达式，增量式 PID 与位置式 PID 相比有什么优点？ PID 答：数字 PID k T dT T T i u(kT ) k p e(kT) e( jT ) e(kT) e(kT T )i 1 E ( z) 1Z )E( z)对上式作 Z 变换 Td T T Ti U ( z ) kp E( z) (1 1 1 z U ( Z) E ( Z ) 11 1 Z Z 传递函数 D( Z) K K K (1 Z )p i 1 d 式中： Kp Ki=Kp*T/Ti Kd=Kp*Td/T 为比例系数为积分系数为微分系数；增量式数字 PID 的掌握算式u(kT ) u(kT) u(kT T )k p e(kT ) k d e(kT) e(kT T) k i e(kT )2e(kT T) e(kT 2T)将上式中同一时刻的输入值合并，就增量式PID 掌握算式可写为：T )u(kT) (kp k i k d )e(kT) ( k p2k d )e(kTk d e( kT 2T )增量式数字PID 掌握算法有以下优点：（1）位置式算法需要运算偏差的累加值，简洁产生累计误差，而增量式算法只与三个采样值有关，误差可削减；（2）位置式的积分项可能产生积分饱和与超调，增量式克服了上述缺点，使系统的过渡过程时间缩短，系统的动态性能得到提高；（3）当过程掌握系统中需要手动—自动切换时，增量式易于实现无冲击切换；在实际工程中，大量使用增量式算法；PID 算式？8，什么是不完全微分，积分分别的答：不完全微分算法：在PID 算式中，当有阶跃信号输入时，微分项的输出急剧增加，引起高频干扰；为了抑制高频干扰，可在数字调剂器中串接一个低通滤波器；积分分别算法：在PID 掌握中积分项用于排除系统的稳固误差，但过大的积分会导致系统的稳固性变坏，显现饱和和较大的超调量；可采纳积分分别算法，在误差比较大，超过某一规定值时，取消积分，用PD 掌握，改善系统的动态特性；在误差比较小时，采纳PID 掌握，保持稳态特性；9，在数字PID 中，采样周期如何确定？采样周期的大小对调剂品质有何影响？答：采样周期T 的确定：由采样定理，采样频率的上限fs≥ 2fmax 时，系统可真实复原原有的信号；实际掌握中，采样频率取值都取得较高，一般要依据被测参数的情形进行变化影响采样周期的因素有以下几个方面：（1）扰动频率：当扰动频率高时，采样频率应相对提高；（2）被控对象的动态特性：被控对象的滞后和时间常数应作为考虑的因素，采样周期T 应与滞后时间基本相符；（3）掌握的回路数：当回路多时，采样周期应加大（4）其它如采纳的算法和执行器的类型，掌握的精度等因素；10，PID 掌握中，为何需要参数整定？简述临界比例法，试凑法的的操作过程；答：工业生产过程中，对于生产装置的温度，压力，流量，液位等工艺变量经常要求爱护在肯定的数值上，或按肯定的规律变化，以满意生产工艺的要求；PID 掌握器是依据PID 掌握原理对整个掌握系统进行偏差调剂，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致；不同的掌握规律适用于不同的生产过程，必需合理挑选相应的掌握规律，否就PID 控制器将达不到预期的掌握成效；试凑法此方法是通过仿真或实际运行，观看系统对典型输入作用的响应曲线，依据PID 各参数对系统的掌握作用，反复调剂试凑得到中意的结果为止；试凑时按先比例，后积分，再微分的次序进行；（1）调整比例系数KP ，由小变大观看响应曲线的变化，达到中意为止；（2）当适当调整KP 不能达到掌握成效时，须加入积分环节；将积分时间常数，由大逐步减小，并KP ，观看系统特性，使其保持在良好的动态特性下排除稳固误差Ess；（3）如动态特性不能中意，就再加入微分环节，调整时，将微分时间常数由小到大，观看系统特性；（4）按步骤⑴，⑵反复试凑，直到中意为止；3，临界比例法该方法是一种简易的工程整定方法；临界比例法是基于模拟调剂器使用的一种数整定方法，操作的步骤如下：PID 参（1）挑选一个足够短的采样周期；（2）将输入到运算机掌握系统，只取比例掌握，逐步缩小比例度，直到系统产生等幅振荡，此时的比例度δ u 称临界比例度，相应的振荡周期Tu 称为临界振荡周期；3）挑选掌握度：掌握度指平方积分DDC 的掌握成效与模拟调剂器掌握成效之比，评判函数用误差E 2 (t )dt表示；2E ( t ) dt DDC掌握度=2E ( t ) dt 模拟对于模拟系统，其误差平方积分可按记录纸上的图形面积运算，而DDC 系统可用运算机计算；通常当掌握度为时，表示DDC 系统和模拟系统的掌握成效相当；（4）依据掌握度，查表可求出T，KP，KI 和KD 值；（5）依据上方法求得的参数，通过实际运行观看掌握成效，必要时可适当调整参数，直到获得中意的成效为止；第四章11，工业掌握领域中常用的微型运算机有哪几种？答：掌握系统中常用的微型运算机主要有以下几种：（1）单片微型运算机和嵌入式系统（2）可编程规律掌握器（3）STD 总线工控机（4）工业PC 机12，用单片机对系统进行掌握时，通常需要扩充储备器，简述扩充中需留意的事项；答：1）地址和编码方式（1）统一式编码方式单片机一般采纳（2）隔离式编码方式PC 机采纳2）M 的片选掌握方式（1）线选掌握方式（3）M 芯片的挑选2）局部译码法（3）全译码法（1）RAM （2）ROM 储备器4）与CPUSRAM ，DRAM ，IRAM掩膜ROM ，PROM ，EPROM ，E2 PROM ，闪速的连接（1）负载才能较小系统CPU 可与M 芯片直接连接，较大系统时增加驱动器；（2）时序的协作尽量选与CPU 速度相近的（3）M 的地址安排M 芯片；确定扩充M 的容量，挑选合适的芯片，画出地址安排图，选出译码器等其它器件，画出硬件连接图；（4）搭出硬件电路并进行调试，制作集成电路板；什么是动态显示和13，微机掌握系统中，常用的显示器件有哪几种？各自的特点是什么静态显示？比较两者的优缺点；答：掌握系统常用显示器：1）显示和记录外表2）LED 和LCD 3）CRT 显示器4）大屏幕1，LED 显示器（1）分为七段和米字型（2）有共阴和共阳两种接法（3）有红，黄，蓝，紫多种颜色（4）已经有将4-6 位集成在一起的多位LED 数码管●LED 数码管的显示方法（1）软件实现方法①动态显示：单片机定时对显示器件扫描，显示器件分时工作；优点：使用硬件少，线路简洁，价格廉价缺点：占用机时长②静态显示单片机一次输出显示后，始终保持显示结果，直到下一次送新的显示内容；优点：占用机时少，显示牢靠缺点：使用硬件多，线路比较复杂，价格较高（2）硬件实现方法采纳硬件译码器代替软件获得显示代码，其优点是节约CPU 的机时，程序设计简洁；同样分为动态和静态两种；2，LCDLCD 显示器是在两片玻璃间配置10-12um 的薄层流体液晶构成；和LED 相比较LCD 的特点是不仅能显示数字，仍能显示图像；LCD 显示器的显示方式：①笔段式：类似7 段LED 显示器，为长条状显示像素组成的显示器；显示像素连续排列，可以显示字符和各种图形曲线；显示②点阵字符式和点阵图形式：时需加驱动器掌握；PLC ，STD 工控机和工业PC 机的主要特点和应用；它们分别使用14，试述可编程掌握器于何种掌握系统？答：（1）PLC 可编程掌握器的特点:①牢靠性高，抗干扰才能强②编程简洁，使用便利③组合敏捷，适用面广④丰富的I/O 接口模块，功能齐全，扩充便利⑤体积小，体重轻，价格低；应用：①次序掌握②定时掌握③过程掌握④数据处理⑤数据处理⑥其他实现的功能：①次序掌握②过程掌握③计数定时掌握④模/ 数和数/ 模转换⑤数据处理⑥通信和联网⑦冗余掌握⑧监控功能⑨其他功能（2）STD 工控机特点：①采纳165×114mm 的小板结构，机械强度好，抗冲击，抗震惊，抗老化和抗干扰能力强；小板上元件少，因此散热性能好，提高了系统的牢靠性和可爱护性；此外，元器件都经过严格挑选和老化处理，使其产品的平均无故障间隔时间（MTBF ）达60 年；用户可依据实际需要挑选各种模块和软②供应大量功能模块（近千种），模块设计标准化，件构成工业掌握系统；既提高了设计的效率又降低了系统的成本；③兼容开放式的总线结构，使STD 总线可支持多种8 位CPU，包括Z80，M68 系列和PC 系列的多种产品；采纳周期窃取和分时复用技术，可敏捷地扩充升级配套性和兼容性好；16 位和32 位的CPU，④总线模板上各接口之间呈直线连接，信号最短距离传送，运行速度高，削减了干扰，软件（系统软件）采纳固化措施，提高了牢靠性；对应用场合：由于以上特点，STD 总线可适应工业现场的震惊，灰尘，高温，有害气体，电磁干扰等恶劣环境，成为工业现场首选的掌握机；（3）工业PC 机IPC特点：①牢靠性高②实时性好③环境适应才能强④小板结构，模块化设计，完善的I/O 通道⑤系统开放性好⑥性能价格比高第五章15，什么是传感器？传感器有哪些主要的技术指标？选用传感器应当遵循哪些规章？答：传感器是一种能感知某一被测量，并将被测量变换为相应的其它量的器件或装置；传感器的技术指标：（1）输入特性l 量程l 过载测量上限与下限的差超出传感器测量范畴的最大答应输入值（2）静态响应特性l 精度l 辨论率l 灵敏性l 稳固性（3）动态特性测量结果与“真值”的靠近程度对被测量相对变化的最高反应才能输出量变化值与相应输入量变化值之比在一个较长时间内保持性能参数的才能动态特性是指被测量在变化时传感器的输出量是否能追随输入量的变化，分为阶跃响应和频率响应两类，可依据其特性曲线的特点值来判定；主要的指标是时间常数τ，上升时间Tr ，建立时间Ts ，过冲量α，衰减比δ等；选用传感器的一般规章：（1）与测量条件有关的事项测量的目的，被测量的类型，测量的范畴，测量所需的时间（2）与传感器性能有关的事项静态响应特性和动态响应特性；（3）与使用条件有的事项场所，温度，湿度，是否与其它设备相连，外界干扰，功率容量，形状尺寸，重量等；（4）其它传感器的性能价格比，生产厂家的服务，交货时间，保修时间，零配件的供应等；16，在模拟量输入通道中，信号调理包括哪几部分？答：放大器，信号转换设备，滤波器17，画出模拟量输入（输出）通道的结构图，说明各部分的作用；答：模拟量输入通道原理框图多路开关：1，将待测控的多路参数分时接通，送入通道进行A/D 转换；2，将运算机处理后的数据分时的经D/A 转换成模拟信号，掌握执行器的执行；两种用途可采纳同一种多路开关，后者称为多路安排器；但详细任务不同，常将前者称为多路开关，18，说明以下名词：采样，量化，编码；答：采样：将模拟信号变为一串脉冲信号，采样的输出跟随模拟量输入的变化；保持：保持采样时的信号不变，直到保持命令撤消为止，以便完成量化：将采样时刻的信号按最小量化单位取整；A/D 转换；编码：将量化后的信号转换为二进制码形式，数字量可由运算机识别并处理；解码：将数字信号转化为模拟脉冲信号；即数字量，属于无误差的等效转化，编码后的19，什么是孔径时间（TAP ）和捕获时间（TAC ）？答：孔径时间指保持命令发出后到规律输入掌握的开关完全断开所需时间；响A/D 转换的精度；捕获时间是采样命令发出后，输出值从保持值到达当前输入信号值所需时间；样频率的提高；的存在影TAPTAC 影响采20，A/D 转换器按转换方式如何分类？表达各种转换方式的优缺点；答：A/D 转换器按转换方式分类：逐次靠近型，双积分型，V/F ，Σ-Δ型变换器21， D/A 输出中，说明（ 1）什么是单极性和双极性输出？（ 2）什么是左对齐和右对齐 答：（ 1）单极性输出：指输入的数字量为最小到最大时输出电压全为正或全为负；在电压输出型的 D/A 转换器中，因其片内含有一级运算放大器，已经将模拟电流量转换为模拟电压量输出，因而属于单极性输出类型；而电流输出型的 D/A 转换器中，为了保 证梯形电阻网路各支路及各臂压降稳固不变， 必需将 OUT1 端接 “虚地 ”；因此， 经常将电流 输出型的 D/A 转换器的电流输出端与一电压放大器相连接， 而构成单极性的电压输出方式； 双极性输出：指输入的数字量为最小到最大时输出电压部分为正部分为负；在随动系统中，例如伺服电机掌握系统，由偏差产生的掌握量，不仅与其大小有关，而且仍与掌握量的极性有关，因而要求 转换器为负载供应双极性电压的输出方式； D/A D8 D0 （ 2） × D7 × D6 ×D5 × D11 D10 D9 D1 D11 D3 D10 D2 D9 D1 D8 D0 D7 × D6 × D5 × D4×D4 D3 D2 （ a ）向右对齐数据格式 “向右对齐数据 ”时，将单片机的 （ b ）向左对齐数据格式与 转换器的 D0-D7 连接，再将单片微机的 D0-D7 D/A 数据总线中 D3~D0 与 D/A 转换器的 对应连接起来；D/A 转换器的 D11-D4 连接，再将单片微机的 D3-D0 对应连接起来；D11 ~ D8 D0-D7 与 “向左对齐数据 ”时，将单片机的 数据总线中 D7-D4 与 D/A 转换器的数字输入端 22，在掌握系统中，执行器按所需能量分，分成哪三类？各自的优缺点是什么？答： A. 电动执行器；● 分为电机式和电磁式两类；电机式包括伺服电动机， 步进电机等； 电磁式包括继电器， 接触器， 电磁阀， 电磁离合器等；● 电动执行器具有响应速度快，与运算机接口简洁等优点，成为运算机掌握系统的主要执行机构；● 其中步进电机由于可以直接接受数字量，并且执行速度快，精度高，在运算机掌握系统中得到了广泛的应用；B.气动执行器；● 气动执行器分为薄膜式和活塞式两种；● 气动执行器由接收器， 喷嘴挡板结构， 气马达或作动筒等 部分组成； 接收器接受计 算机发来的掌握命令， 阀门，完成执行功能；将电量信号转变为气压信号， 驱动气马达或作动筒运转， 开启或关闭 ●气动执行器的优点是结构简洁，输出推力大，价格低廉，防火防爆，常用于石油，化工，冶金，电力等部门；C.液压执行器；●液压执行器由掌握部分（节流阀，射流喷管，可调泵）和执行部分（液压马达，动力作动简）组成，可将油液压力转变成机械能，驱动负载直线或回转运动；●液压执行器的优点是能进行无级变速，输出功率大，结构简洁，修理便利，常用于传送大扭矩和推力的场所；23，在开关量输入/输出系统中，为何要实行隔离措施，常用的隔离措施有哪几种？开关量输入/输出电路中常采纳哪几种爱护方法？答：开关量：继电器的合上和断开，按钮的按下和松开等；对于开关量掌握的器件，在开关过程中会产生很强的电磁干扰信号，如不处理可能造成运算机掌握系统的损坏和误动作；因此在开关量输入/输出通道和接口设计中，必需考虑信号的调理和隔离；常用隔离措施：a，光电隔离b，继电器隔离c，变压器隔离开关量输入/输出电路中常采纳爱护方法：24，说明继电器的工作原理，选用继电器应考虑哪些因素？答：继电器是电器掌握中最常用的一种掌握器；继电器由通电线圈和触点（常开或常闭触点）构成；工作原理：当线圈通电时，由于磁场的作用，使开关触点闭合或打开，接通或断开执行器，完成掌握功能；通电线圈用直流低电压掌握（如9V，12V，24V），触点输出部分可以直接与220V 或380V 市电和工业用电相连；选用继电器时应当考虑下面因素：a 继电器的额定工作电压（或电流）；b 接点的数量，种类和负荷，吸合和释放的时间；c 继电器的体积和封装形式；d 继电器的工作环境；25，SSR 与继电器相比有何优点？答：继电器触点吸合时简洁产生火花，引起干扰，影响系统牢靠性；SSR 用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，并将光电隔离器融为一体（是一种带光电隔离的无触点通断型大型功率电子开关）；它比电磁继电器工作牢靠，并有寿命长，对外干扰小，抗干扰能力强，开关速度快，使用便利，输入与TTL 和CMOS 电平兼容等特点，故在工业掌握中应用广泛；26，在运算器掌握中，采纳哪几种大功率器件驱动执行器的工作？答：a 门电路 b 大功率管 c 继电器和固态继电器 d 可控硅27，试述步进电机的结构特点和工作原理；答：步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行器件，制和外表中；广泛应用于工业过程控结构特点与工作原理：步进电机由定子转子组成，转子由多个矩形小齿匀称分布在园周上；定子嵌装有多相不同连接的掌握绕组，定子的绕组线圈，由专用的电源供应电脉冲信号，使定子的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，使转子转动肯定的角度；步进电机转子的角位移与掌握脉冲间精确同步，可以通过转变脉冲频率来调速，具有精度高，能快速启停等优点；28，在三相步进电机中，说明：（1）三相的含义（2）三相单三拍，三相双三拍，三相六拍的通电次序答：（1）三相：电机的定子上有 6 个等分磁极， A ，A ′，B ，B′，C，C′，相邻两个磁极间夹角600，相对两个磁极组成一相，构成A-A ′，B-B ′，C-C′三相；（2）a 三相单三拍，通电次序为b 三相双三拍，通电次序为c 三相六拍，通电次序为AＡBＡBBCABCCABAＡBBC ＡC CA第六章29，运算机掌握系统的软件的分类，软件应具有哪些主要特点？查表法和对分查表法？答：运算机掌握系统的软件的分类：系统软件和应用软件运算机掌握系统的软件应当具有以下特点：什么是次序查表法，运算a，实时性b，并发性通信；d，随机性e，良好的界面对系统的一组特定的输入，在未发生变化前，系统能作出适当的反应；能支持多任务并行操作，具有资源共享，爱护功能并能有效地进行联网能准时响应偶发性大事，并能对这些大事做出正确的判定和处理；软件应当有友好的界面，以利于参数的调整和操作人员的操作；次序查表法：对无次序排列的表格，一般采纳次序查表法；次序查表的步骤如下：（1）表的起始位置送PC 和DPTR（2）表格的长度存放在某个寄存器中（3）要查找的关键字放在某一内存单元（4）用CJNE A ，direct , rel 指令进行查找运算查表法：依据所给元素，通过肯定规律的运算，求出元素所对应的数值的地址，将该地址单元的内容取出；致；运算查表法要求表格有序，各个元素在表中排列与占用的地址空间一对分查表法当实际应用中表格较长， 又难以用运算法时， 可用对分查表法； 对分查表法要求表格从大 →小或从小→大的次序排列；对分查表法比次序查表法快许多倍；l 设一个线性表字节长度为 ㏒ 2 N-1 次；n ，采纳次序法平均查表次数 =N/2 ，采纳对分查表法最多查找 l 详细方法：设表格中数据从小→大的次序排列，先取中间值 D = n/2 ，与要搜寻的 X 值进 行比较，如 X ﹥ n /2，就下次取 n/2-n 中间值即 3/4n 进行比较，如 X ﹤ n/2，取 1/4 n 比较， 始终到找到；30，数字滤波与 答：数字滤波与 RC 滤波器相比有那些优点？RC 滤波相比，有以下优点：a 无需增加硬件，只需编写一段数字滤波程序b 可多通道共享，不存在阻抗匹配问题，牢靠性高c 滤波的频率范畴宽，如可对 的信号进行滤波d 可转变参数或挑选不同的方法进行修改，使用便利敏捷31，常用的数字滤波有哪些？分别应用在哪些场合？答：常用的有：程序判定滤波，中值滤波，算术平均值滤波，加权平均值滤波等适用场合：a 程序判定滤波 : 当采样信号由于随机干扰，误检测和传感器不稳固等因素造成尖峰干扰或 检测严峻失真时，可采纳此方法；b 中值滤波 : 对脉冲引起的不稳固较有效，但只使用于变化缓慢的量 ；c 算术平均值滤波： 可对压力，流量等周期性脉动的采样值进行平滑加工，对脉冲干扰就不 增大时，平滑度提高，但系统的灵敏度下降可依据需要转变采样值的权的轻重，从而突出采样信号的某些部分，抑 抱负；当采样值 N d 加权平均值滤波； 制另一部分，运用得当可获得较好的滤波成效；其次章32，大林算法的设计准就和振铃现象的排除方法； 答：具有纯滞后环节的被控对象可以用一阶或二阶惯性系统来近似； 33，说明以下名词：牢靠性，错误和故障，噪声和干扰；P31牢靠性的概念有两方面含义：一是系统在规定的时间内尽可能削减故障和错误的发生；二 是假如发生故障和错误，能快速进行修理，使系统尽快复原正常工作，重新投入使用；错误：瞬时性的，功能上显现偏差的反常状态称为错误； 故障：固定性的，功能部件必要操作才能消逝的反常，称为故障 噪声：是一种明显不传送信息的信号，它与信号叠加或组合，使有用信号发生畸变； 干扰：当噪声引起设备或系统性能下降甚至不能正常工作时，称为干扰；34，运算机掌握系统系统设计的步骤；。
第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。
1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。
2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。
3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。
4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。
输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。
人机对话部分：包括显示（CRT，数码管，液晶等），键入（键盘，鼠标，触摸屏等），打印记录等。
12.硬件平台的设计、开发或应用选型应着重考虑的几个方面可靠性可维护性成本精度与外观13.软件组成测控软件网络软件管理软件14.常用的编程工具汇编语言高级语言组态语言15.控制算法控制算法是闭环控制的核心，是各种控制理论最后应用到工业现场的具体体现。
不同的算法往往适应不同的控制对象，好的算法稳定性好，适用面宽，参数整定方便。
16.网络大型控制系统必然是计算机网络组成的，而计算机网络的高速发展又为大型控制系统的构成提供了更好的支持。
由于现场总线技术的发展，小型控制系统也逐步网络化，其优点是系统更可靠、更经济、维护跟方便。
17.计算机控制系统的性能指标系统的稳定性能控性和能观测性动态指标稳态指标综合指标18.计算机控制研究的课题•数学描述和分析方法•离散系统的性能分析•计算机控制系统的结构设计•计算机控制系统的算法设计•控制系统的计算机辅助计算和设计19.计算机控制的发展方向最优控制自适应、自学习和自组织系统系统辨识分级控制集散型控制现场总线型控制20.计算机控制系统优点易实现复杂控制规律●计算机运算速度快、精度高、丰富的逻辑判断和存储能力，容易实现复杂的控制规律，如各种智能控制等，可以极大地提高系统性能。
计算机控制系统的性价比高●一台计算机可以实现复杂控制规律并可同时控制多个控制回路，因此，它的功能/价格比值较高。
适应性强灵活性高●控制算法是由软程序实现，通过修改或执行不同的软件可使系统具有不同性能，适应性强，灵活性高。
计算机是一种可编程的智能元件。
一套硬件设计用于不同产品生产过程和对象的控制。
系统测量灵敏度高●数字式传感器，可以敏感微弱信号，提高测量灵敏度。
●软件可以对传感器特性进行修正与补偿，提高了精度。
控制与管理容易结合实现更高层次的自动化●利用网络结构构成计算机控制与管理系统，实现生产过程与经营的管理控制一体化。
系统可靠性和容错能力高●计算机控制系统实现自动检测和故障诊断较方便，提高了系统的可靠性和容错及维修能力。
21.计算机控制系统一些缺点与不足---抗干扰能力较低；---插入数字部件，信号复杂，设计实现有一定困难。
22.计算机控制系统的国外市场概况可编程序控制器（PLC）分布式控制系统（DCS）工业PC机PID调节器现场总线控制系统（FCS）23.注意以下几点：●计算机控制系统中的控制器是用数字计算机和A/D及D/A转换器来实现的。
●计算机控制系统重要的特点.注意计算机控制系统是一个混合信号系统。
●计算机控制系统具有许多优点．是一种柔性和智能化的系统。
广泛用于国防、国民经济各个领域中不可替代的各种系统。
●计算机控制系统的理论分析和设计具有许多不同的特点。
第二章 计算机控制系统的数学描述和分析方法，信号的采样及采样定理；差分方程与z 变换的关系与相互变换；脉冲传递函数及其应用；频率域描述；计算机控制系统的状态空间描述；时间域特性与频率域特性分析方法。
1.采样过程采样器就是不同形式的“开关”2.采样定理（香农定理）如果一个连续信号不包含高于频率ωm a x 的频率分量（连续信号中所含频率分量的最高频率为ωm a x )，那么就完全可以用周期T < π/ωm a x 的均匀采样值来描述。
或者说，如果采样频率ωs >2ωm a x ，那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号。
3.离散系统脉冲传递函数(z 传递函数)定义为： 在初始条件为零时，系统输出量z 变换与输入量z 变换之比4.离散系统频率特性定义频率特性：在正弦信号作用下，系统或环节的稳态输出与输入的复数之比随输入正弦信号频率变化的特性。
5.串行法（又称迭代法）并行法（又称部分分式法）直接法6.离散系统状态方程的求解迭代法z 变换法7.计算机控制系统闭环状态方程闭环系统的状态方程，可通过求取系统数字部分、广义被控对象及反馈部分的状态方程，整理后得到。
8.系统稳定的充要条件连续系统----特征根全在s 左半平面,如有特征根在虚轴上，称作临界稳定，由于响应不会依据需要收敛，因此，系统也是不稳定的。
离散系统----特征根全部位于z 平面单位圆内,即每一特征根的模值应小于1：9.离散系统稳定性检测 ()()()C z G z R z =0.56.050.8z z ++()()()()0.50.8Y z U z U z U z z z =++++1212()0.50.28()1()1 1.30.4Y z z z G z U z z z ------==+++直接求取特征方程根朱利代数稳定判据10.采样周期与系统稳定性•离散系统的稳定性比连续系统差。
•采样周期也是影响稳定性的重要参数，一般来说，减小采样周期，稳定性增强。
11.关于稳态误差，应注意以下几个概念：---系统的稳态误差只能在系统稳定的前提下求得。
---稳态误差为无限大并不等于系统不稳定，它只表明该系统不能跟踪所输入的信号，或者说，跟踪该信号时将产生无限大的跟踪误差。
---上述稳态误差是由系统的构造（如放大系数和积分环节等）及外界输入作用所决定的原理误差。
---系统元部件精度仍可能引入稳态误差，计算机控制系统，由于A/D及D/A字长有限，会带来附加的稳态误差。
第三章计算机控制系统的经典设计，连续域 离散化的数字化设计基本原理及步骤；连续控制器的离散化方法：一阶前向、后向差分近似法、Tustin变换法、匹配z变换法；数字PID控制、时滞补偿控制等。
1.连续域—离散化设计的步骤如下：第1步：根据系统的性能选择采样频率，设计抗混叠前置滤波器。
第2步：考虑ZOH的相位滞后，根据性能指标和连续域设计方法，设计数字控制算法的等效传递函数D dc(s) 。
----如所取采样频率较高，可略去ZOH的影响。
第3步：选择合适的离散化方法，将D dc(s)离散化，获得脉冲传递函数D(z)，使两者性能尽量等效。
第4步：检验计算机控制系统的闭环性能。
如满足指标要求，进行下一步；否则，重新设计。
改进设计的途径有：----选择更合适的离散化方法。
----提高采样频率。
----修正连续域设计，如增加稳定裕度指标等。
第5步：将D(z)变为数字算法，在计算机上编程实现。
2.离散化方法很多•数值积分法（置换法）---一阶向后差法---一阶向前差法---双线性变换法---修正双线性变换法•零极点匹配法•保持器等价法•z变换法(脉冲响应不变法)3.数字PID的增量式算法1)较为安全。
一旦计算机出现故障，输出控制指令为零，执行机构的位置（如阀门的开度）仍可保持前一步的位置，不会给被控对象带来较大的扰动。
2)计算时不需进行累加，仅需最近几次误差的采样值。
增量式算法的实质，就是根据误差三个时刻采样值，适当加权计算求得的，调整加权值A、B、C即可获得不同的控制品质和精度。
4.数字PID控制算法改进①积分分离法②遇限削弱积分法③饱和停止积分法④反馈抑制积分饱和法5.微分算法的改进不完全微分的PID算式微分先行PID第四章计算机控制系统的状态空间设计，离散系统的可控性与可达性；可观性与可重构性；采样系统的可控可观性与采样周期的关系；状态反馈设计；状态观测器设计；调节器设计。
第五章计算机控制系统的构建，计算机控制系统的硬件组成与输入/输出接口；测试信号处理与实时软件编程；控制器算法的结构编排；控制器算法的程序实现。
1.单板机、单片机、STD工控机、PC工控机和PLC构成的计算机控制系统，称它们为单机控制系统并不表示它们不能连成网络，而是因为它们最初的应用都是以单机方式对生产过程实施控制，并且作为单机控制系统更能体现它们在计算机控制领域的优势。
2.什么是总线式计算机控制系统将各功能部分分别制做成独立的模板，通过总线完成CPU对各模板的控制，这就是现今计算机控制系统广泛采用的总线方案。
3.计算机控制系统使用标准总线后有如下好处（1）使用标准总线的计算机控制系统必然是模板结构，系统构成灵活，可以根据工艺要求方便地组成所需的控制系统。
且维护十分方便。
（2）各生产厂家生产的产品100%相互兼容，这样在一个系统中可以将同一总线标准的不同厂家的模板安装在一个机箱中（一个母槽中）,同样可以在众多厂家的产品中选择最经济的、最合适的模板。
（3）基于某种标准总线的模板总是类型繁多，用户的选择余地很大4.控制系统总线标准STD总线标准、PC总线标准、VME总线标准等5.一种总线标准包含四部分内容电气特性、机械特性、功能特性、规程特性。
6.STD工控机系统的构成7.·数据格式：数据传送的常用格式有两种：二进制码和ASCII码。
8.数据长度的确定：数据长度确定大致有三种方法：其一，按固定数据长度进行通讯，通讯时接收方和发送方各自独立计数，此方法最简单，但灵活性太差。
