第一章计算机测控系统概述

第一章

1.1测控系统的概念

测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。

测控系统的基本构成

由四个部分构成：

传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）

信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）

信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）

信息控制部分：控制信息（现代控制技术）

1.3测控系统的基本特点

❖ 设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。

❖ 过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。

❖ 高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。

❖ 高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。

❖ 高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。

❖ 测控一体化：测量、控制、管理。

二、测控系统的分类和组成（ppt图 10页）

1.检测系统

又称数据采集系统。以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。

2.控制系统

以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。

3. 测控系统

以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统

4. 局域分布式测控系统

以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统

5. 广域分布式测控系统

以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统

四、测控技术的发展方向

 微型化：向微机电系统方向发展

 网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展

 智能化：向人工智能化方向发展

 虚拟化：向虚拟现实方向发展

测控系统的网络化

（1）有线测控网络

工业总线、局域网络、广域网

（2）无线测控网络

ADhoc自组织网络、传感网

第一章 概述

一、知识点：

1、二十一世纪的重要特征：数字化、网络化、信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。

2、“三网”是指：电信网络、有线电视网络、计算机网络。

3、计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个：连通性（计算机网络使上网用户之间可以交换信息）、共享（所谓共享就是指资源共享：信息共享、软件共享、硬件共享）。

4、网络（network）由若干结点（node）和链接这些结点的链路（link）组成。

5、为什么“互联网”是网络的网络：网络和网络可以通过路由器互连起来，就构成了一个覆盖范围更广的网络，即“互联网”。

6、因特网（Internet）是世界上最大的互连网络，连接在因特网上的计算机称为主机（host）。

7、网络把许多计算机连接在一起，而因特网则把许多网络连在一起。

8、包含计算机的网络，以及用这样的网络加上许多路由器组成的互联网，都可通称为计算机网络。（因特网也是一种计算机网络）

9、internet（互联网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络，在这些网络之间的通信协议可以是任意的。Internet（因特网）是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议族作为通信的规则，前身是美国ARPANET。

10、制定因特网的正式标准要经过四个阶段：因特网草案（这个阶段还不是RFC文档）、建议标准（从这个阶段开始是RFC文档）、草案标准、因特网标准。

11、要发送的整块数据称为“报文”；在每个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的“首部”后就构成了一个“分组”，分组又称为“包”，分组的首部也可以称为“包头”。

12、不同作用范围的网络：广域网WAN（Wide Area Network）、城域网MAN（Metropolitan

Area Network）、局域网LAN（Local Area Network）、个人局域网PAN（Personal Area Network）。

第一章 计算机概述

第一节 计算机发展简史（硬件部分）

在 ENAIC 诞生之前，相继产生了数学领域二进制和四则运算，同时开启了工具与机械机制造的时代。

早期计算机（原始脑力使用计算工具的时代）

公元前 5 世纪，中国人发明了算盘，广泛应用于商业贸易中，算盘被认为是最早的计算机，并一直使用至今。算盘在某些方面的运算能力（如：加、减、乘、除等）要超过目前的计算机，算盘的方面体现了我们中国人民无穷的智慧。

前期计算机（机械计算机时代、史前时代）

17 世纪开始至 18 世纪中后期，在西欧，由中世纪进入文艺复兴时期的社会大变革，大大促进了自然科学技术的发展，人们长期被神权压抑的创造力得到空前释放。其中制造一台能帮助人进行计算的机器，就是最耀眼的思想火花之一。从那时起，一个又一个科学家为把这一思想火花变成引导人类进入自由王国的火炬而不懈努力。但限于当时的科技总体水平，大都失败了，这就是拓荒者的共同命运：往往见不到丰硕的果实。后人在享用这甜美的时候，应该能从中品出一些汗水与泪水的滋味……从而计算机器硬件设备也进入了第二次重要历史进步阶段。

1614 年，苏格兰业余数学家约翰·纳皮尔[John Napier (1550-1617)]发表了一篇论文，其中提到他发明了一种可以计算四则运算和方根运算的精巧装置。

1620 年左右，在这段时期中设计和使用机械设备计算乘法是非常困难的。

1623 年，人称“计算机时代之父”的德国科学家威廉·契克卡德[Wilhelm Schickard

(1592-1635)]制作了一个能进行六位以内数加减乘除运算，并能通过铃声输出答案的“计算钟”。通过转动齿轮来进行操作。这台设备是人类有史以来第一台机械计算机。

威廉·契克卡德 计算钟

1625 年，英国牧师数学家威廉·奥特雷德[William Oughtred (1575-1660)]发明计算尺。

1642 年至 1645 年，法国数学家布莱士·帕斯卡[Blaise Pascal(1623-1662)]在威廉·奥特雷德计算尺的基础上将计算尺加以改进，发明了一部使用齿轮运进行八位计算并自动进位加法器，称为“Pascalene(帕斯克林)”。这是第一部机械加法器，也是首次确立了计算机器的概念。在当时售出很多，并成为一种时髦的商品。

计算机控制系统试卷三答案

班级： 姓名： 学号： 成绩：

一、 简答题 （每小题4分，共40分）

1、 简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。

答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。

2、 回答下述电路中克服共模干扰的工作原理。

答：平时，开关K1i(i=1,2,...,n)处于闭合状态，Ci的电压跟踪Vi的输入值，开关K2i(i=1,2,...,n)处于断开状态。需检测Vi时，则令K1i断开,K2i闭合，放大器K的输出经采样保持器送至A/D转换器化为数字量，然后开关再恢复平时的状态。在采样、转换过程中，放大器K不与任何模拟量信号输入共地，电容Ci的电压均为差模电压，这样就克服了共模电压的影响。

3、 什么是采样或采样过程？

答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。

4、 线性离散系统的脉冲传递函数的定义是什么？

答：线性离散系统的脉冲传递函数定义为零初始条件下，系统或环节的输出采样函数z变换和输入采样函数z变换之比。

5、 何为积分饱和现象？

答：在标准PID位置算法中，控制系统在启动、停止或者大幅度提降给定值等情况下，系统输出会出现较大的偏差，这种较大偏差，不可能在短时间内消除，经过积分项累积后，可能会使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构的极限umax。另外，当负误差的绝对值较大时，也

会出现u

6、 等效离散化设计方法存在哪些缺陷？

答：等效离散化设计方法存在以下缺陷：

(1) 必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要求。

(2) 没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大，除有可能造成控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的调节品质变坏。

(3) 等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系统(只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称之为近似设计。