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测控系统原理第7章习题解答第7章习题解答1、电路输⼊阻抗⾼，是否容易接收⾼频噪声⼲扰?为什么?答：电路输⼊阻抗⾼，是容易接收⾼频噪声⼲扰。
因为电路所接收的⾼频噪声⼲扰的电压与噪声⼲扰的频率成正⽐，与电路的输⼊阻抗成正⽐。
2、接地⽅式有⼏种?各适⽤于什么情况?答：接地⽅式有单点接地（串联单点接地和并联单点接地）和多点接地两种⽅式。
单点接地主要⽤于低频系统，不能⽤于⾼频信号系统。
因为这种接地系统中地线⼀般都⽐较长，在⾼频情况下，地线的等效电感和各个地线之间杂散电容耦合的影响是不容忽视的。
当地线的长度等于信号波长(光速与信号频率之⽐)的奇数倍时，地线呈现极⾼阻抗，变成⼀个发射天线，将对邻近电路产⽣严重的辐射⼲扰。
多点接地⽅式多⽤于⾼频系统。
多点接地不能⽤在低频系统中，因为各个电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产⽣公共阻抗耦合噪声。
3、信号传输线屏蔽层接地点应怎样选择?答：当放⼤器接地⽽信号源浮地时，屏蔽层的接地点应选在放⼤器的低输⼊端，此时出现在放⼤器输⼊端之间的噪声电压⼏乎为零。
当信号源接地⽽放⼤器浮地时，信号传输线的屏蔽应接到信号源的低端，此时出现在放⼤器输⼊端之间的噪声电压⼏乎为零。
4、何谓“接地环路”?它有什么危害?应怎样避免?答：当信号源和系统地都接⼤地时，两者之间构成的环路称为接地环路，如下图所⽰, 通常信号源和系统之间的距离可达数⽶⾄数⼗⽶，由于⼤地电阻和地电流的影响，将使这两个接地点之间存在电位差——地电压G V 。
由等效电路下图（b ）可见，地电压G V 在系统的两输⼊端将形成⼲扰电压N V ，⽽且N V ⼤⼩⼏乎接近G V ，因此其影响不可忽略。
为了避免形成接地环路产⽣⼲扰，应改为⼀点接地，并保持信号源与地隔离，如上图（a ）所⽰。
图中Rsg 为信号源对地的漏电阻，由等效电路上图（b ）可见，由于Rsg ⾮常⼤，地电压G V 在系统的两输⼊端将形成⼲扰电压N V 将远远⼩于G V ，⽐信号源接地时的⼲扰电压⼤有改善。
1-2．典型检测仪表控制系统的结构式怎么样的？各单元主要起什么作用？（1）被控对象：是控制系统的核心、它是以单输入单输出、也可以是多输入多输出（2）检测单元：是控制系统实现控制调节的基础、它完成对所有被控变量的直接测量同时也可实现某些参数的间接测量（3）变送单元完成对被测变量信号的转换和传输、其转换结果符合国际标准的符号制式（4）显示单元：是控制系统的附属单元、它将检测单元获得的有关参数、通过适当方式显示操作人员（5）调节单元：完成调节控制规律的运算、它将变送器传输出来的测量信号与给定值进行比较、并对比较结果进行调节运算、以输出作为控制信号（6）执行单元：是控制系统实施控制策略的执行机构它负责将调节器的控制输出信号按执行机构的需要产生出相应信号、以驱动执行机构实现对被控变量的调节作用1-6.什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么联系？灵敏度是仪表对被控参数变化的灵敏程度、分辨率是输出能相应和分辨率的最小输入量分辨率是灵敏度的一种一般来说仪表的灵敏度越高分辨率也越高1-7.仪表的精度是如何确定的？是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量的1、被检测物理模型的前提条件属理想条件、与实际检测条件有出入2、测量器件的材料性能或制作方法不佳使检测特性随时间而发生劣化3、电气、空气压、油压等动力源的噪音及容量的影响4、检测线路接头之间存在接触电势或接触电阻5、检测系统的惯性即延迟传递特性不符合检测的目的要求、因此要同时考虑系统静态特性和动态特性6、检测环境的影响、包括温度、气压、振动、辐射7、不同采样所得测量值的差异造成的误差8、人为的疏忽造成误差、包括个人读表偏差、知识经验的深浅、体力及精神状态等9、测量器件进入被测对象、破坏了所要测量的原有状态10、被测对象本身变动大、易受外界干扰以至测量值不稳定。
3-2.说明锁定放大原理在检测系统中的作用？检测埋没在噪声中的微弱信号时、可以主动调制信号、抑制噪声、专门提取微弱信号幅值和相位等有效信息3-3.利用检测方程式说明补偿结构的特点。
第8章习题解答1、微机化测控系统设计的基本要求有哪些?答：基本要求有：达到或超过技术指标，尽可能提高性能价格比，适应环境、安全可靠，便于操作和维护。
2、研制一台微机化测控系统大致分为几个阶段?。
答：研制一台微机化测控系统大致分为三个阶段：确定任务、拟制系统方案，硬件和软件的研制，联机总调、性能测定。
3、怎样选择元器件?答：选择元器件时一般要注意如下几点：1）要根据元器件所在电路对该器件的技术要求来选择元器件，在满足技术要求的前提下尽可能选择价格低的元器件。
2）尽可能选用集成组件而不选用分立元件以便简化电路，减少体积，提高可靠性。
3）为减少电源种类，尽可能选用单电源供电的组件，避免选用要求特殊供电的组件。
对只能采用电池供电的场合，必须选用低功耗器件。
4）元器件的工作温度范围应大于所使用环境的温度变化范围。
5）系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。
5、简要描述硬件研制过程和软件研制过程。
答：硬件电路研制过程软件研制过程6、何谓模块化编程?如何划分模块?答：所谓“模块”就是指一个具有一定功能、相对独立的程序段，这样一个程序段可以看作为一个可调用的子程序。
所谓“模块化”编程，就是把整个程序按照“自顶向下”的设计原则，从整体到局部再到细节，一层一层分解下去，一直分解到最下层的每一模块能容易地编码时为止。
如何划分模块，至今尚无公认的准则，大多数人是凭直觉，凭经验，凭借一些特殊的方法来构成模块，下面给出的一些原则对编程将会有所帮助。
(1)模块不宜分得过大或过小。
通常认为20行到50行的程序段是长度比较合适的模块。
(2)模块必须保证独立性，即一个模块内部的更改不应影响其它模块。
(3)对每一个模块作出具体定义，定义应包括解决某问题的算法，允许的输入输出值范围以及副作用。
(4)对于一些简单的任务，不必企求模块化。
(5)当系统需要进行多种判定时，最好在一个模块中集中这些判定。
这样在某些判定条件改变时，只需修改这个模块即可。
测控原理习题答案测控原理习题答案测控原理是现代工程中非常重要的一门学科，它涉及到各种各样的测量和控制技术。
在学习这门学科的过程中，习题是非常重要的一部分，通过解答习题，可以更好地理解和掌握测控原理的基本原理和方法。
下面，我将为大家提供一些测控原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是测控原理？测控原理是一门研究测量和控制技术的学科，它主要研究如何通过各种手段对物理量进行测量，并根据测量结果进行控制。
测控原理涉及到传感器、信号处理、数据采集、控制系统等多个方面的知识。
2. 什么是传感器？传感器是测控系统中非常重要的组成部分，它能够将被测量的物理量转化为电信号或其他形式的信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测量的物理量以及测量的要求来确定。
3. 什么是信号处理？信号处理是指对传感器输出的信号进行处理和分析的过程。
信号处理可以包括滤波、放大、采样、数字化等一系列操作。
通过信号处理，可以提取出有用的信息，并将其用于后续的控制或分析。
4. 什么是数据采集？数据采集是指将传感器采集到的信号进行采样、存储和传输的过程。
数据采集系统由模拟信号采集模块、模数转换器、存储器、数据传输接口等组成。
数据采集的目的是获取到准确的测量数据，为后续的分析和控制提供基础。
5. 什么是控制系统？控制系统是指根据测量结果对被控对象进行控制的系统。
控制系统可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据预先设定的控制规律对被控对象进行控制，而闭环控制是在测量结果的基础上进行反馈调整的控制方式。
6. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的闭环控制器，它通过比较被控对象的测量值与设定值的差异，计算出一个控制量，并通过调节执行机构来实现对被控对象的控制。
PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，通过调节这三个环节的参数，可以实现对被控对象的精确控制。
7. 什么是反馈控制？反馈控制是指根据被控对象的测量结果对控制器进行调整的控制方式。
1、微机化测控系统分拿几类？微机化检测系统、微机化控制系统、微机化测控系统 2、模拟量输入通道由那几部分组成?以及各部分的作用？ 传感器：将非电量转换为电量 调理电路:放大、滤波采集电路：将模拟信号转换为数字信号 3、模拟量输出通道由哪几部分组成？输出数据寄存器、D/A 转换器、调理电路（模拟显示器、模拟记录器、模拟执行机构） 4、前置放大器：判断信号大小准则?所放位置前后的判断？放大倍数如何确定？ 判断信号大小准则输出噪声： 电路在没有信号输入时，输出端输出一定幅度的波动电压.等效输入噪声: 把电路输出端测得的噪声有效值VON 折算到该电路的输入端KV V ON IN=判断依据：是否被淹没？如果加在某电路输入端的信号幅度小到比该电路的等效输入噪声还要低.IS V <KV V ON IN =前置放大器的作用:总输出噪声:2200')()(K V K K V V IN IN ON+=总的等效增效输入噪声：2020'')(K V V K K V V IN IN ON IN+==为使:IN INV V <'须满足以下条件:20011K V V IN IN -<位置上，在滤波器的前面 OR 后面在测控领域，被测信号的频率通常比较低，滤波器大多采用RC 有源滤波器。
由于电阻元件是电路噪声的主要根源，因此RC 滤波器产生的电路噪声比较大。
如果把放大器放在滤波器后面，滤波器的噪声将会被放大器放大，使电路输出信噪比降低.21202021')()(IN IN IN IN IN V V KK V K V V +=+=滤波器1、隔直电容的作用――使调理电路的零漂电压不会随被测信号一起送到采集电路。
2、高通滤波器――滤除低频干扰3、陷波器――抑制交流电干扰。
4、低通滤波器――滤除高频干扰，“去混淆”5、采集电路的四种方案?PGA S\H的作用？采集电路的设计（实现模拟信号到数字信号的电路、AD芯片的选择是核心)测模拟信号恒定或变化缓慢的场合被测模拟信号随时间变化的场合6、前置与主放大器的区别以及适用情况？主放大器为了避免弱信号采样电压在A/D转换时达不到要求的转换精度，将MUX输出的子样电压放大到接近A/D满量程，使数字转换精度提高K倍。
1、模拟输入通道的基本类型，绘出一种框图并简要说明根据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为：集中采集式（集中式）和分散采集式（分散式）。
集中采集式的典型结构有：分时采集型同步采集型结构特点：(1)多路信号共用一个S/H和A/D电路，简化了电路结构，降低了成本。
(2)对信号的采集是由模拟多路转换器分时切换、轮流选通的，因而相邻两路信号在时间上依次被采集，从而产生了时间偏斜误差。
适用于中速和低速测试系统。
结构特点：(1) 在多路转换开关之前，给每路信号通道加一个S/H，使多路信号同步采样，消除了分时采集型结构的时间偏斜误差，满足了同步采集的要求，而且结构简单。
(2)在被测信号路数较多的情况下，同步采得的信号在保持器中保持的时间会加长，保持器存在泄露，信号衰减。
适用于要求多路信号同步采集测试的系统。
结构特点：每一路都有一个S/H和A/D，不需要模拟多路切换器。
2、常用的数字滤波及实现方法特点及使用场合（一）限幅滤波和中位值滤波限幅滤波法：比较本次采样值和上一次采样值，如果它们的差值未超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值有效而保留。
如果它们的差值超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值无效而用上一次采样值替代。
能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，但无法抑制那种周期性的干扰。
中位值滤波法：对某一被测参数连续采样n次（一般n应为奇数），然后按大小进行排序，选取中间值为本次采样值。
能有效克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。
对温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果；但对于流量、压力等快速变化的参数一般不宜采用此法。
（二）平均滤波法a、算数平均滤波：要按输入的N个采样数据xi(i=1~N)，寻找这样一个y，使y与各采样值之间的偏差的平方和最小。
适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波b、去极值平均滤波：c、移动平均滤波d、加权平均滤波（三）低通滤波（四）复合滤波3、调零电路常见类型a、传感器调零电路b、电桥调零电路c、放大器输入偏移调零电路d、A/D转换器调零电路4、什么是标度变换？硬件实现标度变换方法从显示器上直接读出带有被测量量纲单位的数值，就必须进行必要的变换，这个变换称为标度变换。
5-15-4 没有4-3 答案不全1-4 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。
在整个测控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。
测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。
1-5 影响测控电路（仪用电子线路）精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？影响测控电路精度的主要因素有：①噪声与干扰；②失调与漂移，主要是温漂；③线性度与保真度；④输入与输出阻抗的影响。
其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。
1-7 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。
它包括：①模数转换与数模转换；②直流与交流、电压与电流信号之间的转换。
幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；③量程的变换；④选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；⑤对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。
1-9 为什么要采用闭环控制系统？试述闭环控制系统的基本组成及各组成部分的作用。
在开环系统中传递函数的任何变化将引起输出的变化。
其次，不可避免地会有扰动因素作用在被控对象上，引起输出的变化。
利用传感器对扰动进行测量，通过测量电路在设定上引入一定修正，可在一定程度上减小扰动的影响，但是这种控制方式同样不能达到很高的精度。
一是对扰动的测量误差影响控制精度。
二是扰动模型的不精确性影响控制精度。
第5章 习题解答1、试述P 、PI 、PD 控制规律的特点以及连续PID 算式离散化的方法。
答：P 控制规律的特点是根据给定值与输出值的偏差的比例确定对控制对象进行控制的控制量，即0)()(u n e K n u P +=PI 控制规律的特点是根据给定值与实现输出值的偏差的比例和积分确定对控制对象进行控制的控制量，即00)()()(u i e T T K n e K n u n i I P P ++=∑=PD 控制规律的特点是根据给定值与实现输出值的偏差的比例和微分确定对控制对象进行控制的控制量，即[]0)1()()()(u n e n e TT K n e K n u D P P +--+= 连续PID 算式离散化处理的方法是把r(t),e(t),u(t),c(t)在第n 次采样时刻的数据分别用r(n),e(n),u(n),c(n)表示，偏差的数据用 e(n)=r(n)-c(n)表示，采样周期T 很小时，dt 可用T 近似代替，de(t)可用e(n)-e(n-1)近似代替，“积分”用“求和”近似代替，即可作如下近似Tn e n e dt t de )1()()(--≈ ∑⎰=≈ni t T i e dt t e 00)()( 这样，连续PID 算式便可离散化为以下差分方程[]00)1()()()()(u n e n e TT K i e T T K n e K n u D P n i I P P +--++=∑= 2、位置型PID 和增量型PID 有什么区别和联系？增量型PID 有什么优点？答：位置型PID 和增量型PID 控制算法的两种表达式分别为：位置型算法 []00)1()()()()(u n e n e T T i e T T n e K n u D n i I P +⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑= 增量型算法 )2()1()()(210-+-+=∆n e a n e a n e a n u利用增量型算法，可得出位置型算法的递推形式)2()1()()1()1()()(210-+-++-=-+∆=n e a n e a n e a n u n u n u n u增量型算法与位置型算法相比，具有以下优点：(1)增量型算法下不需要做累加，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。
