物联网控制技术-第7章 计算机控制系统的可靠性设计

算机。因此，在进行系统设计时，必须采取各种预防措施，
否则，系统不可能正常工作。这个问题容易被忽视，在实际
现场中使系统招致失败。对此，应给予足够的重视。
• 在实际系统中，干扰窜入的途径主要有以下四种：
• 1）静电耦合：是一种通过两金属导体之间分布电容产生 的电场耦合。
• 2）磁场耦合：是两个载流导体的分布电容产生的电场耦 合。
•
• 下面通过分析，说明双层浮地屏蔽是怎样抑制 放大器两输入端的共模干扰的。
• (1)共模干扰电压 Vc在Zs3回路产生共模电流 I3，由于Zc3大，Zs3小，因而 I3在Zs3上的压降 Vs3也很小，即
• 可把Vn1看成是一个已受到抑制的新的 共模干扰电压。
• (2)Vn1分别在Zs1,Zc1和Zs2,Zc2形成的回路中产 生共模电流I1,I2，并在Zs1和Zs2上产生较小的 干扰电压Vs1和Vs2，即
•
光电耦合器有以下几个特点，这是光电耦合器
能够抑制共模干扰的原因所在：
• （1）使得输入、输出在电气上完全隔离；
• （2）靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的 联系，因而共模抑制比相当高；
• （3）发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻
一般很大，能够传送到光电耦合器输入端的干扰信 号就变得很小；
的波阻抗。在计算机控制系统中，常常采用同轴电 缆或双绞线作为信号线来抑制外界的干扰。
8-1
因为
所以
8-2
• 式中 Zs---信号源内阻和输入阻抗；
•
Zr---放大器输入阻抗。
•
显然，Zs越小，Zr越大，则越有利于提高共模
干扰的能力。
•
图 8－3(b)中，当放大器为双端输入时，共模电

（小于反力），衔铁在释放弹簧作用下打开，主、辅触点又恢复到原来状态。
2.简述什么是伺服电动机
答： 依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，是伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，
即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，则转速越低；电
枢电压为零时，电动机停转。由于电枢电压为零时电枢电流也为零，电动机不产生电磁转矩，不会
即
,
' = ℰ*ℇ
min =
-./
因为
= −
所以
= −
*
− = ( * − * * )( − )
= * − * − * * + * *
= * − 2 * * + * *
硬气的系统动态性能下降，可以提高系统稳定性③比例微分控制在提高了系统动态性能
2.针对某连续被控对象，简述其经典 PID 控制器的微分方程与对应的传递函数。
答： （把公式中变量的定义写出来）
微分方程：
u = > +
1
/
+ B
()

传递函数：
D =
四、看图填空
5.模糊集合中每一个元素被赋予一个表征该元素属于模糊集合的隶属度。
6.引入隶属度之后，将人们对事物认识的模糊性转化为语义解释确定的主观性。
7.模糊控制以模糊数学为基础，运用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行决策
的一种高级计算机控制策略。
二、判断题
1.从控制原理的角度，PID 调节器是参数可以调整的 PID 控制器。（对）
5.伺服电动机和步进电动机是最常用的控制电机。

计算机控制系统的可靠性技术分析为了提高计算机控制系统的可靠性，需要综合运用计算机硬件、软件和网络技术等多方面的技术手段。

以下将从三个方面对计算机控制系统的可靠性技术进行分析。

1、硬件可靠性技术计算机控制系统的硬件包括CPU、存储器、输入输出设备等，针对其硬件故障可能性较高的问题，需要采取有效的硬件可靠性技术保障措施。

①备份机制备份机制是指将主设备的所有数据和操作都备份在备用机上，当主设备出现故障时，立即切换到备用机继续工作，保证系统的连续性和稳定性。

②可靠性设计可靠性设计是指在计算机系统设计过程中考虑到部件的影响因素，增加硬件的寿命和稳定性，减小故障出现的可能性。

例如，采用硬件冗余设计，增加电源和通信线路的备用，避免因单点故障而导致系统宕机。

③鉴别设备鉴别设备是指在程序运行过程中监测设备的状态数据，及时发现异常，并执行相应的措施。

例如，监测服务器性能指标，一旦出现异常（如CPU负载过高），即时报警。

①程序设计程序设计是指在软件开发中遵循工程化的方法，加强质量控制和测试，保证程序内部逻辑的正确性和一致性。

例如，采用代码走查、单元测试、集成测试等有效手段，减小程序出错的可能性。

②备份和恢复备份和恢复是指制定备份计划，定期备份系统数据和程序代码，并能快速恢复系统，保证系统在发生故障时能够快速恢复正常状态。

例如，定期备份数据和程序代码，采用冗余存储技术，减小数据丢失的风险。

③升级更新升级更新是指定期进行软件升级，修复已确认的软件漏洞和缺陷，充分利用软件技术的优势。

例如安全补丁的更新、调整程序性能、增加系统安全性。

计算机控制系统的网络包括局域网、广域网、互联网等，网络对系统可靠性的影响非常重要。

因此，需要采取相应的网络可靠性技术保障措施。

①建立安全防护体系建立安全防护体系是指对网络进行可靠的防护，以预防包括攻击、病毒、恶意软件、勒索软件等威胁。

例如，建立防火墙、设置访问控制、加密数据传输等措施，保证系统数据的安全性。

（6）硬件设计与开发
硬件设计的任务在总体设计阶段已确定下来，这里主要是根据系统总体框图， 设计出系统电气原理图，再按照电气原理图着手元件的选购和施工设计工作。 通常，除计算机外，系统硬件可能有接口通道的扩充、简单的组合逻辑或时序 逻辑电路、供电电源、光电隔离、电平转换、驱动放大电路等。从硬件元件的 选定、筛选、印制电路板制作、单元电路设计和试验以及每块单板的焊接调试 ，每一环节都必须认真做好，才能保证系统硬件的质量。
8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
2. 控制算法设计
首先应对被控对象及一些组成部件及一些组成部件建立数学模型。 被控对象及重要部件的数学模型是理论设计的基础。通过分析建模 对象的物理化学规律可以建立它的理论模型。如果对建模对象的工 作原理分析透彻，建模式所考虑的因素全面，理论模型是精确可靠 的。但通常采用这种建模方法是困难和费时的，所得模型可能很复 杂，设计时难以使用。因此另一种常用的建模方法是实验测试、辨 识建模。这种方法是通过实验，测试对象输入的激励信号与相应的 输出信号，利用辨识方法找到建模对象不同形式的数学模型。尽管 这种建模方法不能准确地反映对象内部的物理、化学变化规律，但
计算机控制系统设计一般方法
8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
1. 系统总体控制方案设计 2. 控制算法设计 3. 系统硬件设计与开发 4. 系统软件设计与开发 5. 系统调试
7
8.1.2 计算机控制系统的设计步骤
1. 系统总体控制方案设计
在系统设计之前，设计人员应对控制对象进行深入调查和分析，并 熟悉工艺流程，提出具体要求，确定系统所要完成的任务，写出设 计任务说明书，提出系统的控制方案，画出系统组成框图，作为进 一步设计的基础和依据。
8.1.4 物联网控制系统设计原则