计算机控制系统复习资料(精简版 列出重点知识点)

第一章●计算机控制系统的组成，框图，各部件的作用。

●计算机控制系统的基本工作原理（实时采集,实时处理，实时输出）。

●计算机控制系统的典型形式（操作指导,DDC,SCC,DCS,FCS）的结构与特点。

●实时控制的含义。

第二章●PC工控机I/O板卡地址的设定原理(开关译码的实现方法)。

●过程通道的作用。

●数字量通道的组成。

●模入模出通道的一般结构，框图，各部件的作用。

●I/V变换电路。

●A/D, D/A的分辨率。

●计算机控制系统的采样与量化。

●采样保持器的工作原理。

●A/D转换的孔径时间, 最高采样频率的计算。

●计算机控制系统输出数字控制量到连续模拟量的恢复。

●控制系统中零阶保持器的作用，怎样实现的。

零阶保持器的数学模型。

第三章●数字程序控制插补原理。

●插补偏差递推公式的推导。

●四象限的直线插补、圆弧插补计算。

●步进电机基本工作原理。

●步进电机的工作方式。

●步进电机驱动电路的作用。

●步进电机控制输出字的确定（给定端口与驱动电路）。

●步进电机速度控制原理（如何改变运行速度）。

第四章●控制系统的时域性能指标。

●控制系统的控制器控制量输出受限及原因。

●数字控制器的连续化设计步骤。

●三种离散化方法。

●u(k)的递推算法。

●模拟PID公式。

●P，I, D各自的控制作用及联合应用。

●模拟PID到数字PID采用的离散化方法。

●位置式PID公式。

●增量型PID的公式由来。

●位置式PID公式由增量型表示。

●数字PID算法的实现流程，几个过去时刻的量如何得到。

●PID参数整定的必要性。

●哪些PID参数需要整定。

●扩充临界比例度法的整定步骤。

●扩充响应曲线法的整定步骤。

●凑试法的整定步骤。

●不完全微分PID对基本PID的改进。

●微分先行PID控制的适用场合。

●微分先行PID控制的计算步骤。

●产生积分饱和的主要原因。

●消除积分饱和的方法。

●PID积分分离算法的工作原理。

●PID积分分离算法的计算公式。

●带死区的PID控制系统结构，用在什么场合。

计算机控制系统中的概念1、计算机控制系统的组成硬件组成：计算机控制系统的硬件一般由主机、接口和输入／输出通道、通用外部设备、执行机构、检测元件和仪表、操作台等部分组成。

由于控制的对象不同，组成控制系统的硬件数量也有所不同，可以根据控制系统的需要进行合理的组合和扩展。

软件组成：2、计算机控制系统的发展方面：计算机控制系统的发展实际上包括两方面的内容：计算机控制系统的硬件和计算机控制系统的理论。

3、计算机控制系统（IPC）的主流：(1) DCS分散式计算机控制系统：集散型TDCS——有上位机管理，分布式DCS——资源共享。

（2）PLC可编程控制器（顺序控制+过程控制）：可靠性高。

（3）IPC (Industrial Personal Computer)。

（4）FCS现场总线控制系统（Field bus Control System）：智能传感器发展（带位处理传感器）；工作站—现场总线智能仪表注：DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。

DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。

同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。

4、请解释信息孤岛的含义？答：采用一对一连线，用电压或电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备以及系统与外界之间的信息交换，致使自动化系统成为信息孤岛。

5、计算机控制技术的发展趋势可以概括为集成化、智能化、全球化、虚拟化、标准化和绿色化。

6、分级计算机控制系统共分为：装置控制级（DDC级）、车间监督级（SCC级）、工厂集中控制级（MIS）、企业管理级（MIS）7、现场总线精确度和抗干扰能力都很强，并且传输距离比较远。

使用用于过程自动化、楼宇自动化、生产自动化的将现场仪表和控制室仪表直接联系起来的全数字式、双向、多站的通信网络系统。

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。

（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；。

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1、计算机控制系统的概念2、图1-3 计算机控制系统的典型结构3、计算机控制系统执行控制程序的过程4、计算机控制系统的组成部分5、计算机控制系统的硬件组成部分6、计算机控制系统的软件主要组成部分7、一个典型的控制系统的软件至少包括哪两种程序8、计算机控制系统的分类，首先掌握分7类，具体细节内容掌握前4种，包括应用于生产过程最早的一种类型、工业中应用最普遍的一种方式、监督控制系统的分类、集散控制系统的设计原则及特点。

第二章1、总线的定义2、总线的分类3、总线的组成4、总线的功能5、熟悉一些内部总线，如STD总线、PCI总线等6、外部总线的分类7、IEEE-488总线上连接的设备有哪几种？这些设备有几种工作方式？8、IEEE-488总线传输方式是什么？9、何为串行通信？10、在串行通信中，为确保每次传送的报文能准确到达目的地，使每一个接收者能够接收到所有发向它的数据，必须在通信连接上采用相应的措施，这些措施包括哪些内容？11、熟悉RS-232C串行通信接口12、RS-232C通信接口和RS-485通信接口就距离而言，有什么区别？13、熟悉MODBUS通信协议概述部分14、MODBUS通信协议有哪两种传输方式？15、RTU消息帧除了起始位和结束符外，还包括哪些域？第三章1、第三章的前言部分2、键盘有什么特点？如何识别键盘被按下？如何消除按键的抖动？3、独立式键盘和矩阵式键盘各自的优缺点4、矩阵键盘工作原理及其按键的识别方法5、电子显示器可分为主动发光型和非主动发光型两大类，每一类的特点6、发光二极管是一种电-光转换型器件，是PN结结构7、LED显示器的动态扫描是利用人的视觉停留现象，20ms 内将所有LED显示器扫描一遍8、LCD的优缺点9、触摸屏的分类，触摸屏的工作原理第四章1、信号的类型，以及这些信号在计算机前后信息转换所处的位置2、采样的定义3、采样开关常用的数学表达式以及采样过程的数学表达式4、采样定理5、采样和保持器的作用6、采样/保持器的组成部分有哪些7、熟悉这一章所讲过的所有集成芯片，包括采样/保持器、模拟开关、A/D转换器和D/A转换器等8、模拟开关的作用，也就是当通道较多时不采用模拟开关有哪些弊端，也就是小节4.1.3的第一段9、模拟量输入通道的组成部分有哪些10、逐次逼近型A/D转换原理、双积分型A/D转换原理11、D/A转换器的工作原理12、P96对光耦合器的介绍13、P98对数字量输入通道的介绍14、P99对数字量输出通道的介绍15、P101对脉冲量输入输出通道的介绍16、计算机控制系统可靠性设计任务是什么17、按干扰传导模式对干扰进行分类，分哪几类18、抗串模干扰和抗共模干扰的措施有哪些第五章1、数字控制的基本原理2、数字控制方式分类3、逐点比较法插补原理4、掌握第一象限内的直线插补5、掌握第一象限内的圆弧插补6、步进电机的特点7、会计算步距角第六章1、衰减比和振荡次数的概念2、有哪些综合指标3、6.3节到6.8节，分值近30分4、模糊控制的优点5、描述模糊集合的特征函数是什么6、模糊控制器的组成部分，每一部分的作用7、清晰化的方法有哪些，要结合《机器人概论》那本书8、设计一个模糊控制器需要做的工作有哪些。

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。

1.计算机控制系统的组成以及采集系统和控制系统的作用? 答：微机接口电路计算机系统组成外围设备工业生产对象采集系统作用：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。

控制系统作用：对采集到的被控量进行分析和处理，并按照已定的控制规律，决定将要采取的控制行为，最后根据控制决策发出控制信号，完成控制任务。

2．各种微机系统的优缺点？（只需写出常见的三种即可）答：1）直接控制系统（DDC）优点：结构紧凑、轻便灵活、便于维护、有较高的抗干扰能力和控制精度、操作方便。

缺点：受运行速度和内存容量的限制，一般只能按预定工艺参数进行工艺过程控制。

2）操作指导控制系统优点：结构简单，控制灵活和安全。

缺点：人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。

3)集散控制系统（DCS）优点：系统结构灵活、操作管理便捷、控制功能丰富、安装调试方便、安全可靠性高。

缺点：系统成本较高、各厂商的DCS有各自的标准，不能互联。

4）现场总线控制系统（FCS）优点：较高的性价比、安装简便、强大的故障诊断能力、设计、安装、调试、维护费用低。

缺点：与经历了二十多年不断发展和完善的DCS系统相比在某些方面尚存在着一些问题，要在复杂度很高的过程中应用FCS尚有一定的难度，还需不断完善。

3.数字量输入输出接口结构及常用调节电路答：数字量输入通道结构：总线数字量输出通道结构：总线调节电路在书本P30~P324.模拟输入通道的组成以及I/V有源/无源电路设计答：模拟输入通道的组成有源I/V转换电路5.已知ADC 字长，孔径等条件，求频率？例如已知A/D 转换精度小于0.1%，ADC 字长为10，孔径时间为10us ，计算正弦波的最大频率为多少? 答：σ（误差百分比）=2*pi*f*t (A/D)*100 0.1=2*3.14*f*10*10-6f=16HZ6.抗干扰的种类以及各自的优缺点？串模/共模干扰抑制方法？优点：效率高缺点：成本高，体积大优点：投资低，硬件开销小缺点：耗CPU,影响效率，实时性差与系统结构有关，和制造工艺有关（如分布电容）串模干扰抑制方法：1）滤波2）尖峰型串模干扰：通过双积型 电路3）来自电磁感应的干扰：在前置放大电路提高性噪比4） 选择逻辑器件，利用特性抑制噪声5）采用双绞线减少电磁干扰。

计算机控制系统填空20、选择10、判断5、程序10、简答55CH1绪论知识点提要（1）基本的负反馈闭环控制结构（2）领域：信息技术，生物与农业技术，新材料，先进制造与自动化技术，能源技术，资源与环境技术（3）工作方式：在线方式与离线方式（4）展望：1）集成化：CIMS2）智能化3）全球化4）虚拟化：虚拟现实（VR）、虚拟产品开发(VPD)、虚拟制造(VM)、虚拟企业（VE）5）标准化6）绿色化：面向环境（5）总线结构：内部总线、外部总线内：控制总线CB、数据总线DB、地址总线AB、电流总线PB外：RS-232C串行通信总线、IEEE-488并行通信总线重点知识：（1）计算机控制系统的含义?1）用计算机工程帮助设计人员对控制系统进行分析、设计、仿真以及建模等工作。

简称为计算机辅助设计控制系统或控制系统CAD。

（离线应用）2）利用计算机代替常规的模拟控制器，而使它成为控制系统的一个组成部分。

简称为计算机控制系统。

（在线应用）（2）计算机控制系统的典型结构?主要优点是什么？优点：1）能实现更为复杂的控制规律，如非线性控制、逻辑控制、自适应控制、自学习控制及智能控制。

2）输入输出信号都是数字量，只需A/D、D/A。

（3）计算机控制系统的硬件组成?（4）按控制系统的功能及结构特点分类为哪几种，每种的特点及适用场合?1）计算机巡回检测和操作指导系统优：结构简单、控制灵活而且安全。

缺：需由人工操作，速度受到限制，不能同时控制多个对象。

适用：进行数据检测处理及试验新的数学模型和调试新的控制程序等。

2）直接数字控制系统适用：计算机取代模拟调节器，可通过程序改变实现复杂控制规律。

3）监督控制系统优：它可考虑许多常规调节器不能考虑的因素，如环境温度和湿度对生产过程的影响；可以进行过程操作的在线优化；可以实现先进复杂的控制规律；可以进行故障诊断与预报，可靠性好；适用：应用于较为复杂的工业过程及设备的控制中。

5）集散控制系统DCS优：分散控制，集中操作，分级管理，分而自治和综合协调，将危险分散；积木式结构，构成灵活，易于扩展，系统可靠性高；采用CRT，操作、监视方便；采用数据通信技术，处理量大；与集中控制方式相比，电缆和敷缆成本较低，便于施工。