計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)知識復(fù)習(xí)12完美版

1、計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資料第一章緒論自動控制系統(tǒng)：在沒有人參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定規(guī)律運行的系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)：指無被控量反饋的控制系統(tǒng)，即需要控制的是被控對象的某一量，而測量的只是給定信號，被控量對于控制作用沒有任何影響的系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)：指有被被控量反饋的控制系統(tǒng)，即系統(tǒng)的輸出信號沿反饋通道又回到系統(tǒng)的輸入端，構(gòu)成閉合通道的系統(tǒng)。典型工業(yè)生產(chǎn)過程：連續(xù)過程（流體）、離散過程（固體）、批量過程（連續(xù)過程和離散過程交替進行）。計算機控制系統(tǒng)： 利用計算機（通常稱為工業(yè)控制計算機，簡稱工業(yè)控制機）來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。 計算機控制系統(tǒng)的組成：計算機（工業(yè)控制機）

2、和生產(chǎn)過程。工業(yè)控制機是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機，包括硬件和軟件。硬件包括主機板、內(nèi)部總線和外部總線、人機接口、磁盤系統(tǒng)、通信接口、輸入輸出 通道。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，系統(tǒng)軟件包括實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序，應(yīng)用軟件是 系統(tǒng)設(shè)計人員針對某個生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序，包括過程輸入程序、過程控制程序、過程輸出程序、人 機接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。生產(chǎn)過程包括被控對象和測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。計算機控制系統(tǒng)的工作原理：實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。實時控制決策：對采集到的被控量進行分析和處理，并

3、按已定的控制規(guī)律， 決定將要采取的控制行為。 實時控制輸出：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。計算機控制系統(tǒng)的工作過程：測量、計算、控制、管理。在線方式：生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式；離線方式：生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或 脫機方式。實時：指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成，亦即計算機對輸入信息，以足夠快的 速度進行控制，超出了這個時間，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。實時的概念不能脫離具體過程，一 個在線的系統(tǒng)不一定是一個實時的系統(tǒng)，但一個實時

4、控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)的典型型式：（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（DAC）（定義：計算機測得的信號數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的控制算法，計算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全。缺點：開環(huán)控制。由 人操作，實時性差，不能控制多個對象。）（2）直接數(shù)字控制（DDC）（定義：計算機通過模擬量輸入通道、開關(guān)量輸入通道實時采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道、開關(guān)量 輸出通道直接控制生產(chǎn)過程。優(yōu)點：能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、多回路控制，能夠靈活的把各種算法施加于生產(chǎn)過程。這 種結(jié)構(gòu)是計算機控制的最基本結(jié)構(gòu)！）（ 3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SC

5、C）（定義：計算機根據(jù)原始工藝信息和其它參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其它方法，自動地改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機中的給定值， 從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。優(yōu)點：計算機壞了，模擬儀表可以直接控制；DDC計算機可以直接控制，SCC計算機只是采集，優(yōu)化；這實際上是一種不存在上下級通信的兩級控制，只存在傳遞設(shè)定值的關(guān)系。提高系統(tǒng)的可 靠性。缺點：造價高、效益差，現(xiàn)在已經(jīng)不用了。）（4）集散控制系統(tǒng)（DCS）（定義：采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，把系統(tǒng)從上到下分為分散過程控制級、集中操作監(jiān)控級、綜合信息管 理級，形成分級分布式控制。特點：分散

6、過程控制級：這是最底層，直接和現(xiàn)場控制點打交道；集中操作控制 級：集中在控制室通過顯示屏等幾種監(jiān)控、操作綜合信息管理級：實現(xiàn)整個企業(yè)的綜合信息、管理，主要執(zhí)行生 產(chǎn)管理和經(jīng)營管理功能，能夠提供管理決策信息。）（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）（ FCS即新一代分布式控制系統(tǒng)，采用“工作站-現(xiàn)場總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：降低DCS成本，提高可靠性。）（6）綜合自動化系統(tǒng)（CIMSCIPS ）（由企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和生產(chǎn) 過程控制系統(tǒng)構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)，已成為綜合自動化系統(tǒng)的整體解決方案。綜合自動化系統(tǒng)主要包括制造業(yè)的計算機 集成制造系

7、統(tǒng)和流程工業(yè)的計算機集成過程系統(tǒng)。）計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化（2）控制系統(tǒng)扁平化（3）控制系統(tǒng)智能化控制系統(tǒng)綜合化。第二章計算機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)接口：接口是計算機與外部設(shè)備交換信息的橋梁，它包括輸入接口和輸出接口。接口技術(shù)：研究計算機與外部設(shè)備之間如何交換信息的技術(shù)。過程通道：在計算機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道?？偩€：所謂總線，就是計算機各模塊之間和傳送信息(指令、地址和數(shù)據(jù))的一組信號線。內(nèi)部總線：又稱系統(tǒng)總線，或板極總線、微機總線，是用于微機系統(tǒng)中各插件之間信息傳輸?shù)耐?。?nèi)部總線又可分為片級總線和系統(tǒng)總線。片級總線包括數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線等

8、；系統(tǒng)總線包括ISA總線、EISA總線、VESA總線、PCI總線等。外部總線：又稱通信總線，是微機系統(tǒng)之間或微機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)耐贰Ｍ獠靠偩€包括RS-232C、RS-485、IEEE-488 等總線。串行總線：就是使數(shù)據(jù)一位一位地進行傳輸而實現(xiàn)通信的總線。并行總線：信息以并行方式同時傳送。非平衡電氣特性：信號采用單線傳輸，以地線作為信號回路，干擾信號直接疊加到信號上，易造成信號傳輸錯誤。 平衡電氣特性：信號采用雙線(雙絞線)傳輸，即使有干擾信號，也是同時加載到信號傳輸線的兩端，只要傳輸系 統(tǒng)的共模抑制比高，干擾信號不會造成實質(zhì)性的影響。ISA : IBM公司推出的基于 80286

9、CPU的PC/AT微型計算機所采用的擴展總線標(biāo)準(zhǔn)就是ISA總線。PCI : PCI是美國SIG集團推出的64位總線。該總線的最高總線頻率為33MHz，數(shù)據(jù)傳輸為80MB/s(峰值傳輸率為 133MB/S)。RS-232 :是由美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于1969年制定并采用的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232性能特點：(1)距離小于15m; (2)速率小于20Kb/s(目前可達(dá)到115Kb/s) ; (3)電氣特性，邏輯1”： 3V 15V ;邏輯0”： + 3V+ 15V ; (4)傳輸距離w 15米；(5)最大負(fù)載電容w 2500Pf; (6)波特率w 20kb/s; (7) 接受器輸入阻抗：

10、37kQ ; (8)驅(qū)動器輸出阻抗w 300Q ; (9)驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率w 30V/卩s; (10)輸出短路電流w 0.5A。( 11)對共模干擾信號抵抗較差。RS-422 : RS-422有RS-232發(fā)展而來。為改進 RS-232通信距離短、速度低的缺點， RS-422定義了一種平衡通信接 口，將傳輸速率提高到 10Mb/s，允許在一條平衡總線上連接最多 10個接受器。RS-422是一種單機發(fā)送、多機接受 的單向、平衡傳輸規(guī)范。RS-422的數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式， 也稱做平衡傳輸。它使用一對雙絞線進行數(shù)據(jù)傳輸。RS-485: RS-485是RS-422的變型，它與 RS-422都采用平

11、衡差分電路，區(qū)別在于RS-485為半雙工工作方式，因而可以采用一對平衡差分信號線來連接。RS-485性能特性：(1)距離小于1200m ; (2)速率到100Kbit/s ; (3)電氣特性，邏輯 1”： 2V6V;邏輯0” ： + 2V+ 6V ; (4)傳輸距離w 1200米；(5)波特率w 10Mb/s ; (6)接受器輸入阻抗4k Q ; (7)節(jié)點數(shù)，1發(fā)10 收；(8)抗干擾能力，共模抑制比高，干擾信號不會造成實質(zhì)性的影響。USB:稱為通用串行總線，是由Compaq、DEC、IBM、In tel、Microsoft、NEC和NT七大共同推出的新一代接口標(biāo)準(zhǔn)。它是一種連接外部設(shè)備的機

12、外總線。USB的主要性能特點：(1)具有熱插拔功能；(2) USB采用“級聯(lián)”方式連接各個外部設(shè)備；(3 )適用于低速外設(shè)連接。ISA的主要性能：(1)具有16位數(shù)據(jù)線、20根地址線；(2)支持16MB的存儲器尋址空間和 64KB的I/O尋址空 間；(3)支持11級中斷；(4)支持7個DMA傳輸通道；(5)支持主從控制、I/O等待和I/O校驗等功能；(6)最 大傳輸率為8MBPS。PCI的主要性能：(1)支持10臺外設(shè)；(2)總線頻率33.3MHz/66MHz ; ( 3)數(shù)據(jù)傳輸率133MB/s ; (4)總線寬度 32bit/64bit ; (5)時鐘同步方式；(6)與CPU及時鐘頻率無關(guān)

13、；(7)自動識別外設(shè)。CompactPCI特點：緊湊式、歐式連接器、熱插拔。PCIe特點：串行、高速、點對點、X 4X 32RS-422/RS485具有更強的抗擾能力：平衡傳輸(差分傳輸)RS-485網(wǎng)絡(luò)的地址分配：唯一。RS-422 轉(zhuǎn)為 RS-485 : Rx+ Tx+ 宀 DATA+ ; Rx- Tx-宀 DATA-。單極性：如果參考電壓為+5V，則當(dāng)數(shù)字量 N從00H至FFH變化時，對應(yīng)的模擬電壓 Vo的輸出范圍是-5V0V。 雙極性：當(dāng)數(shù)字量從00H至FFH變化時，對應(yīng)的電壓 Vo輸出范圍是-5V+5V 。離散信號：信號是脈沖序列或數(shù)碼。輸入調(diào)理信號：將輸入信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換、保護、濾波、

14、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計算機能接受的邏輯信號。信號調(diào)理電路：主要通過非電量的轉(zhuǎn)換、信號的變換、放大、濾波、線性化、共模抑制及隔離等方法，將非電量和 非標(biāo)準(zhǔn)的電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號。采樣過程：按一定的時間間隔 T,把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號，轉(zhuǎn)變成在時刻O、T、2T、KT的一連串脈沖輸出信號的過程。采樣保持：把采樣時刻的采樣值保持到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，采樣信號恢復(fù)為連續(xù)信號。量化：所謂量化，就是采用一組數(shù)碼 （如二進制碼）來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。也就是怎樣 將離散模擬變量變?yōu)槎M制碼。將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程為量化過程，執(zhí)行量化動作的裝置是 A/D轉(zhuǎn)換器。二進制數(shù)的

15、大小和量化單位有關(guān)。孔徑時間：在模擬量輸入通道中，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間?？讖秸`差：對于隨時間變化的模擬信號,孔徑時間決定了每一個采樣時刻的最大轉(zhuǎn)化誤差。采樣保持器：在數(shù)據(jù)采樣期間，保持輸入信號不變的電路稱為保持器。采樣保持器的作用：可以消除孔徑誤差，提高被采樣模擬量輸入信號的頻率范圍。采樣保持器的目的：為了提高模擬量輸入信號的頻率范圍，以適應(yīng)某些隨時間變化較快的信號的要求。模擬開關(guān)：又稱多路開關(guān)，是用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。利用多路開關(guān)可將各個輸入信號以次地或隨機地連接公用放大器或 A/D轉(zhuǎn)換器上。零階保持器：是一種按照恒值規(guī)律外推的保持器。它把前一采樣時刻 nT的采樣值e（nT

16、）不增不減地保持到下一采樣時刻（n+1）T。過程通道：工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信號傳遞和變化的連接通道。模擬量輸入通道：把從系統(tǒng)中檢測的模擬信號，變成二進制數(shù)字信號，經(jīng)接口送往計算機。模擬量輸出通道：把計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，達(dá)到控制的目的。模擬量輸入通道組成：I/V變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯組成。開關(guān)量輸入通道組成： 主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入口地址譯碼電路等組成。開關(guān)量輸出通道組成： 主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、輸出口地址譯碼電路等組成。主機作用：數(shù)值計算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理工作。干擾分類：按根

17、源分：放電噪聲、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。按傳導(dǎo)方式分：串模、共模。串模干擾：所謂串模干擾是指疊加在被測信號上的干擾噪聲。這里的被測信號是指有用的直流信號或緩慢變化的交變信號，而干擾噪聲是指無用的變化較快的雜亂交變信號。抑制方法：（1）有源濾波電路（如果串模干擾頻率比被測信號頻率高，則用輸入低通濾波來抑制高頻串模干擾；如果串模干擾頻率比被測信號頻率低，則采用高通濾波器 來抑制低頻串模干擾；如果串模干擾頻率落在被測信號頻譜的兩側(cè)，則應(yīng)用帶通濾波器。）（2）當(dāng)峰尖型串模干擾稱為主要干擾源時，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。（3）來自電磁感應(yīng)的，對被測信號應(yīng)盡可能早的進行前置放大，達(dá)到提

18、高回路中的信號噪聲比的目的；或者盡可能早的完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離屏蔽等措施。（4）從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。（5）采用雙絞線作信號引線的目的是減少電磁感應(yīng)并且使各個小環(huán)路的感應(yīng)電動勢互相成反向抵消。共模干擾：也稱為共態(tài)干擾，所謂共模干擾是指 A/D轉(zhuǎn)換器兩個輸入端上共有的干擾電壓。這種干擾可能是直流電壓，也可以是交流電壓。 抑制方法：光電隔離、變壓器隔離、浮地屏蔽、采用儀表放大器提高共模抑制比。長線傳輸干擾抑制方法：終端匹配、始端匹配。主機抗干擾措施：看門狗、電源監(jiān)控、復(fù)位等。 地線：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地。第四章常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)控制系統(tǒng)的四大要

19、素： 被控對象、檢測變送器、執(zhí)行機構(gòu)、控制器。被控對象性能指標(biāo)：（1）態(tài)性能指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差。（2）動態(tài)性能指標(biāo)：超調(diào)量、調(diào)解時間、峰值時間、衰減比、振 蕩次數(shù)。（3）綜合性能指標(biāo)：積分性能指標(biāo)，末值型指標(biāo)，復(fù)合型指標(biāo)。PID控制：根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進行控制，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。比例控制的作用：能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差 ，Kp的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 積分控制的作用： 只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷的積累，輸出控制量以消除誤差，只要有足夠的時間， 積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使

20、系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制的作用： 可以艱險超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。增量式與位置式相比的優(yōu)點：（1）增量算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計算誤差或計算精度問題， 對控制量的計算影響較小。 而位置算法要用到過去的誤差的累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差。（2）增量式算法得出的是控制量的增量，例如閥門控制中、只輸出閥門開度的變化部分，誤動作影響小，必要時 通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作。而位置算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影 響大。（3）采用增量算法，易于實現(xiàn)手動到自動的無

21、沖擊切換。數(shù)字PID控制器的改進：1、積分項的改進（1）積分分離（2）抗積分飽和（3）梯形積分（4）消除積分不靈敏區(qū)；2、微分項的改進（1）不完全微分PID控制算法（作用：消除高頻干擾，延長微分作用的時間）（2）微分先行PID控制算法；3、時間最優(yōu)PID控制；4、帶死區(qū)的PID控制算法。積分飽和：如果執(zhí)行機構(gòu)已到極限位置，仍然不能消除偏差時，由于積分作用，盡管計算PID差分方程式所得的運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機構(gòu)已無相應(yīng)的動作，這就稱為積分飽和。防止積分飽和的方法之一，可對計算出 的控制量u （ k）限幅，同時，把積分作用切除掉。微分先行PID控制算法特點及使用場合： 特點：微分先行PI

22、D控制和標(biāo)準(zhǔn)PID控制的不同之處在于，只對被控量y（t） 微分，不對偏差e（t）微分，這樣，在改變給定值時，輸出不會改變，而被控量的變化，通常是比較緩和的。這種輸 出量先行微分控制適用于給定值頻繁升降的系統(tǒng)，可以避免給定值升降時所引起的系統(tǒng)振蕩，明顯地改善了系統(tǒng)的 動態(tài)特性。使用場合：超調(diào)量過大，調(diào)節(jié)閥動作劇烈。帶死區(qū)的PID控制算法特點及作用： 特點：該系統(tǒng)實際上是一個非線性控制系統(tǒng)。即當(dāng)偏差絕對值丨e（k）時，P（k）為0；當(dāng)丨e（k）丨 £時，P（k）=e（k），輸出值u（k）以PID運算結(jié)果輸出。 作用：避免控制動作過于頻繁，以 消除由于頻繁動作所引起的振蕩，有時采用所謂帶有

23、死區(qū)的PID控制系統(tǒng)。采樣周期的選擇：（1）根據(jù)香農(nóng)采樣定理，系統(tǒng)的采樣周期只能在Tmin與Tmax之間選擇；（2）給定值的變化頻率（變化頻率越高，采樣頻率就應(yīng)越高）；（3）被控對象的特性（被控對象是快速變化的還是慢變的）；（4）執(zhí)行機構(gòu)的類型（執(zhí)行機構(gòu)的慣性大，采樣周期應(yīng)大）；（5）控制算法的類型（采用太小的 T會使得PID算法的微分積分作用很不明顯；控制算法也需要計算時間。）；（6、整定PID參數(shù)的方法：（1）擴充臨界比例度法；（2）擴充響應(yīng)曲線法；（3）歸一參數(shù)整定法。擴充臨界比例度法：對模擬控制器中使用的臨界比例度算法的擴充。整定步驟：選擇一個足夠短的采樣周期，具體地說就是選擇采樣周期

24、為被控對象純滯后時間的十分之一以下。用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。這時，數(shù)字控 制器去掉積分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐漸減小比例度 S （3 =1/KP），直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩。記下使系統(tǒng)發(fā)生振蕩的臨界比例度3 k及系統(tǒng)的臨界振蕩周期 Tk。選擇控制度。根據(jù)選定的控制度，查表求得T、KP、TI、TD 的值。串級控制：在原控制回路中，增加一個或幾個控制內(nèi)回路，用以控制可能引起被控量變化的其它因素，從而有效地 抑制了被控對象的時滯特性，提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的快速性?？朔_動的機理： 副回路提前對擾動進行抑制；增大等效放大系數(shù)、減小等效時間常數(shù)。主、副回路采樣周期的確定：一般不等，二者可大

25、可小、相差3倍以上為宜。主要擾動因素包括在：副回路。前饋控制：對擾動量進行補償?shù)拈_環(huán)控制。理論上：影響多少，補多少。實際：不行。前饋與反饋控制作用：既能發(fā)揮前饋控制對擾動的補償作用，又能保留反饋控制對偏差的控制作用。第六章先進控制技術(shù)模糊控制系統(tǒng)的組成：模糊控制器、輸入輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)、測量裝置和被控對象。模糊控制系統(tǒng)與通常的計算機控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是采用了模糊控制器。模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個模糊系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，主要 取決于：模糊控制器的結(jié)構(gòu)，所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方法等因素。模糊控制器的組成：模糊化接口、知識庫（數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫）、推理機、清晰化接口。清晰化

26、的方法：最大隸屬度法、加權(quán)平均原則和中位數(shù)判決法。模糊控制器設(shè)計步驟：（1）模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）模糊規(guī)則的選擇和模糊推理（3）清晰化（4）模糊控制器論域及比例因子的確定（5）編寫模糊控制器的算法程序（6）雙輸入單輸出模糊控制器設(shè)計。二維模糊推理的3種方法：Mamdani極小運算法、代數(shù)乘積運算法、Tsukamoto方法。關(guān)系：客觀世界的各事物之間普遍存在著聯(lián)系，描寫事物之間聯(lián)系的數(shù)學(xué)模型之一就是關(guān)系。關(guān)系的分類：自返性關(guān)系、對稱性關(guān)系、傳遞性關(guān)系。一個關(guān)系R，若對x X，都有xRx,即集合的每一個元素 x都與自身有這一關(guān)系，則稱R為具有自返性的關(guān)系。一個X中的關(guān)系R，對x,y X,若有x

27、Ry，必有yRx，即滿足這一關(guān)系的兩個元素的地位可以對調(diào)，則稱R為具有對稱性關(guān)系。 一個X中的關(guān)系R,若對x,y,z X,且有xRy,yRz ,則必有xRz,則稱R具有傳遞性關(guān)系。具有自返性和對稱性的關(guān)系稱為相容關(guān)系，具有傳遞性的相容關(guān)系稱為等價關(guān)系。模糊關(guān)系：集合X到集合Y中的一個模糊關(guān)系是直積空間X X Y中的一個模糊子集合。集合X到集合X中的模糊關(guān)系，稱為集合 X上的模糊關(guān)系。模糊關(guān)系也有自返性、對稱性、傳遞性等關(guān)系。模糊矩陣：模糊矩陣是用來表示模糊關(guān)系的一種方法，矩陣中的aij表示集合X中第i個元素和集合Y中第j個元7（x,y）素隸屬于模糊關(guān)系的程度。記為：。在閉區(qū)間0,1中取值，我們

28、把元素在閉區(qū)間0,1中取值的矩陣稱為模糊矩陣。第七章計算機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)誤差：指在相同條件下，經(jīng)過多次測量，誤差的數(shù)值保持恒定，或按照某種已知的規(guī)律變化。特點是在一定的 測量條件下，誤差變化的規(guī)律是可以掌握的，產(chǎn)生誤差的原因也是知道的。包括零點偏移和漂移、放大器的增益誤 差、溫度漂移等。校準(zhǔn)的方法有數(shù)字調(diào)零和自動校正，自動校正分為全自動校正和人工自動校正。量化誤差來源：（1）A/D轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng)；（2）控制規(guī)律計算中的量化效應(yīng)；（3）控制參數(shù)的量化效應(yīng)；（4）D/A轉(zhuǎn)換的量化效應(yīng)。非線性補償：對于有些測量，傳感器的輸出信號與被測信號成一定的非線性關(guān)系，測量輸出與真實信號存在偏差， 要修正

29、這樣的偏差，就要進行非線性補償。線性化處理：傳感器的輸出電信號與被測量之間的關(guān)系一般呈非線性，儀器采用的測量和轉(zhuǎn)換電路是非線性的，有些在一定的范圍內(nèi)可以近似認(rèn)為呈線性關(guān)系，而在此范圍外，線性度很差，因此為了擴大線性的應(yīng)用范圍，提高 測量轉(zhuǎn)換的靈敏度，通常用一個非線性特性來矯正非線性，對測量結(jié)果進行補償，這就是線性化處理。標(biāo)度變換：參數(shù)經(jīng)傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換后得到一系列的數(shù)碼， 這些數(shù)碼值并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，它僅僅對應(yīng)于參數(shù)值的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能運算、顯示或打印輸出，這種變換就是標(biāo)度變換。D/A轉(zhuǎn)換器字長選擇：根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)輸入值范圍和靈敏度來選擇。數(shù)字濾波技

30、術(shù)：通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。數(shù)字濾波比模擬濾波有以下優(yōu)點：（1）不需加硬件設(shè)備；（2）可靠性高，無需考慮阻抗匹配問題；（3）可以對頻率很低的信號進行濾波，而硬件實現(xiàn)較困難；（4）模擬濾波每個通道都須有硬件，數(shù)字濾波可以多個通道共用；（5）使用靈活、方便，根據(jù)需要選用不同濾波方法或改變參數(shù)容易。第九章計算機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計原則：安全可靠、操作維護方便、實時性強、通用性好、經(jīng)濟效益高。系統(tǒng)設(shè)計步驟：（1）工程項目與控制任務(wù)的確定階段；（2）工程項目的設(shè)計階段；（3）離線仿真和調(diào)試階段；（4）在線調(diào)試和運行階段。系統(tǒng)總體方案設(shè)計：（1）硬件總體方案設(shè)計；（2）軟

31、件總體方案設(shè)計；（3）系統(tǒng)總體方案。硬件的工程設(shè)計與實現(xiàn)：（1 ）選擇系統(tǒng)的總線和主機機型；（2）選擇輸入輸出通道模板；（3）選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu)。軟件的工程設(shè)計與實現(xiàn)：（1）數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃；（2）資源分配；（3）實時控制軟件設(shè)計。系統(tǒng)的調(diào)試與運行 ：1、離線仿真和調(diào)試：（1）硬件調(diào)試（2）軟件調(diào)試（3）系統(tǒng)仿真2、在線調(diào)試和運行。簡答題部分1.計算機控制系統(tǒng)分類 以自動控制的方式分類：開環(huán)、閉環(huán)、在線、離線、實時控制系統(tǒng) 以控制的規(guī)律分類：程序和順序控制、PID控制、最少拍控制、復(fù)雜規(guī)律控制、智能控制系統(tǒng) 以參與控制方式來分類 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、分布式

32、控制系統(tǒng)、 計算機集成制造系統(tǒng)特點及用途： 計算機控制系統(tǒng)通常具有精度高、速度快、存儲容量大和有邏輯判斷功 能等特點，因此可以實現(xiàn)高級復(fù)雜的控制方法，獲得快速精密的控制效果。計算機技 術(shù)的發(fā)展已使整個人類社會發(fā)生了可觀的變化，自然也應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管理中。 而且，計算機所具有的信息處理能力，能夠進一步把過程控制和生產(chǎn)管理有機的結(jié)合 起來（如 CIMS）,從而實現(xiàn)工廠、企業(yè)的全面自動化管理。2常用的數(shù)字濾波器有哪幾種，各自的優(yōu)缺點程序判斷濾波 優(yōu)點：這是根據(jù)實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲得。缺點：detE確定不太靈活，因為不能根據(jù)現(xiàn)場的情況不斷更換新值，不能反映采樣點數(shù)大于3的各采樣值受干擾的情況中值濾波

33、優(yōu)點：對于克服偶然因素引起的波動干擾，或者采樣器本身的不穩(wěn)定所引起的脈動干擾較為有效 缺點：只適用于物理變化相對較緩慢的工作場合算數(shù)平均值濾波優(yōu)點：對電壓、流量等周期脈動的參數(shù)采樣值進行平滑加工，所測數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定。缺點：不適宜用于克服隨機（脈沖性）干擾加權(quán)平均值濾波優(yōu)點：可以根據(jù)需要突出信號的某一部分，抑制信號的另以部分。缺點：滑動平均值濾波優(yōu)點：對周期性干擾有良好的抑制作用平滑度高缺點：靈敏度低，對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾抑制作用差，很難消除由于脈沖干擾引起的采樣值的誤差，因此不適用 于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合低通濾波優(yōu)點：可以消除高頻干擾對測量精度的影響缺點：復(fù)合數(shù)字濾波優(yōu)點：可用于既有脈動干擾

34、又有脈沖干擾的環(huán)境缺點：3什么是輸出通道？有哪些部分組成？ 輸出通道：輸出通道與輸入通道相對應(yīng)，是計算機控制系統(tǒng)的組成部分，是計算機功能的延伸，計算機控制系 統(tǒng)的各種計算結(jié)果必須經(jīng)由其輸出執(zhí)行。- 組成：輸出通道具有模擬信號輸出和開關(guān)信號輸出兩種形式，模擬信號輸出通道包括計算機控制接口、D/A轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動電路、執(zhí)行機構(gòu)等幾個部分；開關(guān)信號輸出通道包括驅(qū)動電路和執(zhí)行機構(gòu)兩部分。4動態(tài)LED顯示與靜態(tài)LED顯示各有什么特點？靜態(tài)LED顯示是當(dāng)顯示器件顯示某個字符時，相應(yīng)的顯示段（發(fā)光二極管）恒定地導(dǎo)通或截止，直到顯示另一個字符為止。占用機時少，而且顯示穩(wěn)定可靠。其缺點是使用元器件相對較多，且線路比

35、較復(fù)雜，相對而言成本較高。動態(tài)LED顯示就是微處理器定時地對顯示器件所顯示的內(nèi)容進行掃描。各顯示器件分時工作，任何時刻只有一個顯示器件在 顯示，由于人眼的視覺暫留，當(dāng)掃描顯示每一個器件達(dá)到一定速度時，人看到每個器件都在顯示。5三相步進電機有哪幾種工作方式？每種工作方式的特點？單三拍工作方式： 每次只能一相繞組通電，通電三次完成一個通電循環(huán)。雙三拍工作方式： 每次都是兩相通電，控制電流切換3次，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子移動一個齒距位置，雙三拍工作方式中，要求電源所提供的功率比較大，此種工作方式的特點是不容易失步。六拍工作方式：六拍工作方式就是把單三拍和雙三拍結(jié)合起來的一種工作方式，比單三拍或雙三拍的步

36、進精度高出一倍。6什么是順序控制？什么是數(shù)字程序控制？數(shù)字程序控制的方式？順序控制：就是以預(yù)先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動作次序順序地完成工作的自動控制。 數(shù)字程序控制（數(shù)控）：就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械（如各種機床）按規(guī)定的工作順序、運 動軌跡、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。數(shù)字程序控制的方式：逐點比較插補法、數(shù)字積分插補法7什么是逐點比較插入法？數(shù)字積分插補法？比較兩者的特點?. 逐點比較插補法：所 謂逐點比較插補法，就是每走一步都要和給定的軌跡上的坐標(biāo)值進行一次比較，看該點在 給定軌跡的上方還是下方，或者在給定軌跡的外面還是里面，從而決

37、定下一步的進給方向。. 數(shù)字積分插補法： 是在數(shù)字積分器基礎(chǔ)上建立的一種插補法。逐點比較插入法特點： 運算直觀、插補誤差小于一個脈沖當(dāng)量，輸出脈沖均勻，輸出脈沖的速度變化小，調(diào)節(jié) 方便，在兩坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控機床中運用較為廣泛。數(shù)字積分器插補法特點： 運算速度快、脈沖分配均勻、易于實現(xiàn)坐標(biāo)聯(lián)動，運用廣泛，缺點是速度調(diào)節(jié)不夠方 便，插補精度需要由軟件技術(shù)來克服。8抗干擾措施有哪些？- 硬件抗干擾技術(shù)1）無源濾波器和有源濾波器：電容濾波器和電感濾波器/阻容濾波器/有源濾波器2 ）屏蔽技術(shù)：電場屏蔽/磁場屏蔽/電磁場屏蔽/導(dǎo)線屏蔽3）接地技術(shù)4）電源干擾的抑制- 軟件抗干擾技術(shù)：指令冗余技術(shù)/軟件陷阱技

38、術(shù)/看門狗技術(shù)9RS232 422 485的優(yōu)缺點？為什么 RS485傳輸距離遠(yuǎn)?4 RS-232-C優(yōu)點：微機系統(tǒng)中最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用于實現(xiàn)計算機與計算機之間、計算機與外設(shè)之間的同步或異步通訊。通訊距離可達(dá)15m傳輸數(shù)據(jù)的速率可任意調(diào)整，最大可達(dá)20Kb/s。缺點：傳輸速率慢。傳輸距離近。 RS-232-C出現(xiàn)了互不兼容的25芯連接器。 使用非平衡發(fā)送器和接收器，電氣性能不佳。 接口處各信號間容易產(chǎn)生電干擾。4 RS-422優(yōu)點：規(guī)定了差分平衡的電氣接口，能夠在較長距離時明顯提高數(shù)據(jù)傳輸速率，由于平衡結(jié)構(gòu)性能得到了改善，這 種差分平衡結(jié)構(gòu)能夠從地線的干擾中分離出有效信號，事實上，差分接

39、收器可以區(qū)分0.2V以上的電位差，可以不受參考電平波動及共模電磁干擾的影響。RS-422的另一個優(yōu)點是允許傳送線上連接多個接收器。缺點：4 RS-485優(yōu)點：接口信號電平比 RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps, RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能 力增強，即抗噪聲干擾性好。缺點：很多情況下，RS-485忽略了信號地的連接，弓I起共模干擾問題，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的共模電壓超出一定的范圍時， 會嚴(yán)重影響通信的穩(wěn)定可靠性，甚至損壞接口；RS-485還存在EMI問題，發(fā)送驅(qū)

40、動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像 一個巨大的天線向外輻射電磁波。RS485傳輸距離遠(yuǎn)：RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏 度，能檢測低至200m V的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。大題整理1、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為D（S） S2 2S 卡試用雙線性變換法 求出相應(yīng)的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)，并給出控制器的差分形式。其中T =1s。2 2 1n(z2z" 1)D(z&qu

41、ot;Ef I 2 n S ；解：令22212'控 制廿( n - 4 n 4)z(2 n - 8)z_ n 4 n 4器的差分形式為u(k)2 2 -8 'n 4 /4u(k -1)_4 F . 4-4 /4u(k -2)二2 'n2 4 /4(e(k) 2e(k -1) e(k-2)1 -e 12、已知廣義被控對象：G(S),給定T=1ss s(s+1)針對單位斜坡輸入設(shè)計最小拍有紋波控制系統(tǒng)。解：由已知條件，被控對象含有一個積分環(huán)節(jié)，有能力產(chǎn)生單位斜坡響應(yīng)。求廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為G二ZG站于暑=(1斗；11z ) s2(s+1)-11 - zJ11ez1 10.

42、368Z (10.718Z )(1 -z)(1 -0.368Z)可以看出，G(z)的零點為-0.718(單位圓內(nèi))、極點為1(單位圓上)、0.368(單位圓內(nèi))，故u=0,v=0(單位圓上除 外),m=1。根據(jù)穩(wěn)定性要求，G(z)中z=1的極點應(yīng)包含在 e(z)的零點中，由于系統(tǒng)針對等速輸入進行設(shè)計，故p=2。為滿足準(zhǔn)確性條件另有 e(z)=(1-z-1)2F1(z),顯然準(zhǔn)確性條件中已滿足了穩(wěn)定性要求，于是可設(shè)門(z) =z'(C0 C1Z"1)解得 c0 = 2,& = -1。閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為門二 z(2 -zJ 二 2z_ z，“e(z)=1-(z)=(1-z

43、')2D(z)二譏z)：Je(z)G(z)5.435(1 -0.5z')(1 -0.368z)(1 -z(1 0.718z丫=R(z)"(z)(2z4 -z2z 3z 4z，川(1-z )3、已知廣義被控對象為G(s)二1s-2ss (s 1)其中，T=1s。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的時間常數(shù)取為Tc=0.5s,應(yīng)用大林算法 確定數(shù)字控制器。解：廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)理想脈沖傳遞函數(shù)為G=ZG(s)=Z占/s0.632Z&1 -0.368Z1G(z) =Z1 - eJs e*Ts_ 0.865z，s0.5s+ 1 一 - 1-0.135Z"1

44、得大林控制器如下D(z)(z)1 -(z)G (z)=1.3691 -0.368zJ151-0.135z-0.865z4、用后向差分法 求下列模擬濾波器 D(s)的等效數(shù)字濾波器，并給出差分遞推算式，設(shè)T=1s,D(s)二2(s 1)(s 2)解：使用后項差分離散化方法，令s二上含，則D(z)U(z)E(z)二 D(s)221z -5z 6可得其差分遞推算式為5 11u(k) u(k -1) -u(k -2)e(k)6 635、已知系統(tǒng)的差分方程為y(k) + y(k-1) = r(k-2)輸入信號是k- 0k 0初始條件為y(0) =1，試寫出輸出脈沖序列 y(k)。解：y(0) =1 y(1) =r(-1)-y(0) 一1 y(2) =r(0) - y(1) =2 y(3) = r(1) - y(2) 一1y(4) =r(2) -y(3) = 2 y(5)二 r (3) - y(4) = -