計算機控制技術課程置換

1、計算機控制技術課程置換資料計算機的組成部分及功能 計算機由運算器，控制器，存儲器，輸入裝置和輸出裝置五大部件組成計算機，每一部件分別按要求執(zhí)行特定的基本功能。 運算器或稱算術邏輯單元（Arithmetical and Logical Unit） 運算器的主要功能是對數(shù)據(jù)進行各種運算。這些運算除了常規(guī)的加、減、乘、除等基本的算術運算之外，還包括能進行“邏輯判斷”的邏輯處理能力，即“與”、“或”、“非”這樣的基本邏輯運算以及數(shù)據(jù)的比較、移位等操作。 存儲器（Memory unit） 存儲器的主要功能是存儲程序和各種數(shù)據(jù)信息，并能在計算機運行過程中高速、自動地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。存儲器是具有“記憶

2、”功能的設備，它用具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的物理器件來存儲信息。這些器件也稱為記憶元件。由于記憶元件只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此在計算機中采用只有兩個數(shù)碼“0”和“1”的二進制來表示數(shù)據(jù)。記憶元件的兩種穩(wěn)定狀態(tài)分別表示為“0”和“1”。日常使用的十進制數(shù)必須轉(zhuǎn)換成等值的二進制數(shù)才能存入存儲器中。計算機中處理的各種字符，例如英文字母、運算符號等，也要轉(zhuǎn)換成二進制代碼才能存儲和操作。 存儲器是由成千上萬個“存儲單元”構成的，每個存儲單元存放一定位數(shù)（微機上為8位）的二進制數(shù)，每個存儲單元都有唯一的編號，稱為存儲單元的地址?！按鎯卧笔腔镜拇鎯挝唬煌拇鎯卧怯貌煌牡刂穪韰^(qū)分的，就好像居民區(qū)的一條街道

3、上的住戶是用不同的門牌號碼來區(qū)分一樣。 計算機采用按地址訪問的方式到存儲器中存數(shù)據(jù)和取數(shù)據(jù)，即在計算機程序中，每當需要訪問數(shù)據(jù)時，要向存儲器送去一個地址指出數(shù)據(jù)的位置，同時發(fā)出一個“存放”命令（伴以待存放的數(shù)據(jù)），或者發(fā)出一個“取出”命令。這種按地址存儲方式的特點是，只要知道了數(shù)據(jù)的地址就能直接存取。但也有缺點，即一個數(shù)據(jù)往往要占用多個存儲單元，必須連續(xù)存取有關的存儲單元才是一個完整的數(shù)據(jù)。 計算機在計算之前，程序和數(shù)據(jù)通過輸入設備送入存儲器，計算機開始工作之后，存儲器還要為其它部件提供信息，也要保存中間結(jié)果和最終結(jié)果。因此，存儲器的存數(shù)和取數(shù)的速度是計算機系統(tǒng)的一個非常重要的性能指標。 控制

4、器（Control Unit） 控制器是整個計算機系統(tǒng)的控制中心，它指揮計算機各部分協(xié)調(diào)地工作，保證計算機按照預先規(guī)定的目標和步驟有條不紊地進行操作及處理。 控制器從存儲器中逐條取出指令，分析每條指令規(guī)定的是什么操作以及所需數(shù)據(jù)的存放位置等，然后根據(jù)分析的結(jié)果向計算機其它部分發(fā)出控制信號，統(tǒng)一指揮整個計算機完成指令所規(guī)定的操作。因此，計算機自動工作的過程，實際上是自動執(zhí)行程序的過程，而程序中的每條指令都是由控制器來分析執(zhí)行的，它是計算機實現(xiàn)“程序控制”的主要部件。 通常把控制器與運算器合稱為中央處理器（Central Processing Unit-CPU）。工業(yè)生產(chǎn)中總是采用最先進的超大規(guī)模

5、集成電路技術來制造中央處理器，即 CPU 芯片。它是計算機的核心部件。它的性能，主要是工作速度和計算精度，對機器的整體性能有全面的影響。 輸入設備(Input device) 用來向計算機輸入各種原始數(shù)據(jù)和程序的設備叫輸入設備。輸入設備把各種形式的信息，如數(shù)字、文字、圖像等轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的“編碼”，即計算機能夠識別的用1和0表示的二進制代碼(實際上是電信號)，并把它們“輸入”（INPUT）到計算機內(nèi)存儲起來。鍵盤是必備的輸入設備、常用的輸入設備還有鼠標器、圖形輸入板、視頻攝像機等。 輸出設備(Output device) 從計算機輸出各類數(shù)據(jù)的設備叫做輸出設備。輸出設備把計算機加工處理的結(jié)果（

6、仍然是數(shù)字形式的編碼）變換為人或其它設備所能接收和識別的信息形式如文字、數(shù)字、圖形、聲音、電壓等。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀等。 通常把輸入設備和輸出設備合稱為I/O設備（輸入輸出設備）。計算機系統(tǒng)軟件和應用軟件各有什么特點一般把軟件分為兩大類：應用軟件和系統(tǒng)軟件。 1、 應用軟件 :是專門為某一應用目的而編制的軟件。常見的應用軟件有科學計算程序、圖形與圖像處理軟件、自動控制程序、情報檢索系統(tǒng)、工資管理程序、人事管理程序、財務管理程序以及計算機輔助設計與制造、輔助教學等軟件。如：信息管理軟件（如工資管理軟件、人事管理軟件等）、科學計算程序、文字與表格處理軟件（如WPS、Word、E

7、xcel等）、圖形與圖像處理軟件、輔助設計軟件（如CAD、CAM、CAI、CAT等）。具體分類為:1、 文字處理軟件 文字處理軟件是辦公室和個人不可缺少的軟件，它用于輸入、存貯、編輯、打印文字材料。目前主要的中文文字處理軟件有Word和WPS。2、 電子表格數(shù)據(jù)處理軟件 用于一些簡單的數(shù)據(jù)表處理，如學校中的成績處理、股市行情分析等，主要的軟件有Excel和Lotus 1-2-3。3、 信息管理軟件 用于輸入、存儲、修改、檢索各種信息，例如工資管理軟件、人事管理軟件、計劃管理軟件等。這種軟件發(fā)展到一定水平后，各個單項的軟件相互聯(lián)系起來，計算機和管理人員組成一個和諧的整體，各種信息在其中合理地流動

8、，形成一個完整、高效的管理信息系統(tǒng)，簡稱MIS。針對不同的部門、行業(yè)和需求，可以編制不同的MIS，也可以設計通用的MIS。4、 輔助設計軟件 用于高效地繪制、編輯工程圖紙或電子線路圖，進行設計中的常規(guī)計算，幫助人們尋求較好的設計方案，提高工作效率和質(zhì)量。5、 實時控制軟件 主要用于需要隨時收集數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)作出相應的判斷和決策，按預定設計的方案實施自動或半自動控制，以保證安全、準確地完成指定任務。如：化工生產(chǎn)中的實時控制軟件、火箭發(fā)射和運行中的自動控制等，針對不同的工作任務可以設計不同的實時控制系統(tǒng)。6、 輔助教育軟件 運用電子計算機進行教育活動是計算機應用的一個很重要的方面，有關教育方面

9、的軟件很多，主要分成五類：學校輔助教學類軟件，主要針對各學科進行多媒體輔助教學，用于提高學生掌握知識的能力和水平；輔助教育管理類軟件，如各種校長辦公系統(tǒng)等；計算機輔助學習類軟件；英語學習類軟件，如各種背單詞、練口語、考TOTEL軟件等；商務類軟件，如學炒股、學開車等。 教育軟件涵蓋范圍越來越廣，內(nèi)容涉及學與學的各個領域、各個方面。技術上廣泛采用多媒體、網(wǎng)絡、虛擬現(xiàn)實、人工智能等先進技術。7、 游戲娛樂軟件 利用計算機高速的運算功能、良好的交互功能和清晰的顯示能力，將游戲和娛樂內(nèi)容制作成軟件，供使用者在計算機上玩游戲和娛樂。8、 網(wǎng)絡上的各種工具包 例如瀏覽器、搜索引擎、電子郵件、文件下載工具等

10、等。舉例：Office、Photoshop、Flash、IE、MediaPlayer、3D max、 游戲軟件等等。2、 系統(tǒng)軟件 : 系統(tǒng)軟件是指負責管理、監(jiān)控和維護計算機硬件和軟件資源的一種軟件。系統(tǒng)軟件用于發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途，提高計算機的工作效率，方便用戶的使用。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、程序設計語言及其處理程序（如匯編程序、編譯程序、解釋程序等）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、系統(tǒng)服務程序以及故障診斷程序、調(diào)試程序、編輯程序等工具軟件。如：操作系統(tǒng)（如DOS、Windows、UNIX、OS/2等）、語言編譯和解釋系統(tǒng)、程序設計語言（如匯編語言、BASIC、C、PASCAL等）、網(wǎng)絡軟件、數(shù)

11、據(jù)庫管理系統(tǒng)（如FoxBASE、Oracle等）、系統(tǒng)服務程序（如診斷程序等）。具體分類為:1、 操作系統(tǒng) 管理計算機的硬件設備，使應用軟件能方便、高效地使用這些設備。在微機上常見的有：DOS、WINDOWS、UNIX、OS/2等 2、 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 有組織地、動態(tài)地存貯大量數(shù)據(jù)，使人們能方便、高效地使用這些數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在比較流行的數(shù)據(jù)庫有FoxPro、DB-2、Access、SQL-server等 3、 編譯軟件 CPU執(zhí)行每一條指令都只完成一項十分簡單的操作，一個系統(tǒng)軟件或應用軟件，要由成千上萬甚至上億條指令組合而成。直接用基本指令來編寫軟件，是一件極其繁重而艱難的工作。為了提高效率，人們規(guī)

12、定一套新的指令，稱為高級語言，其中每一條指令完成一項操作，這種操作相對于軟件總的功能而言是簡單而基本的，而相對于CPU的一眇操作而言又是復雜的。 用這種高級語言來編寫程序（稱為源程序）就象用預制板代替磚塊來造房子，效率要高得多。但CPU并不能直接執(zhí)行這些新的指令，需要編寫一個軟件，專門用來將源程序中的每條指令翻譯成一系列CPU能接受的基本指令（也稱機器語言）使源程序轉(zhuǎn)化成能在計算機上運行的程序。完成這種翻譯的軟件稱為高級語言編譯軟件，通常把它們歸入系統(tǒng)軟件。目前常用的高級語言有VB、C+、JAVA等，它們各有特點，分別適用于編寫某一類型的程序，它們都有各自的編譯軟件。系統(tǒng)軟件：MacOS、Do

13、s、Windows 98 、Windows 2000、Windows NT、 ORACLE、 Linux 等。計算機控制系統(tǒng)的典型形式有哪些？各有什么優(yōu)缺點？計算機控制系統(tǒng)的典型形式:(1) 操作指導控制系統(tǒng)。優(yōu)點：結(jié)構簡單，控制靈活和安全，缺點是由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。（2） 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC），實時性好，可靠性高和適應性強。（3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SSC），是生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。（4） 分型控制系統(tǒng)（DCS），分散控制，集中操作，分級管理。（5） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），降低成本，提高可靠性，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構.計算機控制系統(tǒng)的工作原理 隨著科

14、學技術的進步，人們越來越多地用計算機來實現(xiàn)控制系統(tǒng)，因此，充分理解計算機控制系統(tǒng)是十分重要的。我們可以把計算機控制系統(tǒng)看作是模擬控制系統(tǒng)的一種近似，但這種看法是相當貧乏的，因為它沒有充分發(fā)揮計算機控制的潛力，最多只能獲得與采用模擬控制時一樣的控制效果。 計算機控制系統(tǒng)就是利用計算機（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)。在計算機控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機的輸入和輸出是數(shù)字信號，因此需要有A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。因此，從本質(zhì)上看，計算機控制系統(tǒng)的工作原理可以歸納為3個步驟： 實時數(shù)據(jù)采集 實時控制決策 實時控制輸出 以上過程不斷重復，使得整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標進

15、行工作，并對被控量和設備本身的異?，F(xiàn)象即使做出處理 計算機控制系統(tǒng)的組成 計算機控制系統(tǒng)由計算機（工業(yè)控制機）和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設計的計算機，它包括硬件和軟件兩個組成部分。生產(chǎn)過程包括被控對象和測量變送、執(zhí)行機構、電氣開關等裝置，這些裝置都有各種類型的標準產(chǎn)品，在設計計算機控制系統(tǒng)時，根據(jù)需要合理地選型即可。 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 1.開創(chuàng)時期（1955-1962） 早期的計算機使用電子管，體積龐大，價格昂貴，可靠性差，只能從事一些操作指導和設定值控制。 2.直接數(shù)字控制時期（1962-1967） 在這個時期，就是那件直接控制過程變量，完全取代

16、了原來的模擬控制，因而稱這樣的控制為直接數(shù)字控制（DDC）。 3.小型計算機時期（1967-1972） 20世紀60年代，計算機技術有了很大的發(fā)展，主要特點是它的體積更小，速度更快，工作可靠，價格更便宜。這使得計算機控制系統(tǒng)不再是大型企業(yè)的工程項目，對于較小的工程問題也能利用計算機來控制。 4.微型計算機時期（1972年至今） 由于微電子學出現(xiàn)了超大規(guī)模集成電路技術而獲得急劇發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的計算機和計算機控制系統(tǒng)。采用微型計算機，已經(jīng)制造出大量的分級遞階控制系統(tǒng)、分散型控制系統(tǒng)、專用控制器等，對工業(yè)的發(fā)展起到了巨大的作用。 與計算機硬件相比，計算機軟件的發(fā)展則要慢的多，今后的發(fā)展是采用更

17、加高級的語言以及使用一些先進的控制算法。 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1.推廣應用成熟的先進技術 （1）普及應用可編程控制器（PLC） 近年來，由于開發(fā)了具有智能I/O模塊的PLC，它可以將順序控制和過程控制結(jié)合起來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，并具有高可靠性。 （2）廣泛使用智能調(diào)節(jié)器 智能調(diào)節(jié)器是一種數(shù)字化的過程控制儀表，以微處理器或單片微型計算機為核心，具有數(shù)據(jù)通信功能，能完成生產(chǎn)過程14個回路直接數(shù)字控制任務，在DCS的分散過程控制級中得到了廣泛的應用。 （3）采用新型的DCS和FCS 發(fā)展以現(xiàn)場總線技術等先進網(wǎng)絡通信技術為基礎的DCS和FCS控制結(jié)構，并采用先進的控制策略，向低成本綜合自動化

18、系統(tǒng)的方向發(fā)展，實現(xiàn)計算機集成制造/過程系統(tǒng)（CIMS/CIPS）。 2.大力研究和發(fā)展先進的控制技術 先進過程控制技術以多變量解耦、推斷控制和估計、多變量約束控制、各種預測控制、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡控制和估計等技術為代表。構建各種控制算法的先進控制軟件包，形成工程化軟件產(chǎn)品，也是先進控制技術發(fā)展的一個重要研究方向。 3.計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 （1）控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化 隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，各種層次的計算機網(wǎng)絡在控制系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，規(guī)模也越來越大，從而使傳統(tǒng)意義上的回路控制系統(tǒng)所具有的特點在系統(tǒng)網(wǎng)絡化過程中發(fā)生了根本變化，并最終逐步實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化 （2）控制系統(tǒng)的扁平

19、化 現(xiàn)場網(wǎng)絡的連接能力逐步提高，是的現(xiàn)場網(wǎng)絡能夠接入更多的設備。新一代計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構發(fā)生了明顯變化，逐步形成兩層網(wǎng)絡的系統(tǒng)結(jié)構，簡化了系統(tǒng)的結(jié)構和層次。 （3）控制系統(tǒng)的智能化 人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，促進自動控制向更高的層次發(fā)展，即智能控制。隨著多媒體計算機和人工智能計算機的發(fā)展，應用自動控制理論和智能控制技術來實現(xiàn)先進的計算機控制系統(tǒng)，將推動科學技術的進步和工業(yè)自動化系統(tǒng)的水平。 （4）控制系統(tǒng)的綜合化 現(xiàn)代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統(tǒng)工程技術的發(fā)展、綜合自動化技術廣泛的應用到工業(yè)過程，為工業(yè)生產(chǎn)帶來更大的經(jīng)濟效益。典型的計算機控制系統(tǒng)中包含的信號形式以下是關于典型的

20、計算機控制系統(tǒng)中包含的信號形式有哪些的回答與解析。典型的計算機控制系統(tǒng)中所包含的信號形式： (1) 連續(xù)信號 連續(xù)信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值可以是連續(xù)的,也可以是斷續(xù)的。 (2) 模擬信號 模擬信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值在某一時間范圍內(nèi)是連續(xù)的。模擬信號是連續(xù)信號的一個子集，在大多數(shù)場合與很多文獻中，將二者等同起來，均指模擬信號。 (3) 離散信號 離散信號是僅在各個離散時間瞬時上有定義的信號。(4) 采樣信號 采樣信號是離散信號的子集，在時間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離散信號就是指采樣信號。 (5) 數(shù)字信號 數(shù)字信號是幅值整量化

21、的離散信號，它在時間上和幅值上均是離散的。什么是Z變換（1） Z變換（英文：z-transformation）可將時域信號（即：離散時間序列）變換為在復頻域的表達式。它在離散時間信號處理中的地位，如同拉普拉斯變換在連續(xù)時間信號處理中的地位。離散時間信號的Z變換是分析線性時不變離散時間系統(tǒng)問題的重要工具，在數(shù)字信號處理、計算機控制系統(tǒng)等領域有著廣泛的應用。數(shù)學上，Z變換也可以看作是一個洛朗級數(shù)（2） Z變換(Z-transform) 將離散系統(tǒng)的時域數(shù)學模型差分方程轉(zhuǎn)化為較簡單的頻域數(shù)學模型代數(shù)方程，以簡化求解過程的一種數(shù)學工具。Z是個復變量，它具有實部和虛部，常常以極坐標形式表示，即Z=rej

22、，其中r為幅值，為相角。以Z的實部為橫坐標，虛部為縱坐標構成的平面稱為Z平面，即離散系統(tǒng)的復域平面。離散信號系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)（或者、稱傳遞函數(shù)）一般均以該系統(tǒng)對單位抽樣信號的響應的Z變換表示。由此可見，Z變換在離散系統(tǒng)中的地位與作用，類似于連續(xù)系統(tǒng)中的拉氏變換。Z變換具有許多重要的特性：如線性、時移性、微分性、序列卷積特性和復卷積定理等等。這些性質(zhì)在解決信號處理問題時都具有重要的作用。其中最具有典型意義的是卷積特性。由于信號處理的任務是將輸入信號序列經(jīng)過某個(或一系列各種）系統(tǒng)的處理后輸出所需要的信號序列，因此，首要的問題是如何由輸入信號和所使用的系統(tǒng)的特性求得輸出信號。通過理論分析可知，若直接

23、在時域中求解，則由于輸出信號序列等于輸入信號序列與所用系統(tǒng)的單位抽樣響應序列的卷積和，故為求輸出信號，必須進行繁瑣的求卷積和的運算。而利用Z變換的卷積特性則可將這一過程大大簡化。只要先分別求出輸入信號序列及系統(tǒng)的單位抽樣響應序列的Z變換，然后再求出二者乘積的反變換即可得到輸出信號序列。這里的反變換即逆Z變換，是由信號序列的Z變換反回去求原信號序列的變換方式。直流電機的基本結(jié)構直流伺服電機具有良好的啟動、制動和調(diào)速特性，可很方便的在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑無極調(diào)速，故多采用在對伺服電機的調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)設備中。 直流伺服電機的結(jié)構主要包括三大部分：1） 定子：定子磁極磁場由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生

24、磁場的方式，直流伺服電機可分為永磁式和他激式。永磁式磁極由永磁材料制成，他激式磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，外繞線圈通以直流電流便產(chǎn)生恒定磁場。（2） 轉(zhuǎn)子：又稱為電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時，在定子磁場作用下產(chǎn)生帶動負載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。（3） 電刷和換向片：為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導體相接。直流伺服電機的工作原理與一般直流電動機的工作原理市完全相同。他激直流電機轉(zhuǎn)子上的載流導體（即電樞繞組）在定子磁場中受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，使電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由直流電機的基本原理分析得到：n=(u-IaRa)/Ke式中

25、：n電樞的轉(zhuǎn)速，r/min u電樞電壓 Ia電機電樞電流 Ra電樞電阻 Ke電勢系數(shù) （Ke=Ce）由上式可知，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速有三種方法：（1） 改變電樞電壓u。調(diào)速范圍較大，直流伺服電機常用此方法調(diào)速。（2） 變磁通量（即改變Ke的值）。改變激磁回路的電阻Rf以改變激磁電流If。可以打到改變磁通量的目的；調(diào)磁調(diào)速因其調(diào)速范圍較小常常作為調(diào)速的輔助方法，而主要的調(diào)速方法是調(diào)壓調(diào)速。若采用調(diào)壓與調(diào)磁兩種方法互相配合，可以獲得很寬的調(diào)速范圍，又可充分利用電機的容量。（3） 在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rt，此時有 n=u-Ia(Ra+Rt)/Ke由上式可知，在電樞回路中串聯(lián)電阻的辦法，轉(zhuǎn)速只能調(diào)低，而

26、且電阻上的銅耗較大，這種辦法并不經(jīng)濟。步進電機控制系統(tǒng)步進電機的基本原理步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用

27、其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。 永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛，也是本次細分驅(qū)動方

28、案所選用的步進電機。 步進電機的一些基本參數(shù)： 電機固有步距角： 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為電機固有步距角，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關。 步進電機的相數(shù)： 是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75

29、76;/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅(qū)動器，則相數(shù)將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。 保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）： 是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指

30、保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。 DETENT TORQUE：是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。 步進電機的一些特點：1一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。 2步進電機外表允許的最高溫度。 步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝

31、氏80-90度完全正常。3步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。4步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。

32、步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。交流伺服電機的控制原理交流伺服電機的工作原理 交流伺服電機驅(qū)動是最新發(fā)展起來的新型伺服系統(tǒng)，也是當前機床進給驅(qū)動系統(tǒng)方面的一個新動向。該系統(tǒng)克服了直流驅(qū)動系統(tǒng)中電機電刷和整流子要經(jīng)常維修、電機尺寸較大和使用環(huán)境受限制等缺點。它能在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)產(chǎn)生理想的轉(zhuǎn)矩，結(jié)構簡單，運行可靠，用于數(shù)控機床等進給驅(qū)動系統(tǒng)為精密位置控制。交流伺服電機的工作原理與兩相異步電機相似 。然而 ，由于它在數(shù)控機床中作為執(zhí)行元件，將交流電信號轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度 ，

33、所以要求轉(zhuǎn)子速度的快慢能夠反映控制信號的相位，無控制信號時它不轉(zhuǎn)動。特別是當它已在轉(zhuǎn)動時，如果控制信號消失，它立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應電動機轉(zhuǎn)動起來以后，若控制信號消失，它往往不能立即停止而要繼續(xù)轉(zhuǎn)動一會兒。交流伺服電機也是由定子和轉(zhuǎn)子構成。定子上有勵磁繞組和控制繞組，這兩個繞組在空間相差90°電角度。若在兩相繞組上加以幅值相等、相位差90°電角度的對稱電壓，則在電機的氣隙中產(chǎn)生圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。若兩個電壓的幅值不等或相位不為90°電角度，則產(chǎn)生的磁場將是一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。加在控制繞組上的信號不同，產(chǎn)生的磁場橢圓度也不同。例如，負載轉(zhuǎn)矩一定，改變控制信號，就可以

34、改變磁場的橢圓度，從而控制伺服電機的轉(zhuǎn)速。交流伺服電機的控制方式有三種：幅值控制、相位控制和幅值相位混合控制。位置檢測裝置的種類和要求位置檢測裝置 1、 位置檢測裝置的分類和要求 位置檢測裝置是閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，其精度在很大程度上由位置檢測裝置的進度決定?，F(xiàn)在，檢測元件與系統(tǒng)的最高水平：被測部件的最高移動速度240m/min時，檢測位移分辨率1um；24m/min時，分辨率0.1um；最高分辨率可達0.01um。 對位置檢測裝置的要求： 1） 受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強； 2） 在機床執(zhí)行部件移動范圍內(nèi)，能滿足精度和速度要求； 3） 使用維護方便

35、，適應機床工作環(huán)境。 4） 成本低。 （一）數(shù)字式和模擬式測量（所獲得的信號不同） 1數(shù)字式測量 將被測量以數(shù)字的方式表示。測量信號一般為電脈沖，可直接送到數(shù)控裝置進行比較處理和顯示。這樣的檢測裝置有：光柵檢測裝置、脈沖編碼器。裝置比較簡單，抗干擾能力強。 2模擬式測量 將被測量用連續(xù)變量表示。如：電壓的幅值變化、相位變化。對相位變化的量可直接送數(shù)控裝置與移相的指令電壓進行比較，對幅值變化的量，可先將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號，再送數(shù)控裝置進行比較和顯示。這類裝置有：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器。 二增量式和絕對式測量（測量方式不同） 1增量式測量 只測出位移的增量，并用數(shù)字脈沖的個數(shù)來表示單位位移的數(shù)量

36、。 由于位移的距離是由增量值累積求得，所以，一旦某處測量有誤，則其后所得的位移距離都是錯誤的。 由于不能指示絕對坐標位置，當因事故斷電停機檢查，執(zhí)行部件的位置發(fā)生變化后，不能由檢修后的位置直接回到停機時的原位，而要先回到加工程序的起始位置，并計算出起點到停機位置的距離，才能用位移指令，令執(zhí)行部件移回停機時的位置，以便繼續(xù)加工。光柵、脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、磁尺都是增量式檢測裝置。 2絕對式測量 能測出被測部件在某一絕對坐標系中的絕對坐標值，并以二進制或二十進制數(shù)碼信號表示。需要轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字信號才能送去比較和顯示。有：絕對式脈沖編碼盤、三速式絕對編碼盤。結(jié)構復雜，分辨率與位移量都受

37、限制。此外，根據(jù)安裝測量位置，有直接測量和間接測量。計算機網(wǎng)絡的發(fā)展計算機網(wǎng)絡的發(fā)展事實上計算機網(wǎng)絡是二十世紀60年代起源于美國,原本用于軍事通訊,后逐漸進入民用,經(jīng)過短短40年不斷的發(fā)展和完善,現(xiàn)已廣泛應用于各個領域,并正以高速向前邁進。20年前,在我國很少有人接觸過網(wǎng)絡?，F(xiàn)在,計算機通信網(wǎng)絡以及Internet已成為我們社會結(jié)構的一個基本組成部分。網(wǎng)絡被應用于工商業(yè)的各個方面,包括電子銀行、電子商務、現(xiàn)代化的企業(yè)管理、信息服務業(yè)等都以計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)為基礎。從學校遠程教育到政府日常辦公乃至現(xiàn)在的電子社區(qū),很多方面都離不開網(wǎng)絡技術?？梢圆豢鋸埖卣f,網(wǎng)絡在當今世界無處不在。隨著計算機網(wǎng)絡技術的蓬

38、勃發(fā)展,計算機網(wǎng)絡的發(fā)展大致可劃分為4個階段。第一階段:誕生階段20世紀60年代中期之前的第一代計算機網(wǎng)絡是以單個計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)。典型應用是由一臺計算機和全美范圍內(nèi)2 000多個終端組成的飛機定票系統(tǒng)。終端是一臺計算機的外部設備包括顯示器和鍵盤,無CPU和內(nèi)存。隨著遠程終端的增多,在主機前增加了前端機(FEP)。當時,人們把計算機網(wǎng)絡定義為“以傳輸信息為目的而連接起來,實現(xiàn)遠程信息處理或進一步達到資源共享的系統(tǒng)”,但這樣的通信系統(tǒng)已具備了網(wǎng)絡的雛形。第二階段:形成階段20世紀60年代中期至70年代的第二代計算機網(wǎng)絡是以多個主機通過通信線路互聯(lián)起來,為用戶提供服務,興起于60年代后期

39、,典型代表是美國國防部高級研究計劃局協(xié)助開發(fā)的ARPANET。主機之間不是直接用線路相連,而是由接口報文處理機(IMP)轉(zhuǎn)接后互聯(lián)的。IMP和它們之間互聯(lián)的通信線路一起負責主機間的通信任務,構成了通信子網(wǎng)。通信子網(wǎng)互聯(lián)的主機負責運行程序,提供資源共享,組成了資源子網(wǎng)。這個時期,網(wǎng)絡概念為“以能夠相互共享資源為目的互聯(lián)起來的具有獨立功能的計算機之集合體”,形成了計算機網(wǎng)絡的基本概念。第三階段:互聯(lián)互通階段20世紀70年代末至90年代的第三代計算機網(wǎng)絡是具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡體系結(jié)構并遵循國際標準的開放式和標準化的網(wǎng)絡。ARPANET興起后,計算機網(wǎng)絡發(fā)展迅猛,各大計算機公司相繼推出自己的網(wǎng)絡體系結(jié)構及實

40、現(xiàn)這些結(jié)構的軟硬件產(chǎn)品。由于沒有統(tǒng)一的標準,不同廠商的產(chǎn)品之間互聯(lián)很困難,人們迫切需要一種開放性的標準化實用網(wǎng)絡環(huán)境,這樣應運而生了兩種國際通用的最重要的體系結(jié)構,即TCP/IP體系結(jié)構和國際標準化組織的OSI體系結(jié)構。第四階段:高速網(wǎng)絡技術階段20世紀90年代末至今的第四代計算機網(wǎng)絡,由于局域網(wǎng)技術發(fā)展成熟,出現(xiàn)光纖及高速網(wǎng)絡技術,多媒體網(wǎng)絡,智能網(wǎng)絡,整個網(wǎng)絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統(tǒng),發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)。計算機網(wǎng)絡的定義,分類和主要功能計算機網(wǎng)絡就是利用通信設備和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互連起來，以功能完善的網(wǎng)絡軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源共享和信

41、息傳遞的系統(tǒng)。一個計算機網(wǎng)絡是由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)構成的，資源子網(wǎng)負責信息處理，通信子網(wǎng)負責全網(wǎng)中的信息傳遞。資源子網(wǎng)包括提供資源的主機HOST和請求資源的終端T，它們都是信息傳輸?shù)脑垂?jié)點和終節(jié)點，有時也稱為端節(jié)點；通信子網(wǎng)主要由網(wǎng)絡節(jié)點和通信鏈路組成。網(wǎng)絡節(jié)點也稱為轉(zhuǎn)接節(jié)點和中間節(jié)點，它們的作用是控制信息的傳輸和在端節(jié)點之間轉(zhuǎn)發(fā)信息。根據(jù)不同的作用，網(wǎng)絡節(jié)點可以是分組交換設備PSE、分組裝配/拆卸設備PAD、集中器C、網(wǎng)絡控制中心NCC、網(wǎng)間連接器G或它們的組合。這些功能一般都由專用于通信的計算機來完成，所以也常將網(wǎng)絡節(jié)點稱為接口信息處理機IMP。通信鏈路即傳輸信息的信道，它們可以是電話線、

42、同軸電纜或光纜線，也可以是無線電、衛(wèi)星和微波信道。信息在兩節(jié)點之間傳輸時，可能要經(jīng)過多個中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)，這種傳輸方式稱為“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”，廣域網(wǎng)WAN中一般都采用這種方式傳輸，但局域網(wǎng)LAN一般采用“廣播”傳輸方式，局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡節(jié)點都簡化為安裝于主機或工作站中的網(wǎng)卡。計算機網(wǎng)絡可按不同的標準進行分類。（1） 從網(wǎng)絡結(jié)點分布來看，可分為局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）、廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN）和城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）。 局域網(wǎng)是一種在小范圍內(nèi)實現(xiàn)的計算機網(wǎng)絡，一般在一個建筑物內(nèi)，或一個工廠、一個事業(yè)單

43、位內(nèi)部，為單位獨有。局域網(wǎng)距離可在十幾公里以內(nèi)，信道傳輸速率可達120Mbps，結(jié)構簡單，布線容易。廣域網(wǎng)范圍很廣，可以分布在一個省內(nèi)、一個國家或幾個國家。廣域網(wǎng)信道傳輸速率較低，一般小于0.1Mbps，結(jié)構比較復雜。城域網(wǎng)是在一個城市內(nèi)部組建的計算機信息網(wǎng)絡，提供全市的信息服務。目前，我國許多城市正在建設城域網(wǎng)。 （2） 按交換方式可分為線路交換網(wǎng)絡（Circurt Switching）、報文交換網(wǎng)絡（Message Switching）和分組交換網(wǎng)絡（Packet Switching）。 線路交換最早出現(xiàn)在電話系統(tǒng)中，早期的計算機網(wǎng)絡就是采用此方式來傳輸數(shù)據(jù)的，數(shù)字信號經(jīng)過變換成為模擬信號

44、后才能在線路上傳輸。報文交換是一種數(shù)字化網(wǎng)絡。當通信開始時，源機發(fā)出的一個報文被存儲在交換器里，交換器根據(jù)報文的目的地址選擇合適的路徑發(fā)送報文，這種方式稱做存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式。分組交換也采用報文傳輸，但它不是以不定長的報文做傳輸?shù)幕締挝?，而是將一個長的報文劃分為許多定長的報文分組，以分組作為傳輸?shù)幕締挝?。這不僅大大簡化了對計算機存儲器的管理，而且也加速了信息在網(wǎng)絡中的傳播速度。由于分組交換優(yōu)于線路交換和報文交換，具有許多優(yōu)點，因此它已成為計算機網(wǎng)絡的主流。（3） 按網(wǎng)絡拓撲結(jié)構可分為星型網(wǎng)絡、樹型網(wǎng)絡、總線型網(wǎng)絡、環(huán)型網(wǎng)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)絡。計算機網(wǎng)絡的功能 計算機網(wǎng)絡的功能主要體現(xiàn)在三個方面：信息交

45、換、資源共享、分布式處理。 信息交換 這是計算機網(wǎng)絡最基本的功能,主要完成計算機網(wǎng)絡中各個節(jié)點之間的系統(tǒng)通信。用戶可以在網(wǎng)上傳送電子郵件、發(fā)布新聞消息、進行電子購物、電子貿(mào)易、遠程電子教育等。 資源共享 所謂的資源是指構成系統(tǒng)的所有要素,包括軟、硬件資源,如：計算處理能力、大容量磁盤、高速打印機、繪圖儀、通信線路、數(shù)據(jù)庫、文件和其他計算機上的有關信息。由于受經(jīng)濟和其他因素的制約,這些資源并非(也不可能)所有用戶都能獨立擁有,所以網(wǎng)絡上的計算機不僅可以使用自身的資源,也可以共享網(wǎng)絡上的資源。因而增強了網(wǎng)絡上計算機的處理能力,提高了計算機軟硬件的利用率。 分布式處理 一項復雜的任務可以劃分成許多部

46、分,由網(wǎng)絡內(nèi)各計算機分別協(xié)作并行完成有關部分,使整個系統(tǒng)的性能大為增強?？刂凭W(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡的區(qū)別信息網(wǎng)絡的作用域是一般意義的信息域，因此信息網(wǎng)絡也叫信息域網(wǎng)絡。對信息網(wǎng)絡在以下 方面不做較為苛刻的要求：既不要求網(wǎng)絡具有強實時性和數(shù)據(jù)信息必須具有不能丟失的高可靠性 和非常高的安全性，也不要求網(wǎng)絡常年工作在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境條件中。(1)網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量大小不同控制網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔⒍酁槎處畔?，?shù)據(jù)信息量小，且信息交換頻繁；而信息網(wǎng)絡傳輸及處 理的數(shù)據(jù)信息量一般較大，傳輸和處理多媒體文件、視音頻文件是信息網(wǎng)絡的工作常態(tài)，信息網(wǎng) 絡中信息交換也遠比不上控制網(wǎng)絡頻繁。(2)數(shù)據(jù)信息流向有各自不同的規(guī)律控

47、制網(wǎng)絡域中各種節(jié)點設備和現(xiàn)場傳感器、變送器之間的數(shù)據(jù)信息流向是確定的，即從傳感器流向節(jié)點設備；而嵌入了微處理器的節(jié)點設備與現(xiàn)場的執(zhí)行器之間的數(shù)據(jù)信息流向般是從節(jié)點設備流向執(zhí)行器，網(wǎng)絡節(jié)點設備與網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)信息流向是 雙向的。(3)周期性信息與非周期性信息的所占比例差別大在控制網(wǎng)絡處理的信息中，周期性與韭周期性信息同時存在，正常狀況下，周期性信息 (如周期性監(jiān)控信息、過程監(jiān)控信息）較多，而非周期性信息（如突發(fā)性事件信息、對環(huán)境變化 的反應性信息等）較少；而信息網(wǎng)絡非周期性信息所占比例很大。(4)對事件的響應時間差距較大過程控制網(wǎng)絡的響應時間要求為0.01-0.5s，制造自動化網(wǎng)絡的響應時間要求為0.5-1.0S; 信息網(wǎng)絡的響應時間要求為2.2-6.0s，對接收數(shù)據(jù)信息后的響應時間要求較