計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(復(fù)習(xí)大綱)

1、 OK計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)定義、硬件組成、各部分作用、分類及英文簡(jiǎn)稱。定義：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，即用計(jì)算機(jī)代替模擬控制裝置，對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行調(diào)解和控制。硬件組成：主機(jī)，輸入輸出通道、外部設(shè)備。作用：略。分類及英文簡(jiǎn)稱：直接控制系統(tǒng)（DDC）、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制（SCC）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）、操作指導(dǎo)系統(tǒng)。畫出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖并說明工作過程。P12（圖1-9）。工作過程：檢測(cè)裝置檢測(cè)當(dāng)前被控量，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀轉(zhuǎn)換結(jié)果并與給定值比較獲得偏差，通過控制量，D/A轉(zhuǎn)換后給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不斷反饋，達(dá)到控制被控量的目的。簡(jiǎn)述

2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制過程的三個(gè)步驟。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集對(duì)被控量進(jìn)行采樣測(cè)量形成反饋信號(hào)。實(shí)時(shí)控制計(jì)算根據(jù)反饋信號(hào)和給定信號(hào)按一定的控制規(guī)律計(jì)算出控制量。實(shí)時(shí)控制輸出向向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)實(shí)施控制作用。實(shí)時(shí)、在線方式和離線方式的含義。實(shí)時(shí)：是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)。在線方式：是指控制器在控制系統(tǒng)中直接參與控制或交換信息。離線方式：指控制器在控制系統(tǒng)中不直接參與控制或交換信息，而是通過其他媒介傳遞信息。什么是采樣？將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程稱為采樣。簡(jiǎn)述香農(nóng)（Shannon）采樣定理與采樣周期的選擇。定義：為了不失真的恢復(fù)模擬信號(hào)，采樣頻率不小于模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的2倍。實(shí)際應(yīng)用中，所采

3、取的采樣頻率往往比2fmax大，通常取f=（5-10）fmax.采樣周期越小，對(duì)系統(tǒng)的控制就越及時(shí)，對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能就越有利，但若選得過小，會(huì)增加計(jì)算機(jī)的計(jì)算量，使計(jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法完成計(jì)算，不能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，采樣周期過大會(huì)導(dǎo)致采樣與控制的不及時(shí)，影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法有哪兩種？模擬化設(shè)計(jì)。離散化設(shè)計(jì)。&數(shù)字PID算法是釆用哪種方法實(shí)現(xiàn)的？模擬化設(shè)計(jì)。首先把系統(tǒng)當(dāng)成模擬系統(tǒng)，根據(jù)性能要求設(shè)計(jì)出D（S）,然后離散化獲得D（Z）,求得對(duì)應(yīng)的差分方程然后仿真，滿足要求后編程。什么是最小拍控制？通常在數(shù)字控制過程中一個(gè)采樣周期稱為一拍。最小拍控制系

4、統(tǒng)是指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)作用下，經(jīng)過最少個(gè)采樣周期使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。最小拍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是采用哪種方法實(shí)現(xiàn)的？直接數(shù)字控制設(shè)計(jì)。根據(jù)性能要求確定（Z）,然后找出D（Z）并獲得對(duì)應(yīng)的差分方程，然后仿真，滿足要求后編程。純滯后系統(tǒng)的控制可以采用哪些算法？Smith純滯后補(bǔ)償控制算法。Dahlin算法。PID控制器的K、T和T各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的控制性能有何影響？PIDKp大系統(tǒng)響應(yīng)快，Kp小系統(tǒng)響應(yīng)慢。Ti減小系統(tǒng)不穩(wěn)定，偏小震蕩增加，太大影響減小，適中特性比較理想。Td:減小超調(diào)，加快響應(yīng)。數(shù)字PID控制算法主要有哪兩種？位置式PID算法。增量式PID算法。選用數(shù)字PID控制算法時(shí)，如果控制器

5、的輸出表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，應(yīng)使用位置式PID算法。選用數(shù)字PID時(shí)，若控制器的輸出表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置增量，應(yīng)采用增量式PID算法。輸入輸出通道的常用器件。多路轉(zhuǎn)換器，采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換器。光電隔離的主要作用?？垢蓴_作用。A/D轉(zhuǎn)換芯片前采樣保/持器的作用是什么？捕捉需要時(shí)刻采樣信號(hào)的大小保持在一段時(shí)間內(nèi)不變以供A/D轉(zhuǎn)換。省略采樣/保持器的前提條件是什么？對(duì)于信號(hào)變化比較緩慢的采樣可以省略采樣/保持器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路各組成部分分析。脈沖信號(hào)電路：產(chǎn)生一定頻率的控制脈沖信號(hào)用以控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，其頻率決定了電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。信號(hào)分配電路：核心根據(jù)不同的控制需求，將脈沖信號(hào)按一定邏輯關(guān)系

6、加到功率放大器上，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)齒距角與步距角的計(jì)算。2n36003600齒距角：0z=步距角：0=（Z固定）zzNnz并行通信，串行通信定義，優(yōu)缺點(diǎn)，常用標(biāo)準(zhǔn)，通信距離，例舉三種常用現(xiàn)場(chǎng)總線。并行總線：在計(jì)算機(jī)和終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通常是靠電纜或信道上的電流或電壓變化實(shí)現(xiàn)的，如果一組數(shù)據(jù)的各數(shù)據(jù)位在多條線上同時(shí)傳送，這種傳輸方式稱并行通信。優(yōu)點(diǎn)：并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)單位并行，速度快。缺點(diǎn)：用的通信線多，成本高。串行通信：使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。優(yōu)點(diǎn)：通信線少，成本低。缺點(diǎn)：傳輸速度慢于并行通信。RS-

7、232C中用于接收數(shù)據(jù)的信號(hào)線RS-232C中用于發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)線是_TXD_方向是一MODEMPC。査DS18B20的資料，了解其功能，接線。功能：DS18B20是常用的數(shù)字式溫度傳感器，具有體積小、硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，測(cè)溫范圍55-125C。支持多點(diǎn)組功能工作3.0-5.5V/DC,測(cè)量結(jié)果以9-12位數(shù)字量方式串行傳送。接線：面對(duì)著平的一面，左負(fù)右正，一旦接反就會(huì)立刻發(fā)熱有可能燒毀，接反也是導(dǎo)致傳感器顯示85C的原因，如果使用51單片機(jī)的話，那么中間引腳必須接上4.7K-10K的上拉電阻。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示與靜態(tài)顯示的接線方法與優(yōu)缺點(diǎn)。靜態(tài)顯示：位選線連在一起，段選線分離。優(yōu)點(diǎn)：

8、無閃煉，亮度高，程序簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：CPU利用效率低，軟件控制較麻煩。矩陣式鍵盤與獨(dú)立鍵盤的接線與優(yōu)缺點(diǎn)。矩陣鍵盤，優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省1/o口。缺點(diǎn)：編程復(fù)雜。獨(dú)立鍵盤，優(yōu)點(diǎn)：編程簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：浪費(fèi)1/O口。固態(tài)繼電器簡(jiǎn)稱與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)稱：SSR。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：輸入電路、隔離(耦合)和輸出電路三部分組成。根據(jù)U(t)或D(S)寫出控制器位置式和增量式PID算法表達(dá)式位置式：U=Kpe(k)+Kife(j)+Kde(k)e(k-1)(k)I=0增量式：U(k)二qoe(k)+qe(k-1)+qe(k-2)j=垃)42J某模擬控制器的輸入輸出關(guān)系為，采樣周期為Is，試確定其位置表達(dá)式和增量表達(dá)式。U(t)=e(t)

9、+2fte(t)dtU(k)=e(k)+2工e(j)T0j=ot=1s(位)U(k)=e(k)+2工e(j)j=0(增)U(k-1)二e(k-1)+2刃e(j)j=o3.已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為:D(S)=2SS，現(xiàn)用數(shù)字PID算法來實(shí)現(xiàn)它，試分別寫出其對(duì)應(yīng)的位置型和增量型PID算法的表達(dá)式，設(shè)采樣周期T=ls；U2+SD(s)=亠=-ES(s)SU=(2+s)EU(S)(s)(s)2Ef=E+(S)U=e+2Jte(t)dt(s)S(t)(t)0U=e(k)+2工e(j)T(k)j=01.已知某線性溫度測(cè)量?jī)x表的量程是100C1200C,100C時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是00H、1200C對(duì)應(yīng)FF

10、H，在某一時(shí)刻采樣信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量是CDH,求此時(shí)的溫度值。1200100_X1001200100_X100=X=984CFFH00HCDH00H255205U=e(k)+2工e(j)(k)j=0U=e(k一1)+2藝e(j)(k-1)j=02某壓力測(cè)量?jī)x表(線性)的量程為4001200Pa，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)某采樣周期計(jì)算機(jī)中經(jīng)采樣及數(shù)字濾波后的數(shù)字量是ABH,求此時(shí)的壓力值。1200400=X400800=X400255ABH00H255171X=936(Pa)若轉(zhuǎn)速的變化范圍為01500rpm，要求控制精度在0.4rpm。請(qǐng)問至少應(yīng)采用多少位的二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器？15000.4=3750210=1024212=40962103750212所以應(yīng)選用12位的A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)被測(cè)溫度變化范圍為01200，如果要求誤差不超過0.4，請(qǐng)確定選用多少位的A/D轉(zhuǎn)換器。12000.4=3000212=4096210=10242103000212所以應(yīng)選用12位的A/D轉(zhuǎn)換器1.下圖是一個(gè)PWM直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)圖，K0K7為輸入開關(guān)，用于指定電機(jī)轉(zhuǎn)速。指出R1、R3、4N25、IRF640、V的作用。說明控制原理。答案：限流、限流、驅(qū)動(dòng)、通斷、續(xù)流。啟動(dòng)按鈕上面位置，PC7=1，控制PC0輸出脈寬可調(diào)的矩形波：矩形波高電