太原理工大學微機控制考試內容.doc

硬件組成(1)主機：這是微型計算機控制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被控對象的被控參數(shù)進行實時檢測及處理。(2)輸入輸出接口：這是微機和被控對象之間進行信息交換的紐帶。(3)通用外部設備：為了擴大主機的功能而設置的，用來顯示打印存儲傳送數(shù)據。(4)檢測元件與執(zhí)行機構a.在微機控制系統(tǒng)中，為了收集和測量各種數(shù)據，采用了各種檢測元件，其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量轉換成電量，b.執(zhí)行機構：控制各參數(shù)的流入量5）操作臺：人機對話的紐帶，通過它人們可以向計算機輸入程序，修改內存數(shù)據，顯示被測參數(shù)及發(fā)出各種操作命令。微型計算機控制系統(tǒng)的特點a控制規(guī)律靈活多樣，改動方便b.控制精度高，抑制擾動能力強，能實現(xiàn)最優(yōu)控制c.能夠實現(xiàn)數(shù)據統(tǒng)計和工況顯示，控制效率高d.控制與管理一體化，進一步提高自動化程度分布式控制系統(tǒng)dcs的特點？通用性強，系統(tǒng)組態(tài)靈活，控制功能完善，數(shù)據處理方便，顯示操作集中，人機界面友好，安裝簡單規(guī)范化調試方便，運行安全可靠等優(yōu)點。操作指導、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？(1) 操作指導控制系統(tǒng)：在操作指導控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接作用于生產對象，屬于開環(huán)控制結構。計算機根據數(shù)學模型、控制算法對檢測到的生產過程參數(shù)進行處理，計算出各控制量應有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計算機就起到了操作指導的作用。(2) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng))：(Direct Digital Control)系統(tǒng)就是通過檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進行巡回檢測，經輸入通道送給微機，微機將檢測結果與設定值進行比較，再進行控制運算，然后通過輸出通道控制執(zhí)行機構，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達到預定的要求。DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機在工業(yè)生產過程中最普遍的一種應用形式。(3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(Supervisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近生產變化的實際情況，因為在DDC系統(tǒng)中計算機只是代替模擬調節(jié)器進行控制，系統(tǒng)不能運行在最佳狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不僅可以進行給定值控制，并且還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應控制等。SCC是操作指導控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。A/D轉換器的結束信號的作用是用以判斷本次AD轉換是否完成。延時等待法:EOC可不和I/O口連接，程序設計時，延時大于ADC轉換時間后，取數(shù)據。保持等待法:EOC與READY相連,EOC無效時,自動插入等待狀態(tài)。直至EOC有效時，取數(shù)據。查詢法: EOC可以和任意I/O口連接，程序設計時，反復判斷EOC是否有效，直至EOC有效時，取數(shù)據。中斷響應法: EOC與外部中斷相連，AD轉換結束后,發(fā)中斷申請,在中斷服務程序中取數(shù)據。鍵盤防抖：由于按健為機械彈性開關，有抖動，防抖就是讓在按鍵正常反應時間內機器只感應一次按鍵效果，防止誤操作。1，濾波防抖電路。利用rc積分電路對干擾脈沖的吸收作用。2雙穩(wěn)態(tài)防抖電路，用倆個與非門構成一個rs觸發(fā)器。3，軟件防抖方法，利用軟件延時的方法，10-20ms后再次確認按鍵是否按下。編碼鍵盤與非編碼鍵盤 編碼鍵盤本身帶有實現(xiàn)接口主要功能所需的硬件電路，不僅能自動栓測被按下的鍵并完成去抖動防串鍵等功能，而且能提供與被按鍵功能對應的鍵碼（如ASC碼）送往CPU，而非編碼鍵盤只簡單的提供按鍵開關的行列矩陣，有關鍵的識別，鍵碼的輸入與確定，以及去抖動等功能均由軟件完成。Led數(shù)碼管的顯示器顯示方法1，動態(tài)顯示，微機定時的對顯示器件掃描，優(yōu)點使用硬件少，價格低，但是占用機時長。2，靜態(tài)顯示微型機一次輸出顯示后，就能顯示該顯示結果，直到下次送新的顯示模型為止。占用機時少，顯示可靠。但是使用元件多，線路較復雜，成本高。光電隔離器：用于外部輸入與內部電路的隔離。光電隔離器是通過電光電的轉換來實現(xiàn)對輸出設備控制的，彼此之間沒有電氣連接，達到開關控制的目的，達到對干擾信號的隔離作用。固態(tài)繼電器與繼電器控制區(qū)別：固態(tài)繼電器（SSR)是無觸點開關，動作快，無火花或電弧，控制電流范圍大，幾十到上百安培，但存在壓降會發(fā)熱，電流越大越嚴重，安裝要加散熱板；繼電器（KA）是有觸點的，會有火花或電弧產生，由電磁鐵驅動，電流控制范圍小，動作時間有延遲。脈沖寬度調速系統(tǒng)：對小功率直流電機調速系統(tǒng)，可以使用微型機或單片機控制，方法是通過改變電動機電樞電壓的接通與斷開時間的比值（占空比）來控制電動機速度，脈沖寬度調制pwm，脈沖作用下，電機得電加速，失電減速，改變通斷時間，變可使電機轉速相對穩(wěn)定。數(shù)字濾波與模擬濾波什么優(yōu)點？(1)數(shù)字濾波是用程序實現(xiàn)的，不需要增加任何硬設備，2，可以多個通道共用，可以降低成本，還可以提高可靠性和穩(wěn)定性。(2)可以對頻率很低的信號實現(xiàn)濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。(3)靈活性好，方便。可以用不同的濾波程序實現(xiàn)不同的濾波方法。常用濾波方法1、程序判斷濾波法A、方法： 根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設為A） 每次檢測到新值時判斷： 如果本次值與上次值之差A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值 B、優(yōu)點： 能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾 C、缺點 無法抑制那種周期性的干擾 平滑度差 2、中值濾波法 A、方法： 連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)） 把N次采樣值按大小排列 取中間值為本次有效值 B、優(yōu)點： 能有效克服因偶然因素引起的波動干擾 對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果 C、缺點： 對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜 3、算術平均濾波法 A、方法： 連續(xù)取N個采樣值進行算術平均運算 N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低 N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高 N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4 B、優(yōu)點： 適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波 這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動 C、缺點： 對于測量速度較慢或要求數(shù)據計算速度較快的實時控制不適用 比較浪費RAM 4、滑動平均濾波法 A、方法： 把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列 隊列的長度固定為N 每次采樣到一個新數(shù)據放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數(shù)據.(先進先出原則) 把隊列中的N個數(shù)據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果 N值的選?。毫髁?，N=12；壓力：N=4；液面，N=412；溫度，N=14 B、優(yōu)點： 對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高 適用于高頻振蕩的系統(tǒng) C、缺點： 靈敏度低 對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差 不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差 不適用于脈沖干擾比較嚴重的場合 比較浪費RAM 5、加權平均值濾波法 A、方法： 相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法” 連續(xù)采樣N個數(shù)據，去掉一個最大值和一個最小值 然后計算N-2個數(shù)據的算術平均值 N值的選?。?14 B、優(yōu)點： 融合了兩種濾波法的優(yōu)點 對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差 C、缺點： 測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣 比較浪費RAM 標度變換：在微機控制系統(tǒng)中，生產中的不同量綱的各種參數(shù)要經過變送器轉換成ad轉換器所能接受的的0-5v的電壓信號，又轉化為8為二進制數(shù)字量，為進一步顯示記錄打印報警等，必須將這些數(shù)字量轉化為不同的單位，以便操作人員對生產過程進行監(jiān)事和管理。什么情況下標度變換程序用工程量的實際值還需要經過一次變換，為了實現(xiàn)上述變換，可把它設計成專門的工作程序，把各個不同的參數(shù)所對應的數(shù)字量放在存儲器中，然后當某一參數(shù)進行標度變換時，只要調用標度變換子程序即可。量程自動轉換技術：傳感器提供的信號范圍很寬，為了保證送到計算機的信號一致，同時為了減少硬件設備，使用了可編程增益放大器，通用性很強，方法倍數(shù)可以通過程序控制，使ad轉換器滿量程信號達到均一化，大大的提高了測量精度。位置型pid增量型pid1）位置式PID控制的輸出與整個過去的狀態(tài)有關，用到了誤差的累加值；而增量式PID的輸出只與當前拍和前兩拍的誤差有關，因此位置式PID控制的累積誤差相對更大；（2）增量式PID控制輸出的是控制量增量，并無積分作用，因此該方法適用于執(zhí)行機構帶積分部件的對象，如步進電機等，而位置式PID適用于執(zhí)行機構不帶積分部件的對象，如電液伺服閥。（3）由于增量式PID輸出的是控制量增量，如果計算機出現(xiàn)故障，誤動作影響較小，而執(zhí)行機構本身有記憶功能，可仍保持原位，不會嚴重影響系統(tǒng)的工作，而位置式的輸出直接對應對象的輸出，因此對系統(tǒng)影響較大。積分飽和現(xiàn)象；積分飽和的產生 1、當偏差產生躍變時，位置型PID算式的輸出將急劇增大或減小，有可能超過執(zhí)行機構的上（下）限，而此時執(zhí)行機構只能工作在上限。 2、系統(tǒng)輸出需要很長時間才達到給定值，在這段時間內算式的積分項將產生一個很大的積累值。 3、當系統(tǒng)輸出超過給定值后，偏差反向，但由于大的積分積累值，控制量需要相當一段時間脫離飽和區(qū)。因此引起系統(tǒng)產生大幅度超調，系統(tǒng)不穩(wěn)定。消除方法：遇限削弱積分法基本思路：在計算P(k)時，根據上一時刻的控制量P(k-1)是否超過限制范圍，若超出則根據偏差決定是否累計積分項（若未進入超調區(qū)域則不累計積分項，否則開始累計積分項），否則累計積分項。 有效偏差法基本思路：當位置型PID算式的控制輸出超過限制范圍時，控制量只能取邊界值。有效偏差法的實質是將相當于邊界控制量的偏差值