分布式控制系統(tǒng)參考習(xí)題(12.12.21)

1、分布式控制技術(shù)習(xí)題及答案1. 寫出典型計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與類型。 答：典型計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖，由工業(yè)控制計算機和生產(chǎn)過程連部分組成。 常見的計算機控制系統(tǒng)類型有：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)、分布式控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)等。2. 常用的MCU類型和特點。答：常見的MCU類型有PLC、IPC、智能調(diào)節(jié)器、單片機、DSP、 ARM、FPGA等。（1）可編程邏輯控制器（PC/PLC） 一種用于自動化實時控制的數(shù)位邏輯控制器，廣泛應(yīng)用于目前的工業(yè)控制領(lǐng)域。（2）總線式工控機（IPC） 一種面向工業(yè)控制、采用標準總線技術(shù)和開放式體系結(jié)構(gòu)的計算機。（3）智

2、能調(diào)節(jié)器 一種數(shù)字化的過程控制儀表，以微控制器或者單片微型計算機為核心，能完成14個回路的直接數(shù)字控制任務(wù)。（4）單片機 指將中央處理器、存儲器、I/O接口和總線制作在一塊芯片上的超大規(guī)模集成電路，目前已應(yīng)用于各種電子信息領(lǐng)域。（5）DSP（數(shù)字信號處理器） 具有專門的硬件乘法器，是采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)的微處理器。常用于需要大量計算的圖像處理、運動控制應(yīng)用領(lǐng)域。（6）ARM處理器 一種32位RISC架構(gòu)，低功耗、高性價比的處理器，占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴展，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。（7）FPGA（FieldProgram

3、mable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列。 是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物，用戶可定制和設(shè)計自己所需處理器的邏輯與接口。 3. 分布式控制系統(tǒng)三點一線和4C。答：“一線”是指DCS 的骨架計算機網(wǎng)絡(luò)，可以是單層或多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！叭c”則是連接在網(wǎng)絡(luò)上的三種不同類型的節(jié)點。這三種不同類型的節(jié)點是: 面向被控過程現(xiàn)場的現(xiàn)場I/O 控制站；面向操作人員的操作員站；面向DCS 監(jiān)控管理人員的工程師站。DCS的設(shè)計思想：危險分散，控制功能分散，而操作和管理集中。4C指的是Computer、Communication、Control、CRT。4. 簡述惠更斯

4、電橋原理答：如下圖所示：可得到：當發(fā)生變化，使得則有：由于在初始時可調(diào)整電橋平衡輸出為0：且有則出現(xiàn)線性關(guān)系：5. 畫出理想運放組成的加法電路和積分電路。 答：在實際運用中經(jīng)常將運放理想化，即運放的輸入電阻很大，開環(huán)增益也很大，輸出電阻很小，可以將之視為理想化的，這樣就能得到：開環(huán)電壓增益Aud=；輸入阻抗ri=；輸出阻抗ro=0；帶寬fBW=；失調(diào)與漂移均為零等理想化參數(shù)。 輸出電壓UO與輸入電壓之間滿足關(guān)系式：UOAud（U+U）,由于Aud=，而UO為有限值，因此，U+U0。即U+U，稱為“虛短”。由于ri=，故流進運放兩個輸入端的電流可視為零，稱為“虛斷”。利用上述的虛斷、虛短方法分析

5、，很容易得到如下關(guān)系：，其中，作為匹配電阻。稱之為反向比例電路，這是加減法電路的基礎(chǔ)。如下圖所示，可得到：，且，稱之為反向加法電路。根據(jù)上述虛短虛斷法則，則上圖有如下的積分電路關(guān)系：根據(jù)上述虛短虛斷法則，則上圖有如下的微分電路關(guān)系：6. 溫度變送器輸入量程是200-500，輸出量程范圍是420mA，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度是12位，計算溫度是350時模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出。答：假設(shè)輸出和溫度之間是線性關(guān)系，是常量。由得到，代入得到7. 單工、半雙工、全雙工的原理（畫圖）答：單工數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）。半雙工數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向傳輸（例：對講機）。全雙工數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）

6、，需要具有兩條物理上獨立的傳輸線路；或 者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。8. 多路復(fù)用技術(shù)的分類及其描述答：頻分復(fù)用整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進行 傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。時分復(fù)用把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一 個時隙進行傳輸。波分復(fù)用整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進 行傳輸。碼分復(fù)用每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進行編碼。不同用戶發(fā)送的信 號在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的 正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的

7、信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。9. OSI七層參考模型是什么？基于CAN總線的OBD系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是什么？答：OSI參考模型分為七層，各層的主要作用如下表所示。層次定義1物理層它是通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口，直接把數(shù)據(jù)位信息從一臺設(shè)備傳送到另一臺設(shè)備。2數(shù)據(jù)鏈路層它負責將傳送的數(shù)據(jù)按幀結(jié)構(gòu)格式化，組織成幀，實現(xiàn)差錯控制和介質(zhì)訪問控制，實現(xiàn)對物理層的管理。3網(wǎng)絡(luò)層它的主要功能是信息包的路徑選擇和鏈路的協(xié)調(diào)管理，防止鏈路的死鎖和堵塞。4傳輸層它為會話層提供可靠而透明的端對端傳送服務(wù)，使信息傳送無差錯。5會話層提供用戶進程之間的一次會話，其目的在于通過進程之間連接的建立和調(diào)節(jié)，使得連接雙方的交

8、互活動變得簡易。6表示層它的功能是實現(xiàn)用戶與服務(wù)之間的翻譯與轉(zhuǎn)換。7應(yīng)用層它為用戶進程通信執(zhí)行面向應(yīng)用的任務(wù)，包括必要的監(jiān)督和管理。OBD分為CAN物理層、CAN數(shù)據(jù)鏈路層、ISO17765網(wǎng)絡(luò)層、ISO14229應(yīng)用層。10. CAN總線的基本拓撲結(jié)構(gòu)答：主要由節(jié)點和總線構(gòu)成。11. CAN總線的數(shù)據(jù)幀格式描述答：分為標準幀和擴展幀兩類12. 簡述RFID系統(tǒng)的工作原理。 答：標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽）；解讀

9、器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。13. 連續(xù)控制系統(tǒng)性能指標答：如圖所示，由超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差、峰值時間、調(diào)整時間、振蕩次數(shù)、衰減比等組成。14. 給出典型閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和關(guān)系。答： 15. 寫出增量型和位置型PID控制器表達式。 位置型增量型 16. 分析Smith預(yù)估器的原理。對于一個單回路系統(tǒng)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)是其特征方程是超越方程。與D(s)并接一補償環(huán)節(jié)，用來補償被控制對象中的純滯后部分。則經(jīng)補償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：17. 寫出模糊控制器的結(jié)構(gòu)與各部分原理。 模糊控制器包括模糊化接口、知識庫（數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫）、推理機、解模糊接口。18. 寫出幾種常用的現(xiàn)場總線類型和場合。答：（1）Foundation Fieldbus基金會現(xiàn)場總線是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議。（2）PROFIBUS是德國國家標準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準。它由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA組成PROFIBUS現(xiàn)場總線系列。（3）CAN是控制局域網(wǎng)（Contr