計算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題1

1、計算機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題一、填空題1、計算機(jī)控制系統(tǒng)由計算機(jī)和 被控對象（或生產(chǎn)過程）兩部分組成。計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本工作原理可以歸納為： 實時數(shù)據(jù)處理、 實時監(jiān)督?jīng)Q策、 實時控制及輸出。2、所謂計算機(jī)控制，就是利用 傳感裝置 將被監(jiān)控對象中的物理參量（如溫度、壓力）轉(zhuǎn)換為電量（如電壓、電流），再將這些電量送入 輸入裝置 中轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可識別的數(shù)字量，并且在計算機(jī)的顯示裝置中以 數(shù)字、圖形或曲線 的方式顯示出來，從而使得操作人員能夠直觀地了解被監(jiān)控對象的變化過程。計算機(jī)還可以將采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，隨時進(jìn)行分析、統(tǒng)計和顯示并制作各種 報表 。如果需要對被控對象進(jìn)行控制，則由計算機(jī)中的應(yīng)用軟件根據(jù)采

2、集到的物理參量的大小和變化情況以及按照工藝所要求該物理量的設(shè)定值進(jìn)行判斷；然后在 輸出裝置 中輸出相應(yīng)的電信號，并且推動 執(zhí)行裝置（如調(diào)節(jié)閥、電動機(jī)） 動作從而完成相應(yīng)的控制任務(wù)。3、若max為被采樣的連續(xù)信號的最高頻率，根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣周期必須滿足 T</max4、人機(jī)接口的作用：一是輸入程序或數(shù)據(jù)，完成各種操作控制；二是顯示生產(chǎn)過程的工藝狀況與運(yùn)行結(jié)果。5、與開環(huán)控制系統(tǒng)相比較，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以使被控量具有較高的精度6、為使傳感器特性與A/D變換器特性相匹配，通常應(yīng)在傳感器與A/D之間加入調(diào)理電路。 選擇D/A變換器字長時，要求計算機(jī)系統(tǒng)輸出的最小信號應(yīng)小于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的死區(qū)。 7

3、、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有兩個基本功能：數(shù)據(jù)通信、資源共享。8、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常用的有：星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、總線型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、組合型結(jié)構(gòu)。9、某8位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為0+5V，則輸入模擬量為3V是輸出的數(shù)字量是99H 10、平均值濾波是對信號y進(jìn)行m次采樣；則濾波器的輸出11、在微機(jī)控制系統(tǒng)中，一般采用分別匯流法單點接地，這樣接地的目的是避免構(gòu)成地回路。12、集散控制系統(tǒng)一般由現(xiàn)場監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、上位機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)組成，具有分散控制、集中管理的特點。其中，操作員站、工程師站、上位計算機(jī)構(gòu)成集散控制系統(tǒng)的集中管理部分；現(xiàn)場監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站構(gòu)成分散控制部分；通信網(wǎng)絡(luò)是連

4、接集散控制系統(tǒng)各部分的紐帶，是實現(xiàn)集中管理、分散控制的關(guān)鍵。13、按照功能分層，集散控制系統(tǒng)可以分為直接控制級、過程管理級和經(jīng)營管理級。信息一方面自下而上逐漸集中，同時，它又自上而下逐漸分散。14、集散控制系統(tǒng)的特點：分級遞階控制、分散控制、自治和協(xié)調(diào)性15、DCS系統(tǒng)的軟件組態(tài)包括系統(tǒng)組態(tài)、畫面組態(tài)和控制組態(tài)。18.計算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)相比，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)不變的條件下，抑制干擾的能力增強(qiáng)。 19.小的采樣周期T，在計算機(jī)字長有限時，系統(tǒng)的量化誤差保持不變。20. 在DA轉(zhuǎn)換器中決定輸出信號的極性和幅值的是Vref二、名詞解釋1、實時性 實時性是指IPC系統(tǒng)應(yīng)該具有的能夠在限定的時間內(nèi)對

5、外來事件做出反應(yīng)的特性。 2、串模干擾和共模干擾：串模干擾是疊加在被測信號上的干擾，可能是信號源的一部分，也可能是由長線引入的；共模干擾是指測控系統(tǒng)模擬量輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換器的兩個輸入端共有的干擾電壓。3數(shù)字濾波數(shù)字濾波是通過一定的計算程序?qū)Σ蓸有盘栠M(jìn)行處理以減小或消除干擾信號達(dá)到濾波目的。例如：平均值濾波是對信號y進(jìn)行m次采樣；則濾波器的輸出 4、標(biāo)度變換標(biāo)度變換就是數(shù)字量轉(zhuǎn)換成它所代替的實際值。5、冗余結(jié)構(gòu)：在計算機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)配備了并聯(lián)的備份模件，采用在線并聯(lián)工作或離線熱備份方式工作，當(dāng)主模件出現(xiàn)故障時，備份模件可立即接替主模件的全部工作，并且故障模件可在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下在線進(jìn)行

6、切換。6、組態(tài)：是用系統(tǒng)所提供的功能模塊和算法組成所需的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成所需功能。8、現(xiàn)場總線：是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和各類自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。9、分辨率定義：能對轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響的最小輸入量。10、精度：轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對于實際值的準(zhǔn)確度。三、問答題1、畫出典型計算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖。2、簡述計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般控制過程。1）實時數(shù)據(jù)采集：對測量變送裝置檢測到的被控參數(shù)的瞬時值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行采集。2）實時決策：對采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按設(shè)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算。3）實時控制：根據(jù)決策，適時地輸出運(yùn)算后控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制任務(wù)。

7、3、結(jié)合下圖所示溫度監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)，簡述計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般控制過程。上述溫度監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)對生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制可以分解為四個過程： 1）生產(chǎn)過程的被控參量（過程信號）通過測量環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量或電參數(shù)，再由變送器或放大器變換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號或電流信號； 2）電壓信號或電流信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后變成計算機(jī)可以識別的數(shù)字信號，并將其轉(zhuǎn)換為人們易于理解的工程量（測量值）； 3）計算機(jī)根據(jù)測量值與給定值的偏差，按一定的控制算法輸出控制信號； 4）控制信號作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)物料流量或能量的大小來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)。4、在數(shù)字PID中，采樣周期是如何確定的？答：根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣周期必須滿

8、足，其中 為被采樣的連續(xù)信號的最高頻率。因此香農(nóng)采樣定理給出了選擇采樣周期的上限。采樣周期的選擇方法有兩種：計算法和經(jīng)驗法。5、在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入/輸出通道分為哪些類型？它們各有什么作用？輸入通道分為:模擬輸入通道和開關(guān)量輸入通道。模擬量輸入通道作用:把傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)理,然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計算機(jī)。開關(guān)量輸入通道的作用:接受外部設(shè)備的狀態(tài)邏輯信號,并對輸入的狀態(tài)信號采取轉(zhuǎn)換,保護(hù),濾波,隔離等措施。輸出通道分為:模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道。模擬量輸出通道:把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成適合于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬量。開關(guān)量輸出通道:主要是濾波,電平轉(zhuǎn)換,隔離和功率的驅(qū)動。6、什么是標(biāo)度變換

9、？寫出線性標(biāo)度變換的算法？標(biāo)度變換就是數(shù)字量轉(zhuǎn)換成它所代替的實際值。線形標(biāo)度變換的方法：AX=A0+（AM-A0）×其中A0測量儀表的下限 AM測量儀表的上限 AX實際測量值 N0測量儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量 NM測量儀表上限所對應(yīng)的數(shù)字量NX測量值所對應(yīng)的數(shù)字量7、集散控制系統(tǒng)的特點 1自治性 2協(xié)調(diào)性 3在線性和實時性 4適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性 5系統(tǒng)組態(tài)靈活方便 6友好性 7可靠性8、集散控制系統(tǒng)的主要組成部分有哪些？各部分的主要功能是什么？集散控制系統(tǒng)一般由現(xiàn)場監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站、操作員站、工程師站、上位機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)組成，具有分散控制、集中管理的特點。其中，操作員站、工程師站

10、、上位計算機(jī)構(gòu)成集散控制系統(tǒng)的集中管理部分；現(xiàn)場監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站構(gòu)成分散控制部分；通信網(wǎng)絡(luò)是連接集散控制系統(tǒng)各部分的紐帶，是實現(xiàn)集中管理、分散控制的關(guān)鍵。 9、為保障現(xiàn)場控制站的可靠性，通常采用哪些措施？器件的選用和加工處理、采用冗余技術(shù)、采用故障隔離措施、采用故障診斷技術(shù)、提高系統(tǒng)軟件的可靠性。10、什么是現(xiàn)場總線？它與DCS的哪些異同點？現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和各類自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。1現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) 2現(xiàn)場設(shè)備互連 3系統(tǒng)的開放性 4功能分散 5互操作性 6通信線供電 11、現(xiàn)場所總線通信系統(tǒng)與ISO/OSI參考模型有什么區(qū)別？ISO/OSI參考模型定

11、義了一個7層的開放系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境要求，優(yōu)化了模型，去除了實時性不強(qiáng)的中間層，并增加了用戶層，這樣就構(gòu)成現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)模型。典型的現(xiàn)場總線協(xié)議模型采用ISO/OSI參考模型中的三個對應(yīng)層，即物理層、鏈路層和應(yīng)用層。12、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖一個按現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)造的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)如圖8-1所示?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)有兩個主要部分組成：一是現(xiàn)場智能設(shè)備，二是系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)?，F(xiàn)場智能設(shè)備由微處理器以及外圍電路構(gòu)成；現(xiàn)場總線系統(tǒng)使用最多的傳輸介質(zhì)是雙絞線。 五、計算題 2某壓力測量系統(tǒng)中，壓力測量儀表的量程為400-1200Pa，某一時刻計算機(jī)采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量為ABH，求此時

12、的壓力是多少？解：根據(jù)題意A0=400pa，Amax=1200pa，N=ABH=171D，選Nmax=FFH=255D，所以，AX =(Amax- A0)× +A0 =(1200-400)×Pa+400pa936Pa3、現(xiàn)已知某爐溫變化范圍為01500，要求測試時，分辨率為3，試確定A/D變換器的字長應(yīng)選為多少？若A/D字長n不變，通過變送器將測試起點遷移到600，試問此時系統(tǒng)對爐溫變化的分辯率為多少。解：要求的分辨率3/（1500-0）=1/500 8位的分辨率1/256 9位的分辨率1/511故選9位1500-600=900 故分辨率為（1500-600/511）=1.764、某煙廠用計算機(jī)采集煙葉發(fā)酵室的溫度變化數(shù)據(jù)，該溫度測量范圍是2080，所得稅模擬信號為15V，采用鉑熱電阻（線性傳感元件）測溫。用8位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)字量，轉(zhuǎn)換器輸入05V時輸出是00H0FFH。某一時刻計算機(jī)采集到的數(shù)字量為0B7H，用計算機(jī)作工程量線性轉(zhuǎn)換。58.825、某異