15自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)復(fù)習(xí)題

題型：填空題、簡答題、綜合題第一章常規(guī)儀表組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)，一般分成閉環(huán)控制與開環(huán)控制兩種結(jié)構(gòu)形式。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件一般是由主機(jī)、常規(guī)外部設(shè)備、過程輸入/輸出通道、操作臺(tái)和通信設(shè)備等組成。軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要分為：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制裝置主要分為：可編程控制器、可編程調(diào)節(jié)器、總線式工控機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和其他控制裝置。第二章DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。模擬量輸出通道的任務(wù)：把計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器，從而達(dá)到控制的目的。模擬量輸出通道(稱為D/A通道或AO通道)構(gòu)成：一般是由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A或DAC)和電壓/電流變換器等組成。模擬量輸出通道基本結(jié)構(gòu)：多D/A結(jié)構(gòu)和共享D/A結(jié)構(gòu)。D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)有分辨率、轉(zhuǎn)換精度、偏移量誤差、線性誤差、穩(wěn)定時(shí)間。DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成及其作用：DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。8位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存；8位DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量；8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；輸入控制電路來控制2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。結(jié)合圖，計(jì)算DAC0832的地址，分析說明由DAC0832組成的接口電路的工作過程，并編寫完成一次D/A轉(zhuǎn)換的接口程序。結(jié)合圖，計(jì)算低4位輸入寄存器，高8位輸入寄存器，和12位DAC寄存器的地址，分析說明由DAC1210組成的接口電路的工作過程，并編寫完成一次D/A轉(zhuǎn)換的接口程序。D/A轉(zhuǎn)換芯片根據(jù)不同控制系統(tǒng)自動(dòng)化裝置需求的不同，輸出方式可以分為電壓輸出、電流輸出以及自動(dòng)/手動(dòng)切換輸出等多種方式。其中，電壓輸出方式又可分為單極性輸出和雙極性輸出兩種形式。電流輸出方式也可分為普通運(yùn)算放大器V/I變換電路和集成芯片V/I變換電路。第三章模擬量輸入通道的功能、各組成部分：模擬量輸入通道是把被控對象的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、重量等模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)。根據(jù)模擬量輸入通道需要，可以采取不同的信號(hào)調(diào)理技術(shù)，如信號(hào)濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換、過電壓保護(hù)、反電壓保護(hù)、電流/電壓變換等。一般是采用電阻分壓法把現(xiàn)場傳送來的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，一般采用兩種變換電路，無源I/V變換和有源I/V變換。當(dāng)某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，如果輸入信號(hào)變化較快，就會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，需要應(yīng)用采樣保持器。P37，例3-2ADC0809和AD574A接口電路，包括地址計(jì)算、分析說明工作過程、并編寫完成一次轉(zhuǎn)換的接口程序。A/D轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)包括：分辨率、轉(zhuǎn)換精度、線性誤差、轉(zhuǎn)換時(shí)間。第四章光電耦合隔離器按其輸出級不同可分為三極管型、單向晶閘管型、雙向晶閘管型等幾種，它是通過電光電這種信號(hào)轉(zhuǎn)換，利用光信號(hào)的傳送不受電磁場的干擾而完成隔離功能的。在開關(guān)輸入電路中，主要是考慮信號(hào)調(diào)理技術(shù)，如電平轉(zhuǎn)換，RC濾波，過電壓保護(hù)，反電壓保護(hù)，光電隔離等。各元器件的作用：電平轉(zhuǎn)換是用電阻分壓法把現(xiàn)場的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。RC濾波是用RC濾波器濾除高頻干擾。過電壓保護(hù)是用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護(hù)；用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。反電壓保護(hù)是串聯(lián)一個(gè)二極管防止反極性電壓輸入。光電隔離用光耦隔離器實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部的完全電隔離。數(shù)字量輸出通道是把計(jì)算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)。數(shù)字量輸出通道根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷的不同，可以選用不同的功率放大器件。常用的有三極管輸出驅(qū)動(dòng)電路、繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路、晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路等。常用的繼電器有電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器等幾種類型。固態(tài)繼電器的類型、優(yōu)點(diǎn)：固態(tài)繼電器（SSR）根據(jù)輸出端是直流或交流，分為直流型SSR和交流型SSR。交流型SSR按控制觸發(fā)方式不同又可分為過零型和移相型。它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖動(dòng)和回跳、壽命長等電磁繼電器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。第七章測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)包括數(shù)字調(diào)零技術(shù)、系統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)以及輸入、輸出數(shù)據(jù)的極性與字長的預(yù)處理技術(shù)。數(shù)字濾波及其特點(diǎn)：數(shù)字濾波，就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對輸入信號(hào)采樣多次，然后用某種計(jì)算方法進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V除干擾噪聲造成的隨機(jī)誤差，從而獲得一個(gè)真實(shí)信號(hào)的過程。它實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。具有可靠性高，穩(wěn)定性好，修改濾波參數(shù)也容易，成本很低的優(yōu)點(diǎn)，但其需要占用CPU時(shí)間。各種數(shù)字濾波方法及適用場合：算術(shù)平均濾波，適用于對周期性干擾的信號(hào)濾波。去極值平均濾波，適用于工業(yè)場合經(jīng)常遇到的尖脈沖干擾的信號(hào)濾波。加權(quán)平均濾波，適用于純滯后較大的對象?；瑒?dòng)平均濾波，適用于系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高的場合。中值濾波，對緩變過程中的偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效。限幅濾波，對隨機(jī)干擾或采樣器不穩(wěn)定引起的失真有良好的濾波效果。慣性濾波，適用于變化緩慢的采樣信號(hào)。標(biāo)度變換的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測的對象參數(shù)的二進(jìn)制數(shù)值還原變換為原物理量的工程實(shí)際值。主要方法有：線性式變換、非線性式變換、多項(xiàng)式變換以及查表法。P99例7-1第八章干擾的來源與傳播途徑：干擾有的來自外部，有的來自內(nèi)部。外部干擾由使用條件和外部環(huán)境因素決定。外部干擾環(huán)境如雷電、如太陽或其他星球輻射的電磁波；動(dòng)力機(jī)械、高頻爐、開關(guān)、過載繼電器等也會(huì)產(chǎn)生較大的干擾。內(nèi)部干擾則是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。內(nèi)部干擾環(huán)境分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場輻射感應(yīng)等。干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場耦合，公共阻抗耦合。串模干擾及抑制方法：串模干擾是指迭加在被測信號(hào)上的干擾噪聲，即干擾源串聯(lián)在信號(hào)源回路中。對串模干擾的抑制較為困難，目前常采用雙絞線與濾波器兩種措施。共模干擾及抑制方法：共模干擾是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入通道中信號(hào)放大器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓，可以是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值達(dá)幾伏甚至更高，這取決于現(xiàn)場產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和計(jì)算機(jī)等設(shè)備的接地情況。共模干擾電壓的抑制就應(yīng)當(dāng)是有效的隔離兩個(gè)地之間的電聯(lián)系，以及采用被測信號(hào)的雙端差動(dòng)輸入方式。具體的有變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施。終端匹配的方法：最簡單的終端阻抗匹配方法如圖所示。如果傳輸線的波阻抗是RP，那么當(dāng)R＝RP時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了終端匹配，消除了波反射。此時(shí)終端波形和始端波形的形狀一致，只是時(shí)間上遲后。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大致有哪幾種地？最終如何接地？在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、信號(hào)地、系統(tǒng)地、交流地和保護(hù)地。一般來說，當(dāng)頻率低于1MHZ時(shí)，采用單點(diǎn)接地方式為好；當(dāng)頻率高于10MHZ時(shí)，采用多點(diǎn)接地方式為好；而在1~10MHZ之間，如果采用單點(diǎn)接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式。簡述程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)的工作原理：在正常情況下，CPU每隔T1時(shí)間便會(huì)定時(shí)訪問定時(shí)器2，從而使定時(shí)器2重新開始計(jì)時(shí)而不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖P2；而一旦CPU受到干擾陷入死循環(huán)，便不能及時(shí)訪問定時(shí)器2，那么定時(shí)器2會(huì)在T2時(shí)間到達(dá)時(shí)產(chǎn)生定時(shí)溢出脈沖P2，從而引起CPU的復(fù)位，自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行程序。第九章數(shù)字PID位置式控制算法和增量式控制算法，及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。增量型不需要做累加，控制量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，其計(jì)算誤差較??；而位置型則容易產(chǎn)生累加誤差。增量型輸出是控制量的增量，萬一出錯(cuò)，不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作；而位置型輸出的是控制量的全量輸出，因而誤動(dòng)作的影響較大。增量型易于從手動(dòng)到自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。積分飽和現(xiàn)象，消除方法。由于控制輸出與被控量不是一一對應(yīng)的，控制輸出可能達(dá)到限幅值，持續(xù)的積分作用可能使輸出進(jìn)一步超限，相當(dāng)于系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，當(dāng)需要控制量返回正常值時(shí)，無法及時(shí)“回頭”，使控制品質(zhì)變差?？狗e分飽和算法：輸出超限時(shí)不積分。當(dāng)時(shí)，采用PD控制當(dāng)時(shí)，采用PD控制其他情況，正常的PID控制積分分離原因，算法。一般PID,當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變設(shè)定值時(shí)，由于短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大的偏差，加上系統(tǒng)本身具有的慣性和滯后，在積分的作用下，將引起系統(tǒng)過量的超調(diào)和長時(shí)間的波動(dòng)。積分分離算法是設(shè)置一個(gè)積分分離閾值B，當(dāng)偏差較大時(shí)取消積分作用，當(dāng)偏差較小時(shí)才投入積分作用。當(dāng)時(shí)，采用PID控制當(dāng)時(shí)，采用PD控制抗積分飽和算法與積分分離算法的對比：相同點(diǎn)：某種狀態(tài)下，切除積分作用。不同點(diǎn)：抗積分飽和根據(jù)最終控制量輸出越限狀；積分分離根據(jù)偏差是否超出預(yù)設(shè)的分離值。不完全微分PID算法與基本PID算法的對比，不完全微分PID算法的優(yōu)越性：基本PID算法的微分作用僅局限于一個(gè)采樣周期有一個(gè)大幅度的輸出，在實(shí)際使用這會(huì)產(chǎn)生兩方面的問題。一是控制輸出可能超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)或D/A轉(zhuǎn)換的上下限，二是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度可能跟不上，無法在短時(shí)間內(nèi)跟蹤這種較大的微分輸出。這樣在大的干擾作用情況下，一方面會(huì)使算法中的微分不能充分發(fā)揮作用，另一方面也會(huì)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)大的沖擊作用。相反地，不完全微分PID算法由于慣性濾波的存在，使微分作用可持續(xù)多個(gè)采樣周期，有效地避免了上述問題的產(chǎn)生，因而具有更好的控制性能。由于微分對高頻信號(hào)具有放大作用，采用基本PID容易在系統(tǒng)中引入高頻的干擾，引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁動(dòng)作，降低機(jī)構(gòu)的使用壽命。而不完全微分PID算法中包含有一階慣性環(huán)節(jié)，具有低通濾波的能力，抗干擾能力較強(qiáng)。帶死區(qū)的數(shù)字PID算法：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了避免控制動(dòng)作過于頻繁，以延長執(zhí)行機(jī)構(gòu)或閥門使用壽命，在原PID算法的前面增加一個(gè)不靈敏區(qū)的非線性環(huán)節(jié)。第十章數(shù)據(jù)通信的基本傳輸方式有并行通信和串行通信兩種。波特率定義為每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，單位是位每秒，用bps、bit/s或b/s表示。按通信線路上信息傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，可分為三種通信制式：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。RS-232C規(guī)定邏輯“1”狀態(tài)電平為-15~-5V，邏輯“0”狀態(tài)電平為+5~+15V。RS-422為全雙工，采用兩對差分平衡信號(hào)線；而RS-485為半雙工，只需一對平衡差分信號(hào)線。第十一章總線是IPC的重要組成部分，它分內(nèi)部總線與外部總線兩種。內(nèi)部總線是指IPC內(nèi)部各個(gè)