2022年《计算机控制》考点总结2.docx

学习好资料欢迎下载运算机掌握考点总结第一章1、单回路运算机掌握系统噪声典课型程的的单主回要路计内算容机掌握扰动噪声执行器被控对象传感器简洁化、主动学习、双向沟通D/A运算机A/D单片机 , IPC,PLC ,微型机等 软件、显示终端、打印机等设定值掌握 , 优化 , 监视 ,储备 , 报警等2、分计级算运算机机控系统制系统的分类分级运算机掌握系统分级运算机掌握系统是一个多级（层）掌握系统,其目的是实现全厂范畴的综合自动化集散掌握系统DCS现场总线掌握系统 FCS运算机集成制造系统 CIMS3、层次化计模算型机掌握系统的分类企业级 经营治理运算机层次化模型至其它工厂至其它工厂工厂级集中掌握运算机金字塔模型车间级监控运算机（ SCC）车间级监控运算机（ SCC）装置掌握级（ DDC）装置掌握级（ DDC）装置掌握级（ DDC）装置掌握级（ DDC）工厂对象A工厂对象B工厂对象C工厂对象D4、集散掌握系统的核心思想是：集中治理,分散掌握；5、FCS 和 DCS 的区分FCS 的结构比 DCS 简洁, FCS 系统中没有了掌握器,其掌握功能已有现场外表及设备来实现；二者的传输介质差别很大,DCS 每个检测点需要 1 根传输 420MA标准型号的导线, 而 FCS 全部检测信号的传输仅需1 根传输数字信号的双绞线；FCS 系统比 DCS 系统更好的表达了“集中治理,分散掌握”的思想,FCS 可做到系统从上到下全开放； DCS 只能做到操作站以上开放,而掌握层不能开放；由于结构上的转变, FCS 比 DCS 更节约硬件设备,外表精度得到极大的提高,掌握周期大为缩短,改善了调剂性能；6、CIMS 与 DCS、FCS 的区分运算机掌握系统的组成DCS 、FCS 侧重（掌握）过程掌握,生产监视,以保证生产的平稳运行； CIMS 侧重（治理）决策分析、调度优化,以实现企业利润的最大化； DCS 、FCS 是分层集散掌握,CIMS 是分层递阶掌握；7、运算机掌握系统的组成和分类掌握回路掌握回路典型微机掌握系统原理图软件：完成各种功能的运算机程序的总和系统软件：由厂家供应,用以治理运算机本身应用计软件算：机由用控户根制据系掌握统系的统的组需成要设计,面对用户的程序系统软件软件操作系统开发系统诊断系统掌握程序编辑程序编译程序连接、装配程序调试程序子程序库数据牢靠性检查程序AD转换及采样程序数据采集及处理程序数字滤波程序 线性化处理程序应用软件过程监视程序数据治理程序数据采集程序越限报警程序事故预报程序画面显示程序运算机掌握系统的分类操作指导掌握系统间直接数字掌握系统（ DDC ）时序运算机监督掌握系统顺（ SCC）分级运算机掌握系统直接数字掌握系统：Direct Digit Control DDC治理命令报告人工监管给定值测量值DDC 微型一台微型机代替多个模拟调剂器可以同时掌握多达十几个回路 可以实现复杂掌握律运算机监督掌握系统：SupervisoryComputerControl SCCSCC 系统有两种不同的结构形式:（1） SCC+模拟调剂器掌握系统（2） SCC+DDC 掌握系统反多路开关D/A机生产过程A/D多路开关检测元件 SCC 与 DDC 的不同： DDC 系统中的设定值是人为给定的；SCC 系统中设定值是由运算机依据计特定算数学机模型控计制算出系来的统最优的值；分类治理命令报告SC人C工计监管算机.给定值测量值治理命令报告SC人C工监计管算机给定值测量值.A/DDDCA/D生产过程多路开关. .检测元件. .D/A反多路开关生产过程多路开关检测元件. .SCC+ 模拟调剂器SCC+DCC其次章1、采样采样过程：用采样开关将模拟信号按肯定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程；香农采样定理：采样信号xSt 唯独地复原信号 xt 的最低采样频率必需满意采样周期 T 的确定：适中原就；s2max由于全部的信号并非都是有限带宽,用理论运算的方法求出T 是困难的；一般采纳体会法；为什么需要采样 /保持器？A/D转换需要肯定的时间,要求在A/D 转换过程中采样值保持不变,以获得平滑的模拟量输出；采样 /保持器有两种工作方式：采样、保持采样 /保持采器样的工/保作持原理器最简洁的采样 /保持器是由开关和电容组成采样/ 保持器的 工作原理最简洁的采样 / 保持器是由开关和电容组成输入掌握开关输出KR.VxCVout采样/保持器主要特性：可以和 TTL 、PMOS 、CMOS 规律输入兼容；典型保持电容： 1000pF、0.01 F；采样保持集成芯片 LFl982、采样（离散）掌握系统与连续掌握系统的根本区分区分在于采样系统中既包含有连续信号,又包含离散信号, 是一个混和信号系统； 分析和设计采样系统的数学工具是Z 变换,采纳的数学模型是差分方程、脉冲传递函数、离散状态空间；3、差分方程对于一般的线性定常离散系统,k 时刻的输出 yk 不但与 k 时刻的输入xk 有关,而且与 k 时刻以前的输入xk-1 , xk- 2, 有关,同时仍与k 时刻以前的输出yk-1,yk- 2, 有关；这种关系可以用以下阶后向差分方程描述：y（ k）a1y（k1） a2y（k2）an y（kn）b x（k）b x（k1）bx（km）0上式可表示为ny（ k）a i1 iy（ k1mi）bj0mj x（ kj）式中 a 和 b 为常数 m<n ,上式称为阶线性常系数差分方程,它在数学上代表一个线性定常离散系统假设一个采样系统的一阶微分方程为：ytytket kyt kr t kr t kyt其一阶差分方程为（前向差分）y k1T kT1 ykT kTr kT4、脉冲传递函数（ Z 传递函数）在线性连续系统中, 初始条件为零的条件下系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比,定义为传递函数；与此相类似,在线性离散系统中,初始条件为零的条件下系统的输出离散信号的Z 变换与输入离散信号的 z 变换之比, 定义为脉冲传递函数, 脉冲传递函数是离散系统的一个重要概念,是分析离散系统的有力工具；G（z）Y（z）X（ z）题型 已知差分方程求脉冲传递函数：例: 如描述采样系统的差分方程为试求其脉冲传递函数；yk20.7 yk10.1yk5 xk1xk 解：对上面差分方程进行z 变换,令初始条件为0z2Y z0.7 zY z0.1Y z5zX zX zG zY z5z1X zz25、Z 变换 Z 变换的定义0.7z0.1采样信号拉氏变换为：F * sft e0stdtf kT ek 0kTs令 z=esT,就F zf kT z kk 0称 Fz 为采样信号 f*t 的 Z 变换,记做： Z 变换的方法 1：级数求和法F zZ f* t Z ft Z变换基学础习好资料欢迎下载Z变换的方法 1：级数求和法F zf kT zkk 0K 时刻采样值F zf 0f 1T z1f 2T z2f kT zk例题 1：今有采样序列 0 ,0.13, 0.0832, 0,0, 0, ,求 Z 变换解：F zf 000.13 z 1f T z 10.0832 z2f 2T z 200.13z 10.0832 z2例题 2：试求单位阶跃函数1t 的 z 变换f n1F z1z 1z2z3解：例题 3：试求斜坡函数11zz1z101 2 3ft=Kt的 z 变换F zf kT z k0KTz 12KTz 23KTz 3k 0KTz 112z 13z 2KTz 1KTz解： Z 变换的方法1z 1 2 z122：部分分式法（查表法）先求出已知连续时间函数ft 的拉氏变换 F s；将 F s绽开成部分分式之和的形式；再求 Z 变换 Fz；F ss3例题 4：试求s1 s2 的 z 变换F s21解：s1s2F z2 zeTze2Tz2zze T 1e zT查表可得：zz2e T e2Tn学习好资料欢迎下载附表 常用函数的拉氏变换和z 变换表序号拉氏变换EsEs时间函数etet Z 变换E sEs11 t1211t s11t szz z1z1t1Tz32s12t2s2 z T1z2 z1 24 1ts132T z z132 2z12tTz z1s235 1e at32 z1zs 1asae atzezaTzeaTaT1atTze2te6s 1aat z TezeaTaT2sa2teazeaTeaT217at zss a7sbsaaa1e1e atzz z1 ze 1 zaeTaTze zaT sba sa baTbT8e ate bte ate btzezzezsasbzezes229sintaTbTsintz sinT2z2 zscions TT1s2 s222costsz2z z2zccooss TT12z2zcosT1s1022costz z2cos T atsz ze 2aTzscions TT1 sa 22esintz22 ze aT acTosTe 2 aT1122e at sintzesinT ssa aaT2zz22 zeacT osTe 2 aTsa 22e atcostze2aTcosT2 aTsaz2 z2ecoasTTe1222e at cos tzzecosTsaz22ze aT cosTe 2aT部分分式分解4ABC例： s 2 s2 s2s 2s Z 变换的方法 3：留数法已知连续信号f t 的拉氏变换 Fs及它的全部极点 ,可用以下的留数运算公式求Fz；F znRe s F szTs i 1s sizeF s函数zzeTs在极点处的留数运算方法如下：如 Si 为单极点,就Re s F szlim ss F szF szeTsssizTsissizeTs如ze有 ri 重极点 Si,就iz1d ri1 ss riF szzesT Re s F ssT sslimr 1zeiri1) . ssids i例题 5已知系统传递函数为F s1ss1) ,应用留数运算法求F（ z）；解： Fs的极点为单极点 s12z0, s21X zRes F ssT i 1s sizeRe s1zRes 1zs si0 ss1) zeTss s21 ss1 zeTslim 1szlim 1s1zs0 ss1zeTss1 s s1zeTszzz1e T z1ze T z1 ze T 6、Z 的反变换与拉氏反变换类似, z 反变换可表示为： 下面介绍三种常用的z 反变换法； Z 反变换方法 1：长除法Z 1 F zf kT例：已知F z z1 zz2 z3) , 求反变换解：用长除得到F zz 26 z 325z 490z 5k012345fkT00262590 Z 反变换方法 2：部分分式法10 z例：已知F z z1 z2 , 求反变换解：用长除得到F z10z10 z10z z1 z2z1z2f kT 1012K k01234fkT0103070150 Z 反变换方法 3：留数法依据 z 变换定义有 :F zf kT z kk 0依据柯西留数定理有 :f kTnzziRe s F z zk 1i 1zRes F z zk 1式中zi 表示 Fzzk-1 在极点 zi 处的留数；关于函数 Fzzk-1 在极点处的留数运算方法如下：Re s F zzk 1 lim zz F zzk 1如 Zi为单极点,就zziizzi如 Fzzk-1 有 ri 阶重极点,就1dri 1 zz riF z zk 1 Re s F z zk 1limizzi ri1) . zzidzri 1例 ：设 z 变换函数F zz0.5z23z2,试用留数法求其z 反变换；F z zk 1 z0.5 zk 1解：由于函数 z1 z2) 有 z1= 1 ,z2= 2 两个极点,极点处的留数Re sz0.5 zklim z1 z0.5zk0.51kz zz11 z2z1z z1 z2Re sz0.5 zk z2lim z2 z0.5 zkk0.752zz1 z2z2zz1 z2所以有f kT 0.51) k0.752) k相应的函数为：f * t f kT tk 0kT 第三章1、多路开关多路开关运算机掌握系统中的 多路开关与反多路开关 16 路多路开关 P27矩阵式多路开关8816 P29多路开关的扩展当通道数较多时,可以扩展多路开关用两个 8 通道多路开关构成16 通道多路开关2、模拟量输入输出通道在任一运算机掌握的回路中,都存在2 次模拟量 /数字量间的相互转换；被测物理量都为模拟量4-20mA , 0-5V ,而运算机只能接收数字量0,1,在把测量值交给运算机之前必需进行: 模拟信号 数字信号的转换,简称A/D 转换运算机的输出为数字量,而工业现场的执行机构电动阀、气动阀、直流电机 只能接收模拟量,因此必需进行: 数字信号 模拟信号的转换,简称D/A 转换；3、D/A 转换器按 D/A 转换器的输出方式分：电流型,电压型按输入的数字量的位数分：8 位, 10 位, 12 位, 16 位特殊的：直接输出4-20mA 电流；直接接收 BCD 码P33 图 2-12 D/A 转换的原理 : 按权绽开,然后相加要将数字量转换成模拟量,必需先把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟 量,然后将各重量相加,其总和就是与数字量相应的模拟量,这就是D/A 转换的基本原理；D/A 转换器输入的数字量是由二进制代码按数位组合起来表示的,任何一个n 位的二进制数,均可用表达式:DATA=D 020+D 121+ D 222+ +Dn-12n-1欲实现 “按权绽开,然后相加 ”的功能, D/A转换器内部必需要有一个解码网络,解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络（缺点）T 型电阻网络（优点） D/A 转换器的主要组成基准电压 V REFT 型（ R-2R ）电阻网络运算放大器 OA位切换开关 Si （ i=0, 1, , n-1）输出电压 V OUT 与输入二进制数 D0 - D n-1 的关系V OUT = V REF （ a1/21+ a2 /22+ a3/23 + +an/2n ）VREFI 3.I 32RRI 2R.I 22RI 1. I 12RRI 0R.I 0I 02RRS3S2S1S0I RfRf01010101I out1A-.I out2.OA. +V.outb3b2b1b0四位 DAC寄存器辨论率：反映了D/A 转换器对模拟量的辨论才能,定义为满刻度值与2n 之比值,满刻度值其中 n 为 D/A 转换器的位数 DAC08328 位数 /模转换芯片辨论率为 8 位稳固时间为 1 s 功耗为 20mW电流输出型 D/A 转换器与 TTL 电平兼容 DAC0832 的输出方式电流输出（直接） 电压输出辨论率n2外接一级运8放位,构D成/单A极性转电压换输出器（单极性电压输出时数字量与模拟量的关系P39）DAC0832 单极性电压输出Vout与V REF反相外接二8级位运放D,/构A成转双极换性电器压输出（双极性电压输出时数字量与模拟量的关系P40）；运算放大器 A2 的作用是将运算放大器A的单向输出转变为双向输出；表DAC达0式83（22-10）的双比例极关性系可电以压用左输图出来表示；V+VREF00HVout80HBFFH表82位-6：D单极/A性电转压换输出器时数字量与模拟量的关系 P39DAC0832双缓冲-V REF双极型输出线性关系图接地1 跟踪0 锁存1 转换0 保持 8 位 D/A 转换器数字量的输入： 位数问题直通模式？假如位数匹配,直接连接假如位数不匹配,将数字量分批传送D/A 转换器内部是否设有锁存假如有,直接连接8位 D/A 转换器8位D/A转换器假如没有,须在 CPU 与 D/A 转换器之间加设锁存器1. 数字量的输入 直接连接1.数字量的输入带锁存器连接+5DAC083274LS273DAC0808VIcc LR+5VDo1DRESET1QA0+5V13译A -A码V REF+5VRD12D2QD23D3QA114 A2VREF92器CSR fbD34D4QA34-AV8088CPU A 1AoIOW GNDWR 1 I out1 WR 2 I out2 XFERDGND AGND-+ AV OUTD4 D5 D6 D78088CPU A9-A0IOW5D5Q6D6Q7D7Q8D8QCP码译 Y0器A415A52A616 A73+OUT锁译P0.0 P0.7存器码器ALE外部掌握信号的连接：片选信号,由地址线经译码器掌握写信号,由微机的IOW 掌握启动信号,常为片选信号与写信号的合成参考电平,由输出极性打算（常接成直通） 掌握方式：单缓冲、双缓冲外部掌握信号的连接 单缓冲所谓的单缓冲方式就是使DAC0832 的两个输入寄存器中有一个处于直通方式,而另一个处于受控的锁存方式；DAC0832+5VP0D7 D0P2.78051VCC I LE VREFRf.WR.CS XFER WR1WR2.I out1-OAI out2 AGND DGND.+.Vout外部掌握信号的连接 双缓冲所谓双缓冲方式,就是把DAC0832 的两个锁存器都接成受控锁存方式；WR.8031FFHFEHWR1 WR2 XFERCSI LEVcc VREFRf+5V.2R.2RIout 1_Iout 2.AO1.R._+AO2+.VoutDI 0 DI 7DAC0832EA4、A/D 转换器模拟量输入通道的任务是将模拟量转换为数字量能够将模拟量转换为数字量的称模/数转换器简称 A/D 转换器； A/D 转换的常用方法：计数器式 A/D 转换逐次靠近型 A/D 转换双积分式 A/D 转换电压频率（ V/F）转换法 A/D 转换器的主要性能指标辨论率稳固时间量程转换精度 逐逐次逼次近逼式A/D 转换的原理近A/D式转换A器/D转换器组成逐次靠近寄存器 SAR D A 转换器比较器时序（时钟） 置数挑选规律最常用的 A/D 转换器兼顾转换速度和转换精度转换的时间为微秒级基本原理是从高位到低位逐位摸索比较,似乎用天平称物体,从重到轻逐级增减砝码对分搜寻较快的转换速度工作流程：1. SAR 清零2. SAR 最高位置 1, D/A 转换,比较3. 如 Ui>Uo, A保/留D最高转位换的 的1,否原就清理除4. 将 SAR 次高位置 1, .例5.：重复此过程,直至靠近SAR 最低位6.转换完成例：设设：数数码码寄寄存存器为器为4 位4,位满,刻度满值刻度1V值, Ui=0.65V ,用逐次靠近式A/D 转换器转换成二进制1V数；, U i=0.65V,用逐次靠近式 A/D转换器转换成二进1 制数1 ；q解：量量化化单位单：位24 1 16 1q0.0625V0.0625V2416U0Ui0.5V10005、常用的转换器0.75V11000.625V10100.6875V1011n常用 8 位 D/A 转换器： DAC0832常用的 A/D 转换器：逐次靠近式A/D 转换器 ADC08096、转换终止信号的处理方法中断方式查询方式软件延时方式7、按键防抖技术硬件防抖技术： RC 滤波防抖电路,双稳态防抖电路一个按键产生多次击键,称重键软件防抖技术：软件延时法8、软件防抖方法首次检测到有键按下时,软件延时（10-20ms） 再确认该键电平是否保护在低电平如保持在闭合状态,就确认按键9、矩阵键盘分类编码键盘能够自动供应被按键的编码特点：使用便利、成本高,结构复杂非编码键盘仅简洁地供应按键的通或断状态,而按键的扫描和识别就由用户的键盘程序来实现特点：成本低,软件方法,运算或查表得到键值10、程控扫描法步骤：1. 判定是否有键按下； C 口输入, A 口输出,看读入值是否为FFH2. 如键按下,软件推迟法去除按键抖动3. 逐行扫描查找闭合按键4. 求键值：键值 =08H ×行值 +列值以键 13 为例5. 克服重键程控扫描法,无论有无键按下,总要用肯定的时间进行扫描,占用大量的CPU 时间,对单片机系统和智能仪器不利11、中断扫描法节约 CPU 时间不对键盘进行扫描,一旦有键按下,就向CPU 申请中断CPU 响应中断后,转到相应的中断服务程序,扫描键盘,求取键值12、LED 显示的结构与原理依据连接方式不同,分为共阴极和共阳极共阴极：共阳极：13、LCD的常用驱动方式有两种：直接驱动（或静态驱动）,时分隔驱动（或多极驱动）；第四章1、数字滤波技术在运算机中利用某种运算方法对原始输入数据进行数学处理,去掉原始数据中掺杂的噪声数据,提高信号的真实性,获得最具有代表性的数据集目的：过滤噪声和排除扰动优点： P209第五章1、增量式 PID （最常用的数字 PID ）的优点编程简洁,占用内存小误动作影响小易于实现手动 /自动无扰动切换有利于抑制积分饱和现象2、变速积分 PID 的优点用比例作用排除大偏差,用积分作用排除余差,有助于排除积分饱和现象减小超调,改善掌握品质适用范畴广4、积分饱和现象3、不完全数微分字 PPIDID 优控点制P的245实积分饱和 现象k际问题ekuI ket0ykie j j 0t0uIk积分饱和积分作用t0等待时间积分饱和的解决方法：遇限消弱积分有效偏差法增量式 PID积分分别P法等ID等参数整定5、PID 参数整定PID参数整定 的方法uk K P ek Tke jTi j 0Tde k Te k1比例系数积分系数微分系数K PTK IKPTiTdK dK PT凑试法（体会法）1、增大比例系数 KP 一般将加快系统的响应,使系统的稳固性变差2、减小积分时间 Ti即增大 Ki ,将使系统的稳固性变差,使有助于排除余差；3、增大微分时间 Td,将使系统的响应加快,但使系统稳固性变差；凑试法整定步骤：实行先比例,后积分,最终微分的整定步骤1. 第一将比例系数由小变大,直到得到反应较快,超调较小的响应曲线； 如系统余差小, 可采纳纯比例掌握；2. 假如有较大余差,就要加入积分作用；积分时间从大变小,同时调整比例增益,使系统保持良好的动态性能；3. 如使用 PI 掌握仍达不到中意的成效,就可加入微分环节；在整定时,微分时间从小变大,相应调整比例增益和积分时间,逐步试凑,以得到中意的动态性能；PID 整定口诀 : 参数整定找正确, 从小到大次序查, 先是比例后积分, 最终再把微分加, 曲线振荡很频繁,比例度盘要放大,曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳,曲线偏离回复慢, 积分时间往下降,曲线波动周期长,积分时间再加长,曲线振荡频率快,先把微分降下来,动差大来波动慢,微分时间应加长,抱负曲线两个波,前高后低4 比 1凑试法（优选法）先把其他参数固定,然后用0.618 法对其中某一个参数进行优选,待选出正确参数后,再换另一个参数进行优选,直到把全部的参数优选完毕为止；最终依据T、KP 、TI、TD 诸参数优选的结果取一组正确值即可；临界比例度法PID 参数整定用纯比例掌握,给定值r 作阶跃扰动,从较大比例开头,逐渐减临小界,直比到例被法控（变量稳出定现边临界界振法荡）为止,登记临界周期参数,因此该方法又称为Ziegler-Nichols整Tu 和根临据界Z比ie例gleKr和u ,N按ic以ho下ls经提验出公的式经计验算规章K表P、来T整i 和定Td ； 依据PIZDiegler 和 Nichols 提出的体会规章表来整定PID 参数,因此定该法方,法又简称称为Z-NZ法iegler-Nichols 整定法,简称 Z-N 法掌握律KTiTdP0.50Ku-PI-PIDP0I.D46参Ku 数整0.定85Tu0.13Tu响应曲线法0.63Ku0.50Tu；然后在按表在响系应统曲处线法于 开环 情形下,第一做被控对象的阶跃 曲线,从该曲线上求得对象的纯滞后时在间系统处、于时开环间情常况数下,首和先放做被大控系对数象的阶跃KU 曲线,从该曲线上求得对象的纯d滞中后时经间验公、式时计间常算数 KP和、放大T i系和数TK；然后在按表中体会公式运算KP、 Ti 和 Td；KYU学习好资PI料D参数整定响应曲线法参数整定规章表欢迎下载掌握率PK PK/Ti-Td-PI1.1K / 3.3 -参数整定规章表：PID0.85K / 2 0.5 4:1 衰减曲线法