2022年计算机控制技术复习资料.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 绪论概念：自动掌握：是指在没有人直接参加的情形下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或 参数自动地依据预定的规律运行；自动掌握是相对人工掌握概念而言的；指的是在没人参加的情形下,利用掌握装 置使被控对象或过程自动地按预定规律运行；（这个是百度上搜的）没有人参加的掌握系统；（老师课件上的）掌握器：除了被掌握对象之外的各部分的组合；掌握对象：指被掌握的设备或过程 掌握系统：受控对象与掌握装置构成掌握系统；（通过运算机实现生产过程自动掌握的系统）自动掌握系统：在没有人参加的情形下,通过掌握器使生产过程自动地依据预定规律

2、运行的系统；开环掌握系统：指无被控量反馈的掌握系统,即需要掌握的是被控对象的某一量,而测量的只是给定信号,被控量 对于掌握作用没有任何影响的系统；闭环掌握系统：指有被被控量反馈的掌握系统,即系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端,构成闭合通道 的系统；掌握系统应满意的要求：2 运算机掌握系统的硬件组成、框图、各组成部分的作用、工作过程 由四部分组成；图 1.1 微机掌握系统组成框图主机 CPU 是整个掌握系统的指挥部,通过接口机软件可以向系统的各个部分发出各种命令,对被测参数进行巡回检测、数据处理、掌握运算、报警处理以及规律判定等操作；诸暨是微型运算机掌握系统的重要组成部分,主机的选 用直

3、接影响到系统的功能及接口电路的设计等；I/O 接口： 这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带；过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码；过程输出通道把微机输出的掌握命令和数据,转换成可以对生产对象进行掌握的信号；过程输 入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道；外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备,简称外设,包括人机联系设备 操作台 、输入输出设备 磁盘 驱动器、键盘、打印机、显示终端等 和外存贮器 磁盘 ；其中操作台应具备显示功能,即依据操作人员的要求,能 立刻显示所要求的内容；仍应有按钮,完成系统的启、停等功能；操作台仍要保证即使操作错误也

4、不会造成恶劣后 果,即应有爱护功能；检测与执行机构a.测量变送单元： 在微机掌握系统中,为了收集和测量各种参数,-1- 采纳了各种检测元件及变送器,其主要功能是将被名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 检测参数的非电量转换成电量,例如热电偶把温度转换成mV 信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号,这些信号经变送器转换成统一的运算机标准电平信号 05V 或 420mA 后,再送入微机；b.执行机构：要掌握生产过程,必需有执行机构,它是微机掌握系统中的重要部件,其功能是依据微机输出的掌握 信号,转变输出的角位移或直线位移,

5、并通过调剂机构转变被调介质的流量或能量,使生产过程符合预定的要求；例如, 在温度掌握系统中,微机依据温度的误差运算出相应的掌握量,输出给执行机构调剂阀 来掌握进入加热炉的煤气 或油 量以实现预期的温度值；常用的执行机构有电动、液动和气动等掌握形式,也有的采纳马达、步进电机及 可控硅元件等进行掌握；微型运算机掌握系统的特点是什么？微机掌握系统与常规的自动掌握系统相比,具有如下特点：a.掌握规律敏捷多样,改动便利 b.掌握精度高,抑制扰动才能强,能实现最优掌握 c.能够实现数据统计和工况显示,掌握效率高 d.掌握与治理一体化,进一步提高自动化程度 运算机掌握系统的工作原理：实时数据采集：对来自测量

6、变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入；实时控 制决策：对采集到的被控量进行分析和处理,并按已定的掌握规律,打算将要实行的掌握行为；实时掌握输出：依据掌握决策,适时地对执行机构发出掌握信号,完成掌握任务；3 运算机掌握系统的典型形式、特点（DAC ）（定义： 运算机测得的信号数据,依据肯定的掌握算法,运算机掌握系统的典型型式：（ 1）操作指导掌握系统运算出供操作人员挑选的最优操作条件及操作方案；优点：结构简洁,掌握敏捷和安全；缺点：开环掌握；由人操作,实时性差,不能掌握多个对象；）（2）直接数字掌握DDC （定义：运算机通过模拟量输入通道、开关量输入通道实时采集数据,然后依据肯定的掌握规律进行

7、运算,最终发出掌握信息,并通过模拟量输出通道、开关量输出 通道直接掌握生产过程；优点：能够实现自动掌握、多回路掌握,能够敏捷的把各种算法施加于生产过程；这种结构是运算机掌握的最基本结构！）（3）监督掌握系统（SCC）（定义：运算机依据原始工艺信息和其它参数,依据描述生产过程的数学模型或其它方法,自动地转变模拟调剂器或以直接数字掌握方式工作的微型机中的给定值,从而使生产过程始终处于最优工况；优点：运算机坏了,模拟外表可以直接掌握；DDC 运算机可以直接掌握,SCC 运算机只是采集,优化；这实际上是一种不存在上下级通信的两级掌握,只存在传递设定值的关系；提高系统的牢靠性；缺点：造价高、效益差,现在

8、已经不用了；）（4）集散掌握系统（DCS）（定义：采纳分散掌握、集中操作、分级管理、分而自治和综合和谐的设计原就,把系统从上到下分为分散过程掌握级、集中操作监控级、综合信息治理级,形成分级分布式掌握；特点：分散过程掌握级：这是最底层,直接和现场掌握点打交道；集中操作掌握级：集 中在掌握室通过显示屏等几种监控、操作综合信息治理级：实现整个企业的综合信息、治理,主要执行生产治理 和经营治理功能,能够供应治理决策信息； ）（5）现场总线掌握系统 FCS（FCS 即新一代分布式掌握系统,采纳“ 工 作站 -现场总线智能外表”二层结构, 国际标准统一后, 可实现真正的开放式互连系统结构；优点： 降低 D

9、CS 成本,提高牢靠性； ）（6）综合自动化系统（CIMSCIPS ）（由企业资源信息治理系统、生产执行系统和生产过程掌握系统 构成的三层结构,已成为综合自动化系统的整体解决方案；综合自动化系统主要包括制造业的运算机集成制造系统 和流程工业的运算机集成过程系统；）操作指导、 DDC 和 SCC 系统工作原理如何？它们之间有何区分和联系？1 操作指导掌握系统：在操作指导掌握系统中,运算机的输出不直接作用于生产对象,属于开环掌握结构；运算机 依据数学模型、掌握算法对检测到的生产过程参数进行处理,运算出各掌握量应有的较合适或最优的数值,供操作 员参考,这时运算机就起到了操作指导的作用；其原理框图如图

10、 1.2 所示；-2- 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1.2 操作指导掌握系统原理框图2 直接数字掌握系统 DDC 系统 ： DDCDirect Digital Control 系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测,经输入通道送给微机,微机将检测结果与设定值进行比较,再进行掌握运算,然后通过输出通道掌握执行机构,使系统的被控参数达到预定的要求；其原理框图如图 1.3 所示；DDC 系统是闭环系统, 是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式；图 1.3 DDC 系统原理框图3 运算机监督掌握系

11、统 SCC 系统 ：SCCSupervisory Computer Control 系统比 DDC 系统更接近生产变化的实际情形,由于在 DDC 系统中运算机只是代替模拟调剂器进行掌握,系统不能运行在正确状态,而 SCC 系统不仅可以进行给定值掌握,并且仍可以进行次序掌握、最优掌握以及自适应掌握等；SCC 系统的原理框图如图 1.4 所示；图 1.4 SCC 系统原理框图SCC 是操作指导掌握系统和 DDC 系统的综合与进展；其次章 过程通道传感器及其作用、分类、常用传感器定义：将被测的物理量按肯定规律变换成任一种电参量的器件；-3- 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9

12、 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分类：按输入量分：温度、湿度、压力、流量等 陶瓷；按输出量分：电压、电流、电阻等；按材料分：半导体、导体、常用传感器： 1 温度传感器：电参量随温度变化有热电阻金属 ,热敏电阻 半导体 ,热电偶,半导体PN 结,集成电路； 2 光敏传感器：光敏电阻（半导体）4 其它：声敏、气敏、色敏等 执行器及其作用、分类、常用执行器 定义：电能转换成其它能量,光电池（半导体） ,光敏晶体管（半导体） ；3 压敏传感器：金属应变片,分类：按输入信号形式分模拟、数字；按输出信号形式分 常用：直流电机,步进电机,开关（可控硅、固态继电器,电磁阀、光电耦合隔离器

13、,行程开关和接近开关,光电 开关、电 /气转换器、电动执行器）模拟信号、数字信号 模拟信号：时间上、幅值上均连续的信号 数字信号：时间上、幅值上均离散的信号 采样信号：时间上离散、幅值上连续的信号 过程通道、功能及其分类过程通道：能够完成运算机与生产过程（或传感器、执行器件）之间信息传送及转换的电路；（网上的：过程通道是在运算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道,它包括 1）模拟量输入 /输出通道 AI/AO AI 、AO 、DI、 DO；）模拟量输入通道：把从系统中检测的模拟信号,变成二进制数字信号,经接口送往运算机；模拟量输出通道：把运算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号,以

14、便驱动相应的执行机构,达到掌握的目的；2）开关量（数字量）输 /输出通道 DI/DO ；数字量的分类：按类型分有电平式（高电平或低电平）和触点式（触点闭合或触点断开）两种；数字量输入通道、功能、组成框图、各组成部分的作用,接口电路实例（能看懂）数字量输入通道作用：将现场两态信号转换成运算机能接收的标准数字电平信号；数字量输入通道主要由输入缓冲 器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成；输入调理电路将来自掌握装置或生 产过程的各种开关量,进行电平转换,将其通断状态转换成相应的高、低电平,同时仍要考虑对信号进行滤波、保护、排除触点抖动,以及进行信号隔离等问题；输入缓冲器

15、：掌握数据输入（三态门）；地址译码器：选中缓冲器,使之处于答应状态 数字量输出通道、功能、组成框图、各组成部分的作用,接口电路实例（能看懂）-4- 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 数字量输出通道作用：把标准电平信号转换成执行器可工作的两态电平信号；数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道；数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成；其中,驱动器：放大电压、电流或功率,以保证执行器能正常工作；锁存器：储存输出数据；译码器：选中锁存器,使之处于答应状态模拟量输入通道、功能、组成框图、

16、各组成部分的作用模拟量输入通道作用：将检测到的模拟信号转换成运算机能接收的二进制数字信号；模拟量输入通道一般由 I/V 变换、多路转换器、采样保持器、A/D 转换器、接口及掌握规律电路组成；1 预处理包括 I/V 变换（提高了信号远距离传递过程中的抗干扰才能,削减了信号的衰减,为与标准化外表和执行机构匹配供应了便利； ）、放大、滤波；2 多路转换器： 用来切换模拟电压信号的关键元件；可将各输入信号依次地/随机地接到公用A/D 转换器或放大器上；（分为单向 /双向、机械 /半导体；）3 采样保持器： A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要肯定的时间；在进行 A/D 转换时间内, 期望输入信号

17、不再变化,以免造成转换误差；这样,就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器；（S/H）4A/D 转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量,能够完成这一任务的器件,称为之模 /数转换器Analog/Digital Converter ,简称 A/D 转换器或 ADC ；多路开关的原理、作用堵路开关的主要用途是把多个模拟量参数分时地接通,常用于多路参数共用一台A/D 转换器的系统,即完成多到一的转换； 或者经运算机处理,且有 A/D 转换器转换成的模拟信号按肯定的次序输出到不同的掌握回路（或外部设备）中,即完成一到多的转换；前者称多路多路开关,后者叫做多路安排器,或叫做反多路开关；采样

18、过程、孔径时间、孔径误差采样过程：把时间上和幅值上连续的模拟信号转换成一连串脉冲输出信号的过程（离散模拟信号）孔径时间：在模拟量输入通道中 ,完成一次 A/D 转换所需的时间；孔径误差：对于随时间变化的模拟信号 ,孔径时间打算了每一个采样时刻的最大转化误差；采样 /保持器的原理、作用在采样 -保持器的输出跟随模拟量输入电压变化；在保持状态时, 采样 -保持器的输出将保持在命令发出时刻的模拟量输入值,直到保持命令撤销（即再度接到采样命令）时为止；此时,采样保持器的输出重新跟踪输入信号变化,直到下一个保持命令到来为止；作用：（1）保持采样信号不变,以便完成 A/D 转换；（2）同时采样几个模拟量,

19、以便进行数据处理和测量；（3）减少 A/D 转换器的输出毛刺,从而排除输出电压的峰值及缩短稳固输出值的建立时间；（4）把一个 A/D 转换器的输出安排到几个输出点,以保证输出的稳固性；量化、量化单位、量化误差量化：用一组数码（二进码）靠近离散模拟信号的幅值,将其转换为数字量；量化单位 q：数字量变化一个单位所对应的模拟信号的变化量量化误差：由量化引起的误差A/D 转换器的作用、分类、各类特点作用：把模拟量转换成数字量；按原理：逐次靠近型（快、抗干扰差-5- 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - ）、双积分型（慢、抗干扰好

20、）、全并行（最快、贵）；按输出信号：串行、并行逐次靠近型 A/D 转换器的原理在启动信号掌握下,第一置数掌握规律给逐次靠近寄存器最高位 Dn-1 置 1,其它位都清 0；寄存器的这个内容,经过 DAC 转换成模拟量 Vc ,约为满量程电压 的一半,与输入的模拟量 Vx 进行比较,由电压比较器输出结果；假如Vx Vc,就电压比较器输出 0,同时说明寄存器中的数字量偏小,应当保留 Dn- 1=1 ；相反,假如 Vx1s （2）浪涌： 10mst1s（ 3）尖峰： us 级（ 4）射频： mus 级（ 5）断电干扰的抑制： （）爱护电源（一般爱护措施,反常爱护措施）（）地线设计过程通道的主要干扰干扰

21、：（1）串模干扰：叠加在测量信号上的干扰（2）共模干扰： A/D 两输入端共有的（3）线间耦合：电场/磁场（4）长线中波反射抑制： 1 滤波、接地、传电流2 高共模抑制比的放大器3 远离、屏蔽（同轴电缆）正交、双绞（螺距=3cm）4 阻抗匹配线间耦合干扰及其抑制措施 静电 /电场耦合含义：电场通过电容C 耦合途径窜入其它线路；例如,两根导线之间会构成电容,电路板上各引线之间构成电容,变压器线匝之间和绕组之间构成电容；抑制：远离、屏蔽（同轴电缆） 磁场耦合含义：空间磁场通过导体间互感M 耦合进来；导体2 上的感应电压Vn 抑制：正交、双绞（螺距=3cm）空间干扰及其抑制措施干扰：电磁波（系统外部

22、：人为/自然系统内部：分布电容、电感/寄生振荡 /元器件产生的噪声； ）抑制：屏蔽、接地 地线及其分类（接地：实 /浮空）接地目的：一是抑制干扰,使运算机工作稳固；二是爱护运算机、设备和人员的安全；工作接地：保证系统稳固牢靠地运行,防止地环路引起的干扰；爱护接地：防止因设备的绝缘损坏或下降时,人员触电和爱护设备；接地是抑制干扰的重要方法,如能将接地和屏蔽正确结合起来使用 分类：接地原就：-8- ,可以解决大部分干扰问题；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 低频 1 点接地方式种类及其特点（1）串联：简洁 /有互扰（ 2

23、）并联：纷杂 /无互扰 有用 1 点接地原就 地线分组、组内串联、组间并联；数字滤波、标度变换 数字滤波 : 利用软件滤波的方法 数字滤波有以下几个优点：（1）数字滤波通过程序实现,不需硬件设备,系统的牢靠性较高；（2）数字滤波可实现多通道共用；（3）可对低频信号（如 0.01Hz）实现滤波；（4）采纳不同的算法和参数就可实现对不同信号的滤波,使用起来敏捷、便利；第七章掌握技术Integral;D ：微分Differential 1 PID 掌握的含义、用途P: 比例Proportion;I ： 积分Ds 或 Dz 求不出时,可用2 数字 PID 算法：位置式、增量式表达式及适用情形 3 模糊掌握器的组成、框图、及各部分作用 提出：字符识别 模糊：不清晰,界限不分明特点： 1无需精确数学模型2易学习 3使用便利4适应性强5速度快 6牢靠性高模糊掌握器组成 模糊化接口：将精确量划属各子集隶属度 学问库：数据库（隶属度函数）、规章库 推理机：推理 清晰化接口：把模糊量变成精确量-9- 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页