计算机控制系统中的抗干扰技术特点、作用和应用
单片机控制系统的抗干扰技术
３ 软件 抗干扰技术
与硬件抗干扰相 比， 软件抗干扰显得 比较灵活 ， 固定模 式， 没有 并且
在不断地发展 。各种软 件抗干 扰措施能 够大大 地提 高控制 系统 的可靠
Ｍ Ｘ １Ｌ的Ｔ １６ ｗ＝ ． 秒） Ｍ Ｘ １Ｌ的输出端将由低电平变为高电 ， Ａ ８３ 性。特别是软件滤波技术， 它可以使用多个通道共用一个软件滤波器以 后（ Ａ ８３
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第 ６期
Ｎ ６ Ｏ．
宜宾学院学报
Ｊｕ ａ ｏ ｉｉ ｎｖｒｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｂｎＵ ｉ ｓｙ ｎ Ｙ ｅｉ
６７
单 片机 控 制 系统 的 抗 干 扰 技 术
孙 凯
（ 南京铁道职业技术学院 ， 江苏 南京 ２ ０ １ ） １０５
Ｍ Ｘ １Ｌ的输入端不再 出现脉 冲信 号 ， Ａ ８３ 则定 时器在一 个规定 的时间 Ｔ ｗ
２３１ 采用开关电源并提供足够的功率余量， ．． 主机部分使用单独的 失控的程序正好使某些操作数变形成为修改监视器时间的指令或禁止中
２３２ 防止从电源系统引入干扰， ．． 可采取交流稳压器保证供电的稳
向通道抗干扰电路如图２ 所示。
收稿 日期 ：０ ７—０ ２０ ７—２ ４
２２３ 配置去耦电容 ．．
作 者简介 ： 孙凯（ ９７一）女 ， １７ ， 安徽 宿州人 ， 讲师 ， 工程硕士 ， 从事 自动控制研 究。 主要
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６ ８
宜宾 学 院 学 报
时多个地引脚可以减少地阻抗。 ２２２ 电源线布置 ．．
２ １ 前后向通道干扰的隔离措施 ． 为了防止现场干扰进入前后向通道中， 在硬件设计中采用光电隔离
计算机控制系统抗干扰的应用及接地问题
２１ 年 ４ ００ 月第 ２ 期
供 电系 统 地 的接 地 电阻 是 否足 够 小 ， 而整 个 地 网各 个 部
形 不成 回路 ， 抑制 了干扰 的危 害。为 了防止供电线路上引入
分 的电位差 是否 很小 ， 即地 网的各部 分之 间是否阻 值很小
远 ， 能 会有 较 大 的 电位 差 ｅ 这 个 电 位差 可能 会 在 Ａ・ 可 Ｎ， Ｂ两
用屏蔽 双绞线连接 ， 且这些信号线必须单独 占用 电线管或电
缆槽 ， 不可与其它信号在 同一电缆管（ 或槽） 中走线。低电平
的开关信号 （ 一些状 态干结点信号 ） 数据通信线路 （ Ｓ ３ 、 ， Ｒ ２２
隔板将它们 隔开。还有一种隔离是将信 号源同计 算机在电 气上进行 隔离 ， 这样 ， 大大地减小共模 干扰对计算机造成 会 的危害 。如图 ２ 表示用隔离放大器将信号的输入端子与计算
机部 分完全隔离 （ 有的系统 中采用 隔离变 压器 ， 或继 电器等 方式 隔离 ， 对开关 量则可以采 用光电器件 ， 或继电器进行隔
（ Ｒ） ＜ｌ 。
共摸高频干扰信 号 ， 以在供 电线路上设 隔离 变压器进 行干 可
上 的干 扰 。
（） ３ 计算机供 电线路上 弓入的干扰。在有些工业现场（ ｌ 特 别是 电厂 冶金 企业 、 大的机械加工厂 ） 大型电气设备启动频
在计算 机控 制系统 中， 涉及列很 多各种类 型的信号线 ， 直接与计算机 Ｉ ／ 口相连 ， Ｏ接 这些信号有开关量 型 ， 有模拟类
石 河子科技
总第 １ ０ ９ 期
计算机控制 系统抗干扰的应用及接地问题
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进展检测，并输入给计算机。
(2)实时控制决策：对采集到的表征被控参数的状态量进展分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制输出：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时〞，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进展处理，并在一定的时间内作出反响并进展控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线〞方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接及计算机连接，生产过程直承受计算机的控制，就叫做“联机〞方式或“在线〞方式。
(3)“离线〞方式：假设生产过程设备不直接及计算机相连接，其工作不直承受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进展联系并作相应操作的方式，那么叫做“脱机〞方式或“离线〞方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几局部组成？各局部的作用是什么？由四局部组成。
(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个局部发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进展实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进展各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进展监视，使之处于最优工作状态；对事故进展预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进展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控制命令和数据，转换成可以对生产对象进展控制的信号。
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。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进展信息交换的设备，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)。
课件 第六章 计算机控制系统的抗干扰技术
2 常用的接地方法(2) 常用的接地方法(2)
（2） 模拟地和数字地的连接
6.3 系统供电及接地技术
2 常用的接地方法(3) 常用的接地方法(3)
（3） 主机外壳接地
6.3 系统供电及接地技术
外壳接地，机壳浮空
2 常用的接地方法(4) 常用的接地方法(4)
（4） 多机系统的接地
过程 通道 主机 打印机
1 微机控制系统中的地线
(1)数字地，或逻辑地。 (2) 模拟地。 (3) 安全地。又称为保护 地或机壳地，屏蔽地。 (4) 系统地。 (5) 直流地。 (6) 交流地。
2 常用的接地方法(1) 常用的接地方法(1)
（1） 一点接地和多点接地
6.3 系统供电及接地技术
图6.15 串联一点接地
图6.16 并联一点接地
4
采用具有高共模抑制比的仪表
采用具有高共模抑制比的仪表放大器作 为输入放大器： 为输入放大器 ： 仪表放大器具有共模抑 制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益 可调等优点，是一种专门用来分离共模 干扰与有用信号的器件。
6.2 硬件抗干扰技术
6.2.2
串模干扰的抑制
1. 在输入回路中接入模拟滤波器 使用双积分式A/D转换器 A/D转换器 2. 使用双积分式A/D转换器 3. 采用双绞线作为信号线 4. 电流传送 5. 对信号提早处理 选择合理的逻辑器件来抑制。 6. 选择合理的逻辑器件来抑制。
6.2 硬件抗干扰技术
3. 采用双绞线作为信号线
若串模干扰和被测信号的频率相当， 则很难用滤波的方法消除。此时，必须采 用其它措施，消除干扰源。通常可在信号 源到计算机之间选用带屏蔽层的双绞线或 同轴电缆，并确保接地正确可靠。采用双 绞线作为信号引线的目的是减少电磁。双 绞线能使各个小环路的感应电势相互抵消。 一般双绞线的节距越小抗干扰能力越强。
计算机控制系统作业参考答案
《计算机控制系统》作业参考答案作业一第一章1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。
答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。
图1.3-2 典型的数字控制系统1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。
答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：（1）数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。
（2）直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。
（3）监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC计算机提供最佳给定值和最优控制量等。
（4）分布式计算机控制系统。
以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT操作站相连。
1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。
与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：（1）)控制规律灵活，可以在线修改。
（2）可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标。
13 计算机控制系统中的抗干扰技术
干扰
内部干扰是由系统的结构布局、线路设计、 内部干扰是由系统的结构布局、线路设计、元器件 是由系统的结构布局 性质变化和漂移等原因造成的 内部干扰 主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应， 主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电 磁场辐射感应，长线传输的波反射， 磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成 的电位差引入的干扰， 的电位差引入的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热 噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。 噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。
6.2.5 共模干扰的抑制
共模干扰产生的原因主要是不同的地之间存在共模电压， 共模干扰产生的原因主要是不同的地之间存在共模电压 ， 以及模拟信号系统对地的漏阻抗。 以及模拟信号系统对地的漏阻抗。共模干扰的抑制措施主要 有三种：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽。 有三种：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽。
6.2.1 接地技术
地线系统分析
在过程计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、 数字地、安全地、系统地和交流地。 – 模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换中模 模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换中模 作为传感器 拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小， 拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小， 而且与生产现场相连。 而且与生产现场相连。 – 数字地作为控制系统中各种数字电路的零电位，应该与模 数字地作为控制系统中各种数字电路的零电位 作为控制系统中各种数字电路的零电位， 拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。 拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。 – 安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带 安全地的目的是使设备机壳与大地等电位 的目的是使设备机壳与大地等电位， 电影响人身和设备的安全。 电影响人身和设备的安全。通常安全地又称为保护地或机 壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。 壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。 – 系统地是以上几种地的最终回流点，直接与大地相连 。 系统地是以上几种地的最终回流点 是以上几种地的最终回流点， – 交流地是计算机交流供电电源地，即为动力线地，它的地 交流地是计算机交流供电电源地，即为动力线地， 是计算机交流供电电源地 电位很不稳定。 电位很不稳定。
于海生---微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
!(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么—由四部分组成。
图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：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控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
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。
第三章计算机抗干扰技术
3.3 软件抗干扰措施
（5）输入输出数字信号的抗干扰措施 a.输入的数字信号，可以通过重复检查 的方法 b.反复向这些端口定期重写控制字、输 出状态字，来维持既定的输出端口状 态。 (重复输出同一数据)
3.3 软件抗干扰措施
2 提高软件自身的可靠性 （1）采取措施，减少软件设计中的错 误。 模块化设计、进行软件评审和对软件进 行测试等； （2）采用能提高可测试性的设计
3.1 干扰信号的类型及其传输形式
1.2按干扰与信号的关系分类 （1）串模干扰信号 串模干扰信号是指串联于有用信号源回路之中的干扰， 也称横向干扰或正态干扰。 当串模干扰的幅值与有用信号相接近时，系统就无法 正常工作，数据会严重失真，甚至是错误的。 产生串模干扰的原因主要是当两个电路之间存在分布 电容或磁坏链现象时，一个回路中的信号就可能在另 一个回路中产生感应电动势，形成串模干扰信号。另 外信号回路中元件参数的变化也是一种串模干扰信号。 （2）共模干扰信号
3.2 抗干扰技术
3、隔离技术 变压器隔离 继电器隔离 光电隔离
3.2 抗干扰技术
4、串模干扰的抑制 串模干扰 主要来自于电源(多为50Hz的工频干扰及其 高次谐波)、长线传输中的分布电感和分布 电容以及传感器固有噪声等。
3.2 抗干扰技术
抗串模干扰的技术措施有 ： (1)合理选用信号线。 (2)在信号电路中加装滤波器。 (3)选择合适的A／D转换器。 (4)采用调制解调技术。 (5)用光电耦合器隔离干扰。 (6)配备高质量的稳压电源 。
3.2 抗干扰技术
（2）浮地系统和接地系统 接地系统——是指设备的整个地线系统和大 地通过导体直接连接。 优点：对人员比较安全，也有利于抗干扰 。 缺点：可能会导致器件被击穿 。
计算机控制简答题
3（1）什么是计算机控制系统它由哪几部分组成答：将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。
计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等。
3（2）计算机控制系统有哪几类各有什么优缺点答：操作指导控制系统：优点：控制过程简单，且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
缺点：它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。
直接数字控制系统：优点：设计灵活方便，经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制。
监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。
SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活。
缺点：数学模型的建立比较困难。
集散控制系统：优点：通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。
缺点：系统比较复杂。
计算机集成制造系统：优点：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
现场总线控制系统：优点：成本低、可靠性高，而且在同一的国际标准下可以实现真正的开放式互联系统结构。
嵌入式控制系统：优点：嵌入式控制系统是面向特定应用而设计的、对功能、可靠性、成本、体积、功耗等进行严格要求的专用计算机控制系统，具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点，制作成本高，但系统开发投入低，应用灵活。
于海生---微型计算机控制技术课后习题答案
第二章 输入输出过程通道1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。
2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 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。
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：输入调理电路将来自控制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，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。
4.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。
光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图2.1所示。
输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。
图2.1光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？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、接口及控制逻辑电路组成。
(1)I/V 变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。
(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。
(3)采样保持器：A/D 转换器完成一次A/D 转换总需要一定的时间。
在进行A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，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。
(4)A/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)。
计算机控制习题解答-独家
计算机控制系统习题集目录一各章习题 (1)二填空题练习 (6)三简答题练习 (8)四综合题练习 (11)一各章习题1.1 第1章绪论1. 计算机控制系统的硬件主要包括哪几个部分？2. 什么是过程控制通道，过程控制通道主要有哪几种？3. 根据计算机控制系统的发展历史和在实际应用中的状态，计算机控制系统可分为哪6类，各有何特点？4. 计算机控制系统从深度和广度两方面各有何发展趋势。
1.2 第2章计算机控制系统中的检测设备和执行机构1. 什么叫传感器及变送器？2. 简述压力检测的主要方法和分类。
3. 简述温度检测的主要方法和分类。
4. 简述热电偶测温的原理。
2. 物位仪表分为哪几类？6. 简述电容式差压变送器的工作原理。
7. 简述常用执行机构和执行器的工作原理。
8. 简述TT302温度变送器的结构和工作原理。
9. 简述交流、直流伺服电机的工作原理。
10.简述步进电机的工作原理。
1.3 第3章计算机总线技术1.什么叫总线？为什么要制定计算机总线标准？2.计算机总线可以分为哪些类型？3.评价总线的性能指标有哪些？4.STD总线有哪些特点？5.常用的PC总线有哪些？各有什么特点？6.简述PCI总线的性能特点。
7. 简述IEEE-488总线的工作过程。
8. 详述RS-232C 、RS-485和RS-422总线的特点和性能。
9. RS-232C 总线常用的有哪些信号？如何通过该接口实现远程数据传送？10. 什么是平衡方式和不平衡传输方式？试比较两种方式的性能。
11. USB 数据传输方式有哪几种？USB 协议中是如何区分高速设备和低速设备的？12. 简述USB 总线的枚举过程1.4 第4章 过程通道与人机接口1．什么是过程通道？过程通道由哪几部分组成？2．画出数字量输入输出通道的结构。
3．在数字量输入调理电路中，采用积分电容或RS 触发器是如何消除按键抖动的？4．数字量输出驱动电路有哪三种形式？各有什么特点？5．画出D/A 转换器原理框图，并说明D/A 转换的原理。
抗干扰技术专业知识
U c1
RC RC Zc3
U cm
RC Zc3
U cm
Us
CMRR 20 lg Ucm 20 lg
Zc3
Un
Z s1 Z1
Zs2 Z2
RC
Zs IC
Z s1
I1
A R1 模
Zs2
I2
B
Ri
拟 地
R2
ZC2 RC
ZC3
U cm
3.2.3 长线传播干扰旳克制
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，能够消除 长线传播中旳波反射或者把它克制到最低程度。
(3)使用双积分式A/D转换器
双积分式A/D能够有效地克服工频干扰以及对称干 扰旳影响。
(4)选用高抗干扰性旳元器件 (5)供电技术与阻抗匹配技术
3.2.2 共模干扰旳克制
共模干扰是主要旳干扰类型 原因：不同地旳共模电压；模拟信号系统对地旳漏阻抗
1．隔离技术 利用变压器隔离或光电隔离器件把信号侧与输入侧隔
双绞线
放大器
调制
Us
U cm
解调
计算 机系
统
(2)光电隔离
将测量信号由电压－频率转换为脉冲信号，可采用光电
隔离。是一种十分理想旳隔离器件，将输入信号旳 大小转化为光信号旳强弱，控制输出信号旳大小。 用于传递模拟信号旳光电隔离器件目前有了较多旳 应用。
R
放大器
双绞线
Us
C
信号接受端 A/D
U cm
（3）浮地屏蔽 采用浮地与屏蔽措施能够使模拟地浮空，提升整个回路对
1.单端输入：一种输入信号， 地端为参照电压；
共模干扰电压经输入回路 在信号源内阻上产生旳 串模干扰电压为： Zs是信号源内阻，Zi是 输入阻抗 结论：提升系统输入回路 旳输入阻抗，有利于提 升系统旳抗共模干扰能 力。
抗干扰技术
抗干扰技术•定义：抗干扰技术就是研究干扰的产生根源、干扰的传播方式和避免被干扰的措施（对抗）等问题。
机电一体化系统的设计中，既要避免被外界干扰，也要考虑系统自身的内部相互干扰，同时还要防止对环境的干扰污染。
国家标准中规定了电子产品的电磁辐射参数指标。
•外部干扰由使用条件和外部坏境因素决定。
外部坏境有：天电干扰（雷电或大气电离作用以及其他气象引起的干扰电波）天体干扰（太阳和其他星球辐射的电磁波）电气设备的干扰（广播电台或通讯发射台发出的电磁波）瞬变过程的设备也会产生较大的干扰（荧光灯、开关等）内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入的有：分布电容、分布电感引起的耦合感应元器件产生的噪声多点接地造成的点位差引入的干扰等等•传播途径静电耦合：磁场耦合：公共阻抗耦合：发生在两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的电压降会影响到另一个电路，从而产生干扰噪声的影响•串模干扰的抑制串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声机干扰串联在信号源回路中方法是：采用双绞线和滤波器两种措施双绞线：两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成，为了增强抗干扰能力，可在双绞线的外面加上金属编织或护套形成屏蔽双绞线引入滤波电路•共模干扰的抑制共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入端上共有的干扰电压方法：采用变压器来隔离“模拟地”和”数字地•长线传输干扰的抑制方法：始端阻抗匹配•抗干扰的措施：提高抗干扰的措施最理想的方法是抑制干扰源，使其不向外产生干扰或将其干扰影响限制在允许的范围之内。
由于车间现场干扰源的复杂性，要想对所有的干扰源都作到使其不向外产生干扰，几乎是不可能的，也是不现实的。
另外，来自于电网和外界环境的干扰，机电一体化产品用户环境的干扰源也是无法避免的。
因此，在产品开发和应用中，除了对一些重要的干扰源，主要是对被直接控制的对象上的一些干扰源进行抑制外，更多的则是在产品内设法抑制外来干扰的影响，以保证系统可靠地工作。
计算机控制系统的抗干扰技术
（） １屏蔽措 施。由生产现场到计算机 的距 离一般 比较远 ， 输线很 传 长。 传输线越长 ， 线上的干扰就越大 ， 这时需 要使用带屏蔽的双绞线来降
低 共模干扰 。双绞线节距越短 ， 抗干扰效果越好 。
１ 主要 干扰源
１ 电 源 干扰 ． １
关 键 词 ： 算机 控 制 系统 ； 干扰 技 术 ； 件 系统 ； 件 系统 计 抗 硬 软 中 图分 类 号 ：１ ７ ＋ １ ２ ３． Ｐ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ
计算机控制系统的被控量 分布在生产现场的各 个角落 ， 由于工业控 制现场环境恶劣 ， 种干扰 大量存 在 ， 各 这些干扰会影 响系统 的测控精 度， 降低 系统的可靠性 ， 严重的还会导致系统的运行混乱 ， 造成生产事故。 因 而 在实际的应用设计 中 ， 要提高控制 系统 的抗 干扰能力 ， 保证计算机 控 制 系统在恶劣的工作环境中能可靠地工作 。 本文从硬件和软件两方面对 计算 机控制 系统的抗干扰技术进行 了初步 的讨论。
断裂处 。 ３３ 程序运行监控 系统（ Ｔ Ｈ ＯＧｌ － ＷＡ Ｃ Ｄ
（） １采用供 电比较稳定 的进线 电源 。计算机控制 系统 的电源进线要
尽量选用 比较稳定 的交流 电源线 ，至少不要将 系统接到 负载变化 大、 晶
闸管设 备多或者有高频设备的 电源上。
（ ） 交流稳 压器稳定 电网电压。 ２采用 一般采用图 １ 的方式设计电源。 首先 ， 电流经过交流稳 压器后 ， 能有效抑制电网电压的波动 。 但输入端的 脉冲干扰 、 多次谐波干扰还可能会传播到后级 电路 。为此在 电路中设有 低通滤波电路。由于低通滤波器主要 由电感 、 电容元件组成 ， 其设计仅允
计算机控制技术期末复习试题附答案.
第一章 计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么？计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。
2、计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。
计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。
3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些？稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些？各项 连续控制系统 计算机控制系统信号形式 都是模拟信号 模拟信号、数字信号皆有控制规律实现 由模拟电路实现 由计算机通过程序实现控制形式 整个过程始终连续控制 整个过程始终离散控制控制器作用 一个控制器控制一个回路 一个控制器分时控制多个回路功能强度 简单控制 具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能 自动化程度 自动化程度低 便于实现控制与管理的一体化5、计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统 SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统 DCS⑥现场总线控制系统FCS外部设备操作台 输入通道 检测装置输出通道 执行机构 计 算 机 被 控 对 象二、按控制规律分类①程序和顺序控制② PID 控制③最少拍控制④复杂规律的控制⑤智能控制第二章 离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些？连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t)离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t)离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的？一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。
关于提高计算机控制系统抗干扰性、可靠性方法的研究
关于提高计繇疆信息科拳算机控制系统抗干扰性、可靠性方法的研究张军伟1李毅凯2(1．保定电力职业技术学院河北保定0710022．河北大学图书馆河北保定071002)[摘要]分析各类干扰对计算机控制系统安全可靠性的影响，提出增强计算机控制系统抗干扰性、可靠性的若干技术措施。
阐释提高实时性能在工控计算机系统中的意义和具体的实现方法。
[关键词]计算机控制抗十扰技术实时件能程序容错接地中图分类号：TP3文献标识码：^文章编号：1671—7597(2008)0910033—01一、引言近年来，计算机控制系统在工业自动化、生产过程控制、智能化仪表等领域的应用越来越深入和广泛。
计算机控制系统是自动控制理论和计算机技术相结合的产物。
其运行是计算机与外部世界动态交换、处理信息的过程。
外部的干扰、内部的故障都会导致系统的不稳定，使计算机硬件的工作遭到破坏，计算机的软件也受到冲击，甚至酿成灾难性的恶果。
因此，提高计算机控制系统的可靠性与抗干扰能力，不仅涉及其使用价值和经济效益，而且对生产设备和人身安全都具有重要的意义。
=、各类干扰_及其对计算机控制系统的影一干扰是指除有用信号以外的散杂信号。
这些散杂信号中的某些信号会引起有用信号的畸变从而产生数据错误，扰乱程序的正常运行，有些甚至损坏计算机控制系统。
干扰包括外部干扰和内部干扰，外部干扰是由与计算机控制系统本身不相干的外部环境和使用条件产生的；而内部干扰则是指由控制系统的结构布局、生产工艺等冈素引起的干扰。
三、计算机控制系统抗干扰技术要想抑制干扰的产生就要分析干扰形成的原因，从而帮助我们将干扰对系统造成的危害降到最低限度。
形成千扰的基本要素有三个，如图l所示。
(1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都町能成为干扰源。
(2)传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
(3)敏感对象。
指容易被干扰的对象。
广———]厂————]厂—————1I干扰源卜．|传国逸径卜．I敏撇I．．．．．．．．．．．．．_J【．．．．．．．．．．．．．．．．．-J1．．．．．．．．．．．．．．．．_J图l干扰形成的基本过程由图1可以看出，干扰源、传播路径、敏感器件三个因素是形成干扰的必要条件。
计算机控制技术(第三版)章 (6)
2.按干扰与信号的关系分类 (1)串模干扰信号。串模干扰信号是指串联于有用信号源回 路之中的干扰，也称横向干扰或正态干扰。其表现形式如图6-1 所示。当串模干扰的幅值与有用信号相接近时，系统就无法正 常工作， 即这时提供给计算机系统的数据会严重失真，甚至是错误 的。 产生串模干扰的原因主要是当两个电路之间存在分布电容 或磁环链时，一个回路中的信号就可能在另一个回路中产生感 应电动势，形成串模干扰信号。另外，信号回路中元件参数的 变化也是一种串模干扰信号。
模拟电路的抗干扰隔离技术还可将模拟信号转换为数字信 号，然后采用数字系统的某种电位隔离方法，特别是光电隔离 法，最后再由数/模转换器复原。
图6-5 光电耦合器隔离
6.2.4 串模干扰的抑制 串模干扰(又称常态干扰、正相干扰)是指干扰电压和信号
电压串联叠加于负载或放大电路的输入端，它常常表现为一个 输入端对另一个输入端电压变化的干扰。串模干扰主要来自于 电源(多为50 Hz的工频干扰及其高次谐波)、长线传输中的分布 电感和分布电容以及传感器固有噪声等。
1.电场屏蔽 电场屏蔽的作用是抑制电路之间由于分布电容耦合而产生 的电场干扰。电场屏蔽一般采用低电阻金属材料作为屏蔽层和 外罩，使内部的电力线不传至外部，同时外部的电力线也不影 响内部。实际应用中，盒形屏蔽优于板状屏蔽，全密封的优于 有窗孔和有缝隙的。屏蔽体的厚度一般由结构需要决定。
2.电磁屏蔽 电磁屏蔽主要用来防止高频电磁场对电路的影响。电磁屏 蔽包括对电磁感应干扰及电磁辐射干扰的屏蔽。它采用低电阻 的金属材料作为屏蔽层。电磁屏蔽利用屏蔽罩在高频磁场的作 用下，会产生反方向的涡流磁场而与原磁场抵消，来削弱高频 磁场的干扰；又因屏蔽罩接地，也可实现电场屏蔽。由于电磁 屏蔽利用了屏蔽罩上的感生涡流，因而屏蔽罩的厚度对于屏蔽 效果影响不大，而屏蔽罩是否连续却直接影响到感生涡流的大 小，也即影响到屏蔽效果的好坏。如果在金属体上垂直于电流 方向上开缝，就没有屏蔽效应。原则上屏蔽体越严密越好。因 此，电磁屏蔽层的接缝应注意良好的焊接与密封，通风孔与操 作孔应尽量开小。
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• 在计算机控制系统的现场，往往有许多强电设备，它们的启动和工作 过程中将产生干扰电磁场，另外还有来自空间传播的电磁波和雷电的
干扰，以及高压输电线周围交变磁场的影响等。
高压电线
雷电
过程控制系统
雷达、电台等 天线发射装置
引 入 噪 声
地电位波动
交流动力线
电机、电焊机等 大用电设备
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第9章 计算机抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
产生差模干扰的原因
主要有分布电容的电场耦合，空间的磁场耦合，长线传输的互 感，50Hz工频干扰，以及信号回路中元件参数变化等。
差模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
共模干扰：
• 是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压,共模干 扰也称为共态干扰或纵向干扰。
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第9章 计算机抗干扰技术
磁场耦合
– 在任何载流导体周围都会产生磁场，当电流变化时会引起交变磁场，该 磁场必备内部，线圈或变压器的漏磁也会引起干扰；在设备外部，平行架 设的两根导线也会产生干扰，由于感应电磁场引起的耦合，可以计算感 应电压
第9章 计算机抗干扰技术
第9章
计算机控制系统中的抗干扰技术特点、 作用和应用
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第9章 计算机抗干扰技术
本章主要内容
• 干扰的传播途径与作用方式 • 硬件抗干扰技术 • 软件抗干扰技术
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1 干扰的传播途径 与作用方式
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第9章 计算机抗干扰技术
干扰传播途径主要有： • 电场耦合
• 磁场耦合
电场耦合
• 公共阻抗耦合
– 电场耦合又称静电耦合，是通过电容耦合窜入其他线路的。
– 电场干扰可以通过两根导线之间构成的分布电容窜入系统
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第9章 计算机抗干扰技术
Un
1
jRC12 jR(C12 C2g )
U1
当导体2对地电阻R很小时，使jωR(C12+C2g) << 1时，式(9.1)可以近似表示为
Un jRC12U1
这表明干扰电压Un与干扰频率ω和幅度U1、输入电阻R、耦合电容C12 成正比关系。
当导体2对地电阻R很大，使jωR(C12+C2g) >> 1时，式(9.1)可以近似表示为
Un
C12 C12 C2g
U1
在这种情况下，干扰电压Un由电容C12和C2g的分压关系及U1所确定， 其幅值比前两种情况大得多。
因为Zr>>Zs，则
U n1
Zs Zr
U cm
• 其中，Zs是信号源内阻(含信号引线电阻)，Zr 是放大器输入阻抗。显然，Zr越大，或Zs越小， Un1越小，越有利于抑制共模干扰。
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第9章 计算机抗干扰技术
• 图 9.8(b)所示为放大器双端输入情况，Zs1、
Zs2为信号源内阻，Zc1、Zc2为系统输入阻抗。
•计算机的地、信号放大器的地与现场信号源的地一般相隔一段距离，在 两个接地点之间往往存在一个电位差Vc，该电位差是系统信号输入端上 共有的干扰电压，会对系统产生共模干扰。
共模干扰示意图
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第9章 计算机抗干扰技术
• 对于系统的干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰的方式 表现出来。
两种输入方式时共模电压的引入
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.1 干扰的来源
计算机控制系统中干扰的来源是多方面的:
干扰
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外部干扰
外部干扰与系统结构无关，是由使用条件和外 部环境因素决定的。
主要有：天电干扰，如雷电或大气电离作用引起 的干扰电波；天体干扰，如太阳辐射的电磁波； 周围电气设备发出的电磁波的干扰；电源的工频 干扰；气象条件引起的干扰；地磁场干扰；火化 放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。
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第9章 计算机抗干扰技术
• 图 (a)所示为信号单端输入情况，Zs是信号源 内阻，Zr是系统输入阻抗。共模干扰电压Ucm 和信号源电压Us相加共同作用于回路，此时，
共模干扰全部以差模干扰形式作用于电路。由
Ucm引起系统输入的差模电压Un1为
•
U n1
Zs Zs Zr
U cm
共模电压Ucm引起系统输入端的差模干扰电压
Un2为
Un2
Zc1 Zs1 Zc1
Zc2 Zs2 Zc2
Ucm
• 若Zs1=Zs2，Zc1=Zc2，则Un2=0，系统没有
引入共模干扰。实际上，两个输入端不可能作 到完全对称，因此，Un2≠0，也就是说实际上 总是存在一定的共模干扰电压。当Zs1和Zs2 越小，Zc1和Zc2越大，并且Zc1和Zc2越接近 时，共模干扰电压就越小
Un jMI1
其中： • ω为感应磁场交变角频率 • M为两根导线之间的互感 • I1为导线1中的电流
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•公共阻抗耦合
– 公共阻抗耦合干扰是由于电流流过回路间公共 阻抗，使得一个回路的电流所产生的电压降影 响到另一回路。
– 在计算机控制系统中，普遍存在公共耦合阻抗， 例如，电源引线、印刷电路板上的地和公共电 源线、汇流排等。这些汇流条都具有一定的阻 抗，对于多回路来讲，就是公共耦合阻抗。
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公共电源线的阻抗耦合 公共地线的阻抗耦合
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9.1.3 干扰的作用方式
• 按干扰作用方式的不同，可分为差模干扰、共模干扰和长 线传输干扰。
差模干扰：
又称串模干扰，是指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串 联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统。差模干扰 与被测信号在回路中处于同样的地位，也称为常态干扰或 横向干扰。
内部干扰是由系统的结构布局、线路设计、元器件 内部干扰 性质变化和漂移等原因造成的
主要有：分布电容、分布电感引起的耦合感应，电 磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成 的电位差引入的干扰，寄生振荡引起的干扰以及热 噪声、闪变噪声、尖峰噪声等。
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第9章 计算机抗干扰技术
9.1.2 干扰的传播途径
与干扰相关的几个概念：
干扰： 是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备 不能正常工作的破坏因素。
干扰源： 产生干扰信号的原因 干扰对象： 干扰源通过传播途径影响的器件或系统 干扰系统的三个要素：干扰源、传播途径及干扰对象。
抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取必要 措施来实现的。
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