计算机控制技术复习重点
计算机控制技术复习要点
计算机控制技术复习要点计算机控制技术复习提纲⼀、绪论基本概念闭环控制系统、开环控制系统控制点、检测点、控制回路采样周期、控制周期DAS、DDC、SCC、DCS、FCS、CIMS、CIPS计算机控制系统的组成与⼯作过程测量、计算、控制、管理采样周期≤控制周期计算机控制系统的组成硬件、软件硬件主机、外设、通道、接⼝、⼈机界⾯、通信接⼝、RTC、⾃动化仪表软件系统软件、应⽤软件计算机控制系统的分类(分类⽅法不同、类别不同)按控制⽅案、系统构成、形态等分类：数据采集系统DAS直接数字控制系统DDC计算机监督控制系统SCC集散控制系统DCS现场总线控制系统FCS，主流现场总线⼯业过程计算机集成制造系统CIMS/CIPSDDC、DCS的特点DCS的优点FCS的优点，典型现场总线计算机控制系统的发展趋势*⼆、计算机控制系统总线技术基本概念总线、接⼝、内总线、外总线、串⾏总线、并⾏总线、⾮平衡电⽓特性、平衡电⽓特性微机系统常⽤内总线和外总线ISA、PCI、RS-232、RS-422、RS-485、USB、IEEE488ISA/PCI的主要性能指标寻址空间、最⼤数据传输率，译码电路设计……CompactPCI:特点：紧凑式，欧式连接器，热插拔PCIe:特点：串⾏、⾼速、点对点、×4 … ×32RS-232性能特点距离、速率、电⽓特性、抗扰能⼒全双⼯L<15mRS-422性能特点距离、速率、电⽓特性、节点数、抗扰能⼒全双⼯L<1200mRS-485性能特点距离、速率、电⽓特性、节点数、抗扰能⼒半双⼯L<1200为何RS-422/RS485具有更强的抗扰能⼒？平衡传输（差分传输）……RS-485⽹络的地址分配有何要求唯⼀RS-422转为RS485？Rx+ T x+ →DATA+Rx- Tx- →DATA-三、过程输⼊输出通道接⼝技术基本概念离散信号、连续信号、模拟信号、采样、保持、量化、采样/保持器、零阶保持器、模拟开关、过程通道、模拟量输⼊通道、模拟输出通道、开关量输⼊通道、开关量输出通道、⼲接点、湿接点、串模⼲扰、共模⼲扰模拟量输⼊通道单极性、双极性、差动输⼊、单端输⼊技术指标，组成和接⼝技术、A/D采集程序设计模拟量输⼊通道信号内阻、模拟开关内阻、输⼊阻抗之间的关系变送器为何使⽤4-20mA电流传输⽽不⽤电压到A/D？模拟量输出通道D/A转换器的主要技术指标，D/A是零阶保持器？AO通道组成和接⼝技术、D/A输出程序设计I/O通道光电耦合器的特点、种类光电耦合器的抗扰机理和作⽤I/O通道的组成V/I转换为何计控系统多使⽤电流传输常⽤V/I转换电路*常⽤I/V转换电路*计控系统抗扰技术与可靠性设计⼲扰分类按根源分：放电噪声、⾼频振荡噪声、浪涌噪声按传导⽅式分：串模、共模按波形性质分计控系统抗扰技术与可靠性设计抗串模⼲扰的硬件措施滤波电路：有源滤波电路、⽆源滤波电路低通、⾼通、带通、带阻双积分A/D双绞线前置放⼤计控系统抗扰技术与可靠性设计抗共模⼲扰的硬件措施隔离：光电，变压器隔离浮空平衡对称输⼊，仪表放⼤器良好接地抗扰软件措施参考数字滤波四、滤波、标度换算、字长选择基本概念数字滤波、标度变换、⼯程量、字长数字滤波的优点常⽤数字滤波特点、适⽤场合低通滤波器程序判断滤波中值滤波算数平均值滤波加权平均值滤波滑动平均值滤波⼯程量（标度变换）转换公司及应⽤线性标度变换⾮线性标度变换字长选择A/D字长选择D/A字长选择结合常⽤的A/D和D/A五、计算机控制系统的控制规律对象典型环节⽐例环节、积分环节、惯性环节、纯滞后环节被控对象性能指标静态性能指标：稳态误差动态性能指标：超调量、调节时间、峰值时间、衰减⽐、振荡次数综合性能指标*：积分性能指标，末值型指标，复合型指标对象特性对控制性能的影响对象特性（扰动通道、控制通道）放⼤系数（⽐例系数）惯性时间常数纯滞后时间对象特性对控制性能的影响放⼤系数（⽐例系数）对控制性能的影响惯性时间常数对控制性能的影响纯滞后时间对控制性能的影响数字控制器的导出⽅法双线性变换、前向差分、后向差分→位置/增量型算式微分⽅程→位置/增量型算式D(s)、D(z) →位置/增量型算式PID控制规律P、I、D、PI、PD、PID作⽤及其阶跃响应PID控制规律中KP、TI、Td对控制系统性能的影响数字PID位置型算式及其特点增量型算式及其特点引申：可以根据微分⽅程、S传函、Z传函或系统⽅框图等推导各类数字算式计算机实现步骤KP、TI、Td对控制系统性能的影响数字PID数字PID算法的改进抗积分饱和积分分离积分限幅不完全微分PID算法算式推导优点阶跃响应曲线数字PID微分先⾏PID算式推导特点及使⽤场合带死区的PID控制算法特点及作⽤PID参数整定PID控制参数对系统性能的影响控制规律的选择： ? 即P 、PI 、PID 及复杂规律的选择 ? 根据响应波形判断PID 参数的增加或减⼩ ? 采样周期的选择 ? 采样定理，由实际系统确定，经验法 ? 扩充临界⽐例度法整定PID 参数* ? 控制度、整定⽅法 ?数字控制器离散化设计 ? 最⼩拍控制系统 ? 有纹波系统 ? ⽆纹波系统 ?串级控制 ? 串级控制概念 ? ⼀个控制器的输出作为另⼀个控制器的给定值 ? 主回路、副回路 ? 克服扰动的机理 ? 副回路提前对扰动进⾏抑制 ? 增⼤等效放⼤系数、减⼩等效时间常数 ? 主、副回路采样周期的确定 ? ⼀般不等，⼆者可⼤可⼩、相差3倍以上为宜 ? 应将主要扰动因素包括在副回路 ?前馈控制 ? 前馈控制概念 ? 对扰动量进⾏补偿的开环控制 ? 理论上：影响多少，补多少 ? 实际：不⾏ ? 静态前馈 ? 动态前馈 ?前馈-反馈控制 ? 具有前馈控制和反馈控制的优点 ? 计算机实现步骤* ?模糊控制 ? 基本概念 ? 模糊集合与运算、⾪属函数、⾪属度、论域、⼆维模糊控制器 ? 模糊关系 ? ⾃返性、对称性、传递性 ?模糊矩阵 ? 交运算并运算 ? 补运算合成运算* ?模糊控制器的组成 ? 模糊化接⼝、规则库、推理机、清晰化接⼝ ? 典型⼀、⼆维模糊控制器的结构以系统的偏差、偏差变化率作为控制器的输⼊、控制量作为控制器的输出 ? 推理→模糊规则→控制表→查表e ΦΦ和的确定六、计算机控制系统的设计*设计步骤确定测控任务（需求分析）确定总体⽅案确控制算法主机选型设计（硬件配置）仪表选型设计硬件设计软件设计系统调试验收/归档。
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1. 开环控制系统开环控制系统是指控制器按照先验的控制方案对对象或系统进行控制，使被控制对象或系统能按照约定来运动或变化。
2 闭环控制系统增加了一个比较环节和一个来自被控参数的反馈信号3 操作指导控制系统OGC、操作指导系统是基于生产过程数据直接采集的非在线的闭环控制系统直接数字控制系统DDC、直接数字系统是计算机控制系统最基本形式，也是应用最多的一类计算机控制系统，可以实现在线控制。
监督控制系统SCC、计算机监督控制系统是一种两级计算机控制系统该类系统类似计算机操作指导控制系统。
集散控制系统DCS(分布式控制系统)、采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治、综合协调。
一般分为四级：过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。
现场总线控制系统FCS现场总线控制系统利用现场总线将各智能现场设备，各级计算机和自动化设备互联，形成了一个数字式全分散双向串行传输，多分支结构和多点通信的通信网络。
计算机集成制造系统CIMS计算机集成制造是将工业生产的全过程集成由计算机网络和系统在统一模式进行，包括从设计、工艺、加工制造到产品的检验出厂一体化的模式。
目前已将制造集成转换为信息集成。
4 执行器是过程计算机控制系统中的一个重要组成部分。
其作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
有各种不同的分类方法：①按动力能源分类分为气动、电动、液动执行器。
特点是结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆，价格较低；②按动作极性分类分为正作用、反作用执行器③按动作行程分类分为角行程、直行程执行器④按动作特性分类分为比例式、积分式执行器5 运动控制中常用的执行机构•直流伺服电机（永磁式和电磁式：串、复、它、并励）具有启动力矩大，调速范围广，控制方便，机械特性和调节特性线性度好等特点。
•交流伺服电机调速范围大，稳定性好，反应快速灵敏，无“自转”现象，启动转矩应大，•步进电机（脉冲电机）其功用是将脉冲电信号转换成相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步。
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1.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。
2.微型计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：（1）硬件部分和软件部分。
硬件部分由主机，I∕O接口，外部设备，检测元件与执行机构，操作台。
作用：主机：计算机控制系统的核心，控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算和操作，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。
I∕O 接口：微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁，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。
外部设备：为扩大计算机主机的功能而设置的。
用来显示，打印，存储和传送数据。
检测元件与执行机构：传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变为电学量，热电偶把温度信号变成电压信号，压力传感器把压力变成电信号。
变送器的作用将传感器得到的电信号转换成适合计算机接口使用的电信号。
3.计算机控制系统功能分类有哪几种？答：1.操作指导控制系统2.直接数字控制系统 3.监督计算机控制系统4集散控制系统5现场总线控制及计算机集成制造系统。
4.计算机控制技术的主要发展趋势是什么？答：1综合自动化2网络化3智能化4虚拟化5绿色化。
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第一章1、2、计算机控制过程的四个步骤：（1）实时数据采集（2）实时控制决策（3）实时控制输出（4）信息管理3、计算机控制系统的工作方式：在线方式和离线方式：4、生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。
5、生产过程不和计算机相连，不受计算机控制，而靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
6、实时的含义：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机。
消耗时间越短，实时越好。
7、系统总线：内部总线和外部总线8、计算机控制系统的分类：（1）操作指导控制系统（2）直接数字控制系统（3）监督计算机控制系统（4）分布式计算机控制系统（5）计算机集成制造系统。
第二章1、IPC硬件组成：主板机、系统总线、输入/输出模板、人-机接口、通信接口、系统支持、磁盘系统2、常用的外部总线有：IEEE-488并行总线、RS-233C串行通信总线和RS-422/RS-485串行通信总线3、可编程控制器的分类：（1）按I/O点数划分（2）按处理器功能划分（3）按硬件结构分4、I/O点分数来分类：PLC可分为微型（64以下）、小型（64~256）、中型（256~1024）、大型（1024以上）5、SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合6、嵌入式操作系统包括：Vxworks、Windows CE 、嵌入式Linux 、uc/os和uc/os-Ⅱ第三章1、信息通道包括：过程通道和人-机交换通道2、接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括：输入接口和输出接口3、数字量输入通道的基本功能就是接收外部装置或生产过程的状态信号4、信号调理的功能就是对来自传感器或变送器的信号进行处理，将传感器测量的非电信号或变送器输出的电流信号转换为A/D转换器可以接收的电压信号5、多路转换器（多路开关）是用来进行模拟电压信号切换的关键元件。
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计算机控制技术第1章绪论1. 计算机控制系统计算机控制系统就是利用计算机（常称为工业控制计算机，简称工业控制机IPC）来实现生产过程自动控制的系统。
2.计算机控制系统的控制过程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：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入(2)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将要采取的控制策略。
(3)实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
3．在线方式生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式，反之称为离线方式。
4．实时的含义实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件做出反应的特性。
2个要素：①根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间②该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反应一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。
5．计算机控制系统的典型形式（1）操作指导控制系统（Operational Information System 简称OIS）操作指导控制系统依赖数据采集信息，由计算机根据数学模型计算出生产过程工况，给出操作指导信息，计算机的输出不直接用来控制被控对象。
（2）直接数字控制系统（Direct Digital Control简称DDC ）DDC系统中的计算机直接承担控制任务，属于闭环控制系统。
DDC系统：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，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
（3）监督控制系统SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。
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成考复习资料《计算机控制技术》复习资料1一、填空题1、在计算机控制系统几种典型的应用中系统是开环的控制结构，系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，系统能自动的改变给定值，使生产过程达到最优。
2、STD总线是一种规模最小，面向工业控制，设计周密的位系统总线，VME总线是1981年推出的第一代位工业开放标准总线。
3、D/A转换器的转换原理可以归纳为“按权展开，然后相加”，因此D/A转换器内部必须要有一个，以实现按权值分别进行D/A转换。
4、数控系统由输入装置、输出装置、和 4部分组成，其一般步骤是曲线分割、、。
5、PID控制中积分饱和会引起输出超调使系统不稳定，通常改进的方法有法、法和有限偏差法。
6、根据步进电机的结构分析可知，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，改变步进电机的可以改变其运行方式；改变，可以控制步进电机的正、反转。
7、达林算法的目标是设计合适的数字控制器D(z)，使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望为一个和相串联，并期望闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。
8、在连续系统中，表示输入信号和输出信号关系的数学模型用和来描述；在离散系统中，则用、和离散状态空间表达式来描述。
二、简答题1、过程输入输出通道与主机交换的信息类型有哪些？2、画出数字量输入/输出通道的结构。
3、什么是共模干扰？抑制共模干扰的措施有哪些？4、振铃现象是怎样产生的？它有什么危害？应怎样克服？5、简述冗余技术及其分类。
答案一、填空题1、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统；2、8、32；3、解码网络；4、控制器、插补器、插补计算、折线逼近；5、遇限削弱积分法、积分分离法；6、各相的通电方式或脉冲分配、通电顺序；7、纯滞后环节、一阶惯性环节（顺序可互换）；8、微分方程、传递函数、差分方程、脉冲传递函数。
二、简答题1、答：1）数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，包括数字量和模拟量。
2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。
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第一部分：基本概念部分必须掌握的内容1、计算机控制系统中离线方式和在线方式的含义是什么？2、出典型计算机控制系统的原理框图，并简述数字控制器的模拟化设计步骤。
3、简述增量型PID控制算与位置型PID控制算法相比较具有哪些优点？以及增量型控制算法的不足之处。
4、什么是过程通道？过程通道主要包括哪些类型？5、什么是内部总线？常用的内部总线有哪些？6、什么是共模干扰？如何抑制？7、画出数字控制系统原理框图。
并写出广义对象的脉冲传递函数、闭环咏冲传递函数、误差脉冲传逆函数、以及数字控制器的Z变换的表达式。
8、简述数字控制器的离散化设计步骤。
9、大林算法主要用来解决什么类型的控制问题？筒述大林算法的设计目标。
10、圆弧插补有哪几个步骤？11、串模干扰和工模干扰的含义。
12、信号的接地方式13、数字程序控制方式的类型14、软件抗干扰技术15、集散控制系统的内容16、插补计算过程的步骤。
17、步进电机的工作方式，步距角和齿距角的计算18、简易工程法整定PID参数的方法。
19、最少拍控制算法典型输入信号形式。
20动态矩阵控制算法的含义21前馈控制器的理论基础22采样定理的内容23、数字滤波的方法。
24、量化误差的定义25内部总线的含义26大功率驱动电路的驭动方式第二部分：计算题部分(复习重点)第四章逐点比较法：直线插补和圆弧插补计算，步进电机齿距角和步距角的计算第五章：根据拉氏变换的表达式求Z变换的表达式：例如：G(s)= 一,求G(Z)s~(s + 1)u(k) = K p e(k) + ；2四)+丁。
// i=O e(k) - e(k -1)T2e(k) + 0.40T7计算振铃幅度最少拍无波纹控制器的设计，有波纹控制器的设计波纹产生的原因大林算法的设计目标振俭现象及其消除方法第布章的所有例题第五章的习题3、7、8、9、10、11第三题答案已知模拟调节器的传递函数为l+0.17s0.085s试写出相应数字控制器的位置型PID 算法和增量型PID 控制算式，设采样周期T=0.2so 解：因为 D (S )= 1+°」7, =2(l + -j —) = K (l+-L + 7>)7 0.0855 0.175 " T Q所以=2=0.17, T d =0o 故位置型PID 控制器故增量型PID 控制器 u(k) = u(k -1) + △"(&)=— 1) + K P \e(k)一e(k -1)]+ K t e(k) + K D \e(k) -2e(k 一 1) + e(k - 2)]=〃(# _ 1) + 2®) -e(k -1)] + 老%)Vz • 1 /%(S 1) + 4.35必)一 2e(S 1) =2 e(k) +i=0。
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填空题1.控制信号和时序信号2.被控对象、检测模块、反馈部分3.单工；半双工；全双工4.位同步、帧同步和网同步5.语义、语法、时序6.1物理层、2数据链路层、3网络层、4传输层、5会话层、6表示层、7应用层名词解释1. 通信的双方可以同时发送和接收信息的信息交互方式2. 同步是一种计算机术语，一般指的是在两个或多个数据库、文件、模块、线程之间用来保持数据内容一致性的机制3. 时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。
时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。
4. 量化，在数字信号处理领域，是指将信号的连续取值（或者大量可能的离散取值）近似为有限多个（或较少的）离散值的过程。
5. 现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题简答题1.控制器由程序计数器(以下简称PC)和指令寄存器(以下简称IR)以及控制单元(以下简称CU)组成.PC用来存放当前将要执行的指令所在的地址,也就是地址指针.它于MAR(存储器地址寄存器)有直接的通路,MAR把指令地址提供给PC.同时PC自动加1.指向下一条要执行的指令.IR用来存放当前指令.IR的内容来自内存的MDR(存储器数据寄存器)他的控制过程是:PC做计数器安排指令的执行次序.并提供指令存储的地址供取指令.IR用来储存当前运行的指令,并送与CU解释指令,执行指令2.网络控制技术是大量采用了Internet技术的新型网络控制技术，它可以实现传统SCADA（管理控制与数据采集）系统的全部功能，同时在许多性能上实现了关键性的突破。
它是一个集合了Internet、嵌入控制、软件、网络、网页设计等技术的完善控制系统。
这一控制技术的出现堪称是控制技术领域的一次革命。
计算机控制技术复习重点
计算机控制技术复习重点第1章计算机控制系统概论（5～10）⒈计算机控制系统有哪些特征？⒉计算机控制系统由那几部分组成？说明各部分的主要功能，并画出系统的硬件组成框图。
⒊计算机控制系统按功能分类有几种？⒋说明DDC与SCC的系统的工作原理、特点，它们之间有何区别和联系？并画出DDC、SCC的原理框图。
第2章工业控制计算机组成（5～10）⒈工业控制机的特点有哪些？⒉工业控制机由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？⒊常用的内部部总线有哪些？⒋常用的外部总线有哪些？第3章输入输出接口与过程通道技术（10～15）3.1 数字量输入输出通道⒈利用74LS244与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量输入接口，画出电路原理图，并编写相应的程序。
⒉采用积分电路的小功率输入调理电路的电路图及工作原理。
⒊大功率输入调理电路的电路图及工作原理。
⒋利用74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量输出接口，画出电路原理图，并编写相应的程序。
⒌大功率直流驱动电路的电路图及工作原理⒍小功率直流驱动电路的电路图及工作原理3.2 模拟量输入通道⒈有源和无源I/V的电路图及工作原理。
⒉画出模拟量输入通道的结构图，并说明各部分的功能。
3.3 模拟量输出通道⒈画出模拟量输出通道的结构图，并说明各部分的功能。
第4章计算机控制系统抗干扰技术⒈什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？⒉数字信号通道一般采取哪些抗干扰措施？⒊计算机控制系统中一般有几种接地形式？常用的接地技术有哪些？第5章 数字控制技术（10～15）⒈什么是数字程序控制？数字程序控制有哪几种方式？⒉设给定的加工轨迹为第一象限的直线OP ，起点为坐标原点，终点坐标A （x e ，y e ），其值为(6，4)，试进行插补计算，作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。
⒊三相步进电动机有哪几种工作方式?分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。
第6章 常规与复杂控制技术（30～40）6.1数字控制器的模拟化设计⒈数字控制器模拟化设计方法的步骤有那几步？⒉写出数字PID 控制器的位置算式、增量算式，并比较它们的特点。
计算机控制技术基础知识复习
计算机控制技术基础知识复习第一章绪论自动控制系统：在没有人参与的状况下，经过控制器使消费进程自动地依照预定规律运转的系统。
开环控制系统：指无被控量反应的控制系统，即需求控制的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量关于控制造用没有任何影响的系统。
闭环控制系统：指有被被控量反应的控制系统，即系统的输入信号沿反应通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。
典型工业消费进程：延续进程〔流体〕、团圆进程〔固体〕、批量进程〔延续进程和团圆进程交替停止〕。
计算机控制系统：应用计算机〔通常称为工业控制计算机，简称工业控制机〕来完成消费进程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机〔工业控制机〕和消费进程。
工业控制机是指按消费进程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。
硬件包括主机板、外部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通讯接口、输入输入通道。
软件包括系统软件和运用软件，系统软件包括实时多义务操作系统、引导顺序、调度执行顺序，运用软件是系统设计人员针对某个消费进程而编制的控制和管理顺序，包括进程输入顺序、进程控制顺序、进程输入顺序、人机接口顺序、打印显示顺序和公共子顺序等。
消费进程包括被控对象和测质变送、执行机构、电气开关等装置。
计算机控制系统的任务原理：①实时数据采集：对来自测质变送装置的被控量的瞬时值停止检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量停止剖析和处置，并按已定的控制规律，决议将要采取的控制行为。
③实时控制输入：依据控制决策，适时地对执行机构收回控制信号，完成控制义务。
计算机控制系统的任务进程：测量、计算、控制、管理。
在线方式：消费进程和计算机直接衔接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；离线方式：消费进程和睦计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人停止联络并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
实时：指信号的输入、计算和输入都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度停止控制，超出了这个时间，就失掉了控制的机遇，控制也就失掉了意义。
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第一部分：简答题（复习重点）占25-30分第一章：习题1、3、61 实时，在线离线方式的含义实时，指信号的输入，计算，输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式称为在线方式，生产过程中不和计算机相连，且不受计算机控制，而是依靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
3 控制系统按功能分类操作指导控制系统直接数字控制系统监督计算机控制系统集散控制系统现场总线控制及计算机集成制造系统6 DCS与FCS特点DCS系统每一级都有自己的功能，基本上是独立的，但级与级之间或同级的计算机又有一定的联系，相互之间实现通信。
FCS信号传输实现全数字化系统结构采用全分散化现场设备具有互操作性通信网络为开放式互联网络技术和标准实现了全开放画出计算机控制系统的基本框图，简述计算机控制过程的控制步骤。
能完成多种控制任务，由于计算机只能处理数字信号，为了信号的匹配，在计算机的输入和输出必须配置A/D转换器以及D/A转换器。
反馈量经A/D转换器转换为数字量后，输入计算机。
控制步骤；在控制系统中引入计算机，利用计算机的运算，逻辑判断和记忆等功计算机根据数据偏差，按某种控制规律进行运算，计算结果再经D/A转换器转换为模拟信号输出到执行机构，完成对被控对象的控制。
第二章：1 工业控制计算机，及其特点?工业控制计算机是以计算机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入信号，再根据控制要求将处理结果输出到控制器，去控制生产过程，同时对生产进行监督和管理。
特点; 1 可靠性高 2 实时性好 3 环境适应性好4丰富的输入输出模块5 系统扩展性和开放性好6控制软件包功能强7系统通信功能强8冗余性。
2 工业控制机有哪几部分构成各部分作用典型的工控机由加固型工业机箱，工业电源，主板机，显示板，硬盘驱动器，光盘驱动器，各类输入输出接口模块，显示器，键盘，鼠标，打印机等组成。
计算机控制技术-复习
1、计算机控制系统概念及典型结构图计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。
2、工作原理（①实时数据采集概念②实时控制决策概念③实时控制输出概念）①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
3、几个重要的概念①生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；②生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
在线系统与实时系统之间的关系①在线系统不一定是实时系统，在线采集的数据不一定在当时就进行处理，只要把数据采集来就可以！②实时系统一定是在线系统。
不在线肯定不能满足实时性4、计算机控制系统的组成：分类一：计算机(工业控制机)+生产过程分类二：硬件（物质基础）+软件（灵魂）5、计算机控制系统与连续控制系统相比，具有什么特点：（1）控制规律的实现灵活、方便。
（2）控制精度高。
（3）控制效率高。
（4）可集中操作显示。
（5）可实现分级控制与整体优化，可通过计算机网络系统与上下位计算机相通信，进行分级控制，实现生产过程控制与生产管理的一体化与整体优化，提高企业的自动化水平。
（6）存在着采样延迟6、计算机控制系统的类型：①按计算机参与的形式：可以分为开环和闭环控制系统；②按采用的控制方案：又分为程序和顺序控制、常规控制、高级控制（最优、自适应、预测、非线性等）、智能控制（FUZZY控制、专家系统和神经网络等）。
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：数据采集系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统和计算机集成制造系统六大类。
7、数据采集系统(DAS)功能(1)生产过程的集中监视（2）操作指导（3）越限报警8、直接数字控制系统(DDC)特点（1）计算机通过过程控制通道对工业生产过程进行在线实时控制；（2）计算机参与闭环控制，可完全替代模拟调节器，可实现对多回路多参数的控制；（3）系统是灵活性大、可靠性高，能实现各种从常规到先进的控制方式。
计算机控制技术复习重点
第一部分：基本概念部分必须掌握的内容问答题必须掌握作业题：第一章1、5；第二章3,4；第三章7,8；第四章1，3；第五章2,3；第六章5,6；第七章：5以下为选择题部分包含的内容概念：1 数字PID控制器参数整定的任务是什么？采样周期T的选择与哪些因素有关？2“算术平均值”数字滤波器主要对哪类信号进行滤波？该类信号的特点是什么？3 直线插补的过程分为哪几个步骤？有几种终点判别的方法？1、计算机控制系统中离线方式和在线方式的含义是什么？答： (1)“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。
(2)“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。
2、出典型计算机控制系统的原理框图，并简述数字控制器的模拟化设计步骤。
给定量，微型计算机，反馈线，控制器，D/A转换，执行器，被控对象，被控参数，A/D转换器模拟化设计步骤：1、求出模拟调节器的传递函数D(S)2、选择合适的采样周期T3、把D(S)离散化，求出数字控制器的脉冲传递函数D(z)4、检验系统的闭环特性是否满足设计要求5、把D(z)变换成差分方程的形式，并编程实现6、现场调试3、简述增量型PID控制算与位置型PID控制算法相比较具有哪些优点？以及增量型控制算法的不足之处。
答：与位置算法相比，增量型PID算法有如下优点：(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。
(2)为实现手动——自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。
计算机控制技术复习要点
1．常用的计算机控制系统主机：可编程序控制器（PC）、工控机（IPC）、单片机、DSP、智能调节器。
2．工业控制机：（1）硬件组成主机板、内部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通信接口、输入输出通道（2）软件组成系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，Windows等系统软件。
3．总线概念：所谓总线，就是计算机个模块之间互联和传送信息（指令、地址和数据）的一组信号线。
以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可以分为片级总线和系统总线。
片级总线包括数据总线、地址总线、控制总线、IIC总线，SPI 总线、SCI总线等；系统总线包括ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线等；外部总线包括RS—232C、RS—485、IEEE—488、USB等总线。
ISA：数据线宽度为16位总线，总线时钟为8MHz EISA：数据线宽度为32位总线，总线时钟为16MHz 。
4．PCI主要性能：（1）总线时钟频率33.3/66MHz (2)支持10台外设（3）总线宽度32位（5V）/64位（3.3V）（4）时钟同步方式（5）最大传输速率133MB/S （6）能自动识别外设（7）与CPU及时钟频率无关（8）特别适合与Intel的CPU协同工作5．小功率输入调理电路：采用积分电路消除开关抖动、R—S触发器消除开关两次反跳的方法。
大功率输入调理电路：采用光电耦合器进行隔离。
6．串模干扰：叠加在被测信号上的干扰噪声。
抑制方法：滤波、用双积分式A/D转换器、对被测信号进行前置放大或完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施、利用逻辑器件的特性、采用双绞线作信号引线。
共模干扰：指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。
抑制方法：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比。
长线传输干扰抑制方法：终端阻抗匹配和始端阻抗匹配。
7．数字控制，就是生产机械根据数字计算机输出的数字信号，按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的控制方式。
《计算机控制技术》复习资料
《计算机控制技术》复习资料1一、填空题1、在计算机控制系统几种典型的应用中系统是开环的控制结构，系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，系统能自动的改变给定值，使生产过程达到最优。
2、STD总线是一种规模最小，面向工业控制，设计周密的位系统总线，VME总线是1981年推出的第一代位工业开放标准总线。
3、D/A转换器的转换原理可以归纳为“按权展开，然后相加”，因此D/A转换器内部必须要有一个，以实现按权值分别进行D/A转换。
4、数控系统由输入装置、输出装置、和 4部分组成，其一般步骤是曲线分割、、。
5、PID控制中积分饱和会引起输出超调使系统不稳定，通常改进的方法有法、法和有限偏差法。
6、根据步进电机的结构分析可知，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，改变步进电机的可以改变其运行方式；改变，可以控制步进电机的正、反转。
7、达林算法的目标是设计合适的数字控制器D(z)，使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望为一个和相串联，并期望闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。
8、在连续系统中，表示输入信号和输出信号关系的数学模型用和来描述；在离散系统中，则用、和离散状态空间表达式来描述。
二、简答题1、过程输入输出通道与主机交换的信息类型有哪些？2、画出数字量输入/输出通道的结构。
3、什么是共模干扰？抑制共模干扰的措施有哪些？4、振铃现象是怎样产生的？它有什么危害？应怎样克服？5、简述冗余技术及其分类。
答案一、填空题1、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统；2、8、32；3、解码网络；4、控制器、插补器、插补计算、折线逼近；5、遇限削弱积分法、积分分离法；6、各相的通电方式或脉冲分配、通电顺序；7、纯滞后环节、一阶惯性环节（顺序可互换）；8、微分方程、传递函数、差分方程、脉冲传递函数。
二、简答题1、答：1）数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，包括数字量和模拟量。
2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。
计算机控制技术
计算机控制技术复习第一章1. 典型的工业生产过程分为哪几种？答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过程和批量过程.2. 什么是计算机控制系统？计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
3．常规控制系统的一般形式分为那两类？闭环控制系统、开环控制系统4. 计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理.5. 计算机控制技术的工作方式有哪几种和各自的含义？答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式，生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人们进行联系并做相应操作的方式称为离线方式。
所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定时间范围内完成。
在线系统不一定是实时系统，丹实时系统必定是在线系统。
6.为什么要强调计算机控制中的实时性？答:所谓实时性,就是指信号的输入,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性.8. 常用的计算机控制系统主机有哪几种？答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,DSP和智能调节器. 9．生产过程主要包括哪些装置？（被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等）10. 计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？答:计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分.11．什么是操作指导控制系统？有那些优缺点？计算机测得的信号数据，根据一定的控制算法，计算出可供操作人员选择的最优操作条件及操作方案优点：结构简单，控制灵活和安全缺点：开环控制。
由人操作，实时性12．什么是直接数字控制(DDC)？有那些优缺点？计算机首先通过模拟量输入通道、开关量输入通道实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道、开关量输出通道直接控制生产过程。
计算机控制技术复习要点
1.计算机控制系统是以计算机为控制核心的自动控制系统或过程系统。
2.计算机控制系统是由计算机和工业对象两大部分组成。
3.计算机控制系统的硬件一般由微型计算机，外设部分，输入/输出通道，操作台等组成。
4.工控机的一般特点①工控机的可靠性和可维修性比较强。
②环境适应性强。
③控制的实时性。
④较完善的输入/输出通道。
⑤较丰富的软件。
⑥适当的计算机精度和运算速度。
5.什么是过程通道：为了实现计算机对生产过程或装置的控制，需要将对象的各种测量参数按要求的方式送入计算机，经计算机运算处理后的数字信号也要变换成适合于对生产过程或装置进行控制的形式。
因此，在计算机和生产过程之间必须设置信息传递和变换装置，这种装置称为过程通道。
6.过程通道包括模拟量输入通道，模拟量输出通道，数字量输入通道和数字量输出通道。
7.开关量输入信号的调理方法：①信号转换电路。
②滤波电路。
③保护电路。
④消除触电抖动。
⑤光电隔离技术。
8.发光二极管的作用是将电信号转换为光信号。
9.若键盘上闭合键的识别由专门硬件实现，则称为编码键盘。
若靠软件实现，则称为非编码键盘。
10.非编码键盘包括：①独立式连接的非编码键盘。
②矩阵式连接的非编码键盘。
11.将七段发光二极管阴极都连接在一起，则称为共阴极接法，当某个字段的阴极为高电平时对应的字段就点亮。
共阳极接法是将LED显示器的所有阳极并接后连接+5v电源上，当某一字段的阴极为0时，对应的字段就点亮。
12.液晶显示器的显示方式有笔段式，点阵字符式及点阵图式。
13.顺序控制方式，是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序顺序的经行工作。
14.顺序控制包括时间顺序控制系统，逻辑顺序控制系统和条件顺序控制系统。
15.所谓逐点比较插补法，就是它每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，还是在给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。
如果在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走，，，，，如此，走一步，看一看，比较一下，决定下一步的走向，以逼近给定轨迹，即形成逐点比较法插补。
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第一部分：简答题（复习重点）占25-30分
第一章：习题1、3、6
补充：画出计算机控制系统的基本框图，并简述计算机控制过程的控制步骤。
第二章：习题1、2、3
第三章：习题1、7、8、11、12、13、14
第四章：习题1、2、4、5
补充：三相步进电机有哪几种工作方式？分别写出每种工作方式的通电顺序。
第五章：习题1、5、6
补充：数字控制系统的原理图以及广义对象的脉冲传递函数、闭环脉冲传递函数、误差脉冲传递函数、以及数字控制器的Z 变换的表达式；
大林算法的设计目标，解决问题的类型
第6章：习题5、10、13
补充：全自动校准结构图，并说明如何实现全自动校准
第二部分：计算题部分(复习重点)
第四章逐点比较法：直线插补和圆弧插补计算，步进电机齿距角和步距角的计算
第五章：根据拉氏变换的表达式求Z 变换的表达式： 例如：)
1(5)(2+=s s s G ，求G(Z) 计算振铃幅度
最少拍无波纹控制器的设计，有波纹控制器的设计（书上例题必须会）
波纹产生的原因
大林算法的设计目标
振铃现象及其消除方法
第五章的所有例题
第五章的习题3、7、8、9、10、11
注：大林算法的计算题不考
第六章、习题8
另外：第六章内容中数字滤波技术包括的内容，软件抗干扰技术包括的内容必须明白
第五章第三题答案
已知模拟调节器的传递函数为
()s
.s .s D 08501701+= 试写出相应数字控制器的位置型PID 算法和增量型PID 控制算式，设采样周期T=0.2s 。
解：因为())11(17011208501701s T s T K s .s .s .s D d i p ++=+=+=
）（ 所以07.102===d i p T T K ，，。
故位置型PID 控制器
∑∑∑===+=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡--++=k
i k i D k i I P i e k e i e k e T k e k e T i e T T k e K k u 0
00)(7.10.40)(2)(7.10.20)(2)1()()()()( 故增量型PID 控制器
[][]
[])
1(2)(35.4)1()(7
.10.40)1()(2)1()2()1(2)()()1()()1()
()1()(--+-≈+--+-=-+--++--+-=∆+-=k e k e k u k e k e k e k u k e k e k e K k e K k e k e K k u k u k u k u D I P
补充题： 1、已知模拟调节器的传递函数为
()s
.s .s D 085011701++= 试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s 。
()()()s
.s .s E s U s D 085011701++== 则()()()()s SE .s E s SU .s U 1700850+=+
()()()()dt t de .t e dt t du .t u 1700850+=+∴
()()()()()()T
k e k e .k e T k u k u .k u 117010850--+=--+∴ 把T=0.2S 代入得
()()()()15354142504251k-e .k e .k u .k u .-=--
位置型()()()()12982.014561.21579.3-+--=k u k e k e k u
增量型()()()()()()17018.014561.21579.31----=--=∆k u k e k e k u k u k u 2、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为
s
s s s D 5.05.31.0)(2++= 若采样周期T=1S,试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式。
并比较两种算法特点。
⎰++=++=++==
dt t e dt t de t e t u s E s
s sE s E s U s
s s E s U s D )(51)(2)(7)()(51)(2)(7)(5172)()()(
∑=+--+=k i i e T T k e k e k e k u 0
)(5)1()(2)(7)( 将T=1代入上式，得
∑=+--=k i i e k e k e k u 0
)(2.0)1(2)(9)(
∑-=+---=-1
0)(2.0)2(2)1(9)1(k i i e k e k e k u
)1()()(--=∆k u k u k u
)2(2)1(11)(2.9-+--=k e k e k e
注意：有关数字控制器的位置型和增量型控制算式的求解必须掌握。
3、某炉温度变化范围为0~3000℃，要求分辨率为2℃，温度变送器的输出范围为0-5V 。
若A/D 转换器的输入范围也是0-5V ，求A/D 转换器的字长应为多少位？若A/D 转换器的字长不变，现通过变送器零点迁移将信号零点迁移到800℃，此时系统对炉温变化的分辨率为多少？（与第六章第8题同类型）
解：Xmax = 3000, Xmin = 0, λ = 2, 由于A/D 转换器的输入电压范围与温度变送器的输出电压范围都为0-5V ，所以A/D 转换器的字长应为：
n = log 2 (1 + (Xmax - Xmin)/ λ) = log 22901 ≈ 12
若A/D 转换器字长不变，改变零点偏移，此时Xmax = 3000, Xmin = 800,n = 12，系统对炉温的分辨率为：
λ = （3000 – 800）/（212 – 1）≈ 0.537℃。