测控系统原理和设计复习

填空

微机化检测系统：传感器、模拟输入通道、微型计算机、模拟输出通道（数据记录器、报警器）、模拟显示器

微机化控制系统：微型计算机、控制电路、执行器

微机化测控系统：测控通道（模拟量输入通道，模拟量输出，开关量输入，开关量输出）、人—机接口、通信接口

微机化测控系统 由测试系统、控制系统组成

模拟输入通道 传感器、信号调理电路、数据采集电路

多路模拟输入通道分为 集中采集式、分散采集式

集中采集式结构:分时采集型、同步采集型

传感器类型 大信号输出传感器、数字式、集成、光纤

测控通道：模拟量输入通道，模拟量输出通道，开关量输入通道、开关量输出通道 信号调理重点（信号输入通道中）:小信号放大、信号滤波、对频率信号的放大整形

PID 参数整定方法1工程整定法(扩充临界比例度法、扩充响应曲线法、归一参数整定法)2理论计算法

模拟PID 调节器 数字PID 控制器

动态显示就是逐位轮流显示。各位LED 数码管的段选端应并接在一起，由同一个8位I/O 口或锁存器/驱动器控制，而各位数码管的位选端分别由相应的 I/O 口线或锁存器控制。各个位的内容是分时轮流输出的，要得到稳定的显示效果，必须不断重复执行显示程序。 矩阵键盘 扫描法 反转法 特点：行线和列线都要通过上拉电阻接+5V 1将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出全“0”，则列线中电平由高到低的所在列为按键所在列。2将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出全“0”，则行线中电平由高变到低的所在行为按键所在行。

单纯查询法、中断方法、定时查询方法

A/D 结束信号 EOC=1

位置型PID 算法递推形式

()()()()()()()2a 1a a 1-n u n u 1-n u n u 210-+-++=∆+=n e n e n e

()[]001p )1()()()(n u u n e n e T T i e T T n e K D n i +⎭

⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑=

步进电机运行方式 单拍通电运行方式，双拍，单、双六拍

硬件抗干扰技术：接地 屏蔽 双线（平衡）传输

量程切换的依据 被测量x 对应的输出数字 FS D E xSK q U D /x ==, FS D D <

改变量程值 改变传感器灵敏度S 、从传感器到A/D 间信号输入通道的总增益(即各放大器放大倍数及衰减器衰减系数的连乘积)K 、A/D 转换器基准（满度输入）电压E 三种方法，改变总增益K 的方法最常用。

为了实现量程切换，除了在输入通道中采用数控放大器（程控增益放大器、瞬时浮点放大器）外，也可以在通道中串入数控衰减器。数控衰减器可由电阻分压网络和多路开关MUX 构成。通过控制MUX 可改变衰减器的衰减系数。微机根据窗口比较器的比较结果来控制数控增益放大器或数控衰减器中的MUX 动作，以实现量程切换

选择

AD 转换的分辨率=参考电压/(总元素-1)

当AD 为8位，总元素=256（ff ）取参考电压=Vdd=5V 时

分辨率=5/(256-1)= 0.019607843

当AD=255时，AD 转换值=255*0.019607843=4.99999997=5(V)

地线种类 信号地(传感器本身的零电位基准线)模拟地（供给模拟电路电流的直流电源）数字地(供给数字电路电流的直流电源)负载地（大功率负载或感性负载的地线）系统地（建立

整个系统的统一参考电压）

接地方式 单点接地 多点接地

简答

大功率输入调理电路 功能：在大功率系统中，将外部开关量信号输入到计算机，将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接受的逻辑信号。

工作原理：当K 闭合时，光电二极管导通，发光使晶体管导通，经反相器反相为1。当K 断开时，光电二极管不导通，经反相器反相为0。用R1、R2进行分压，C 进行滤波

特点:为使接点工作可靠，接点两端加24V 以上的直流电压。因为直流电平响应快，不易产生干扰，电路简单。但由于所带电压高，高低压之间，用光电耦合器进行隔离。

积分项改进 造成积分饱和现象，造成调节滞后，是系统出现明显的超调，恶化调节品质。 克服方法：1积分限幅法 当积分项输出达到输出限幅值时，即停止积分项的计算，这时积分项的输出取上一时刻的积分值 2积分分离法 在偏差大时不进行积分，仅当偏差的绝对值小于一预定的门限值时才进行积分累积 3变速积分法 在偏差较大时积分慢一些，作用相对弱一些，在偏差较小时积分快一点，作用强一些

扩充响应曲线法步骤1数字调节器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来，然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号2用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变换过程曲线3在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间，被控对象时间常数以及它们的比值4查表求得数字调节器的相关参数Kp 、T1、TD 及采样周期T

数字滤波：1限幅滤波：比较本次采样值和上一次采样值，如果它们的差值未超过允许的最大偏差值则认为本次采样值有效而保留。如果它们的差值超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值无效而用上一次采样值替代。能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰，但无法抑制那种周期性的干扰。2中值位：对某一被测参数连续采样n 次（一般n 应为奇数），然后按大小进行排序，选取中间值为本次采样值。能有效克服因偶然因素引起的波动或采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰。对温度、液位等缓慢变化的被测参数采用此法能收到良好的滤波效果；但对于流量、压力等快速变化的参数一般不宜采用此法。4低通5复合

3算术平均滤波:要按输入的N 个采样数据xi(i=1~N)，寻找这样一个y ，使y 与各采样值之间的偏差的平方和最小。适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。

4去极值平均滤波：连续采样N 次，去掉一个最大值，去掉一个最小值，再求余下采样值的平均值。消除由于脉冲干扰而引起的误差

5移动：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，灵敏度低；但对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用差。

6加权平均滤波算法

∑-=-=101N i i n i n x C N

y τττδ)1(2...1----+++=N e e e

δδτ

)1(10,1---==N N e C C 因为tao 越大，Q 越小给新的采样值的权系数越大，而给先前采样

值的全系数就越小，从而增加新采样数据在递推平均中的权重，以提高系统对当前采样值中所受干扰的灵敏度

7低通8复合

零阶保持器 把每个采样点的幅值保持到下一个采样点以填补采样点之间的空白。实现有两种方式：一种是数字保持方式，即在D/A 之前加设一个寄存器，让每个采样点的数据在该寄存器中一直寄存到本路信号下个采样点数据到来时为止，这样D/A 转换器输出波形就不是离散的脉冲电压而是连续的台阶电压。另一种是模拟保持方式，即在公用的 D/A 之后每路加一个采样保持器，保持器将D/A 转换器输出子样电压保持到本路信号下个子样电压产生时为止。采样保持器在保持期间保持电压会保持电容漏电而跌落，但数字寄存器在寄存期间数据不会变化，数字保持形式优于模拟，而模拟结构比数字简单，成本较低