测控系统原理与设计 简答题
测控系统原理第7章习题解答
测控系统原理第7章习题解答第7章习题解答1、电路输⼊阻抗⾼，是否容易接收⾼频噪声⼲扰?为什么?答：电路输⼊阻抗⾼，是容易接收⾼频噪声⼲扰。
因为电路所接收的⾼频噪声⼲扰的电压与噪声⼲扰的频率成正⽐，与电路的输⼊阻抗成正⽐。
2、接地⽅式有⼏种?各适⽤于什么情况?答：接地⽅式有单点接地（串联单点接地和并联单点接地）和多点接地两种⽅式。
单点接地主要⽤于低频系统，不能⽤于⾼频信号系统。
因为这种接地系统中地线⼀般都⽐较长，在⾼频情况下，地线的等效电感和各个地线之间杂散电容耦合的影响是不容忽视的。
当地线的长度等于信号波长(光速与信号频率之⽐)的奇数倍时，地线呈现极⾼阻抗，变成⼀个发射天线，将对邻近电路产⽣严重的辐射⼲扰。
多点接地⽅式多⽤于⾼频系统。
多点接地不能⽤在低频系统中，因为各个电路的地电流流过地线汇流排的电阻会产⽣公共阻抗耦合噪声。
3、信号传输线屏蔽层接地点应怎样选择?答：当放⼤器接地⽽信号源浮地时，屏蔽层的接地点应选在放⼤器的低输⼊端，此时出现在放⼤器输⼊端之间的噪声电压⼏乎为零。
当信号源接地⽽放⼤器浮地时，信号传输线的屏蔽应接到信号源的低端，此时出现在放⼤器输⼊端之间的噪声电压⼏乎为零。
4、何谓“接地环路”?它有什么危害?应怎样避免?答：当信号源和系统地都接⼤地时，两者之间构成的环路称为接地环路，如下图所⽰, 通常信号源和系统之间的距离可达数⽶⾄数⼗⽶，由于⼤地电阻和地电流的影响，将使这两个接地点之间存在电位差——地电压G V 。
由等效电路下图（b ）可见，地电压G V 在系统的两输⼊端将形成⼲扰电压N V ，⽽且N V ⼤⼩⼏乎接近G V ，因此其影响不可忽略。
为了避免形成接地环路产⽣⼲扰，应改为⼀点接地，并保持信号源与地隔离，如上图（a ）所⽰。
图中Rsg 为信号源对地的漏电阻，由等效电路上图（b ）可见，由于Rsg ⾮常⼤，地电压G V 在系统的两输⼊端将形成⼲扰电压N V 将远远⼩于G V ，⽐信号源接地时的⼲扰电压⼤有改善。
大学测控导论课考试题及答案
大学测控导论课考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 测控系统的基本组成不包括以下哪一项？A. 传感器B. 信号调理C. 数据存储D. 执行器答案：C2. 在测控系统中，模拟信号的数字化过程不涉及以下哪个步骤？A. 采样B. 量化C. 编码D. 滤波答案：D3. 下列哪项不是传感器的基本特性？A. 线性B. 稳定性C. 灵敏度D. 颜色答案：D4. 测控系统中的信号调理通常不包括以下哪项操作？A. 放大B. 滤波C. 调制D. 线性化答案：C5. 在数字信号处理中，离散傅里叶变换（DFT）的主要作用是将信号从哪个域转换到哪个域？A. 时域到频域B. 频域到时域C. 空域到时域D. 时域到空域答案：A6. 下列哪项不是现代测控技术的特点？A. 高精度B. 实时性C. 单一性D. 网络化答案：C7. 在自动化测试系统中，通常不采用哪种类型的传感器？A. 光电式B. 超声波式C. 机械式D. 热电式答案：C8. 测控系统中的多路开关主要用于实现什么功能？A. 信号放大B. 信号选择C. 信号滤波D. 信号转换答案：B9. 在测控系统中，数据采集卡（DAC）的主要作用是什么？A. 模拟信号输出B. 数字信号输出C. 模拟信号输入D. 数字信号输入答案：D10. 下列哪项不是提高测控系统抗干扰能力的方法？A. 使用屏蔽电缆B. 增加信号强度C. 采用差分信号传输D. 减少系统复杂性答案：B二、填空题（每空3分，共30分）11. 测控系统的设计原则包括实时性、可靠性、_________和_________。
答案：经济性、可扩展性12. 在模拟信号的数字化过程中，奈奎斯特准则指出采样频率应至少为信号最高频率的_________倍。
答案：213. 测控系统中的传感器通常由敏感元件和_________两部分组成。
答案：转换元件14. 信号的量化误差是由_________和_________共同决定的。
答案：量化步长、信号幅度15. 在数字信号处理中，快速傅里叶变换（FFT）是一种高效的_________算法。
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 <<x 01δ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。
测控原理习题答案
测控原理习题答案测控原理习题答案测控原理是现代工程中非常重要的一门学科，它涉及到各种各样的测量和控制技术。
在学习这门学科的过程中，习题是非常重要的一部分，通过解答习题，可以更好地理解和掌握测控原理的基本原理和方法。
下面，我将为大家提供一些测控原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是测控原理？测控原理是一门研究测量和控制技术的学科，它主要研究如何通过各种手段对物理量进行测量，并根据测量结果进行控制。
测控原理涉及到传感器、信号处理、数据采集、控制系统等多个方面的知识。
2. 什么是传感器？传感器是测控系统中非常重要的组成部分，它能够将被测量的物理量转化为电信号或其他形式的信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测量的物理量以及测量的要求来确定。
3. 什么是信号处理？信号处理是指对传感器输出的信号进行处理和分析的过程。
信号处理可以包括滤波、放大、采样、数字化等一系列操作。
通过信号处理，可以提取出有用的信息，并将其用于后续的控制或分析。
4. 什么是数据采集？数据采集是指将传感器采集到的信号进行采样、存储和传输的过程。
数据采集系统由模拟信号采集模块、模数转换器、存储器、数据传输接口等组成。
数据采集的目的是获取到准确的测量数据，为后续的分析和控制提供基础。
5. 什么是控制系统？控制系统是指根据测量结果对被控对象进行控制的系统。
控制系统可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据预先设定的控制规律对被控对象进行控制，而闭环控制是在测量结果的基础上进行反馈调整的控制方式。
6. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的闭环控制器，它通过比较被控对象的测量值与设定值的差异，计算出一个控制量，并通过调节执行机构来实现对被控对象的控制。
PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，通过调节这三个环节的参数，可以实现对被控对象的精确控制。
7. 什么是反馈控制？反馈控制是指根据被控对象的测量结果对控制器进行调整的控制方式。
测控系统原理及设计
测控系统原理及设计测控系统原理及设计是一种将测量和控制过程结合起来的技术系统，它通过采集和处理数据，实时监测和控制被测对象的状态和参数，并根据设定的规则和算法，进行反馈控制，以实现预期的控制目标。
测控系统的原理主要包括传感器、信号采集、信号处理、控制器和执行机构等组成部分。
传感器是测控系统的感知器件，它能将被测对象的状态和参数转化为电信号，如温度、压力、流量等。
信号采集模块将传感器输出的模拟信号进行采样和量化转换，转化为数字信号，以便进行数字信号处理。
信号处理模块对采集到的数字信号进行滤波、增益和滤波等处理，提取出有效信息，并进行参数计算和特征提取。
控制器是测控系统的决策和执行器，根据信号处理模块提供的参数和目标值，生成控制规则和控制算法，并输出控制信号。
执行机构是测控系统的执行器，将控制信号转化为物理作用力，实现对被测对象的控制。
测控系统的设计需要考虑多个因素，包括被测对象的特性，控制目标的要求，系统的可靠性和稳定性等。
首先需要选择合适的传感器，根据被测对象的特性和参数要求，选择适当的传感器类型和规格。
其次，需要设计合理的信号采集和处理电路，确保信号的准确性和稳定性。
在控制器设计中，要根据控制目标的要求，选择合适的控制算法和调节策略，使系统能够快速响应和稳定控制。
此外，系统的可靠性和稳定性是设计中需要重点考虑的因素，需要做好故障检测和容错处理，确保系统在异常情况下能够保持正常工作。
总之，测控系统原理及设计是一门涉及多学科的综合性学科，需要了解传感器原理、信号处理技术和控制理论等方面的知识。
通过合理选取传感器、设计有效的信号采集和处理电路，以及选择合适的控制算法和策略，可以实现对被测对象的准确测量和精确控制，满足各种应用场景的需求。
测控系统原理与设计
测控系统原理与设计测控系统是指通过一定的传感器、执行器和控制器等设备，对被测对象进行监测和控制的系统。
它在工业生产、科学研究、环境监测等领域发挥着重要作用。
本文将从测控系统的基本原理、设计要点和发展趋势等方面进行探讨。
首先，测控系统的基本原理是通过传感器获取被测对象的信息，经过信号处理后，由控制器进行分析和判断，再通过执行器对被控对象进行调节。
传感器是测控系统的核心部件，它能够将被测对象的物理量、化学量等转换成电信号，为系统提供输入。
控制器则是系统的智能核心，它能够根据传感器获取的信息做出相应的控制决策。
执行器则是根据控制器的指令，对被控对象进行调节，实现系统的闭环控制。
其次，测控系统的设计要点包括传感器的选择、信号处理、控制算法和执行器的选型等。
在传感器的选择上，需要根据被测对象的特点和测量要求，选择合适的传感器类型和参数。
信号处理是保证系统准确性和稳定性的关键环节，它能够对传感器采集的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以保证控制器能够得到准确的输入。
控制算法是控制器的核心，它能够根据传感器获取的信息，实时调整执行器的输出，以实现系统的自动控制。
执行器的选型需要考虑被控对象的特性和控制要求，选择合适的执行器类型和参数。
最后，测控系统的发展趋势主要体现在智能化、网络化和多功能化等方面。
随着人工智能、物联网等技术的发展，测控系统将更加智能化，能够实现自主学习和决策。
网络化是指测控系统将更加便于远程监测和控制，实现远程操作和数据共享。
多功能化则是指测控系统将具备更多的功能和应用场景，能够适应更多的复杂环境和控制要求。
综上所述，测控系统作为一种重要的技术手段，在工业生产、科学研究等领域发挥着重要作用。
它的原理和设计要点决定了系统的性能和稳定性，而发展趋势则决定了系统的未来发展方向。
因此，对测控系统的原理和设计进行深入理解和研究，对于提高系统的性能和应用水平具有重要意义。
测控系统原理与设计重点题型
1、微机化测控系统分拿几类？微机化检测系统、微机化控制系统、微机化测控系统 2、模拟量输入通道由那几部分组成?以及各部分的作用？ 传感器：将非电量转换为电量 调理电路:放大、滤波采集电路：将模拟信号转换为数字信号 3、模拟量输出通道由哪几部分组成？输出数据寄存器、D/A 转换器、调理电路（模拟显示器、模拟记录器、模拟执行机构） 4、前置放大器：判断信号大小准则?所放位置前后的判断？放大倍数如何确定？ 判断信号大小准则输出噪声： 电路在没有信号输入时，输出端输出一定幅度的波动电压.等效输入噪声: 把电路输出端测得的噪声有效值VON 折算到该电路的输入端KV V ON IN=判断依据：是否被淹没？如果加在某电路输入端的信号幅度小到比该电路的等效输入噪声还要低.IS V <KV V ON IN =前置放大器的作用:总输出噪声:2200')()(K V K K V V IN IN ON+=总的等效增效输入噪声：2020'')(K V V K K V V IN IN ON IN+==为使:IN INV V <'须满足以下条件:20011K V V IN IN -<位置上，在滤波器的前面 OR 后面在测控领域，被测信号的频率通常比较低，滤波器大多采用RC 有源滤波器。
由于电阻元件是电路噪声的主要根源，因此RC 滤波器产生的电路噪声比较大。
如果把放大器放在滤波器后面，滤波器的噪声将会被放大器放大，使电路输出信噪比降低.21202021')()(IN IN IN IN IN V V KK V K V V +=+=滤波器1、隔直电容的作用――使调理电路的零漂电压不会随被测信号一起送到采集电路。
2、高通滤波器――滤除低频干扰3、陷波器――抑制交流电干扰。
4、低通滤波器――滤除高频干扰，“去混淆”5、采集电路的四种方案?PGA S\H的作用？采集电路的设计（实现模拟信号到数字信号的电路、AD芯片的选择是核心)测模拟信号恒定或变化缓慢的场合被测模拟信号随时间变化的场合6、前置与主放大器的区别以及适用情况？主放大器为了避免弱信号采样电压在A/D转换时达不到要求的转换精度，将MUX输出的子样电压放大到接近A/D满量程，使数字转换精度提高K倍。
测控系统原理与设计
测控系统原理与设计1. 引言测控系统是指用于测量和控制各种物理量和工艺过程的系统。
它在工业自动化、科学研究、医学诊断、环境监测等领域起着重要的作用。
本文将介绍测控系统的原理和设计过程，并探讨一些常用的技术和方法。
2. 测控系统的基本原理测控系统的基本原理可以概括为测量、采样、处理和控制四个过程。
2.1 测量测量是测控系统的核心过程，它用于获取被测量的物理量或工艺参数。
常用的测量方法包括传感器测量、光学测量、电磁测量等。
传感器是测控系统中最常见的测量设备，它能够将被测量的物理量转化为电信号，供后续的采样和处理。
2.2 采样采样是将连续的模拟信号转化为离散的数字信号的过程。
采样过程中需要确定采样频率和采样精度。
采样频率应根据被测量物理量的变化情况进行选择，采样精度则取决于采样器的分辨率和噪声水平。
2.3 处理采样得到的数字信号需要经过处理才能得到有用的信息。
处理过程可以包括滤波、放大、数字化等操作。
滤波可以去除噪声和杂散信号，放大可以增强信号的强度，数字化可以将模拟信号转化为数字形式，方便存储和处理。
2.4 控制控制是根据测量得到的信息对被控对象进行调节和控制的过程。
控制可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是在没有反馈信号的情况下进行的控制，而闭环控制则通过测量系统输出与期望值的差异进行调节。
3. 测控系统的设计过程测控系统的设计过程可以分为需求分析、系统设计、硬件设计、软件设计和系统测试等环节。
3.1 需求分析需求分析是测控系统设计的第一步，它需要明确系统的功能需求、性能要求和运行环境等。
在需求分析过程中，需要对被测量的物理量、测量范围、系统响应时间等进行详细的分析和规定。
3.2 系统设计在系统设计阶段，需要确定系统的整体架构和各个组件之间的关系。
系统设计需要综合考虑硬件和软件两方面的因素，选择合适的传感器、采样器、控制器等设备，并设计合理的数据传输和处理流程。
3.3 硬件设计硬件设计是测控系统设计的核心环节，它包括电路设计、布线设计和硬件模块的选型和搭建等。
测控系统原理与设计
3.4.2 51单片机 用于频率测量
3.4 脉冲信号的采集
3.4.4 V/F转换
3.5.1 开关量输入信号的调 理
3.5.3 开关量输入信号与光 耦的连接
3.5.5 数字量输入信号的采 集
3 检测信号采集技术
3.5 开关量信号的采集
3.5.2 光电耦合器
3.5.4 开关量输入信号与 CPU的连接
3.6.1 VI的 结构
B
4.3.3 调制解调器集 成电路
C
4.3 数字信号的频带传输
4.4.1 发射电路
4.4.3 采用CC2400的收发 器电路
4.4.5 蓝牙技木
4 数据通信技术
4.4 数字信号的无线传输
4.4.2 接收电路
4.4.4 采用nRF24E2的发射 电路
4.4.6 实现远程数据无线通 信的一种方案
05
测控系统原理与设计
演讲人
2 0 11 - 11 - 11
01
1 概述
1 概述
01
02
03
04
1.1 测控系 统的分类与 组成
1.2 智能测 控系统
1.3 嵌入式 系统
习题与思考 题
1.1.1 测控系统的分类
1.1.3 测控系统的基本概念
1.1.5 测控系统的建模
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.2 测控系统的组成
1.1.4 测控系统的性能指标
1.1.6 测控技术的发展
1 概述
1.1 测控系统的分类与组成
1.1.7 控制策略与算法的发展
1 概述
1.2.1 智能测控 系统的概念
1.2.3 智能测控系统 的主要功能特征
《测控系统原理与设计》第3版习题解答
00０0H～00FFH
815５I/O
0
×
×
×
×
×
×
1
0１0０H～0１０５H
3、为什么８03ｌ单片机的引脚 固定接低电平?
答:
因为８0３l单片机片内无ROＭ,故应将 引脚固定接低电平，以迫使系统全部执行片外程序存储器程序。
４、假设给图3-2-２ AＤC08０9的模拟输入端加２.5V直流电压，试确定以下两种情况下80C51单片机P0.0和P0.1读取的A/D转换结果分别是“０”还是“1”？(1)ＶRＥＦ(+)＝+5V,ＶREＦ（-）＝0Ｖ；（2）VREＦ（＋)=+5Ｖ,ＶREF（-)=-5V。
①减小Ｒi,为此模拟多路切换器MＵX前级应采用电压跟随器;
②ＭUX选用Ｒoｎ极小、Roｆf极大的开关管；
③选用寄生电容小的MUX。
④据公式（2-1-51）,减少MUX输入端并联的开关数Ｎ,可减小串音。若采用分布式数据采集,则可从根本上消除串音干扰。因Ｎ=1代入公式(２－1-５1)计算得 。
6、主放大器与前置放大器有什么区别?设置不设置主放大器、设置哪种主放大器依据是什么?
一、数据分配分时转换结构。它的特点是每个通道配置一套输入寄存器和D/A转换器,经微型计算机处理后的数据通过数据总线分时地选通至各通道输入寄存器，当数据Dｉｊ选通至第i路输入寄存器的同时,第i路D／A即实现数字Dij到模拟信号幅值的转换。
二、数据分配同步转换结构。它的特点是在各路数据寄存器R1与D／A转换器之间增设了一个缓冲寄存器R2。数据总线分时选通主机的输出数据先后被各路数据寄存器Ｒ１接收，然后在同一命令控制下将数据由R1传送到R2,并同时进行D／Ａ转换输出模拟量。
第3章
１、为什么常见的中小型微机化测控系统大多采用单片机?
《测控系统原理与设计》第3版习题解答
分布式的特点是每一路信号都有一个S／H和A/D,因而也不再需要模拟多路切换器MUＸ。每一个S/H和A/Ｄ只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输入计算机。
答:
据题知， ， ,代入公式(2－１－38）计算得该地震仪的A/D转换器的转换周期为 ,为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms,则信号道数应减小为 ，否则Ａ/D转换器就转换不过来。
据题知, , ,代入公式(2-1－17）计算得C=5，将C=5和ＴS=１mｓ代入公式(2-１－1７）计算得,抗混叠滤波器截止频率应减小为 ，将 代入公式(2-1-１8)计算得 ，这将使地震仪可记录的最高地震信号频率达到２50Hz,因而,可使地震仪的勘探分辨率提高一倍。如果只是减少采样周期而不改变抗混叠滤波器截止频率,将 代入公式(2-1-1８）计算得 ,使地震仪可记录的最高地震信号频率仍然被限制在１25Ｈｚ，因而地震仪的勘探分辨率仍然不能提高,这就使减少采样周期的优越性发挥不出来。
①减小Ｒi,为此模拟多路切换器MＵX前级应采用电压跟随器；
②MUX选用Roｎ极小、Rｏｆf极大的开关管;
③选用寄生电容小的MUX。
④据公式(2-1-５1）,减少MＵX输入端并联的开关数N,可减小串音。若采用分布式数据采集,则可从根本上消除串音干扰。因N＝１代入公式(2－1-51)计算得 。
6、主放大器与前置放大器有什么区别?设置不设置主放大器、设置哪种主放大器依据是什么？
3、图2-1-14（a)所示采集电路结构只适合于什么情况？为什么？
答:
图2-1-１4(a) 所示采集电路仅由A/Ｄ转换器和前面的模拟多路切换器MUＸ构成,只适合于测量恒定的各点基本相同的信号。因为恒定信号不随时间变化,无须设置S／H, 各点基本相同的信号无需设置PＧA。
测控面试题及答案
测控面试题及答案一、单项选择题1. 测控技术中，传感器的主要功能是什么？A. 信号放大B. 信号转换C. 数据存储D. 数据处理答案：B2. 以下哪个不是常见的测控系统组成部分？A. 传感器B. 执行器C. 显示器D. 电源答案：D3. 在测控系统中，数据采集卡的作用是什么？A. 将模拟信号转换为数字信号B. 将数字信号转换为模拟信号C. 存储数据D. 显示数据答案：A二、多项选择题1. 测控系统中常用的传感器类型包括以下哪几种？A. 温度传感器B. 压力传感器C. 流量传感器D. 速度传感器答案：ABCD2. 测控系统中的数据通信方式包括：A. 串行通信B. 并行通信C. 无线通信D. 光纤通信答案：ABCD三、判断题1. 测控技术只能应用于工业生产领域。
（）答案：错误2. 在测控系统中，执行器的作用是接收控制信号并驱动设备工作。
（）答案：正确四、简答题1. 简述测控系统的基本组成。
答案：测控系统的基本组成包括传感器、信号调理单元、数据采集与处理单元、执行器以及人机交互界面等部分。
2. 描述一下什么是闭环控制系统，并简述其工作原理。
答案：闭环控制系统是一种反馈控制系统，其工作原理是系统输出与期望值之间的偏差信号被反馈到输入端，与输入信号进行比较，产生控制信号，进而驱动执行器进行调节，以减小偏差，使系统输出逼近或达到期望值。
五、计算题1. 假设一个测控系统中，传感器测量到的信号为10V，数据采集卡的量化位数为12位。
计算该系统的量化误差。
答案：量化误差 = 满量程电压 / (2^量化位数 - 1) = 10V / (2^12 - 1) ≈ 0.0976V六、案例分析题1. 某工厂的测控系统需要对生产线上的温度进行实时监控。
请分析该系统可能采用的传感器类型，并简述其工作原理。
答案：该系统可能采用热电偶或热敏电阻作为温度传感器。
热电偶通过测量两个不同金属或合金接头之间的电压差来检测温度变化；而热敏电阻则利用材料电阻随温度变化的特性来测量温度。
测控系统原理与设计期中考试
测控系统原理与设计期中考试一、1、系统的稳定性分析在Matlab 中输入程序如下：>> s=tf('s');num=0.4970;den=[0.00026,0.01832,1];G=tf(num,den)Transfer function:0.497---------------------------0.00026 s^2 + 0.01832 s + 1>> eig(G)'ans = -35.2308 -51.0387i -35.2308 +51.0387i >> pzmap(G)>>运行结果：零极点分布图，由图可知，闭环系统是稳定的。
2、阶跃响应继续输入程序：>> step(G,1)运行结果：阶跃响应曲线3、PID作用前：PID作用后：P=15;I=40;D=1;超调量 满足要求%5%2.211-022.1%<==σ4、PID 参数变化对输出的影响：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一个常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti ，Ti 越小,积分作用就越强。
反之Ti 大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI 调节器或PID 调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
测控课后习题答案
测控课后习题答案测控课后习题答案测控技术作为一门应用广泛的技术学科，涵盖了测量、控制、自动化等多个领域。
在学习测控课程时，习题是检验学生对知识掌握和理解程度的重要方式。
然而，对于一些习题来说，答案并不总是那么容易找到。
本文将为大家提供一些测控课后习题的答案，以帮助大家更好地学习和理解这门课程。
1. 什么是测控系统？测控系统是指通过测量和控制技术来实现对被测对象的监测、检测、控制和管理的系统。
它由传感器、信号调理、数据采集、信号处理、控制器等组成。
测控系统的核心是数据采集和信号处理，通过对被测对象的参数进行测量和分析，实现对其状态的监测和控制。
2. 什么是传感器？传感器是测控系统中的重要组成部分，用于将被测量的物理量转化为电信号。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测参数的特点和要求进行，例如对温度的测量可以选择热敏电阻传感器或热电偶传感器。
3. 什么是信号调理？信号调理是指对传感器输出信号进行放大、滤波、线性化等处理的过程。
传感器输出的信号往往较小，需要经过放大以便于后续处理。
同时，信号中可能存在噪声，需要通过滤波来去除。
线性化是指将非线性传感器输出的信号转化为线性信号，以便于后续的数据处理和控制。
4. 什么是数据采集？数据采集是指将传感器输出的模拟信号转化为数字信号的过程。
常见的数据采集方式包括模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）。
ADC将模拟信号转化为数字信号，DAC将数字信号转化为模拟信号。
数据采集的精度和采样率对测控系统的性能有重要影响。
5. 什么是信号处理？信号处理是指对采集到的信号进行分析、处理和提取有用信息的过程。
常见的信号处理方法包括滤波、频谱分析、时域分析等。
通过信号处理，可以提取出信号中的有效信息，为后续的控制和决策提供支持。
6. 什么是控制器？控制器是测控系统中的核心部分，用于对被测对象进行控制。
常见的控制器有比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
测控系统原理与设计必备知识点
微机化检测系统框图：被测参数->[传感器]->[模拟输入通道]->[微型计算机]->测控通道分为：模拟量输入通道，模拟量输出通道，开关量输入通道，开关量输出通道模拟输入通道的基本组成图：（传感器->信号调理电路->数据采集电路）->至微型计算机传感器主要技术要求：1具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围（变化幅度范围、变化频率范围）相一致2转换精度符合整个测试系统系统根据总要求而分配给传感器的精度指标（一般应优于系统精度的10倍左右），转换速度应符合整机要求。
3能满足被测介质和使用环境的特殊要求,如耐高温、高压、防腐等，能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
类型：1大信号输出传感器：省去小信号放大环节2数字式传感器：测量精度高抗干扰能力强，便于远距离传输。
3集成传感器：简化结构，减小体积；4光纤传感器：避免了电路系统的电磁干扰，本质上解决由现场通过传感器引入的干扰。
信号调理：在一般测量系统中信号调理的任务较复杂，除了小信号放大、滤波，还有零点校正，线性化处理，温度补偿，误差修正，量程切换等，这些操作统称为信号调理。
相应的执行电路称为信号调理电路。
典型调理电路的组成框图：传感器信号-> [前置放大器] -> [低通器] -> [陷波器] -> [高通器] -> 至采集电路数据采集电路:1集中采集式(分时采集型：时间偏斜误差，司步采集型信号有所褒减)2分散采集式(每一路信号都有S /H和A/D)。
折叠失真：由采样信号Xs(t)恢复出的信号Xo(t)与原来的被采样信号X(t)在频谱上的差别为Xo(w)一X(w)=Σn=-∞->+∞ n≠0 X(W一nWs），这种差别叫折叠失真，时域表达式为x0(t)=x(t)+N(t),该项误差N(t)称为折叠噪声或者折叠失真。
消除：1必须使被采样信号为带限信号，即它的最高频率为有限值，即fc=∞；2必须是采样频率大于被采样信号最高频率的俩倍。
《测控系统原理与设计》
《测控系统原理与设计》期中作业1、设对象传递函数为试采用PID 调节器予以控制，超调量小于5%，用任意方法确定出PID整定参数SIMULINK仿真如下：－－－直接输出曲线－－－尝试整定输出曲线－－－最终整定输出曲线P=60 I=3 D=1,由图可见上升时间和超调量都有明显改善，满足控制要求。
2、PID 二阶系统阶跃响应如图所示,误差e=r-c，输入信号给定值为阶跃信号r =1。
试结合上题结果讨论：①、判断OA 段、AB 段、BC 段、CD段、DE 段等各段内误差的正负号，说明原因。
由于误差e=r-c，所以OA : r > c ,则e为正；AB : r < c ,则e为负；BC : r < c ,则e为负；CD : r > c ,则e为正；DE : r > c ,则e为正；②、在OA 段、AB 段、BC 段、CD 段、DE 段等各段内误差变化率的正负号如何变化，为什么？OA : c(k) – c(k-1) > 0 , e(k) – e(k-1) < 0, 则误差变化率错误！未找到引用源。
< 0 ;AB : c(k) – c(k-1) > 0 , e(k) – e(k-1) < 0, 则误差变化率错误！未找到引用源。
< 0 ;BC : c(k) – c(k-1) < 0 , e(k) – e(k-1) > 0, 则误差变化率错误！未找到引用源。
> 0 ;CD : c(k) – c(k-1) < 0 , e(k) – e(k-1) > 0, 则误差变化率错误！未找到引用源。
> 0 ;DE : c(k) – c(k-1) > 0 , e(k) – e(k-1) < 0, 则误差变化率错误！未找到引用源。
< 0 ;③、在OA 段、AB段、BC段、CD 段、DE 段等各段内P、I、D 的作用分别是什么？P --- 控制即时，反应灵敏，偏差越大，控制力度越大，但存在余差；增大放大倍数可以减小余差，但控制系统稳定性会下降，放大倍数的增大是有限度的；I --- 积分作用输出的变化速度与偏差成正比，但其控制作用是随着时间积累才逐渐增强的，控制动作缓慢，控制不及时。
《测控系统原理与设计》_复习精华_考试重点
《测控系统原理与设计》复习精华第1 章绪论微机化测控系统有哪几种类型？画出它们的组成框图。
【答】三种：微机化检测系统、微机化控制系统和微机化测控系统。
微机化检测系统组成框图：微机化控制系统组成框图：参数及动作次序微机化测控系统组成框图：第2 章测控通道(输入/输出通道)1、一般来说，模拟输入通道应由传感器、信号调理电路和数据采集电路三部分组成。
2、选择元件精度的一般原则是：每个元件的精度指标应优于系统精度的10 倍左右。
3、为什么模拟输出通道中要有零阶保持？怎样用电路实现？【答】零阶保持就是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。
在零阶保持器后接平滑滤波器，基本上可以从子样脉冲串恢复出光滑的信号波形。
零阶保持有数据保持和模拟保持两种方式，其电路如下图所示：4、单元电路之间的级联应考虑的问题有：电气性能的相互匹配、信号耦合与时序配合、电平转换接口。
5、计算题：P20 例题及P54 习题4.第3 章主机及其接口1、基于PC 机的测控系统可分为内插式、外接式和组合式三种。
2、主机从A/D 转换器读取转换结果数据的方式有等待延时方式、中断方式和查询方式三种。
3、有输入锁存的DAC 与微机的接口有单缓冲方式接口和双缓冲方式接口两种。
P69 编程及P128 习题5 编程。
4、试述RS-232C 串行通信标准的数据传送格式和电气特性。
【答】RS-232C 是位串行方式，其数据传送格式如图所示。
在电气性能方面，RS-232C 使用负逻辑，逻辑“1”电平是在-15~-5V 范围内，逻辑“0”电平是在+5~+15V 范围内。
其主要电气特性有：最大电缆长度为15m，最大数据率为20KB/s。
第4 章测量数据处理1、报警的三种方式：上限、下限和上下限。
2、计算题：P144 例题。
3、采用数字滤波方法来克服随机误差(干扰)有何优点？【答】节省硬件成本；可靠稳定；功能强；方便灵活；不会丢失原始数据。
第6 章监控程序设计1、监控程序的基本组成(填空题)：2、一键一义：一个按键代表一个确切的命令或一个数字。
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1、模拟输入通道的基本类型，绘出一种框图并简要说明
根据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为：
集中采集式（集中式）和分散采集式（分散式）。
集中采集式的典型结构有：分时采集型同步采集型
结构特点：(1)多路信号共用一个S/H和A/D电路，简化了电路结构，降低了成本。
(2)对信号的采集是由模拟多路转换器分时切换、轮流选通的，因而相邻两路
信号在时间上依次被采集，从而产生了时间偏斜误差。
适用于中速和低速测试系统。
结构特点：(1) 在多路转换开关之前，给每路信号通道加一个S/H，使多路信号同步采样，消除了分时采集型结构的时间偏斜误差，满足了同步采集的要求，而且结构简单。
(2)在被测信号路数较多的情况下，同步采得的信号在保持器中保持的时间会加
长，保持器存在泄露，信号衰减。
适用于要求多路信号同步采集测试的系统。
结构特点：每一路都有一个S/H和A/D，不需要模拟多路切换器。
2、常用的数字滤波及实现方法特点及使用场合
（一）限幅滤波和中位值滤波
限幅滤波法：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。
中位值滤波法：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。
（二）平均滤波法
a、算数平均滤波：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
b、去极值平均滤波：
c、移动平均滤波
d、加权平均滤波
（三）低通滤波
（四）复合滤波
3、调零电路常见类型
a、传感器调零电路
b、电桥调零电路
c、放大器输入偏移调零电路
d、A/D转换器调零电路
4、什么是标度变换？硬件实现标度变换方法
从显示器上直接读出带有被测量量纲单位的数值，就必须进行必要的变换，这个变换称为标度变换。
硬件实现方法：
（1）模拟显示的标度变换
a、线性
b、非线性
（2）数字显示的标度变换
a、线性通道标度变换
b、非线性通道的标度变换
方法一：在A/D转换器之前，串联一个“模拟线性校正电路”，只要该校正电路的输入/输出特性曲线与非线性环节的输入/输出特性曲线成反函数关系，就可使A/D转换结果与被测量成线性关系。
方法二：在测量通道的A/D转换器之后增设EPROM线性化器。
5、什么是自检？自检类型常用方法
自检就是利用事先编制的程序对测控系统的主要部件进行自动检测，以确定是否有故障以及故障的内容和位置。
三种类型：开机自检周期性自检键盘自检
自检内容包括：ROM、RAM、总线、显示器、键盘以及测控电路等部件的检测。
自检算法：ROM或EPROM的检测、RAM的检测、总线的自检、显示器与键盘的检测。
7、噪声干扰形成的三要素：
噪声源、对噪声敏感的接收电路、噪声源到接收电路间的耦合通道
抑制噪声干扰的方法：
降低噪声源的强度、使接受电路对噪声不敏感、抑制或切断噪声源与接收电路间的耦合通道。
8、共阻抗耦合的定义及类型
共阻抗耦合是指两个或两个以上电路有公共阻抗时，一个电路中的电流变化在公共阻抗上产生的电压。
主要类型有电源内阻抗的耦合干扰、公共地线耦合干扰、输出阻抗耦合干扰9、软件抗干扰的前提条件，研究的主要内容
前提条件：
1）在干扰作用下，微机系统硬件部分不会受到任何损坏，或易损坏部分设置有检测状态可供查询
2）程序区不会受干扰
3)RAM区中的重要数据不被破坏
软件抗干扰技术所研究的内容主要是：其一采用软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声对数据采集结果的影响，如：数字滤波技术。
其二是由于干扰而使运行程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环是，采取使程序纳入正规的措施，如：软件冗余、软件陷阱、“看门狗”技术。
10、软件陷阱的定义涉及范围看门狗定义软件冗余
软件陷阱，就是用引导指令强行将捕获到的乱飞程序引向复位入口地址0000H，在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。
涉及范围：未使用的中断区、未使用的EPROM空间、非EPROM芯片空间、运行程序区、中断服务程序区、RAM数据保护的条件陷阱
看门狗技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在0000H入口处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正轨。
6、集中测控系统类型，画框图并简单说明
集中测控系统包括数据采集系统DAS、直接数字控制系统DDC和监督控制系统SCC。