计算机控制技术复习题

计算机控制系统中的实时性、在线方式和离线方式的含义是什么？

还有一类常见方式为实时方式，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。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。

离线方式：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，靠人进行联系并完成相应操作的方式。

比较说明并行通信和串行通信的概念及其特点。

并行数据通信是以字节或字为单位的数据传输方式，除了处理8根或16根数据线、一根公共线外，还需要数据通信联络用的控制线。并行通信的传输速度快，但是传输线的根数多，成本高，一般用于近距离数据的传送，例如打印机与计算机之间的数据传送，工业控制一般使用串行数据通信。

串行数据通信是以二进制的位( bit)为单位的数据传输方式，每次只传送一位。除了地线外，在一个数据传输方向上只需要一根数据线，这根线既作为数据线又作为通信联络控制线，数据和联络信号在这根线上按位进行传输。串行通信需要的信号线少，最少的只需要两三线，但是数据传送的效率较低，适用于距离较远的场合。计算机和PLC都备有通用的串行通信接口，工业控制中一般使用串行通信。

试述DCS控制系统的组成及各部分的作用。

1，DCS系统：在国内自控行业又称之为集散控制系统。是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

2，DCS有组成部分：过程级、操作级和管理级。

（1）过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。

（2）操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。

（3）管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。

数字滤波与模拟滤波相比有哪些优点？常用的数字滤波技术有哪些？

数字滤波。它是通过一种算法排除可能的随机干扰,提高检测精度的一种手段,又称软件滤波。数字滤波器具有比模拟滤波器更高的精度，甚至能够实现后者在理论上也无法达到的性能。例如，对于数字滤波器来说很容易就能够做到一个1000Hz 的低通滤波器允许999Hz 信号通过并且完全阻止1001Hz 的信号，模拟滤波器无法区分如此接近的信号。

数字滤波器相比模拟滤波器有更高的信噪比。这主要是因为数字滤波器是以数字器件执行运算，从而避免了模拟电路中噪声（如电阻热噪声）的影响。数字滤波器中主要的噪声源是在数字系统之前的模拟电路引入的电路噪声以及在数字系统输入端的模数转换过程中产生的量化噪声。这些噪声在数字系统的运算中可能会被放大，因此在设计数字滤波器时需要采用合适的结构，以降低输入噪声对系统性能的影响。

数字滤波器还具有模拟滤波器不能比拟的可靠性。组成模拟滤波器的电子元件的电路特性会随着时间、温度、电压的变化而漂移，而数字电路就没有这种问题。只要在数字电路的工作环境下，数字滤波器就能够稳定可靠的工作。

1、限幅滤波法，中位值滤波法，算术平均滤波法，递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法），中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法），限幅平均滤波法，阶滞后滤波法，加权递推平均滤波法，消抖滤波法，限幅消抖滤波法

用8位DAC 芯片组成双极性电压输出电路，输出电压范围为-5V--+5V ，求对应下列偏移量的输出电压：

（1）80H ；（2）01H ；（3）7FH

PID 控制器具有如下的结构形式，请转换为增量式的形式

三、论述题（每题20分，共20分）

什么是串模干扰和共模干扰？应如何对它们进行抑制？

根据仪表输入端干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰；共模干扰是加在仪表任一输入端与地之间的干扰。 干扰来自于干扰源，它们在仪表内外都可能存在。在仪表外部，一些大功率的用电设备以及电力设备都可能成为干扰源，而在仪表内部的电源变压器、机电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源

1) 串模干扰的抑制

串模干扰与被测信号所处的地位相同，因此一旦产生串模干扰，就不容易消除。所以应当首先防止它的产生。防止串模干扰的措施一般有以下这些：

* 信号导线的扭绞。由于把信号导线扭绞在一起能使信号回路包围的面积大为减少，而且是两根信号导线到干扰源的距离能大致相等，分布电容也能大致相同，所以能使由磁场和电场通过感应耦合进入回路的串模干扰大为减小。

* 屏蔽。为了防止电场的干扰，可以把信号导线用金属包起来。通常的做法是在导线外包一层金属网（或者铁磁材料），外套绝缘层。屏蔽的目的就是隔断“场”的耦合，抑制各种“场”的干扰。 屏蔽层需要接地，才能够防止干扰。

* 滤波。对于变化速度很慢的直流信号，可以在仪表的输入端加入滤波电路，以使混杂于信号的干扰衰减到最小。但是在实际的工程设计中，这种方法一般很少用，通常，这一点在仪表的电路设计过程中就已经考虑了。

以上的几种方法是主要是针对与不可避免的干扰场形成后的被动抑制措施，

但是在实际过程1

0(1){(1)()[(1)(2)]}k d p j i T T u k K e k e j e k e k T T

−=−=−++−−−∑

中，我们应当尽量避免干扰场的形成。譬如注意将信号导线远离动力线；合理布线，减少杂散磁场的产生；对变压器等电器元件加以磁屏蔽等等，采取主动隔离的措施。

2) 共模干扰的抑制

由于仪表系统信号多为低电平，因此，共模干扰也会使仪表信号产生畸变，带来各种测量的错误。防止共模干扰通常采取的措施如下：

* 接地。通常仪表和信号源外壳为安全起见都接大地，保持零电位。信号源电路以及仪表系统也需要稳定接地。但是如果接地方式不恰当，将形成地回路导入干扰。如图1.3中就是这种情况，两点接地，由于存在地电位差，因此产生共模干扰。因此，通常，仪表回路采用在系统处单点接地。但是事实上，信号源侧对地不可能绝缘，因此，从这个意义上来说，不可能彻底的消除地电位差引进的干扰。所以为了提高仪表的抗干扰能力，通常在低电平测量仪表中都把二次仪表“浮地”，也就是将二次仪表与地绝缘。以切断共模干扰电压的泄漏途径，使干扰无法进入。在实际应用中，我们通常将屏蔽和接地结合起来应用，往往能够解决大部分的干扰问题。如果将屏蔽层在信号侧与仪表侧均接地，则地电位差会通过屏蔽层形成回路，由于地电阻通常比屏蔽层的电阻小的多，所以在屏蔽层上就会形成电位梯度，并通过

屏蔽层与信号导线间的分布电容耦合到信号电路中去，因此屏蔽层也必须一点接地。并且，信号导线屏蔽层接地应与系统接地同侧。

事实上，由于二次仪表的外壳为了安全，是需要接地的。而仪表的输入端与外壳之间一定存在分布电容和漏阻抗，因此，浮地不可能把泄漏途径完全切断，因此，必要的时候，通常采用的是双层屏蔽浮地保护。也就是在在仪表的外壳内部再套一个内屏蔽罩，内屏蔽罩与

信号输入端已经外壳之间均不做电气连接，内屏蔽层引出一条导线与信号导线的屏蔽层相连接，而信号线的屏蔽在信号源处一点接地，这样使仪表的输入保护屏蔽及信号屏蔽对信号源稳定起来，处于等电位状态。可以大大的提高仪表抗干扰的能力（具体可参见图2.2。）

即便这样，其实也是存在一定的泄漏电流的，但是，抑制干扰的措施就是为了让干扰信号强度降低至相对与实际信号强度来说可忽略的程度。

另外，经常采用的抗干扰措施还有隔离，也是通过阻止干扰回路的形成来抑制干扰。这些方法的作用是叠加的。通常，我们会采取其中的一种或几种方法来提高信号测量的抗干扰能力。