第七章 计算机控制系统的抗干扰技术 (1)
计控深刻复习(空白)
1．计算机控制系统由和两大部分构成。
2．数字量输入通道主要由、、等组成。
3．假设ADC0809的基准电压V REF（+）=5.12V，V REF（-）=0V，则此时它的量化单位q= mV；若输入电压V IN=3V，则输出的转换结果D=1. 12位的A/D转换器对幅度为5V的电压信号进行转换，它能分辨的最小电压变化是___mV。
4．完成一次A/D转换所需的时间称为时间。
5．写出数字控制器连续化设计的五个步骤：6．设计对速度输入的最少拍无纹波控制器时，被控对象应至少含个积分环节。
7．若被控对象的G(z)分母比分子高N阶，那么最少拍控制器的物理可实现的条件是。
8．最少拍控制器有两个主要特点：和。
9．大林算法控制的响应特点是，其响应的调节时间长短可通过改变。
10．设计串级控制系统时应把主要扰动包含在回路中。
11．三相步进电机按三相六拍方式工作，各相通电次序为。
12．集散控制系统在功能上实现了集中和分散，以适应不同类型的控制要求。
13．经常采用的软件抗干扰技术是、、和开关量软件抗干扰技术等。
2. 与采样同样时间点和时间间隔, 并由计算机输出的______ ____量被零阶保持器变换成连续____ ____信号输送到被___ ____对象。
5. 完成一次A/D转换所需的时间称为____ __时间。
6. 数字PID控制器有_____式和_____式两种控制算法。
7. 数字PID控制器参数的整定有_ __法和__ __法两种。
9. 计算机控制系统的抗干扰措施主要有_ __抗干扰、__ _抗干扰和_ _自诊断技术。
10. 集散控制系统在功能上实现了_ _集中和_ _分散, 以适应不同类型的控制要求。
11. 离散系统稳定的充要条件是系统的特征根必须全部位于Z 平面的_ _，只要有一个根在__ __，系统就不稳定，对实际系统来说，处于稳定边界也称为_ _系统。
12. 模拟化设计的关键步骤是__ __。
2. 为提高输入模拟信号的频率范围，应在A/D 转换器前加 _电路。
chap7_系统组建实现-1
1
4. 多路D/A输出时的实现方式
图7-2 模拟量输出通道的两种实现结构图
11
1314 7.1.4 计算机控制系统的模拟输入通道
20 22
图7-12 电流信号传输的典型电路
32 33图7-17 RS-422发送驱动器
1e 2e 3
e e t
软件的分类
图7-19 计算机控制系统的软件组成
图7-21 数模混合系统计算延时的引入
图7-22 三种控制算法的输出时刻
47
编排实现）进行并联而得。
图7-28 某控制器接口图
图7-29 控制算法编排结构图
图7-35 量化误差的概率分布密度函数≤<
q
0ε
T
图7-34 两种量化特性及量化误差
3. 溢出特性
7.5.2 计算机控制系统中的量化
图7-36 二进制数码及其溢出特性
溢出保护措施后的数据范围
7-37 修改后的溢出特性
性干扰
作
7-39 乘法量化误差的线性处理
所示的非线性特性。
图7-40 量化误差
1
−
1/(1)
az−
(t c
)(t u
选择采样频率的经验规则
对一个闭环控制系统，如果被控过程的主导极
，那么采样周期应取
采用差分放大器做信号前置放大
7-48 差分输入级示意图图7-45 串模干扰示意图
图7-46 二阶阻容滤波器网络。
2023年大学_计算机控制技术第二版(温希东著)课后答案下载
2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。
主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。
为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。
本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。
计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。
计算机控制技术-试题-总结讲解学习
学习-----好资料1. 若连续信号的最高频率为「max,按采样定理要求，采样频率“应>=2 5 _。
2. 通常在传感器与A/D之间加入调理电路的目的是使模拟输入电压满足A/D转换量程要求_______________ 。
3. 计算机控制系统的输入与输出信号主要分为数字信号与模拟信号。
4. 计算机控制系统的工作过程可归纳为以下三步：实时数据采集、实时控制决策、实时输出控制。
5. 共模干扰的抑制方法主要有：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。
6. 一般数控系统组成包括：输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。
7. 控制系统的四大要素是：给定量、执行机构、控制对象以及被控量。
8. 传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用A/D转换器把模拟信号变成数字信号，读入计算机中，对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有线性化处理、标度变换和系统误差的自动校准。
9. 计算机控制中的数字PID控制算法有数字PID位置型控制算法和数字PID增量型控制算法两种基本形式。
10. 经常采用的软件抗干扰技术包括：数字滤波技术、开关量的软件抗干扰技术___________________ 、指令冗余技术____ 、软件陷阱技术等。
11. 采用差分放大器作为信号前置放大是抑制串模干扰的方法之一。
12. 通常把叠加在被测信号上 ____________ 的干扰信号称为串模干扰。
13. 若信号的动态范围为N,计算机字长n > log2 (1+N) _____________ 。
1、计算机控制系统由计算机和被控对象(或生产过程)两部分组成。
计算机控制系统的基本工作原理可以归纳为：实时数据处理、实时监督决策、实时控制及输出。
3、若3 max为被采样的连续信号的最高频率，根据香农采样定理，采样周期必须满足T< n /3 max4、人机接口的作用:一是输入程序或数据，完成各种操作控制；二是显示生产过程的工艺状况与运行结果。
计算机控制系统的抗干扰技术和措施
对于电磁场干扰，因采用低阻金属材料制成屏蔽体， 屏 蔽体以接大地为宜。
对于高增益放大器来说，一般要用金属罩屏蔽起来。 为 了消除放大器与屏蔽层之间的寄生电容影响， 应将屏蔽体与 放大器的公共端连接起来。
如果信号电路采用一点接地方式， 则低频电缆的屏蔽层 也应一点接地。
5. 印刷电路板的地线安排
在安排印刷板地线时，首先要尽可能加宽地线，以降低 地线阻抗。其次，要充分利用地线的屏蔽作用。 在印刷板边 缘用较粗的印刷地线环包整块板子，并作为地线干线，自板 边向板中延伸，用其隔离信号线，这样既可减少信号间串扰， 也便于板中元器件就近接地。
6. 屏蔽地
对于电场屏蔽来说， 由于主要是解决分布电容问题， 因 此应接大地。
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。它是采用低电 阻的金属材料作为屏蔽层。电磁屏蔽就是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与原磁场抵消而削弱高 频磁场的干扰；又因屏蔽罩接地，也可实现电场屏蔽。由于电 磁屏蔽是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 与操作孔因尽量开小。
3. 磁场屏蔽
对于低频磁场干扰，用上述电磁屏蔽方法往往难以奏效， 一般采用高导磁率材料作屏蔽体，利用其磁阻较小的特点， 给干扰磁通提供一个低磁阻通路，使其限制在屏蔽体内。为 了有效地进行磁场屏蔽，必须采用诸如玻莫合金之类材料， 同时要有一定的厚度，或者采用相互具有一定间隔的两个或 多个同心磁屏蔽罩， 效果更好。
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。
【精品课件】计算机控制系统中的抗干扰技术
10.1.3 干扰的作用方式
• 长线传输干扰：在计算机控制系统中，现场信号到控 制计算机以及控制计算机到现场执行机构，都经过一 段较长的线路进行信号传输，即长线传输，在长线传 输中产生的干扰称为长线传输干扰。
• 信号在长线中传输会遇到三个问题：一是高速变化的信 号在长线中传输时，会出现波反射现象，二是具有信号延 时，三是长线传输会受到外界干扰。
10.2 硬件抗干扰技术
10.2.1电源系统的抗干扰技术
电源引入的干扰是计算机控制系统的主要干扰之一； 对计算机控制系统的干扰大部分是由电源耦合产生的。
➢供电方式 ➢尖峰脉冲干扰的抑制 ➢掉电保护
共模干扰示意图
• 对于系统干扰来说，共模干扰大都通过差模干扰方式表现出来
• 由Ucm引起系统输入的差模电压为：
共模抑制比
Un1
Zs
Zs Zr
Ucm
Zs Us ~ Ic
Zr A
Un2Zs1Z sc1Zc1Zs2Zsc2Zc2Ucm Zs1
Us ~ Ic1
A
Zs2
Ucm
~
Ic2
~ Ucm Zc2
Zc1
(a) 单端输入
(b) 双端输入
两种输入方式的共模电压的引入
• 对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输入方式，应采 用双端输入方式，原因是其抗共模干扰能力强
• 为了衡量一个放大器抑制共模干扰的能力，常用共模抑制
比CMRR（Common-Mode Rejection Ratio ）
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)。
浅谈计算机抗干扰技术
浅谈计算机抗干扰技术计算机抗干扰技术是指对计算机设备和系统进行防止干扰、减小干扰、提高运行稳定性和可靠性的技术手段。
随着计算机在各个领域的广泛应用，环境中的电磁干扰对计算机设备的正常运行产生了一定的影响，因此开发和应用计算机抗干扰技术变得尤为重要。
以下将对计算机抗干扰技术进行浅谈。
一、计算机抗干扰的类型2.外部干扰：外部干扰是指计算机设备周围环境中其他设备对计算机设备产生的影响，包括温度、湿度、气压等。
3.自身干扰：自身干扰是指计算机设备内部的电路和元器件之间的相互影响，包括电磁兼容性和电磁暂态两种干扰形式。
二、计算机抗干扰的方法1.物理层抗干扰技术：物理层抗干扰技术主要包括对电磁干扰的阻断和屏蔽措施，如对电源线、信号线进行屏蔽处理，采用地线、屏蔽箱等设备进行屏蔽。
另外，合理布置设备和线缆的布局，降低传导干扰的发生。
2.程序层抗干扰技术：程序层抗干扰技术主要是通过改进软件设计、优化算法和编码方式，提高计算机系统的抗干扰能力。
例如，增加冗余校验、错误纠正码、差错控制等机制来保证数据的完整性和正确性。
3.电磁兼容性设计：电磁兼容性设计是指在设计计算机设备时，充分考虑计算机设备周围的电磁环境因素，采取合适的措施降低电磁干扰的发生。
包括合理布局电路板、抗干扰滤波器、增加接地和屏蔽等。
4.元器件选择：选择具有良好抗干扰特性的元器件，如高温耐受性、抗电磁波辐射、抗电磁波干扰等特点的元器件，可以提高整个系统的抗干扰能力。
三、计算机抗干扰技术应用场景1.军事领域：军事设备对干扰的抗性要求非常高，计算机抗干扰技术在战场指挥、雷达系统、通信系统等方面得到广泛应用。
2.能源领域：能源设备往往存在较高的电磁辐射或电磁波干扰，使用计算机抗干扰技术可以提高能源设备的稳定性和可靠性。
3.医疗领域：计算机在医疗设备中的应用越来越广泛，医疗设备对稳定性和可靠性要求较高，计算机抗干扰技术可以提高医疗设备的准确性和可靠性。
4.工业控制领域：工业控制设备往往工作环境恶劣，噪声和电磁干扰问题突出，计算机抗干扰技术可以提高工业控制设备的抗干扰能力，保证其正常运行。
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。
计算机控制技术试卷及答案-(1)
计算机控制系统试卷一答案一、简答题（每小题5分，共50分）1. 画出典型计算机控制系统的基本框图。
答：典型计算机控制系统的基本框图如下：2. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。
(1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。
(2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。
(3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。
(4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。
(5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。
3. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。
答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。
比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。
加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。
(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。
积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。
积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。
增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。
引入积分调节的代价是降低系统的快速性。
(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。
微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。
4. 采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。
计算机控制系统中的抗干扰技术.ppt
共模干扰示意图
2019/10/24
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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。
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
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
• 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
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。
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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 磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰。
计算机控制系统的抗干扰技术共40页
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
计算机控制系统的抗干扰技术
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
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图7.5 光耦合器隔离
在光耦的I/O部分必须分别采用独立的电源。 应注意光耦的位置设置(P164) 。
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3. 继电器隔离—实现强弱电之间的抗干扰
图7.7 继电器隔离
4. 屏蔽方法—使输入信号的“模拟地”浮空
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7.2.3 长线传输干扰的抑制
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长线传输的缺点：易受到外界的干扰，具有信号延 迟，高速变化的信号在长线中传输时，会出现波反射现 象。
1. 屏蔽信号线
方法: (1) 采用双绞线，其中一根用作屏蔽线，另一根用 作信号传输线。把信号输出线和返回线两根导线拧合;
(2) 采用金属网状编织的屏蔽线，金属编织网作屏 蔽外层，芯线用来传输信号。
原则：抑制静电感应干扰用金属网的屏蔽线；抑制 电磁感应干扰用双绞线。
第7章 计算机控制系统的抗 干扰技术
第十六讲-第十七讲
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第十六讲
7.1 工业现场的干扰及对系统的影响 7.2 硬件抗干扰技术
7.3 软件抗干扰技术
7.4 接 地 技 术 7.5 电源系统的抗干扰技术 7.6 小
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结
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图7.2 共模干扰示意图
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共模干扰可以是直流电压，也可以是交流电 压，其幅值可达1~10V。因为在计算机控制生产过 程中，被控制和被测试的参量可能很多，并且是 分散在生产现场的各个地方，一般用长导线将计 算机发出的控制信号传送到现场的某个控制对象， 或者把安装在某个装置中的传感器产生的被测信 号传送到计算机的A/D转换器。因此，被测信号Us 的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点往 往存在一定的电位差Ucm。对于A/D转换器的两个 输入端来说，分别有两个输入信号：Us+Ucm和 Ucm。故Ucm是共模干扰电压。
限幅滤波法能有效克服因偶然因素引起的脉冲干 扰，但无法抑制周期性的干扰，平滑度差。
2. 中位值滤波法
连续采样N次(N为奇数)，把N个采样值按大小排列， 取中间值为本次有效值。 能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、 液位等变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
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屏蔽信号线需注意的事项(P166)。
2. 双绞线不同的使用方法(图7.10)
(1) 传送距离小于5m，收发端装负载电阻 (2) 传送距离超过10m或经过噪声严重污染的区域 时，可使用平衡输出的驱动器和平衡输入的接收器， 发收端有末端电阻。
3. 双绞线与光耦联合使用(图7.11)
( dB)
串模抑制比：使输出信息发生规定变化的串模电压，与 由被测量引起的能使输出产生相同变化的电压之比。
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2. 共模干扰
共模干扰：在电路输入端相对公共接地点同 时出现的干扰，即输入通道上共有的干扰电压。 共模干扰主要由电源的地、放大器的地以及信号 源的地之间的传输线上电压降造成的。
(2) 当尖峰型串模干扰成为主要干扰源，系统对采样速 率要求不高时，采用双积分式A/D转换器可以削弱周期 性的串模干扰。 (3) 通过提高阈值电平抑制低噪声的干扰。
(4) 高速逻辑器件抑制低频干扰；低速逻辑器件或人为 附加电容抑制高频干扰(脉冲干扰)。 (5) 若串模干扰的频率与被测信号频率相近时，信号线 应选用带屏蔽的双绞线或电缆线，并应有良好的接地系 统；或在软件中使用数字滤波。 (6) 对于主要来自电磁感性的串模干扰，应尽可能早地 对被测信号进行前置放大，以提高回路中信号噪声比， 或尽可能早地完成A/D转换或采用隔离和屏蔽等措施。
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7.1.2 干扰的作用途径
干扰信号主要通过以下途径进入系统内部：
(1) 电磁感应(磁耦合)
(2) 静电感应(电耦合)
串模干扰
(3) 传导耦合
(4) 公共阻抗耦合 (5) 其他形式
干扰源 交流电源/接地系统 公共阻抗 I/O信号传输线路 电磁感应 静电场感应
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1.变压器隔离
图7.4 变压器隔离
变压器把模拟信号与数字信号电路隔离开，抑制 共模干扰。隔离前和隔离后应采用两组相互独立的电 源，切断两部分的地线联系。 脉冲变压器隔离法在微机测控系统中应用较广。
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2. 光电隔离
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通常IN/OUT线与大地或机壳之间发生的干扰 都是共模干扰，信号线收到静电感应时产生的干 扰也是共模干扰。
由于共模干扰它不和信号相叠加，但它能通 过测量系统形成到地的泄漏电流，这泄漏电流通 过电阻的耦合就能直接作用于仪表，产生干扰。
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(1) 数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件设备；
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1. 限幅滤波法(程序判断滤波法)
Y (k ) Y (k 1) Y , 则 Y (k ) Y (k ) Y (k ) Y (k 1) Y , 则 Y (k ) Y (k 1)
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4.一阶滞后滤波法(惯性滤波法)
1 G(s) 1 Tf s
离散化得低通滤波公式：
x ( k ) (1 ) u ( k ) x ( k 1 )
一阶滞后滤波法对周期性干扰具有良好的抑制 作用，适用于波动频率较高的场合，缺点是相位滞 后，灵敏度低，不能消除滤波频率高于采样频率的 1/2的干扰信号。
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7.2.4 阻抗匹配
为了防止静电干扰和反射波干扰，采用终端 阻抗匹配或始端阻抗匹配，或者通过TTL芯片缓 冲器与长线连接。 阻抗匹配：负载阻抗与激励源内部阻抗互相 匹配，得到最大功率输出的一种工作状态。 为了阻抗匹配，必须事先知道传输线的特征 阻抗(波阻抗)Rp。
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被测电路中，被测信号Us有单端对地输入和 信号源的内阻抗 双端不对地输入两种。
共模干扰电压 全部转为串模 干扰电压
UA U cm Zc Z s1 Zc1 1
输入电路的 输入阻抗
单端对地
双端不对地
共模干扰电压Ucm在仪表 U cm 输入端A,B两端形成的共 U A Z Z Z c2 s1 c2 模电压为：
2. 控制失灵
3. 程序运行失常
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7.3.2 数字滤波方法
数字滤波：通过一定的计算或判断程序减少干 扰在有用信号中的比例，实质上是一种程序滤波。 与模拟滤波器相比，数字滤波有以下几个优点： (2) 可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波克服 了模拟滤波器的缺陷； (3) 可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波 参数，具有灵活、方便、功能强大的特点。
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7.1.3 干扰的作用形式
1. 串模干扰(差动干扰)
串模干扰是指干扰电压与有效信号串联叠加 联合作用到仪表上的干扰。通常来自高压输电线， 与信号线平行铺设的电源线及大电流控制线所产 生的空间电磁场。 串模抑制比：
图7.1 串模干扰示意图
Un SMRR 20 lg U
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7.2.2 共模干扰的抑制
采用双端输入的差分放大器作为仪表输入通 道的前置放大器，是抑制共模干扰的有效方法。
另外可以利用变压器或光耦把各种模拟负载 与数字信号隔离开来，即把“模拟地”与“数字 地”断开，被测信号通过变压器耦合或光电耦合 获得通路，而共模干扰由于不成回路而被有效的 抑制。
(2) 系统结构设计；
(3) 安装与调试。
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外部干扰有电网的波动、大型用电设备的起 停、电磁辐射，一些大功率的用电设备以及电力 设备，甚至空间条件可能成为干扰源等。外部干 扰的主要因素为： (1) 外部电气条件：如电源电压的稳定性、强 电场与磁场等；
(2) 外部空间条件：如温度、湿度、空气清洁 度等； (3) 外部机械条件：如振动、冲击等。
7.2.5 长线的电流传输
长线传输时，用电流代替电压传输，可获得较
好的抗干扰能力。
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7.3 软件抗干扰技术
第十七讲
经常采用的软件抗干扰技术是数字滤波技术、 开关量的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件 陷阱技术等。
7.3.1 软件出错对系统的危害
1. 数据采集不可靠
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1. 终端并联阻抗匹配(P167)
R阻值的确定；优点；缺点
2. 始端串联阻抗匹配(P168)
R阻值的确定；优点；缺点
3. 终端并联隔直流匹配(P168)
R阻值的确定；优点；缺点
4. 终端接钳位二极管匹配(P168)
优点
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7.1 工业现场的干扰及对系统的影响
影响应用系统可靠、安全运行的主要因素来 自系统内部和外部的各种电磁干扰，以及系统结 构设计、元器件安装、加工工艺和外部电磁环境 条件等，这些因素对系统造成的干扰后果主要表 现在以下几个方面： 1. 测量数据误差加大