集散型控制系统说明

本答案仅供参考。

第1章绪论1.1 什么是过程计算机操纵系统？它由哪几部分组成?通过具体示例讲明。

答:它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环操纵的系统,它综合了计算机过程操纵和生产工艺过程。

例如温度操纵系统。

1.2 计算机操纵工业生产过程有哪些种类型?答:计算机操纵工业生产过程一般有五种类型:操作指导操纵系统；直接数字操纵系统；监督操纵系统；集散操纵系统;现场总线操纵系统。

１.3 计算机操纵系统的硬件一般有哪几大要紧组成部分？各部分是如何样互相联系的?其中过程通道有几种差不多类型？它们在系统中起什么作用?答:计算机操纵系统的硬件一般包括:主机、外部设备、过程输入输出设备。

两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。

输入过程通道包括：A／D通道---－把模拟信号转换成数字信号后再输入;DＩ通道-－---直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道包括:Ｄ/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出;DＯ通道--－--直接输出开关量信号或数字量信号。

1.４ 直接数字操纵系统的硬件由哪几部分组成？答：直接数字操纵系统的硬件要紧有计算机（主机)、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。

如下图所示。

１.5 数字PID 操纵算法有几种形式?各有什么特点？答:数字PID 操纵算法有位置式、增量式、速度式三种形式。

PID 位置式依照偏差计算阀门的位置,PID 增量式依照偏差计算阀门的变化；PID 速度式依照偏差变化程度计算阀门的变化。

１.6 试推导计算机操纵系统PI 操纵算法的位置式、增量式和速度式。

答:模拟PI 操纵算法为])(1)([)(0⎰+=tI p dt t e T t e k t u其中，p k ----比例增益I T --－－积分时刻常数在采样周期相当短临时,用矩形法近似代替积分项∑⎰=≈ki t i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。

PI 位置式算法为:xki I p u i e k k e k k u ++=∑=0)()()( PI 增量式算法为：)()()(k e k k e k k u I p +=∆∆PI 速度式算法为:T k e k T k e k T k u k v I p )()()()(+==∆∆其中，x u -----偏差（它是初始阀门位置))(k u ∆-－-第k 次输出的偏差校正值 )(k e ∆---第k 次采样值的偏差校正值1.７ 试推导计算机操纵系统PD 操纵算法的位置式、增量式和速度式。

答:模拟PD 操纵算法为])()([)(dtt de T t e k t u D p += 其中,p k ---－比例增益D T -－--微分时刻常数在采样周期相当短临时，用后向差分法近似代替微分项T k e k e dt t de )1()()(--≈,其中T 为采样周期,k 为采样序号。

PD 位置式算法为:x D p u k e k e k k e k k u +--+=))1()(()()(PD 增量式算法为:))1()(()()(--+=k e k e k k e k k u D p ∆∆∆PD 速度式算法为：Tk e k e k T k e k T k u k v D p ))1()(()()()(--+==∆∆∆∆ 其中,x u -－---偏差（它是初始阀门位置))(k u ∆－--第k 次输出的偏差校正值)(k e ---第k 次采样值的偏差校正值 １.8 集散型操纵系统产生的缘故是什么？什么缘故集散型操纵系统能得到广泛应用?答:随着生产规模的扩大，生产过程的复杂程度的提高，使像ＤDC 如此集中操纵系统无法满足诸如操纵回路增多、实现集中显示和操作、实现多变量相关联对象的操纵要求，导致集散操纵系统的产生。

DCS 吸取了操作指导操纵系统和直接数字操纵系统的优点,实现功能分散化，危险分散化,而治理和显示集中，灵活的应用使D ＣS得到广泛应哟功能和进展。

1．9 与直接数字操纵系统相比较，集散型操纵系统的优点是什么？答：与直接数字操纵系统相比,集散操纵系统具有操纵功能分散、危险分散,而参数显示和操作高度集中的优点。

１.10 集散型操纵系统的进展方向是什么?答:集散操纵系统的进展方向表现在两个方向上:一个方向是向上进展,即向CＩMS计算机集成制造系统、CＩPS计算机集成过程系统方向进展；另一个方向是向下进展，即向ＦCＳ现场总线操纵系统方向进展。

１．１１写出下列缩略词的中、英文名称。

ＳＣC ＤDC ＤＣＳCIMS FCS答：ＳCＣ：Supｅrvisory Compｕｔer Cｏnｔro ｌ计算机监督操纵DＤC：Dｉrｅcｔ Dｉgital Conｔrol 直接数字操纵DCS：Distｒｉbuted Ｃonｔrｏl System 集散操纵系统CIMS:Cｏmputer Integratｅd Manufaｃtｕrｅ dSystem计算机集成制造系统ＦCS:Fiｅldｂｕs CoｎｔｒoｌＳystem 现场总线操纵系统CIPS:Coｍputer Inｔegｒated Prｏcess Sy ｓteｍ计算机集成过程系统第2章集散型操纵系统(DＣS)的导论2．1 什么是集散型操纵系统?它的要紧特点是什么?答:集散操纵系统又称为分布式操纵系统,是计算机技术(comｐｕteｒ)、通信技术(communicaｔｉon)、图形显示技术(CＲT)、操纵技术(cｏｎtrol）(简称4Ｃ技术）的进展产物,它是一个通过通信网络将现场操纵站、操作员站、工程师站联系起来，共同完成分级操纵、集中治理的综合操纵系统。

它的要紧特点是:①可靠性高②灵活的扩展性③完善的自主操纵性④完善的通信网络。

2．2 集散型操纵系统的设计思想是什么?答：集散操纵系统的设计思想是：危险分散、操纵功能分散，而操作和治理集中。

２.3 集散型操纵系统一般由哪几部分组成？各自要紧功能是什么?答:集散操纵系统一般由过程操纵单元、数据采集器、CRT显示操作站、治理计算机以及高速数据通路五部分组成。

过程操纵单元:实现对DCS的一个或多个回路的较复杂闭环操纵。

数据采集器:针对生产过程中非操纵变量而言，实现数据采集、预处理以及实时数据的进一步加工，供CRT操作站显示和打印,实现开环监视。

CＲT显示操作站：它是DCS与外界联系的人机接口，具有显示操纵过程中各种信息、监视操作、输出报表,还对DCS的PCU和ＰIU进行组态,实现系统的操作和治理。

高速数据通路:它将过程操纵单元、操作站、治理计算机等设备连接成一个完整的DCS,以一定速率在各单元之间完成数据、指令及其它信息的传输，一般设置成冗余结构。

治理计算机：综合监视DCS的单元，治理DCS的所有信息，具有进行大型复杂运算的能力以及多输入、多输出操纵功能,以实现系统的最优操纵和全厂的优化治理。

2．4 什么是计算机网络？集散型操纵系统的通信网络常采纳什么类型的网络形式？答:凡是将地理位置不同而且具有独立功能的各个计算机系统通过通信设备和线路将它们连接起来，由功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式、操纵程序和网络操作系统)实现网络资源(硬件、软件、信息)共享。

集散操纵系统常用总线网和环形总线网络。

2.5 什么是通信网络协议？常用的通信网络协议有哪几种？答：由网络全体“成员”共同遵守的一套“约定”，以实现彼此通信和共享资源，这确实是网络协议。

常见的网络协议有：开放系统互连参考模型OＳI;IEEE80２标准局域网标准；MＡP制造业自动化通信协议;PRＯＷＡY过程数据高速公路。

２.6 试分不画出数字量:（1)６5H和（2)BAH的不归零、归零及差分曼彻斯特编码的信号波形图。

答：6５Ｈ转换为二进制是:01100101BBAH转换为二进制是：101１1010Ｂ２．7 已知数据传输中发送端的码元序列为0110１1０１B ，试求接收端码元序列分不为011０11０0B 和01100０11B 时的差错码元序列。

答:当接收端的码元序列为０１１01100Ｂ时的差错码元序列为B RC E 000000010110110001101101=⊕=⊕=当接收端的码元序列为０１100０１１Ｂ时的差错码元序列为B RC E 000011100110001101101101=⊕=⊕=2.８ 已知信息码m =101１，要生成循环码(8,４），设采纳的循环码生成多项式为：1)(234+++=x x x x g ,求生成的循环码。

答:由题意，信息码为m =1０11,对应的多项式为1)(3++=x x x m为了获得循环冗余码,将)(x m 两边乘以4x ,得457344)1()(x x x x x x x m x ++=++⨯=⨯利用余式定理,再除以生成多项式)(x g ，得余式)(x r为1)(3++=x x x r因此,循环冗余码所对应的多项式为1)(3457+++++=x x x x x x v对应二进制循环冗余码为 101110１1２.9 已知数据传送的信噪比为１０,频带宽度为3kHz ，试求(1)无噪声信道上理论极限传输能力;(2)噪声信道上理论极限传输能力;（3）双绞线噪声信道实际传输能力。

答:由题意,信噪比为10=NS ，频带宽度为kHz H 3=。

无噪声信道上理论极限传输能力为v H R 2log 2=2log 103223⨯⨯⨯=k 6= bit ／s噪声信道上理论极限传输能力为)1(log 2NS H R += )101(log 10323+⨯⨯=k 38.10= ｂｉｔ/s双绞线噪声信道实际传输能力为960０ bit/s2．10 O ＳI 参考模型分为几层?各层的要紧作用是什么?答：OS Ｉ参考模型分为七层,各层的要紧作用如下表所示。

2.11 IEEＥ802标准包括哪些内容?答：IEEE８0２标准的内容包括：ＩEEE802.1:系统结构和网络互连;IEEE８02.2:逻辑链路操纵;IＥEＥ８０2.3:CSＭＡ/CD总线访问方法和物理层技术规范；ＩEEE8０2.4:Token Ｐassing Ｂｕｓ访问方法和物理层技术规范；IＥEＥ８02．５:Toｋen ＰａssiｎｇＲｉng 访问方法和物理层技术规范;ＩEEＥ８02．6:都市网络访问方法和物理层技术规范;IEEE802.7:宽带网络标准;IEＥE802.8：光纤网络标准；ＩEEE80２.９:集成声音数据网络。

2.1２讲明IEEE80２．3,IＥEE802．４ ,IＥEE80２.5通信协议要紧解决网络通信哪一层的问题?各有什么特点？答:IEEＥ802.３、IEＥE８02．４、IＥＥＥ8０2．5通信协议要紧解决网络通信中的数据链路层的问题。