计算机控制系统与系统仿真知识点

1.什么是计算机控制系统？

~是利用计算机来实现生产过程或运动对象自动控制的系统。

2.计算机系统的3个功能：实时数据采集实时控制决策实时控制输出

3.计算机系统基本组成：控制系统和被控生产过程两部分，控制系统又分为硬件结构（主控设备被控对象输入输出设备软件结构（系统软件应用软件数据库）

系统软件：控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统，作用：调度监控和维护计算机系统，使计算机使用者将计算机当做一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工作的

4.计算机控制系统的典型结构形式：操作指导控制系统直接数字控制~ 监督~ 集散~ 现场总线~ 计算机集成~

典型的工业生产过程：连续过程离散~ 批量~

5.硬件设计包括

主控机的选型

输入输出过程的通道的设计

系统各类总线形式的选择

特殊功能板卡的设计

执行机构的选择

测量变送环节的选择

接口电路的设计

系统的抗干扰技术设计等

6.常用主控制器：

工业控制计算机：性能可靠软件丰富价格低

可编程控制器：体积小价格低可靠性高抗干扰能力强功能完善易学易用

智能工业调节器：测控精度高抗干扰能力强功能完善结构简单

数字信号处理器：快速地实现对信号的采集、变换、滤波、估值、识别。

单片机：功耗低成本低

ARM处理器：采用发放式许可方式。成本低耗能低性能高

数字信号处理器：进行数字信号实时处理的微处理器，伴随着微电子学、数字信号处理技术，计算机技术的发展而产生的器件。

选型主要考虑处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量与片内的资源，如定时器的数量、I/O数量、中断数量、DMA通道数等。

7.总线：计算机各功能部件之间互连和传送信息的一组信息线，按照所传输的信息种类，总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

类型：功能和规范分为片总线、内总线、外总线

按传输数据分为串行总线和并行总线

8.片总线（I ²C总线）：两线式串行总线，用于连续微控制器及外围设备。

接口少、控制方式简单、器件封装形式少、速率高。

两条总线路：串行数据SDA/串行时钟SCL。

三种类型信号：开始信号、结束~、应用~。

9.内总线（PCL总线）

①允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传

输。

②传输高效

③地址总线与数据总线分时复用。

10.外总线类型：

STD总线、IEEE-488总线、串行外部总线（RS-232总线、

RS-422总线、RS-485总线）、通用串行总线USB。

11.串行总线分为三种方式：

①单工方式：只允许数据按固定方向传输。

②半双工方式：采用同一根数据传输线，允许数据分时在

两个方向上传输，但不能同时进行双向传输。

③全双工方式：允许数据同时双向传输。

异步通信：数据传送以字符为单位。

12.并行：速度快、通讯线多、只适用于近距离。

串行：通信线少，成本低。

13.数字量输入通道：（DI通道）~是把外界生产过程的开

关状态信号或数字信号送至计算机进行处理，

组成：输入调整电路（光电耦合器是隔离器件，阻断信号

源与信号接收方的电气连接）、输入缓冲器、输入地址译

码电路（端口地址设置方式为统一编址和独立编址）。

14. 数字量输出通道：（DO通道）

把计算机或微处理器送出的数字信号传送给开关器。

组成：输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码器电

路。

15. 模拟量输入(A/D或AI)输出(D/A或AO)通道：

功能：模拟生产过程中被测模拟量经传感器测量、信号调

理、放大、采集保持，在经过A/D转化器转化成数字，并

通过适当的接口送人控制计算机。

16.模拟量输入通道的组成

传感器、信号调理电路、多路选择开关、前置放大电路、

多样保持器、A/D转化器、输入接口。

作用：模拟量输入系统的信号调理电路是传感器和A/D

转换器之间的桥梁。主要完成信号的转换、保护、滤波、

线性化、隔离等。

17.信号调理的作用：是传感器和A/D转化器间的桥梁、

完成信号的转换、保护、滤波、线性化、隔离。

18.采样保持；

作用：采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在模数

转化器进行转换期间保持不变，以供模数转换。

形式：周期采样、多节采样、随机采样。

19.计算机控制系统的连续化设计是以连续时间系统的控

制理论为基础的，在计算机上进行数字模拟来实现的。

20最少拍控制系统的设计目的：尽快消除误差（引出）

性能指标：稳定性、快速性、可实现性准确性

特点：一采样周期为一拍，经过最少个周期使系统输出的

稳态误差为0

C数字程序控制

CIM计算机集成制造

FM柔性制造

22.数控系统的分类：点位控制、直线控制、轮廓控制。

数控实现柔性制造，计算机集成制造。

组成：输入输出装置、控制器、插补器、伺服驱动装置

作用：将进给位移量等信息转换成机床的进给运动，使

系统正确、快速地跟随控制信息，执行运动。

23.插补：用折线轨迹逼近所要加工运动轨迹的过程。

24.逐点比较法原理：数控系统在控制加工过程中。逐点

计算和判别加工误差，并与规定的运动轨迹比较，有比较

结果决定下一步的移动方向，

25.步进电机特点：

①总移动步数取决于指令脉冲总数

②移动速度取决于指令脉冲频率，不能超过最高频率

③移动方向取决于脉冲的相序

26.步进电机的分类：

27.控制系统对软件的要求：实时性、多任务和多线程、

灵活性和通用性、可靠性和抗干扰性。

28.OPC：标准的工业接口规范。一种高效性、可靠性、

开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。

为工业控制现场不同设备之间提供了统一的接口规范。为

工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制。

29.数字滤波：计算机系统对输入信号进行多次采样，然

后通过一定的计算机程序对采样信号进行平滑加工，去掉

原始数据中掺杂的噪音数据，提高共有信号的比重，消除

了各种干扰和杂音，以确保计算机系统的可靠性和稳定

性。

类型：中值滤波，程序判断滤波，平均值滤波，惯性滤波，

复合滤波。

30.标度变换：放大或缩小也即码尺的变换。