计算机控制技术及工程应用复习资料

第一章

1）计算机控制系统的监控过程步骤

a.实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入；

b.实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策；

c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务；

2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？

数据采集系统（DAS）操作指导控制系统(OGC)直接数字控制系统（DDC）

监督计算机控制系统（SCC）分散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS）

4）计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？

同：1）计控系统是由常系统演变而来的；2）两者的结构基本相同

异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化

3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件

第二章

1）4位D/A 转换器为例说明其工作原理

假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”

端相连。根据电流定律，有：

由于开关BS3~BS0的状态是受要转换的二进制数D3、D2、D1、D0控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通

式：

考虑到放大器反相端为虚地，故：

选取R fb=R

，可以得到：

对于n位D/A转换器，它的输出电压V OUT与输入二进制数B(Dn-1~D0)

的关系式可写成：

结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻Rfb以及基准电压VREF有关。2）D/A转换器性能指标是

（1）分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量。其分辨率与二进制位数n呈下列关系：

分辨率=满刻度值/（2n-1）=V REF/2n

（2）转换精度是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度。它和分辨率是两个不同的概念

（3）偏移量误差是指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移值。

（4）稳定时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到终值误差1/2LSB 时所需的时间。

3）DAC双极性输出方式

OUT

Rfb

I

I-

=

A1和A2为运算放大器，A点为虚地，故可得：

解上述方程可得双极性输出表达式：

图中运放A2的作用是将运放A1的单向输出变为双向输出。当输入数字量小于80H即128时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于80H即128时，输出模拟电压为正。其它n位D/A转换器的输出电路与DAC0832相同，计算表达式中只要把28-1改为2n-1即可。

6）结合图2-14分析说明基址与片址的译码过程。

第三章

1．画图说明模拟量输入通道的功能、各组成部分及其作用？

2）什么叫周期采样？采样时间？采样周期？

周期采样：就是以相同的时间间隔进行采样，即把一个连续变化的模拟信号y(t)，

按一定的时间间隔T转变为在瞬时0，T，2T，…的一连串脉冲序列信号y*(t)

采样时间或采样宽度τ：采样开关每次闭合的时间

采样周期T采样开关每次通断的时间间隔

3）简述逐位逼近式、双积分式、电压/频率式的A/D转换原理。

1．逐位逼近式A/D转换原理

2．双积分式

3．电压/频率式

4）分析说明图3-19的8路12位A/D转换模板的工作原理。

该模板采集数据的过程如下：

(1)通道选择：将模拟量输入通道号写入8255A的端口C低4位（PC3~PC0），可以依次选通8路通道。

(2)采样保持控制：把AD574A的信号通过反相器连到LF398的信号采样保持端，当AD574A未转换期间或转换

结束时＝0，使LF398处于采样状态，当AD574A转换期间＝1，使LF398处于保持状态。(3)启动AD574A进行A/D转换：通过8255A的端口PC6~PC4输出控制信号启动AD574A。

(4）查询AD574A是否转换结束：读8255A的端口A，查询是否已由高电平变为低电平。

(5）读取转换结果：若已由高电平变为低电平，则读8255A端口A、B，便可得到12位转换结果。第四章

1）三极管型光电耦合隔离器

1）

2）

3）

2）简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱动电路。

数字量输出通道（DO通道）：它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。

3）对比分析说明三极管输出驱动与继电器输出驱动电路的异同点。

同：任务相同（把计算机输出的微弱信号转换成外接电路实际需要的控制信号）

异：1：结构不同：

2：驱动对象不同：

第七章

1）惯性滤波器的设计

惯性滤波是模拟硬件RC低通滤波器的数字实现。常用的RC滤波器的传递函数是

其中，T f=RC是滤波器的滤波时间常数，其大小直接关系到滤波效果。一般说来，T f越大，则滤波器的截止频率（滤出的干扰频率）越低，滤出的电压纹波较小,但输出滞后较大。由于大的时间常数及高精度的RC电路不易制作，所以硬件RC滤波器不可能对极低频率的信号进行滤波。为此可以模仿式(7-5)中硬件RC滤波器的特性参数，用软件做成低通数字滤波器，从而实现一阶惯性的数字滤波。

将式(7-5)写成差分方程（书本P106推导过程）

整理后得

式中：y(k)——第k次采样的滤波输出值；x(k)——第k次采样的滤波输入值，即第k次采样值

y(k-1)——第(k-1)次采样的滤波输出值;a——滤波系数a=T/(Tf+T)T——采样周期T f——滤波环节的时间常数

一般T远小于T f，即远小于1，表明本次有效采样值(滤波输出值)主要取决于上次有效采样值(滤波输出值)，而

本次采样值仅起到一点修正作用。

通常，采样周期T足够小，则a≈T/T f，滤波算法的截止频率为

当采样周期T一定时，滤波系数a越小，数字滤波器的截止频率f就越低。例如当T=0.5秒(即每秒采样2次)，a=1/32时：f=(1/32)/(2×3.14×0.5)≈0.01Hz这对于变化缓慢的采样信号(如大型贮水池的水位信号)，其滤波效果是很好的。

2）何为数字调零？何为系统校准？

零点偏移是造成系统误差的主要原因之一，因此零点的自动调整在实际应用中最多，常把这种用软件程序进行零点调整的方法称为数字调零。

上述数字调零不能校正由传感器本身引入的误差。为了克服这种缺点，可采用系统校准处理技术。

系统校准的原理与数字调零差不多，只是把测量电路扩展到包括现场的传感器，而且不是在每次采集数据时都进行校准，而是在需要时人工接入标准参数进行校准测量，把测得的数据存储起来，供以后实际测量使用。

3）简述数字滤波及其特点

数字滤波，就是计算机系统对输入信号采样多次，然后用某种计算方法进行数字处理，以削弱或滤除干扰噪声造成的随机误差，从而获得一个真实信号的过程。

这种滤波方法只是根据预定的滤波算法编制相应的程序，实质上是一种程序滤波。因而可靠性高，稳定性好，修改滤波参数也容易，而且一种滤波子程序可以被多个通道所共用，因而成本很低。

另外，数字滤波可以对各种干扰信号，甚至极低频率的信号进行滤波。它的不足之处是需要占用CPU的机时。4）在计算机控制系统中，可以考虑哪些越限报警方式？

在计算机测控系统中常采用声、光及语言进行报警。

1．普通声光报警2．模拟声光报警3．语音报警

第八章

1）串模干扰的成因是什么？如何抑制串模干扰？

串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中。

对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰U n直接与信号U s串联。目前常采用双绞线与滤波器两种措施。

2）共模干扰的成因是什么？如何抑制共模干扰？

共模干扰是指计算机控制系统中不同“地”之间存在着电位差，其

差值经输入通道中的信号放大器后，变成了干扰性的电压信号。

具体的有变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施。

3）在计算机控制系统中，敷设信号线时应注意哪些问题？

（1）模拟信号线与数字信号线不能合用同一根电缆，要绝对避免信

号线与电源线合用同一根电缆。

（2）屏蔽信号线的屏蔽层要一端接地，同时要避免多点接地。

（3）信号线的敷设要尽量远离干扰源，如避免敷设在大容量变压器、