安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结1要点.docx

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安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结1要点

第一章

1、什么是计算机控制系统？

它的工作原理是什么?

答：

定义：

利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。

工作原理可归纳为以下三个步骤：

1.实时数据采集；2.实时控制决策；3.实时控制输出。

2、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

答：

实时：

指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义；

在线方式（联机方式）：

生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式；

离线方式（脱机方式）：

生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。

第二章

1、PC104总线：

答：

PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104实质上就是一种紧凑的IEEE-966，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。

2、RS485总线：

答：

RS-485为半双工工作方式，只需一对平衡差分信号线，RS-485电路结构是在平衡连接的电缆上挂接发送器、接收器或组合收发器,且在电缆两端各挂接一个终端电阻用于消除两线间的干扰。

3、采样保持器的原理和作用是什么？

是否所有的模拟输入通道中都需要采样保持器？

为什么？

答：

采样/保持器：

模拟信号进行A/D转换时,从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间.在这个转换时间内,模拟信号要基本保持不变.如果输入信号变化较快（频率较高）,就会引起较大的转换误差.要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化.能完成这种功能的器件叫采样/保持器.

原因：

为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。

不是所有的模拟输入通道中都需要采样保持器，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。

4、基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的?

答：

基于RS-485总线可构成下图所示的主从分布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程I/O模块的等装置大都具有RS-485总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC或IPC作为系主站，并配有RS-232/485转换器，实现对系统定的监控与管理。

5、什么是串模干扰和共模干扰？

如何抑制？

答：

串模干扰：

指叠加在被测信号上的干扰噪声。

抑制方法：

①如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。

②当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。

③对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。

④从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。

⑤采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。

共模干扰：

指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

抑制方法：

①变压器隔离

②光电隔离③浮地屏蔽④采用仪表放大器提高共模抑制比。

第三章

1、讨论多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术各有何特点？

并分别列举设计或应用实例。

答：

多轴步进驱动控制技术：

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（Ｄ／Ａ）转换器。

在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电动机作为驱动元件，步进电动机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动，步进电动机驱动数控系统的工作台或刀具。

特点：

步进电机的转动是一步一步进行，每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。

通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达0.75°，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。

应用举例：

三轴步进电动机控制

多轴伺服驱动控制技术：

在自动控制系统中，输出量能够以一定精确度跟随输入量的系统。

伺服系统的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号，驱动被控制对象跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。

基本要求：

（1）稳定性好

（2）精度高（3）快速相应性好特点：

精确地检测装置；有多种反馈原理和方法；高性能的伺服电动机；宽调速范围的速度调节系统

第四章

1、某系统的连续控制器设计为

试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D（z），并分别给出三种方法对应的递推控制算法。

解：

双线形变换法：

把

代入，则

前向差分法：

把

代入，则

后向差分法：

把

代入，则

2、已知模拟调节器的传递函数为

，

试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。

解：

则

把T=0.2S代入得

位置型

增量型

第七章

1、组态：

答：

含义：

使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。

计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件组态。

硬件组态常以总线式（PC总线或STD总线）工业控制机为主进行选择和配置。

工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。

组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：

控制组态、图形生成系统、显示组态、I／O通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8个方面的内容。

2、看门狗：

答：

由于操作者不可能一直监视系统,这就需要一个独立于CPU之外的监视系统,在程序陷入死循环时,能及时发现并自动复位系统。

实质上是一个监视定时器,它的定时时间是固定不变的,一旦定时时间到,产生中断或产生溢出脉冲,使系统复位

3、数字滤波：

答：

所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。

故实质上它是一种程序滤波。

与模拟滤波器相比，有以下几个优点:

（1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。

（2）数字滤波可以对频率很低（如0.01HZ）的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。

（3）数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

数字滤波算法：

算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法

4、线性变换公式：

答：

Y=（Ymax-Ymin）（X-Nmin）／（Nmax-Nmin）+Ymin。

Y表示参数测量值，Ymax表示参数量程最大值，Ymin表示参数量程最小值，Nmax表示Ymax对应的A／D转换后的输入值，Nmin表示量程起点Ymin对应的A／D转换后的输入值，X表示测量值Y对应的A／D转换值。

第八章

1、DCS：

答：

分布式控制系统（DistributedControlSystem-DCS）也称集散控制系统。

DCS综合了计算机（Computer）技术、控制（Control）技术、CRT显示技术、通信（Commmunication）技术即4C技术，利用分散控制、集中操作、分而自治、综合协调的原则,将测控系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级,构成一分级分布式控制系统.

体系结构通常为三级。

第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。

特点：

（1）硬件积木化

（2）软件模块化（3）控制系统组态（4）通信网络的应用（5）可靠性高

2、FCS：

答：

现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）是随着控制、计算机、网络、通信和信息集成技术的发展而产生的。

现场总线是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通讯网络，与控制系统和现场仪表联用，组成现场总线控制系统。

5种典型的现场总线：

CAN、Lonworks、ProfiBUS、HART、FF。

现场总线的体系结构主要表现在以下六个方面：

现场通信网络现场设备互连互操作性④分散功能块⑤通信供电⑥开放式互联网

第一章

1、什么是计算机控制系统？

它的工作原理是什么?

答：

定义：

利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。

工作原理可归纳为以下三个步骤：

1.实时数据采集；2.实时控制决策；3.实时控制输出。

2、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

答：

实时：

指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义；

在线方式（联机方式）：

生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式；

离线方式（脱机方式）：

生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。

第二章

1、PC104总线：

答：

PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104实质上就是一种紧凑的IEEE-966，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。

2、RS485总线：

答：

RS-485为半双工工作方式，只需一对平衡差分信号线，RS-485电路结构是在平衡连接的电缆上挂接发送器、接收器或组合收发器,且在电缆两端各挂接一个终端电阻用于消除两线间的干扰。

3、采样保持器的原理和作用是什么？

是否所有的模拟输入通道中都需要采样保持器？

为什么？

答：

采样/保持器：

模拟信号进行A/D转换时,从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间.在这个转换时间内,模拟信号要基本保持不变.如果输入信号变化较快（频率较高）,就会引起较大的转换误差.要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化.能完成这种功能的器件叫采样/保持器.

原因：

为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。

不是所有的模拟输入通道中都需要采样保持器，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。

4、基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的?

答：

基于RS-485总线可构成下图所示的主从分布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程I/O模块的等装置大都具有RS-485总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC或IPC作为系主站，并配有RS-232/485转换器，实现对系统定的监控与管理。

5、什么是串模干扰和共模干扰？

如何抑制？

答：

串模干扰：

指叠加在被测信号上的干扰噪声。

抑制方法：

①如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。

②当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。

③对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。

④从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。

⑤采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。

共模干扰：

指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

抑制方法：

①变压器隔离

②光电隔离③浮地屏蔽④采用仪表放大器提高共模抑制比。

第三章

1、讨论多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术各有何特点？

并分别列举设计或应用实例。

答：

多轴步进驱动控制技术：

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（Ｄ／Ａ）转换器。

在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电动机作为驱动元件，步进电动机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动，步进电动机驱动数控系统的工作台或刀具。

特点：

步进电机的转动是一步一步进行，每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。

通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达0.75°，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。

应用举例：

三轴步进电动机控制

多轴伺服驱动控制技术：

在自动控制系统中，输出量能够以一定精确度跟随输入量的系统。

伺服系统的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号，驱动被控制对象跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。

基本要求：

（1）稳定性好

（2）精度高（3）快速相应性好特点：

精确地检测装置；有多种反馈原理和方法；高性能的伺服电动机；宽调速范围的速度调节系统

第四章

1、某系统的连续控制器设计为

试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D（z），并分别给出三种方法对应的递推控制算法。

解：

双线形变换法：

把

代入，则

前向差分法：

把

代入，则

后向差分法：

把

代入，则

2、已知模拟调节器的传递函数为

，

试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。

解：

则

把T=0.2S代入得

位置型

增量型

第七章

1、组态：

答：

含义：

使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。

计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件组态。

硬件组态常以总线式（PC总线或STD总线）工业控制机为主进行选择和配置。

工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。

组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：

控制组态、图形生成系统、显示组态、I／O通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8个方面的内容。

2、看门狗：

答：

由于操作者不可能一直监视系统,这就需要一个独立于CPU之外的监视系统,在程序陷入死循环时,能及时发现并自动复位系统。

实质上是一个监视定时器,它的定时时间是固定不变的,一旦定时时间到,产生中断或产生溢出脉冲,使系统复位

3、数字滤波：

答：

所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。

故实质上它是一种程序滤波。

与模拟滤波器相比，有以下几个优点:

（1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。

（2）数字滤波可以对频率很低（如0.01HZ）的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。

（3）数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

数字滤波算法：

算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法

4、线性变换公式：

答：

Y=（Ymax-Ymin）（X-Nmin）／（Nmax-Nmin）+Ymin。

Y表示参数测量值，Ymax表示参数量程最大值，Ymin表示参数量程最小值，Nmax表示Ymax对应的A／D转换后的输入值，Nmin表示量程起点Ymin对应的A／D转换后的输入值，X表示测量值Y对应的A／D转换值。

第八章

1、DCS：

答：

分布式控制系统（DistributedControlSystem-DCS）也称集散控制系统。

DCS综合了计算机（Computer）技术、控制（Control）技术、CRT显示技术、通信（Commmunication）技术即4C技术，利用分散控制、集中操作、分而自治、综合协调的原则,将测控系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级,构成一分级分布式控制系统.

体系结构通常为三级。

第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。

特点：

（1）硬件积木化

（2）软件模块化（3）控制系统组态（4）通信网络的应用（5）可靠性高

2、FCS：

答：

现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）是随着控制、计算机、网络、通信和信息集成技术的发展而产生的。

现场总线是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通讯网络，与控制系统和现场仪表联用，组成现场总线控制系统。

5种典型的现场总线：

CAN、Lonworks、ProfiBUS、HART、FF。

现场总线的体系结构主要表现在以下六个方面：

现场通信网络现场设备互连互操作性④分散功能块⑤通信供电⑥开放式互联网

第一章

1、什么是计算机控制系统？

它的工作原理是什么?

答：

定义：

利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。

工作原理可归纳为以下三个步骤：

1.实时数据采集；2.实时控制决策；3.实时控制输出。

2、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

答：

实时：

指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义；

在线方式（联机方式）：

生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式；

离线方式（脱机方式）：

生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。

第二章

1、PC104总线：

答：

PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，PC104实质上就是一种紧凑的IEEE-966，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。

2、RS485总线：

答：

RS-485为半双工工作方式，只需一对平衡差分信号线，RS-485电路结构是在平衡连接的电缆上挂接发送器、接收器或组合收发器,且在电缆两端各挂接一个终端电阻用于消除两线间的干扰。

3、采样保持器的原理和作用是什么？

是否所有的模拟输入通道中都需要采样保持器？

为什么？

答：

采样/保持器：

模拟信号进行A/D转换时,从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间.在这个转换时间内,模拟信号要基本保持不变.如果输入信号变化较快（频率较高）,就会引起较大的转换误差.要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化.能完成这种功能的器件叫采样/保持器.

原因：

为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。

不是所有的模拟输入通道中都需要采样保持器，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。

4、基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的?

答：

基于RS-485总线可构成下图所示的主从分布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程I/O模块的等装置大都具有RS-485总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC或IPC作为系主站，并配有RS-232/485转换器，实现对系统定的监控与管理。

5、什么是串模干扰和共模干扰？

如何抑制？

答：

串模干扰：

指叠加在被测信号上的干扰噪声。

抑制方法：

①如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。

②当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。

③对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。

④从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。

⑤采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。

共模干扰：

指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

抑制方法：

①变压器隔离

②光电隔离③浮地屏蔽④采用仪表放大器提高共模抑制比。

第三章

1、讨论多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术各有何特点？

并分别列举设计或应用实例。

答：

多轴步进驱动控制技术：

步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（Ｄ／Ａ）转换器。

在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电动机作为驱动元件，步进电动机控制线路接受计算机发来的指令脉冲，控制步进电机作相应的转动，步进电动机驱动数控系统的工作台或刀具。

特点：

步进电机的转动是一步一步进行，每输入一个脉冲电信号，步进电机就转动一个角度。

通过改变脉冲频率和数量，即可实现调速和控制转动的角位移大小，具有较高的定位精度，其最小步距角可达0.75°，转动、停止、反转反应灵敏、可靠。

应用举例：

三轴步进电动机控制

多轴伺服驱动控制技术：

在自动控制系统中，输出量能够以一定精确度跟随输入量的系统。

伺服系统的作用在于接受来自上位控制装置的指令信号，驱动被控制对象跟随指令脉冲运动，并保证动作的快速和准确，这就要求高质量的速度和位置伺服。

基本要求：

（1）稳定性好

（2）精度高（3）快速相应性好特点：

精确地检测装置；有多种反馈原理和方法；高性能的伺服电动机；宽调速范围的速度调节系统

第四章

1、某系统的连续控制器设计为

试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D（z），并分别给出三种方法对应的递推控制算法。

解：

双线形变换法：

把

代入，则

前向差分法：

把

代入，则

后向差分法：

把

代入，则

2、已知模拟调节器的传递函数为

，

试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。

解：

则

把T=0.2S代入得

位置型

增量型

第七章

1、组态：

答：

含义：

使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。

计算机控制系统的组态功能可分为两个主要方面，即硬件组态和软件组态。

硬件组态常以总线式（PC总线或STD总线）工业控制机为主进行选择和配置。

工业控制组态软件是标准化、规模化、商品化的通用过程控制软件。

组态工作是在组态软件支持下进行的，组态软件主要包括：

控制组态、图形生成系统、显示组态、I／O通道登记、单位名称登记、趋势曲线登记、报警系统登记、报表生成系统共8个方面的内容。

2、看门狗：

答：

由于操作者不可能一直监视系统,这就需要一个独立于CPU之外的监视系统,在程序