安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结2讲课教案.docx
- 文档编号:25089653
- 上传时间:2023-06-05
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:84.66KB
安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结2讲课教案.docx
《安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结2讲课教案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结2讲课教案.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
安徽工程大学期末考试《计算机控制技术》范围总结2讲课教案
1.什么是计算机控制系统?
它的工作原理是什么?
计算机控制系统的定义:
利用计算机来实现生产过程自动控制的系统.
工作原理:
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?
在线方式:
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:
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作相应操作的方式.
实时(Realtimecontrol):
是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成,实时控制系统必定是在线系统
3.RS-485为半双工,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。
4.总线
总线是一组信号线的集合,它定义了各引线的信号特性、电气特性和机械特性,使计算机箱内各模板之间以及主机与外部设备之间建立起信号联系,进行信息传送和通信.
①内部总线
内部总线是指IPC内部各个功能模板之间的信息通路,它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽,分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB和电源总线PB四大部分.
②外部总线
外部总线是指计算机与计算机之间、计算机与远程终端之间、计算机与外部设备以及测量仪器仪表之间的信息通路,常称为通信总线.数据传输方式可以是并行的,也可以是串行的,可分别称为并行通信总线和串行通信总线.
5.PC104总线
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。
6.计算机控制系统的模拟量输出通道(后向通道)
1).模拟量输出通道的任务-----把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号,去驱动相应的执行器,从而达到控制的目的;
2.)模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成-----一般是由接口电路.数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等;
3).模拟量输出通道基本构成--多D/A结构和共享D/A结构。
特点:
1.一路输出通道使用一个D/A转换器
2.D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器
3.D/A转换器具有数字信号转换模拟信号.信号保持作用
4.结构简单,转换速度快,工作可靠,精度较高,通道独立
5.缺点是所需D/A转换器芯片较多
7.A/D,D/A波形发生器
A/D转换器
A/D(Analog/Digital)转换器是将模拟量转换为数字量的器件,这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量,但在一般情况下,模拟量是指电压而言的.
作用:
将模拟量转换为数字量,以便计算机接收处理。
D/A转换器性能指标有:
(1)分辨率
(2)转换精度(3)偏移量误差(4)稳定时间
典型芯片-DAC0832(掌握)
性能:
一个8位D/A转换器
电流输出方式
稳定时间为1μs
采用DIP-20封装
同系列芯片还有DAC0830,DAC0831
上升锯齿波
源程序清单如下:
ORG0200H
MOVDPTR,#0E000H;指向输入寄存器地址
MOVA,#00H;转换初值
WW:
MOVX@DPTR,A;WR1有效,启动D/A转换
INCA
NOP;延时
NOP
AJMPWW
下降锯齿波
ORG0200
MOVDPTR,#0E000H;指向输入寄存器地址
MOVA,#0FFH;转换初值
WW:
MOVX@DPTR,A;WR1有效,启动D/A转换
A
NOP;延时
NOP
AJMPWW
生成三角波的程序
DAC0832EQU0F200H
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0100H
START:
MOVSP,#60H
MOVDPTR,#DAC0832
MOVR0,#00H
LOOP1:
MOVA,R0
MOVX@DPTR,A
INCR0
ACALLDELAY
CJNER0,#0FFh,LOOP1
LOOP2:
DECR0
MOVA,R0
MOVX@DPTR,A
ACALLDELAY
CJNER0,#00H,LOOP2
AJMPLOOP1
DELAY:
MOVR7,#10
DJNZR7,$
RET
D/A转换模板设计主要考虑以下几点:
(1)安全可靠:
尽量选用性能好的元器件,并采用光电隔离技术.
(2)性能/价格比高:
既在性能上达到预定技术指标,又在技术路线/芯片元件上降低成本.
(3)通用性:
D/A转换模板应符合总线标准,其接口地址及输出方式应具备可选性.
D/A转换模板的设计步骤:
确定性能指标
设计电路原理图SCH
设计和制造印制线路板PCB
最后焊接和调试电路板
电机控制方式为四相八拍
A-AB-B-BC-C-CD-D-DA
BAEQUP1.3
BBEQUP1.2
BCEQUP1.1
BDEQUP1.0
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0100H
MAIN:
MOVSP,#60H
ACALLDELAY
SMRUN:
MOVP1,#08H;A
ACALLDELAY
MOVP1,#0CH;AB
ACALLDELAY
MOVP1,#04H;B
ACALLDELAY
MOVP1,#06H;BC
ACALLDELAY
MOVP1,#02H;C
ACALLDELAY
MOVP1,#03H;CD
ACALLDELAY
MOVP1,#01H;D
ACALLDELAY
MOVP1,#09H;DA
ACALLDELAY
SJMPSMRUN;循环转动
DELAY:
MOVR4,#10;单步延时程序
DELAY1:
MOVR5,#250
DJNZR5,$
DJNZR4,DELAY1
RET(作用?
)
END
8.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?
①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.
②作用:
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)。
③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。
9.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。
RS-232
RS-485
RS-485 RS-485 RS-485 RS-485
10.什么是串模干扰和共模干扰?
如何抑制?
答:
串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。
抑制方法:
滤波器、双积分式A/D转换器、前置放大或者隔离屏蔽等、利用元器件的特性来抑制、选择带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线(具体见书64页)。
共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。
抑制方法:
变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽。
11.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。
①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
②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
12.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
13.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
14.组态的基本概念?
答:
组态即,利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置,使其按照预定的功能实现待定的目的。
组态的设计步骤为:
1、组态的软件的安装,按照要求正确安装组态软件,并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。
2、工程项目系统分析,首先要了解控制系统的工程和工艺流程,弄清被控制对象的特征,明确技术要求,然后再进行工程的整体规划,包括系统应实现哪些功能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等
3、设计用户操作菜单,为便于控制和监视系统的运行,通常应根据实际需要建立用户自己打的菜单以便操作,例如设立一按钮来控制电动机的起停
4、画面设计与编辑,画面实际分为画面建立、画面编辑和动画编辑与链接几个步骤,画面由用户根据实际工艺流程编辑制作,然后需要将画面与已定义的变量关联起来,以便使画面上的内容随生产过程的运行而实时变化
5、编写程序进行调试,程序由用户编写好之后需进行调试,调试前一般要借助一些模拟手段进行初调,检查工艺流程、动态数据、动画效果等是否正确。
6、综合调试,对系统进行全面的调试后,经验收方可投入试运行,在运行过程中及时完善系统的设计。
15.关于线性变换的方法?
16.数字滤波
数字滤波:
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.常用的数字滤波方法有:
平均值滤波、中值滤波、限幅滤波、惯性滤波等.
优点:
1.数字滤波用程序实现,不需要增加任何硬件设备,可多通道共享,且不存在阻抗匹配问题,所以成本低,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,克服了模拟滤波器频率受电容容量限制的缺陷.
3.数字滤波器可以根据信号的不同,选择不同的滤波方法或滤波参数,使用方便、灵活.
17.看门狗基本原理:
看门狗是工业控制机普遍采用的抗干扰措
施,主要用于因干扰引起的系统“飞程序”等出错的检测和自动恢复
18.DCS架构?
集散型控制系统DCS(分布式控制系统):
基本思想是:
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.
设计原则:
采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则
典型的DCS体系结构分为三层,如图6-1所示:
第一层为分散过程控制级;
第二层为集中操作监控级;
第三层为综合信息管理级.
层间由高速数据通路HW和局域网络LAN两级通信线路相连,级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系.
特点:
1.硬件积木化2.软件模块化3.通信网络的应用4.可靠性高
19.现场总线控制系统(FCS)
结构模式为“工作站——现场总线智能仪表”二层结构,成本低,可靠性高,可实现真正的开放式互连系统结构
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、多站点的串行通信网络,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:
①现场通信网络②现场设备互连③互操作性④分散功能块⑤通信供电⑥开放式互联网
RS232C标准是:
1.设备之间通信的距离不大于15米
2.最大传输速率20kbps
3.在TxD和RxD上,采用负逻辑:
“1”(MARK)——-5V~-15V
“0”(SPACE)——+5V~+15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:
信号有效(接通,ON状态,正电压)=+5V~+15V
信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-5V~-15V
不带负载时输出电平:
-25V~+25V
输出短路电流:
<0.5A
最大负载电容:
2500pF
RS-422为全双工,采用两对差分平衡信号线;
RS-485为半双工,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。
12m----10Mbit/s120m----1Mbit/s1200m----100Kbit/s
A/D转换器
A/D(Analog/Digital)转换器是将模拟量转换为数字量的器件,这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量,但在一般情况下,模拟量是指电压而言的.
作用:
将模拟量转换为数字量,以便计算机接收处理。
比例控制的作用:
1.对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减后作为控制信号输出.
2.比例系数Kp越大,控制作用越强,系统的动态特性也越好,动态性能主要表现为起动快,对阶跃设定跟随得快.
3.但对于有惯性的系统,Kp过大时会出现较大的超调,甚至引起系统振荡,影响系统稳定性.
4.比例控制虽然能减小偏差,却不能消除静态偏差.
积分控制的作用:
1.积分控制的作用是累积系统从零时刻(系统启动时刻)起到当前的偏差信号e(t)的历史过程.
2.积分控制的输出与偏差e(t)存在全部时段有关,只要有足够的时间,积分控制将能够消除静态偏差.
3.积分控制不能及时地克服扰动的影响.
微分控制的作用:
1.微分控制的作用是由偏差信号e(t)的当前变化率de/dt预见随后的偏差将是增大还是减小、增减的幅度如何.
2.微分控制作用正比于偏差信号e(t)的当前变化率,微分控制作用的特点是只能对偏差e(t)变化的速度起反应,对于一个固定不变的偏差e(t),不论其数值多大,根本不会有微分作用输出.
3.由于只能在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用,微分控制可以加快系统响应速度,减少调整时间,从而改善系统快速性,并且有助于减小超调,克服振荡,从而提高系统稳定性,但不能消除静态偏差.
最少拍设计
是系统在典型的输入作用下,设计出数字调节器,使系统的调节时间最短或者系统在有限个采样周期内结束过渡时期.
最少拍控制实质上是系统以最快速度达到稳态,系统的性能指标是调节时间最短(最优时间控制)
串级控制系统
基本原理及结构:
在多回路控制系统中,有两个被控过程、两套测量变送装置、两台控制器和一个控制阀构成的系统称为串级控制系统
特点:
在系统特性上,串级控制系统由于副回路的引入,改善了对象特征,使控制过程加快,具有超前控制的作用.
前馈控制系统
当被测的干扰进入控制对象时,前馈控制预先调整控制作用,使被控变量保持在给定值上.
前馈补偿的作用是:
使扰动引起的被控变化量=0,
前馈-反馈控制系统
特点:
吸收前馈与反馈控制的优点,即前馈控制作用及时的优点,反馈控制能克服多个扰动和具有对被控参数进行反馈检测的长处.
前馈控制系统与反馈控制比较:
(1)前馈控制比反馈控制及时有效
(2)前馈控制属于开环控制系统,反馈控制是闭环控制系统
(3)前馈控制使用的是针对实施对象特性而定的专用控制器,反馈控制采用通用PID控制器
(二)创业弱势分析(4)一种前馈作用之能克服一种干扰,反馈控制只用一个控制器就可克服多个干扰
据调查,大学生对此类消费的态度是:
手工艺制品消费比“负债”消费更得人心。
信号调理:
1、作者:
蒋志华《市场调查与预测》,中国统计出版社2002年8月§11-2市场调查分析书面报告将传感器或者变送器所输出的电信号进行放大、隔离、滤波,以便数据采集板实现数据的采集.
变送器:
用于将传感器信号进行初步处理.包括:
1.信号滤波2.小信号放大3.I/V变换4.非线性补偿
当然,在竞争日益激烈的现代社会中,创业是件相当困难的事。
我们认为,在实行我们的创业计划之前,我们首先要了解竞争对手,吸取别人的经验教训,制订相应竞争的策略。
我相信只要我们的小店有自己独到的风格,价格优惠,服务热情周到,就一定能取得大多女孩的信任和喜爱。
某加热炉温度测量仪表的量程为200~800℃,在某一时刻计算机系统采样并经数字滤波后的数字量为CDH,求此时的温度值是多少?
(设该仪表的量程是线性)
喜欢□一般□不喜欢□解:
根据式(6-10)已知,A0=200℃,Am=800℃,Nx=CDH=(205)D,Nm=FFH=(255)D。
所以此时的温度为
℃
合计50100%分析下图工作原理,输入为4--20mA的电流,(指出R5,R4和C16,二极管D7,LM258起什么作用)
6.设加工第一象限的圆弧
AB,起点A(6,0),终点B(0,6)。
要求:
(1)按逐点比较法插补进行列表计算;
(2)作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数。
年轻有活力是我们最大的本钱。
我们这个自己动手做的小店,就应该与时尚打交道,要有独特的新颖性,这正是我们年轻女孩的优势。
解:
插补计算过程如表3—2所示。
终点判别仍采用第二种方法,设一个总的计数器Nxy,每走一步便减1操作,当Nxy=0时,加工到终点,插补运算结束。
下图为插补过程中的走步轨迹。
表3—2
步数
5、你认为一件DIY手工艺制品在什么价位可以接受?
偏差判别
坐标进给
送人□有实用价值□装饰□偏差计算
坐标计算
6、你购买DIY手工艺制品的目的有那些?
终点判别
起点
F0=0
x0=6,y0=0
Nxy=12
1
F0=0
-X
F1=0-12+1=-11
x1=5,y1=0
Nxy=11
2
F1<0
+Y
F2=-11+0+1=-10
x2=5,y2=1
Nxy=10
3
F2<0
+Y
F3=-10+2+1=-7
x3=5,y3=2
Nxy=9
4
F3<0
+Y
F4=-7+4+1=-2
x4=5,y4=3
Nxy=8
5
F4<0
+Y
F5=-2+6+1=5
x5=5,y5=4
Nxy=7
6
F5>0
-X
F6=5-10+1=-4
x6=4,y6=4
Nxy=6
7
F6<0
+Y
F7=-4+8+1=5
x7=4,y7=5
Nxy=5
8
F7>0
-X
F8=5-8+1=-2
x8=3,y8=5
Nxy=4
9
F8<0
+Y
F9=-2+10+1=9
x9=3,y9=6
Nxy=3
10
F9>0
-X
F10=9-6+1=4
x10=2,y10=6
Nxy=2
11
F10>0
-X
F11=4-4+1=1
x11=1,y11=6
Nxy=1
12
F11>0
-X
F12=1-2+1=0
x12=0,y12=6
Nxy=0
OSI模型:
应用层计算机控制系统典型形式:
操作指导控制系统
表示层直接数字控制系统DDC
会话层监督控制系统SCC
传输层集散控制系统DCS
网络层现场总线控制系统FCS
链路层综合自动化系统
物理层
智能I/O模块是传感器和执行机构到计算机的多功能I/O单元,转为恶劣环境
下的可靠操作而设计,具有内置的微处理器,可以独立提供智能信号调理,
I/O隔离,模拟量I/O,数字量I/O,数字显示和串行数字通信接口。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机控制技术 安徽 工程 大学 期末考试 计算机控制 技术 范围 总结 讲课 教案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)