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计算机控制技术复习范围副本范文
计算机控制技术复习范围
第一章
1.什么是计算机控制系统?
其工作原理是怎样的?
计算机控制系统就是利用计算机(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。
工作原理图如下:
工作原理可归纳为以下三个步骤:
(1)实时数据采集:
对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
(2)实时控制决策:
对采集到的被控量进行分析和处理,并按已定的控制规律,决定将要采取的控制行为。
(3)实时控制输出:
根据控制决策,适时地对执行机构发出控制信号,完成控制任务。
2.计算机控制系统由哪几部分组成?
请画出计算机控制系统的组成框图。
计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分组成。
工业控制机指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机,它包括硬件和软件两个组成部分。
生产过程包括被控对象和测量变送、执行机构、电气开关等装置。
组成框图如下:
4.实时、在线方式和离线方式的含义是什么?
(1)实时:
所谓实时,是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内,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。
(2)在线方式:
在计算机控制系统中,生产过程和计算机直接连接,并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。
(3)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做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
5.工业控制机的特点有哪些?
工业控制机的特点如下:
A.可靠性高和可维修性好
B.环境适应性强
C.控制的实时性
D.完善的输入输出通道
E.丰富的软件
F.适当的计算机精度和运算速度
第二章
1.什么是接口、接口技术和过程通道?
接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁,它包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术。
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA总线工业控制机接口,设计8路数字量(开关量)输入接口和8路数字量(开关量)输出接口,请画出接口电路原理图,并分别编写数字量输入和数字量输出程序。
数字量输入程序(设片选端口地址为port):
MOVDX,port
INAL,DX
数字量输出程序:
MOVAL,DATA
MOVDX,port
OUTDX,AL
6.什么是采样过程、量化、孔径时间?
采样过程:
按一定的时间间隔T,把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号,转变成在0、T、2T、...、KT的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程。
量化:
采用一组数码(如二进制)来逼近离散模拟信号的幅值,将其转换为数字信号。
孔径时间:
在模拟量输入通道中,A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间,完成一次A/D转换所需要的时间称之为孔径时间。
10.采用DAC0832和PC/ISA总线工业控制机接口,请画出接口电路原理图,并编写D/A转换程序。
若DAC0832
的端口地址为BASE,则7FH转换为模拟电压的接口程序为:
DAOUT:
MOVDX,BASE
MOVAL,7FH
OUTDX,AL
REF
第三章
2.什么是逐点比较插补法?
直线和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤?
所谓逐点比较法插补,就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较,看这点在给定轨迹的上方或下方,或是给定轨迹的里面或外面,从而决定下一步的进给方向。
如果原来在给定轨迹的下方,下一步就向给定轨迹的上方走,如果原来在给定轨迹的里面,下一步就向给定轨迹的外面走......如此,走一步、看一看,比较一次,决定下一步走向,以便逼近给定轨迹,即形成逐点比较插补。
逐步比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的,它与规定的加工直线或圆弧之间最大误差为一个脉冲当量。
直线插补计算过程的步骤如下:
(1)偏差判别
(2)坐标进给(3)偏差计算(4)终点判别
圆弧插补计算过程的步骤如下:
(1)偏差判别
(2)坐标进给(3)偏差计算(4)坐标计算(5)终点判别
5.若加工第一象限直线OA,起点O(0,0),终点A(11,7)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。
6.计算题
7.三相步进电机有哪几种工作方式?
分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。
有三种工作方式:
(1)三相单三拍工作方式
各相的通电顺序为A→B→C→A...各相通电的电压波形如图3.1所示。
(2)三相双三拍工作方式
双三拍工作方式各相的通电顺序为
AB→BC→CA→AB→....,各相通电的电压波形如图3.2所示。
(3)三相六拍工作方式
在反应式步进电机控制中,把单三拍和双三拍工作方式结合起来,就产生了六拍工作方式,其通电顺序为
A→AB→B→BC→C→CA→A...,各相通电的电压波形如图3.3所示。
第四章
3.什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算法?
试比较它们的优缺点。
(1)数字PID位置型控制算法
为了便于计算机实现,必须把式(4.2.26)变换成差分方程,为此可作如下近似
于是有
上式表示的控制算法提供了执行机构的位置u(k),如阀门的开度,所以被称为数字PID位置型控制算式。
(2)数字PID增量型控制算法
增量式算法与位置型算法相比,具有以下优点
(1)增量算法不需要做累加,控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关,计算误差或计算精度问题,对控制量的计算影响较小。
而位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大的累加误差。
(2)增量式算法得出的是控制量的增量,例如阀门控制中、只输出阀门开度的变化部分,误动作影响小,必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出,不会严重影响系统的工作。
而位置算法的输出是控制量的全量输出,误动作影响大。
(3)采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换。
13.前馈控制完全补偿的条件是什么?
前馈和反馈相结合有什么好处?
前馈控制完全补偿的条件
采用前馈与反馈控制相结合的控制结构,既能发挥前馈控制对扰动的补偿作用,又能保留反馈控制对偏差的控制作用。
前馈-串级控制能及时克服进入前馈回路和串级副回路的干扰对被控量的影响,因前馈控制的输出不是直接作用于执行机构,而是补充到串级控制副回路的给定值中,这样就降低了对执行机构动态响应性能的要求,这也是前馈-反馈控制结构广泛被采用的原因。
16.串级控制的结构与原理?
串级控制是在单回路PID控制的基础上发展起来的一种控制技术。
17.扩充临界比例度法和扩充响应曲线法有什么用处?
扩充临界比例度法是对模拟调节器中使用的临界比例度法的扩充。
扩充响应曲线法可以代替扩充临界扩充比例度法,两者都是用来调节PID参数的。
18.什么是PID?
各自的作用?
单闭环的系统回路图?
单回路的系统控制结构图,响应曲线指标。
根据偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)进行控制(简称PID控制),是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。
各自作用:
P—过渡快;I—误差;D—滞后
单闭环的系统回路图:
响应指标:
为上升时间;
为峰值时间;
为调节时间;
为超调量;
为调整误差
三个要求:
稳、快、准
第六章
2.某热处理炉温度变化范围为0
——1350
,经温度变送器变换为1-5V电压送至ADC0809,ADC0809的输入范围为0-5V。
当t=KT时,ADC0809的转换结果为6AH,问此时的炉内温度为多少度?
6AH=106
转换值:
A/D转换值为6AH时的温度:
4.某炉温度变化范围为0
——1500
,要求分辨率为3摄氏度,温度变送器输出范围为0-5V。
若A/D转换器的输入范围也为0-5V,则求A/D转换器的字节应为多少位?
若A/D转换器的字长不变,现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到600
,此时系统对炉温变化的分辨率为多少?
(1)
因此A/D转换器的字节应为10位
(2)
此时系统对炉温变化的分辨率为0.88
5.某执行机构的输入变化范围为4-20mA,灵敏度为0.05mA,应选D/A转换器的字节为多少位?
取10,应选D/A转换器的字节为10位
第七章
1.HMI/SCADA的含义是什么?
监控软件设计有哪两种方法?
HMI(humanmachineinterface)广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接受信息的一个接口”。
利用计算机数据处理的强大功能,向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、参数修改与设置、报表编制、趋势图生成、报警画面、打印参数以及生产管理等多种功能,为系统提供良好的人机界面。
凡是具有系统监控和数据采集功能的软件,都可称为SCADA(supervisorcontrolanddataacquisition)软件。
它是建立在PC基础之上的自动化监控系统,具有以下的基本特征:
图形界面、系统状态动态模拟、实时数据和历史趋势、报警处理系统、数据采集和记录、数据分析、报表输出。
两种方法:
组态软件与用户自行编制的监控软件。
8.应用组态软件设计监控系统的步骤?
(1)分析应用系统的工艺过程,了解相关控制要求。
(2)分析控制系统设备组成,明确系统所采用I/O设备的生产商、种类、型号,确定设备支持的通信接口类型和采用的通信协议,以便在定义I/O设备时做出准确选择。
(3)根据工艺过程与监控系统设计要求初步构建监控系统人机界面的结构和画面草图。
(4)组态建立变量数据词典,正确组态各种变量属性,即在实时数据库中建立变量与设备I/O点的一一对应关系。
(5)根据监控系统人机界面结构和画面草图,利用相应组态工具绘制具体的人机界面画面。
(6)建立画面的动态连接,动画效果应尽量与实际工艺一致。
(7)对组态画面内容进行部分的功能测试和系统集成调试。
(8)系统投入运行。
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