计算机控制系统复习资料.

计算机控制系统复习

第一章·绪论

一．计算机控制系统的基本结构，控制过程，实时概念？

基本结构：

控制过程：1数据采集及处理 2.实时控制和信息处理

实施概念：信号的输入计算和输出都要在一定时间(采样间隔)内完成

二．计算机控制系统的组成(框图)

硬件：计算机 过程输入、输出通道外部设备 操作台

软件：系统软件 应用软件

三．计算机控制系统的特点

1.模拟、数字混合系统 2. 便于修改控制规律 3. 可实现复杂的控制规律 4. 离散控制 5.可分时控制多个回路 6.便于实现控制与管理一体化

四．计算机控制系统的类型及各自特点

1.操作指导控制系统：结构简单控制灵活和安全，但人工操作，速度受限

2.直接数字控制系统：参与闭环控制，最普遍

3.监督计算机控制系统：

4.分级计算机控制系统：将控制任务分散，用于多台计算机分别执行不同任务，既能控制又能管理

第二章

一．开关量输入信号的基本类型，几种预处理方法及光耦器件的工作原理及作用

基本类型： 1. 一位的状态信号。如阀门的闭合与开启、电机的启动与停止、触点的接通与断开。

2. 成组的开关信号。如用于设定系统参数的拨码开关组等。

3. 数字脉冲信号。许多数字式传感器(如转速、位移、流量的数字传感器)将被测物理量值转换为数字脉冲信号，这些信号也可归结为开关量。

预处理方法：1信号转换处理 2安全保护措施 3 消除机械抖动影响

4 滤波处理 5隔离处理 6光电耦合器件原理与使用

光耦器件工作原理：采用光作为传输信号的媒介，实现电气隔离。

作用：用于现场设备与计算机系统之间的隔离保护

二．开关量输出信号的具体通道设计

1. 隔离处理

2. 电平转换和功率放大：小功率低压开关量输出 继电器输出 可控硅输出

功率场效应输出 集成功率电子开关输出

三．多路A\D转换系统的设计方案三种

1采用集成多路A/D转换器

2每个模拟量输入配置一个A/D转换器

3多路模拟量输入复用一个A/D转换器

四．采样/保持器的作用，工作原理

作用：在进行模数转换时，如果模拟信号的频率较高，就会由于A/D转换器的孔径时间(即转换时间)而造成较大的转换误差，其作用为克服该误差

原理：采样保持器平时处于“采样”状态，跟踪输入信号变化：进行A/D转换之前使其处于“保持”状态，则在A/D转换期间一直保持转换开始时刻的模拟输入电压值；转换结束之后，又使其变为采样状态

是否设置采样保持器应根据模拟输入信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间来确定

五．模拟输入信号的隔离措施

1.光电隔离：在计算机接口和A/D转换电路之间实施光电隔离 。这种隔离保证了模拟量信号输入部分和计算机数字处理系统之间的彻底的电气隔离

2.共模电压的隔离：光电隔离： 能够克服光电隔离输出、输入两端设备的地线间的共模干扰，但无法克服模拟信号之间的共模干扰。

电容隔离技术

隔离放大器

六．多通道D/A转换系统的设计方案

1. 每一个通道设置一个独立的D/A转换器 ：优点是转换速度快、精度高、工作可靠，相应软件的编制也比较简单。但是，如果模拟量信号输出通道较多，就会使系统造价增加很多，尤其是采用高精度的D/A转换器时，这一问题尤为严重。

2. 多通道复用一个D/A转换器：该方案优点是成本较低，缺点是电路结构复杂、精度低、可靠性差，受运算放大器的输入阻抗、模拟开关和保持电容的漏电阻等因素的影响，导致保持电容上的电压信号逐渐衰减，需要计算机定时刷新输出，也因此占用了CPU的大量时间。此方案适用于输出通道不多且对速度要求不高的场合。

七．信号采样机理描述，香农采样定理，信号重构定义及零阶采样保持器的传递函数

信号采样机理描述：理想采样开关可表示为

则采样信号可表示为

或

或

香侬采样定理：如果连续信号f(t)具有有限频谱，其最高频率为ωmax,则对f(t) 进行周期采样且采样角频率ωs ≥2ωmax时，连续信号可以由采样信号唯一确定， 亦即可以从f*(t)无失真地恢复f(t) 。

信号重构定义：把离散信号变为连续信号的过程，它是采样的逆过程

零阶采样保持器的传递函数：

八．数字滤波(软件滤波)的定义及常用方法

定义：是把A/D转换得到的数据通过软件按照一定的算法进行平滑加工等处理，再送给控制程序运算，以增强其有效信号、消除或减小各种干扰和噪声，从