微型计算机控制技术.docx

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微型计算机控制技术

微型计算机控制技术

第一章

1、区分运动控制、过程控制

答：

运动控制（电力拖动控制）：

主要是一种对执行机构的控制，如电机的控制，是需要对某个被控对象建模仿真的

过程控制：

是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生产线的控制，运动控制是生产线内某个部件的具体控制

2、控制方式分类

答：

方式分

（1）计算机模拟数据采集与调节系统

（2）计算机顺序逻辑控制系统

（3）数字程序控制系统

对象分：

（1）过程控制

（2）运动控制

3、硬件的组成

答：

（1）控制计算机（主机、人机接口设备和过程输入输出通道）

（2）现场仪表（传感器、变送器和执行器）

（3）生产过程（控制对象）

4、软件的组成

答：

（1）系统软件:

包括操作系统、数据库，以及各种语言的汇编、解释和编译软件等，如DOS、Windows，UNIX等

（2）应用软件：

是面向生产过程的程序，核心任务是完成数据采集、显示报警和控制，主要包括控制程序、数据采集及处理程序、巡回检测程序和数据管理程序。

应用软件的优劣，将给控制系统的功能、精度和效率带来很大的影响，它的设计是非常重要的。

第二章

1、过程通道、接口、总线的概念

答：

（1）过程通道:

计算机与生产过程或被控设备之间的信息传输与转换的连接通道

输入通道:

把模拟量或开关量信号转换成计算机能接受的数字量信号

输出通道:

把输出的数字量转换成执行机构能接受的信号

（2）接口:

计算机与外部设备之间的连接电路,信息交换的桥梁

输入接口

输出接口

（3）总线：

是一组信号线的集合,定义了各信号线的信号名称、电气特性（电平、传输速率与距离等）、机械特性（插件型号、规格及引脚定义等）和过程特性（时序关系等）,使计算机系统内部的各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系，进行数据传递和通信

2、总线包括哪几类？

答：

数据线、地址线、控制与状态线、时钟、电源与地

3、总线的特点

答：

（1）现场控制设备具有通信功能，衡构成工厂底层控制网络

（2）通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互相操作性

（3）功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性

（4）控制功能下放到现场，使控制系统结构具有高度的分散性

4、总线的优点

答：

（1）现场总线使自控设备与系统并入了信息网络的行列，为其开拓了领域

（2）一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用

（3）节省维护开销，提高系统可靠性

（4）为用户提供更好灵活的系统同集成主动权

3、接口电路的基本功能

答：

（1）总线驱动:

驱动能力约为8个TTL负载,负载太重时,可增加总线驱动器

（2）数据缓冲与锁存:

输入端口必须有三态缓冲能力,防止输入设备数据相互干扰;输出数据锁存供慢速异步工作的外设使用

（3）中断管理或提供状态信息:

可使CPU与多个外设并行工作,提高CPU效率

（4）设备选择（I/O地址译码）:

只有被选中的设备才能与CPU进行数据交换或通讯

（5）电平转换:

解决外设信号与系统总线信号电平不兼容问题

（6）数据位宽度变换以及并串行变换

（7）可编程:

增加借口的灵活性和可扩充性

4、I/O口地址译码（分类）

答：

（1）全译码:

指将地址总线中除片内地址以外的全部高位地址接到译码器的输入端参与译码.采用全译码法,每个存储单元的地址都是唯一的,不存在地址重叠,但译码电路较复杂,连线也较多.全译码法可以提供对全部存储空间的寻址能力.

（2）部分译码:

是将高位地址线中的一部分（而不是全部）进行译码,产生片选信号.该方法常用于不需要全部地址空间的寻址能力,但采用线选法地址线又不够用的情况.

（3）线译码（线选）:

是将单根的高位地址线连接到外围接口芯片的片选端，以获得一确定的地址信号，由此选通该芯片

5、数字量输入/输出接口

答：

（1）地址译码器

（2）采用三态门缓冲器（如74LS240,74LS244）的数字量输入接口

（3）采用数据锁存器（触发器）（如74LS373,74LS2273）的数字量输出接口

（4）采用通用并行接口芯片（如Intel8255）的数字量输入输出接口

6、为什么要设置数字量输入信号调理电路

答：

针对针对输入过程中可能引入的过电压、反极性电压、瞬态尖峰等干扰以及触点抖动而出现的振荡

7、驱动晶闸管电路

调压系统中采用SCR移相触发

调功系统中采用时间比例控制,过零触发

（需注意调压调功都需检测过零点）

8、为什么在调压调功时要过零触发？

答：

由于没有电流突变，减少了电网波形畸变，降低了谐波对外的电磁干扰

9、为什么在感性元件反并联一个二极管

答：

防止引入过大的过电压

10、什么是固态继电器

答：

固态继电器是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。

用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。

固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。

11、模拟量输入通道的组成

传感器→前置放大→采样保持→A/D转换器→输入CPU

12、模拟量输入通道的各组成作用

答：

（1）信号测量：

主要通过敏感元件、传感器或测量仪表等实现

（2）多路开关：

对多路信号轮流进行处理以简化电路，降低成本

（3）前置放大：

将测量的信号转换成能满足模数转换或计算机输入要求的标准电平，以提高信号的分辨率和处理精度

（4）采样/保持电路：

保持电容的大小由采样频率和采样精度来决定,频率越高,保持电容值越小,但输出衰减速度加快,采样精度下降

13、采样/保持电路的组成和功能

答：

（1）最基本采样保持电路由模拟开关、保持电容和缓冲放大器组成

（2）保持电容的大小由采样频率和采样精度来决定,频率越高,保持电容值越小,但输出衰减速度加快,采样精度下降

14、A/D转换器的主要性能参数

答：

（1）分辨率

（2）转换精度（3）输入电压量程（4）转换时间（5）零点偏移误差、满刻度误差的温度漂移（6）对基准电源（参考电源）的要求

15、ADC接口电路功能

答：

（1）发启动转换信号:

电平启动/脉冲启动

（2）取“转换结束”状态信号

（3）读取转换结果:

查询法、中断法、DMA法、定时等待法

（4）通道寻址

（5）发S/H控制信号

16、电压频率转换器概念

答：

电压频率转换器VFC（VoltageFrequencyConverter）是一种实现模数转换功能的器件，将模拟电压量变换为脉冲频率信号，该输出脉冲信号的频率与输入电压的大小成正比。

电压频率转换器也称为电压控制振荡电路（VCO），简称压控振荡电路。

17、电压频率转换器优点

答：

（1）精度高，线性好，输入信号范围大，应用电路简单，对外围原件性能要求不高，价格较低

（2）转换速度不低于一般的双积分型A/D器件，但V/F信号建立时间比较长，不适用于高速数据采集系统

（3）接口简单，串行输出，只占用一位I/O口线

（4）输入方式灵活；抗干扰性能强；易于远距离传输

18、模拟量输出通道的组成

答：

模拟量输出通道由输出接口电路、数据锁存器、数模转换器、电压/电流转换部件、零点和满度调节部件等构成。

19、D/A转换主要参数

答：

（1）分辨率

（2）绝对精度和相对精度（3）零码误差、满刻度误差的温度系数（4）建立时间

20、按键防抖技术

答：

（1）硬件防抖技术

滤波防抖

双稳态防抖电路

（2）软件防抖技术

当第一次检测到有键按下时，用软件延时一段时间后，再确认该键是否仍维持闭合状态，若仍保持闭合状态电平，则确认此键按下。

21:

、独立非编码式键盘与矩阵式键盘的区别

答：

（1）独立非编码式键盘占用I/O端口多，矩阵式键盘占用I/O端口少

（2）独立式键盘是将各按键相互独立地接通I/O口的一条输入线。

接口简单，配置灵活，查询方便，但占用较多I/O口，适用于按键少的键盘电路。

（3）矩阵式键盘一般为行列式结构，即用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上，行列线分别连接在按键开关的两端

22、键盘的工作方式

答：

（1）编程扫描法

（2）中断扫描法（3）定时扫描法

23、数码管的两种显示方式

答：

（1）静态显示方式

（2）动态显示方式

24、LED数码管分类

答：

（1）共阴极：

阴极接地，阳极为高电平，二极管亮

（2）共阳极：

阳极接地，阴极为低电平，二极管亮

第三章

1、PLC的工作原理

答：

可编程序控制器采用的是周期性循环扫描的工作方式。

2、数控系统的组成

答：

（1）数控计算机

（2）伺服系统（3）加工机械（机床）（4）检测装置

3、PLC的过程

答：

输入处理、通信服务、内部处理、程序执行、输出处理

☆3、插补运算（大题）

4、数字程序控制方法

答：

（1）点位控制

（2）直线切削控制

（3）轮廓（连续轨迹）切削控制

5、数字程序控制方法的比较

答：

（1）点位控制：

最简单。

运动轨迹无特别要求，运动时又不作加工，不需要插补计算。

（2）直线切削控制：

进行直线加工，其控制电路要复杂一些。

（3）轮廓切削控制：

要控制刀具准确地完成复杂的曲线运动，所以控制电路复杂，且需要进行一系列的插补计算和判断

6、数控机床伺服系统的组成

答：

伺服系统主要有三部分组成：

控制器、功率驱动装置、反馈装置和电动机。

7、步进电机的三种工作方式

答：

（1）单三拍的工作方式

（2）双三拍的工作方式（3）三相六拍工作方式

8、步进电机的工作原理

答：

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。

该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。

当定子的矢量磁场旋转一个角度。

转子也随着该磁场转一个角度。

每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。

它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。

改变绕组通电的顺序，电机就会反转。

所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

第四章

1、数字滤波器的概念及其滤波方法

答：

（1）算术平均值滤波

（2）加权平均值滤波（3）滑动平均值滤波（4）中值滤波（5）复合数字滤波（6）RC低通数字滤波（7）程序判断滤波

2、标度变换的概念

答：

当系统在进行显示、记录、打印以及报警等操作，必须把这些测得的数字量还原为相应量纲的物理量，以便操作人员对生产过程进行监视和管理，这就是所谓的标度变换

3、

4、非线性参数标度变换公式

5、越限处理的概念

答：

在微型机控制系统中，为了安全，对于一些重要的参数或系统部位，都设有紧急状态报警系统，以便提醒操作人员注意或采取紧急措施。

6、数字PID控制器算法的几种改进形式（两者比较）

答：

（1）位置型：

需保存之前所有点的参数

（2）增量型：

只需要当前的输出值及前两次的参数

7、数字PID控制器算法的几种改进形式

答：

（1）抑制积分饱和的PID算法

（2）抑制微分冲击的PID算法

（3）带死区的PID控制

8、什么是积分饱和

答：

电路或执行元件的物理和机械性能的约束（如放大器的饱和、电机的最大转速、阀门的最大开度等），控制量及其变化率往往被限制在一个有限的范围内

9、积分饱和的影响

答：

积分饱和作用使系统的超调增大，从而使系统的调整时间加长。

10、防止积分饱和的方法

答：

积分分离法和遇限削弱积分法。

11、造成微分冲击的原因及影响

答：

微分作用有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定，同时加快系统动作速度，减小调整时间，有利于改善系统的动态特性。

但当给定值频繁升降时，通过微分造成控制量u的频繁升降，使系统产生剧烈的超调和振荡，对系统产生较大的冲击，即所谓的微分冲击。

微分冲击可以发生饱和，当系统受到高频噪声干扰时，甚至会使执行机构被卡死。

12、带死区的PID控制的概念

答：

在计算机控制系统中，某些系统为了避免控制动作过于频繁，以消除由于频繁动作引起的振荡，有时采用所谓带有死区的PID控制系统

13、采样周期的影响

答：

（1）过长：

失真

（2）过短：

失去调节作用

14、为什么要进行纯滞后补偿控制

答：

由于被控对象具有纯滞后性质。

15、纯滞后补偿器包括：

数字PID控制器、预估器

16、数字控制器的设计步骤

答：

1）根据式（equ.1）求广义对象的脉冲传递函数G（z）

2）根据控制系统的性能指标要求和其他约束条件，确定闭环脉冲传递函数Φ（z）

3）根据式（equ.3）求取数字控制器的脉冲传递函数D（z）

4）根据D（z）导出控制器的输出u（k）

17、最小拍定义

答：

指系统在某种典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少的采样周期使得系统输出的稳态误差为零。

18、最小拍控制器设计的限制条件

答：

（1）稳定性

（2）物理可实现性

19、无纹波最小拍控制的概念

答：

是对期望闭环响应φ（z）进行修正，以消除采样点之间的输出纹波。

20、有限拍控制的概念

答：

在最小拍设计的基础上，如果把闭环Z传递函数φ（z）中的z-1幂次适当提高一到二阶，闭环系统的脉冲响应将比最小拍时多持续一到二拍才归于零。

第七章

1、电磁兼容、电磁骚扰、电磁干扰的概念

答：

（1）电磁兼容：

采用一定的技术手段，使同一电磁环境中的各种电子、电气设备都能正常工作，并且不干扰其他设备的正常工作，这就是电磁兼容

（2）电磁骚扰：

指任何可能引起装置、设备或系统性能降低，或者对有生命物质或无生命物质产生损害作用的电磁现象。

（3）电磁干扰：

指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能下降。

2、电磁干扰和电磁骚扰的区别和联系

答：

电磁骚扰强调任何可能的电磁危害现象。

电磁干扰强调这种电磁危害现象产生的结果。

电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。

3、电磁干扰的影响

答：

（1）干扰作用于模拟量输入通道,使数据采集产生误差;

（2）外部干扰或内部间的干扰会破坏电路的正常工作状态;

（3）当CPU的程序计数器受干扰使数据改变时,会使程序执行混乱,导致死机.

4、电磁干扰的三要素

答：

①电磁干扰源

②对此类干扰敏感的仪器设备（敏感设备）

③干扰信号耦合的通道（传播途径：

传导、辐射）

5、干扰耦合途径

答：

（1）传导耦合：

通过电路耦合的干扰。

（例如

导线传输、电容耦合、电感耦合。

）

（2）辐射耦合：

通过空间传输的干扰。

6、传导耦合的三种基本方式（电容性耦合）（电路性耦合）（电感性耦合）

7、差模干扰、共模干扰、共模抑制比的感念

答：

（1）共模干扰：

一般指在两根信号线上产生的幅度相等，相位相同的噪声。

共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的同方向电压迭加所形成。

（2）差模干扰：

一般指在两根信号线上产生的幅度想等，相位相反的噪声。

差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压。

主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压。

（3）共模抑制比：

差模信号电压增益与共模信号电压增益的比值，说明差分放大电路对共模信号的抑制能力，因此共模抑制比越大越好，说明电路的性能优良。

8、消除共模干扰、差模干扰的方法

答：

（1）消除差模干扰的方法是：

在电路中增加一个偏值电阻,并采用双绞线。

（2）消除共模干扰的方法包括：

采用屏蔽双绞线并有效接地、强电场的地方采用镀锌管屏蔽、布线时远离高压线，不能将高压电源线和信号线捆在一起走线、采用线性稳压电源或高品质的开关电源（纹波干扰小于50mV）

9、屏蔽技术的概念

答：

采用一定的技术手段（用导电或导磁的材料制成的金属屏蔽体Shield），把电磁骚扰源限制在一定的空间范围内，使骚扰源从屏蔽体的一面耦合或当其辐射到另一面时受到抑制或衰减。

10、屏蔽技术的目的

答：

1）采用屏蔽体包围电磁骚扰源，以抑制电磁骚扰源对其周围空间存在的接受器的干扰；2）采用屏蔽体包围接受器，以避免骚扰源对其干扰。

11、屏蔽的类型

答：

按采取屏蔽措施的对象分为：

①主动屏蔽：

把干扰源置于屏蔽体之内，防止电磁能量和干扰信号泄漏到外部空间。

②被动屏蔽：

把敏感设备置于屏蔽体内，使其不受外部干扰的影响。

屏蔽按场的类型可分为

①电场屏蔽：

静电屏蔽/交变电场屏蔽

②磁场屏蔽：

静磁屏蔽（恒定磁场屏蔽）/交变磁场屏蔽

③电磁场屏蔽

12、静电屏蔽必须具备的基本要素

答：

1.完整的屏蔽导体2.良好的接地。

13、铁磁材料不能用于高频磁场屏蔽，为什么

答：

因为会产生磁质涡流损耗

14、接地技术的概念

答：

一般指为了使电路、设备或系统与“地”之间建立低阻抗通路，而将电路、设备或系统连接到一个作为参考电位点或参考电位面的良导体的技术行为，其中一点通常是系统的一个电气或电子元（组）件,而另一点则是称之为“地”的参考点。

15、常用隔离方式（变压器隔离）（光电隔离）

16、浮置的概念

答：

当系统浮置，那系统的信号不接大地时，可使系统的共模抑制化达到非常高的水品

17、浮置的作用

答：

有效地切断了共模干扰的传输回路，大大提高了共模的阻抗

18、瞬态干扰的类型及其概念

答：

（一）浪涌（冲击）：

持续时间几微秒到几百微秒的单个脉冲，产生于雷电瞬态或电力系统的开关状态

（二）电快速瞬变脉冲群：

持续时间几十个纳秒的多个脉冲，脉冲的重复频率为几千赫兹到几兆赫兹

（三）静电放电：

带有静电的人或物体靠近或接触设备时发生，放电脉冲的上升速度极快，峰值电压达到几百伏到一万伏以上

19、电快速瞬变脉冲群是如何产生的？

答：

脉冲产生于切断感性负载、继电器触点弹跳等瞬态

20、抑制瞬态干扰的方法（分压法）（分流法）

21、煤矿综合自动化监控系统

Ø煤矿安全监控系统（瓦斯与压力监控）

Ø井下人员定位与管理系统（监测、查询、保障、考勤等）

Ø矿用胶带输送机监控系统（快速运输）

Ø矿用水泵监测系统（水位、流量、水压监控，排水）

Ø矿用风机监测系统（输送新鲜空气，排除粉尘、瓦斯和污浊气流）

Ø矿用无线通信系统（无线调度和行政通信）

22、计算机控制系统设计的一般步骤

Ø系统总体方案设计

Ø微型计算机的选择

Ø控制算法设计

Ø硬件设计

Ø软件设计

Ø系统调试

23、流程图：

通过流程图直接观察整个系统各个部分程序间的关系，从中找出逻辑错误和程序之间的不相容性。

流程图只表示出程序的组织结构，不能表示数据的组织结构和时序问题。

模块化程序设计法：

模块长短，界限和逻辑，通用性，简单

结构化程序设计法：

顺序结构，选择结构和循环结构