计算机控制技术知识点 

计算机控制技术知识点（1）

1. 典型的工业生产过程分为哪几种？

答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过和批量过程. 2. 计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？

答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理

3. 计算机控制技术的工作方式有哪几种？

答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式. 4. 为什么要强调计算机控制中的实时性？

答:所谓实时性,就是指信号的输入 ,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,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,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性. 5. 常用的计算机控制系统主机有哪几种？

答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,DSP和智能调节器.

6.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？

答:计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分.

7.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？

答:现场总线控制系统(FCS)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表 两层结构.(DCS为操作站-控制站-现场仪表 三层结构模式) 8.什么是计算机的总线？

答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息(指令,地址和数据)的一组信号线.分为内部总线和外部总线. 9.计算机的外部总线有哪几种？

答:计算机的外部总线有RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB等等.

10.RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？为什么RS-232C的传输距离不远？ 答:RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共的信号地线,共模信号不可避免地要进入信号传送系统中.当传输距离过远时,发送器与接收器各自会形成不同的对地电位.

11.RS-485串行通信总线采用什么传输方式？它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？

答:RS-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式.

区别在于RS-485为半双工工作方式,而RS-422A为全双工工作方式.且RS-422A适用于两点之间进行高速,远距离通信,而RS-485适用于多点之间进行高速,远距离通信.

12.数字量I/O的接口芯片有什么作用？有哪些典型芯片？ 数字量输入接口：收集生产过程的状态信息，给出控制量。（如果外部输入信号是保持住的此时不需要锁存，如果输入信号是脉冲式的此时需要锁存）（缓冲器用于防止外设数据干扰数据总线，三态门缓冲器74LS244用于取得设备的输入状态信息，可同时输入8个开关转态）

数字量输出接口：对生产过程进行控制时，一般控制状态需要进行保持，直

到下次新值出现，需对输出进行锁存（锁存器用74LS273作为输出锁存口，对状态输出信息进行锁存，保持到下次给出新的状态输出信号） 13.积分电路对数字量信号的调理过程。

3.简述两种硬件消抖电路的工作原理。

采用积分电路的硬件消抖电路，首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出，其次利用施

密特触发器整形。

采用RS触发器的硬件消抖电路，主要是利用RS触发器的保持功能实现消抖。

为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,一般都就应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡.

7.采用光电耦合器的大功率输入调理电路的工作过程。 P32在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照

射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力它对输入、输出电信号有良好的隔离作用

8.什么是香农采样定理？

香农采样定理:如果模拟信号(包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为fmax,只要按照采样频率f>=2fmax进行采样,那么采样信号就能惟一地复观. 9.什么是量化误差？

量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程是一个小数归整过程,因而存在量化误差, 10.什么是孔径时间和孔径误差？

完成一次A/D转换所需的时间称为孔径时间.

孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差,即为孔径误差. 11.采样保持器的工作原理？p40

12.什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？ 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰信号. 高通,低通,带通滤波器.

尖峰型串模干扰民为主要干扰源时,用双积分A/D转换器. 采用双绞线作信号引线(减少电磁感应) 14.什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？

所谓共模干扰,是指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压. 抑制方法:变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽 15.什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些？

长线传输干扰是指:长线传输受到外界干扰,具有信号延时,高速度变化的信号在长线中传输时,还会出现波反射现象. 抑制方法:终端匹配 始端匹配

16.计算机控制系统中有哪些类型的地线？

有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线 17. 逐点比较法直线插补原理

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 逐点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的最大误差为一个脉冲当量,因此只要把脉冲当量(每走一步的距离即步长)取得足够小，就可达到加工精度的要求。

18.逐点比较法圆弧插补计算过程：偏差判别，坐标进给，偏差计算，终点判断 19.三相步进电机工作方式。

单相三拍，双相三拍，三相六拍p88

20.根据模拟PID的控制算法，分别写出数字PID位置式和增量式算法。 P107 21.数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？

1.增量算法不需要做累加,控制量的增量的确定仅与近几次的采样值有关，没有过去误差的累加值，计算误差或精度对控制量的影响较小。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.增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,误动作影响大.（例如在阀门控制中，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，不会影响系统的工作） 3.采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换.

22.数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？

Kp为比例增益,能减小误差,但不能消除稳态误差,但Kp过大会引起系统不稳定. Ti为积分时间常数 只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差 但积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡.

Td为微分时间常数 可以减小调整时间, 从而改变系统的动态性能. 23.数字PID控制器 --比例（P）控制，控制器的输出与输入误差信号成比例关系，比例项的作用仅仅是放大误差的幅值，P过大会引起不稳定

---积分（I）控制，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比。比例加积分（PI）控制器可消除系统的稳态误差，但作用太强会引起超调的增大

---微分（D）控制，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比，微分控制可通过预测误差变化的趋势，抑制误差的作用。超前可以避免被控量的超调，可提高稳定性，加快响应速度，减小调节时间，从而改善动态性

能

24.什么是积分饱和现象？积分分离算法的工作原理是什么？

所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样，造成控制性能恶化。这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象

积分分离算法的工作原理是:当偏差较大时,取消职分作用,当偏差较小时,才将积分作用投入.

|e(k)|>B时,采用PD控制,当|e(k)|<=B,采用PID控制(B为积分分离阈值) 25.最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？

最少拍控制算法本质上是时间最优控制算法,因为最少拍控制算法是以系统的快速性为主要性能指标.

26.最少拍控制算法的三种典型输入信号分别是什么？

三种典型输入信号分别是单位阶跃信号,单位速度信号,单位加速度信号 27.最少拍控制算法的局限性是什么？

最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差

计算机控制技术知识点（2）

1.计算机控制系统：利用计算机来实现生产过程自动控制的系统

2.计算机控制系统工作原理：1实时数据采集2实时控制决策3实时控制输出 3.计算机控制系统组成：计算机和生产过程

3. 计算机控制系统的典型形式及优缺点：1操作指导控制系统(开环，结构简单、控制灵

活安全；人工操作，速度受到限制)2直接数字控制系统(闭环，要求实时性好、可靠性高和适应性强；要合理地设计软件)3监督控制系统4集散控制系统5现场总线控制系统6综合自动化系统(集成优化) 4. 计算机控制系统的发展趋势：1控制系统的网络化2控制网络的扁平化3控制系统的智

能化4控制系统的综合化

5. 接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括输入/输出接口 6. 接口技术：研究计算机与外部设备如何交换信息的技术 7. 过程通道：在计算机和生产过程之间设置的信息交换和转换的连接通道，包括模拟量输

入&输出通道、数字量输入&输出通道。

8. 总线的定义&层次：计算机各模块之间互联和传递信息(指令、地址、数据)的一组信号

线；可分为内部总线和外部总线

9. 采样过程：按一定时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时刻

T、2T…nT的一连串脉冲信号的过程。

10. 量化：采用一组数码（如二进制码）来迫近离散模拟信号的幅值将其转换为数字信号。 11. 孔径时间：完成一次A/D转换所需的时间。

12. 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？

答：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，可以采用带有保持器电路的采样器。当被测信号变化很慢时，若A/D转换器时间足够短，可以不加采样保持器

13. 串模干扰&抑制：叠加在被测信号上的干扰噪声；1滤波器2双积分式A/D转换器3放

大被测信号4利用逻辑器件5减少电磁感应

14. 共模干扰&抑制：模数转换器两个输入端上有公共的干扰电压；1变压器隔离2光电隔

离

15. 数字程序控制&方式：生产机械根据数字计算机输出的数字信号，按规定的工作顺序、

工作轨迹、工作距离和运动速度等规律自动的完成工作的控制方式；1点位控制2直

线控制3轮廓控制

16. 逐点比较插补法：刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标进行比较，看这点在

给定轨迹的上方/下方，从而决定下一步的进给方向。重复步骤以迫近给定轨迹。逐点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的最大误差为一个脉冲当量

17. 直线插补计算步骤：1偏差判别2坐标进给3偏差计算4终点判断

圆弧插补计算步骤：1偏差判别2坐标进给3偏差计算4坐标计算5终点判断 18. 三相步进电机工作方式：单三拍A-B-C-A…双三拍AB-BC-CA-AB…三相六拍

A-AB-B-BC-C-CA-A…

19. 多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术特点：将点脉冲信号转换为角位移的数

模转换器；输出量能够以一定准确度跟随输入量变化的系统叫做伺服系统。要求：稳定性好、精度高、快速响应性好。特点：有多种反馈比较原理与方法、高性能的伺服电动机、宽调速范围的速度调节系统。 20. 数字控制器的连续化设计步骤：1。设计假象的连续控制器D(s) 2。选择采样周期T 3。

将D(s)离散为D(z) 4。设计由计算机实现的控制算法 5。校验

21. 数字控制器的离散化设计步骤：1根据控制系统的性能指标要求和其他约束条件，确定

所需的闭环脉冲传递函数2求广义对象的脉冲传递函数3求取数字控制器的脉冲传递函数4求取控制量的递推计算公式