现代测控复习

第一章

现代测量技术

主要是对被测量的测量原理、测量方法、测量系统和数据处理等方面进行研究。常用的方法有直接测量法和间接测量法; 测量系统有模拟式测量系统和数字式测量系统

现代测量仪器包括独立仪器和虚拟仪器

现代控制技术

控制系统包括开环控制系统（信号传递是单方向，不能自动补偿）和闭环控制系统（信号沿着前向通道和反馈通道循环传递，能自动补偿）。

控制系统应满足：稳定性、快速性、准确性、可实现性

现代测控技术

测控系统由于所采用的支撑技术不同，可以将现代测控技术分为基于网络的测控技术、基于无线网络的测控技术和基于虚拟仪器的测控技术。

现代测控技术朝着数字化、智能化、分布化、网络化和虚拟化方向发展

第二章

测控系统的组成结构

一个测控系统包括：

计算机部分：可由小型计算机、个人计算机、微型处理器和单片机等组成，是测控系统的指挥控制中心，包含硬件和软件两部分。

测量输入部分：对被控对象相关参数的测量，并通过输入通道传给计算机。 控制输出部分：对控制信号的变换、功率放大、执行机构的驱动等。

通信部分：用于与上级或同级计算机交换数据信息或接收指令，可以用有线和无线方式。 被控对象：是现场被测控设备、系统或子系统、生产过程等。

输入通道

信号的流通途径称为通道，输入通道包括数字量输入通道和模拟量输入通道。 数字信号包括二进制数字信号、开关信号、脉冲信号

开关信号的调理：开关信号表现为逻辑“1”或“0”，信号的形式可能是电压、电流以及开关点的通断，波形和幅值不满足接口电路要求，需要进行信号调理。

开关信号的隔离：开关的吸合和释放的高电压引入计算机系统，可能破坏计算机接口电路，需采用电气隔离手段，保证计算机系统的安全。

模拟信号前置放大：模拟信号很微弱，需要前置信号放大，以满足A/D转换器的电压范围要求。 模拟多路开关：实际计算机控制系统，往往有多路模拟信号输入，一般采用多通道复用一个A/D转换器的

方案，以节省设计费用。

A/D转换需要一定的时间，如果输入信号频率太大，会引起转换误差，克服的方法就是在A/D转换器之前设置采样保持器。采样保持器：抽取某一瞬间输入信号的值，并在一定时间内保持不变。

A/D转换器：将采样的离散模拟信号转换为离散的数字信号

数据采集分为采集和量化两个过程。采集过程：由模拟多路开关和采样保持器完成，将被测的连续信号中抽取采样时刻的信号值。量化过程：由A/D转换器完成，将采样时刻得到的信号转换为数字信号，输入到计算机中。

分析开关量转换电路和RC吸收防抖电路、开关量隔离电路工作原理；采样保持器工作原理；输入模拟信号的最大变化率对A/D转换的影响；

输出通道

输出通道包括数字量输出通道和模拟量输出通道 开关量输出调理

? 计算机输出的开关量信号是低电压的直流信号，其电压等级和输出功率难以驱动执行机构，需要

进行电平转换和功率放大。

? 大功率的执行机构可能引高电压和大电流计算机系统，导致系统误动作或损坏，需要采取隔离措

施。隔离措施有光电隔离和电磁隔离。光电隔离器件输出电流为毫安级，不能驱动执行机构，需要信号放大。 模拟信号输出通道

数字量转换为模拟量,需要D/A转换器，可采用每一路都设置一个独立的D/A转换器（优点：转换速度快、精度高、可靠性高。缺点：成本高，设计的系统或仪器体积大）或多路复用一个D/A转换器（优点：成本低、设计的系统或仪器体积小。缺点：电路结构和程序设计复杂）。

（1）将计算机系统和现场被控设备采取隔离措施（光电隔离或电磁隔离），在计算机与D/A转换器之间进行隔离，消除公共地线带来的干扰。

（2）如果D/A转换器输出电流信号,需要转换为电压信号。

（3）计算机远离控制现场时，需要将电压信号转换为电流信号（0~10mA，4~20mA)，以减少远距离传输时带来的干扰和衰减。

分析有光电隔离的OC门输出电路、D/A输出电流转换为电压信号的电路工作原理。

信号变换

计算机控制系统信号包括模拟信号、离散的模拟信号和数字信号

采样过程：将连续的模拟信号，按一定的时间间隔T转换为在瞬时0、T、2T、3T、?、NT的一连串

脉冲序列的过程。采样信号的表达式。

采样周期长，采样信号f*(t)含原来连续信号f(t)的信息量少，无法反映连续信号的特征；采样周期短，损失的信息量少，可以重构原来的连续信号，但计算机工作量太大。如何确定一个采样周期呢？

香农采样定理：连续信号f(t)的最高频率为fmax，若使采样信号f*(t)能包含原来信号的全部信息，则要求采样频率fs满足：

fs?2fmax量化过程：将离散的模拟量，转化为对应的二进制数字信号。量化过程由A/D转换器完成。 量化误差：A/D转换器把不足一个量化单位的测量值进行舍去（或截断）的整量化处理 信号的恢复和保持器，零阶保持器特点及传递函数。

数据处理

干扰包括串模干扰和共模干扰。数字滤波的各种方法；标度变换；曲线拟合与插值（掌握线性插值方法）

第三章

传感器技术

传感器主要有：微型传感器、数字传感器、集成传感器、智能传感器。

微型气体传感器是气体传感器的一种主要形式，包括电量型器件、质量型器件、电量质量双参数型器件。

数字传感器的特点及发展方向；集成传感器集成方式及区别。

总线技术

总线的信号线有哪几种？

测控总线按其功能分为：控制总线、内总线和外总线。

串行通信总线

数据传送方式及其特点；异步通信和同步通信区别；异步通信帧格式；纠错编码的两种方法：奇偶校验和CRC校验。纠错方法有重发纠错、自动纠错、混合纠错。 串行通信标准总线类型及特点。

第四章

差分方程

线性定常离散系统差分方程的求解方法（经典法）

线性定常离散系统差分方程的解=齐次方程的通解(齐次解)+非齐次方程的特解

y(n)?y通(n)?y特(n)Z变换

*F(z)??f(kT)z?kk?0?Z变换的求法：级数求和法和部分分式法

Z变换的一些基本性质：线性定理、右移定理、左移定理、初值定理、终值定理

Z反变换

Z反变换的求法：部分分式法、幂级数展开法（长除法）、留数法

用Z变换求解差分方程

利用平移定理将差分方程化为代数方程:

脉冲传递函数

脉冲传递函数的含义:G(z)是系统单位脉冲响应h(t)的采样信号h*(t)的z变换

z域稳定性分析

系统在z域稳定性条件：脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。如果脉冲传递函数的极点均落在z平面的单位圆外,则系统不稳定。

系统在z域稳定性判定：根据脉冲传递函数的极点是否均位于z平面的单位圆内；把传递函数的特征方程中z变量转化为ω变量，再使用s域的代数判据

线性离散系统的稳态误差

21TT求各种误差系数 ， kp,kv,ka，然后求稳态误差 e??e??， e??kpkvka

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