计算机控制技术（于海生）知识点

第一章

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

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 计算机控制系统组成：计算机和生产过程框图

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(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(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)

工业生产过程：连续过程、离散过程、批量过程

实时：是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的 在线：生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制 离线：若生产过程设备不直接与计算机相连接，工作不直接受计算机的控制

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 第二章

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 接口技术：研究计算机与外部设备如何交换信息的技术

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。

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 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。

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。 孔径时间：完成一次A/D转换所需的时间。

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

基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式：PLC、智能调节器、只能I/O模块等具有485总线可作为测控系统的从站；PC或IPC作为系统主站并配有232/485转换器，实现对系统的监控和管理

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AD转换器3放大被测信号4利用逻辑器件5减少电磁感应

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 MAX1232主要功能：1电源监控2按钮复位输入3监控定时器

计算机控制系统地线：1模拟地2数字地3安全地回流法接地一点法接地 第三章

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

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。

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

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…

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。

第四章

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T3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

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 数字PID位置型控制算法和增量型控制算法&优缺点：1增量算法不需要做累加对控制量的计算影响较小2增量算法得出的仅是增量，不会严重影响系统的工作3增量算法易于实验手动到自动的无冲击切换

PID控制器的改进：1积分项的改进(积分分离、抗积分饱和、梯形积分、消除积分不敏感区)2微分项的改进(不完全微分的PID控制算法、微分先行的PID控制算法)3时间最优PID控制4带死区的PID控制算法 控制算法计算

积分饱和？怎样引起的？如何消除：在PID 位置式算法中需要偏差信号的累加值，当累加值超出执行机构的额定范围后，执行机构的输出值不再随控制信号的增加而增加，于是就出现了积分饱和现象。消除方法：1．采用增量式算法；2．采用积分分离式算法

采样周期需要考虑哪些因素：1香农采样定理T≤pi/ωmax；Tmin≤T≤Tmax。2考虑给定值的变化频率、被控对象的特性、执行机构的类型、控制算法的类型、控制的回路数 第七章

模块化程序设计和结构化程序设计&程序设计步骤：把复杂的系统软件分解为若干个功能模块；利用顺序、选择、循环的结构构成的系统；1用户需求分析2编写程序说明3程序的设计与编码4测试5调试

HMI/SCADA的含义：使用者与机器间传达及接收信息的一个接口；具有系统监控和数据采集功能的软件 基于工业控制组态软件可实现哪些功能：可以实现绝大多数控制功能

数字滤波技术：1算术平均值法2中位值滤波法3限幅滤波法4惯性滤波法5加权平均值滤波法 第八章

工业局部网络拓扑结构&特点：星型(结构简单、延迟低、可靠性低、信息必须中转、网络成本高)、环型(简化路径选择控制、控制软件简单、可靠性较高、拓展受限制)、总线型(结构简单、可靠性高、共享能力强、成本低、信息冲突)、树型(成本低、易于维护和拓展、故障可能影响支路网络)

工业局部网络常用的传输访问控制方式&优缺点：冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD(原理简单、技术实现容易、但无优先级效率会降低)、令牌环(优先级控制、较强实时性、但需要进行维护)、令牌总线(吞吐量大、控制稳定、不需冲突检测、一定实时性、但时间开销大)

国际标准化组织提出的开放系统互连参考模型即OSI模型：7个功能层1物理层2数据链路层3网络层4传输层5会话层6表示层7应用层

IEEE802标准：765432逻辑链路控制&介质存取控制1物理信号层

现场总线&典型的现场总线：用于过程自动化和制造自动化最底层的现场仪表或现场设备互连的通信网络；CAN、Lonworks、ProfiBUS、HART、FF；

系统集成&网络系统集成的框架：按系统整体性原理，将原来没有联系或者联系不紧密的元素组成为具有一定功能的，满足一定目标、相互联系、彼此协调工作的新系统的过程。控制网络与企业网络的集成框架、控制网络系统集成框架 CIMS&CIPS：计算机集成制造；计算机集成过程系统

ERP-MES-PCS结构和特点：企业资源计划系统、生产执行系统、生产过程控制系统；1适合扁平化的现代企业结构2生产成本较低3适用范围广 第九章

系统设计的原则：1安全可靠2操作维护方便3实时性强4通用性好5经济效益高 步骤：1工程项目与控制任务的确定阶段2工程项目的设计阶段3离线仿真和调试阶段4在线调试和运行阶段

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