2015年黑龙江大学2012级电气计控复习题

2012级计控复习资料

一、填空题

1. PID控制表示：比例—积分—微分控制。

2. 计算机监督系统与计算机直接控制系统的根本区别是，前一种系统具有两级计算机，其中

监督计算机的作用是按 计算 送到DDC计算机。描述生产过程的数学模型 最佳给定

3. 计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。

4. 闭环负反馈控制的基本特征是 、 。测量偏差、纠正偏差； 5. 为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加

入 。调理电路

6. 通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 。串模干扰；

7. 人机接口的作用：一是输入程序或数据，完成各种操作控制；二是显示生产过程的工艺状况与运行结果。

8. 传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用A／D转换器把模拟信号变成数字信号，

读入计算机中，对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有 线性化处理 、 标度变换 和 系统误差的自动校准 。

9. 工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件 和软件两个组成部分。

10. 在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 11. 目前，常用的开关量输出隔离器件有: 和 。光电耦合器，继

电器

12. 常规仪表组成的自动控制系统根据不同的控制要求，一般分成闭环控制与开环控制两种结构形式。

13. 由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某一时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模拟开关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。

14. 人工智能是用计算机模拟人类大脑的逻辑判断功能，其中具有代表性的两个尖端领域是专家系统和机器人。

15. 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。 16. ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。 17. 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。

18. 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。

19. 模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。

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20. 信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。

21. 实时的概念不能脱离具体的过程，一个在线的系统不一定是一个 实时系统 ，但一个 实时系统 必定是在线系统。

22. 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)

23. 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。

24. 计算机控制系统的典型型式：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、

集散控制系统 、 现场总线控制系统 、综合自动化控制系统。

25. 数字量输出通道主要由 输出锁存器 、 输出驱动电路 、输出口地址译码电路等组成。

26. 在计算机控制系统中，模拟量输入通道的任务是把系统中检测到的 模拟信号 ，变成 二进制数字信号 ，经接口送往计算机。

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

28. 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。

29. 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.

30. 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用 看门狗 、 电源监控（掉电检测及保护） 、

复位 等方法。

31. 计算机控制系统可分为： 操作指导控制系统 、 直接数字控制系统 、 监督计算机控制系统 和 分级计算机控制系统 。

32. 干扰信号的耦合方式有：静电耦合、电磁耦合、共阻抗耦合、电磁场辐射耦合。 33. 信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。

34. 数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。 35. 实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统 不一定 是一个实时系统，但一个实时系统 必定是 在线系统。

36. I/O通道的干扰类型包括： 串模干扰 和 共模干扰 。

37. 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有 电压输出的78??系列和 电压输出的79??系列。

38. A/D转换器从原理上可以分为 逐位逼近式 、 双积分式 及电压/频率式等多种。 39. 叠加在被测信号上的干扰噪声称为 串模干扰 。

40. DCS的设计原则 、 、 、 。（分散控制、集中

控制、综合管理、分而自治）

41. 计算机控制系统设计的首要原则是 安全可靠 。

42. 计算机控制系统的工作原理可以归纳为 实时数据采集、实时控制决策和实时控制输出

三个步骤。

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43. 在计算机控制系统中，模拟量输入通道的任务是把系统中检测到的 ，变成 ，经接口送往计算机。模拟信号、二进制数字信号

44. 在计算机控制系统中，对于承担网络控制、信息处理、管理的计算机，应采用双机系统，

其工作方式有四种，即：备份工作方式、主从工作方式、双工工作方式和分级分布式控制方式。

45. 计算机处理的事件一般分为两类，即：定时事件和随机事件。 46. 计算机控制系统的软件主要分为两大类，即系统软件和应用软件。

47. 计算机控制系统的软件一般应具有 实时性 、 针对性 、 灵活性和通用性

和 可靠性 等特征。

48. 在计算机控制系统中，大致有以下几种地线：模拟地、数字地、信号地、系统地、保护地、交流地和直流地。

49. 设某信号线与电压为220V、负荷为10kVA的工频交流输电线距离为1m，并平行走线10m，

两导线之间互感M=4.4μH，则信号线上感应到的干扰电压为 mV。

50. 常用的AD转换方法有： 计数法 、 双积分法 ， 逐次逼近法 。 51. 光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成。输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。

52. 惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输出量不能突变，而是按

变化。按指数规律变化

53. 在实际应用中，很多表格都比较长，且难以用计算查表法进行查找，但它们一般都满足从

大到小或从小到大的排列顺序，如热电偶mV-?C分度表，流量测量中差压与流量对照表等等。对于这样的表格，通常采用快速而有效的 。对分查表法

54. 计算机控制系统的典型形式有： 操作指导控制系统OIS 、 直接数字控制系统DDC 、

监督控制系统SCC 、 集散控制系统DCS 、 现场总线控制系统FCS 和 PLC+上位机系统 。

55. “在线”的含义是指 生产过程和计算机直接连接 ， 并受计算机控制 的方式；“离线”的

含义是指 生产过程不和计算机直接连接 ， 且不受计算机控制 ，而是靠 人进行联系并作相应操作 的方式。

56. 为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入调理电路。 57. 计算机控制系统由计算机和 被控对象（或生产过程）两部分组成。计算机控制系统的基本工作原理可以归纳为： 实时数据处理、 实时监督决策、 实时控制及输出。

58. 通常在传感器与A/D之间加入调理电路的目的是 使模拟输入电压满足A/D转换量程要求 。

59. 计算机控制系统的输入与输出信号主要分为 数字 信号与 模拟 信号。

60. 计算机控制系统的工作过程可归纳为以下三步： 实时数据采集 、 实时控制决策 、 实时输出控制 。

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61. 采样保持器有 采样 和 保持 两种工作状态，对A1,A2两个放大器的要求 A2输入阻抗大，A1输出阻抗低 。

62. 共模干扰的抑制方法主要有： 变压器隔离 、 光电隔离 、 浮地屏蔽 、 采用仪表放大器提高共模抑制比 。

63. 工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件 和软件两个

组成部分。

64. 计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器

等。

65. 在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 66. 模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口

送往计算机。

67. 对于承担网络控制、信息处理、管理的计算机，应采用双机备用系统，其工作方式有四

种，即：备份工作方式、主从工作方式、双工工作方式和分级分布式控制方式。

68. 监督计算机控制系统有两种结构形式：一种是SCC+模拟调节器的控制系统；另一种是SCC+DDC的控制系统。

69. 通常在传感器与A/D之间加入调理电路的目的是 使模拟输入电压满足A/D转换量程要求 。

70. 在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 71. 在数据采集系统中，只使用一个 S/H 和 A/D 构成的系统称之为 系统，而使用多

个 S/H 和一个 A/D 构成的系统称之为 系统。分时采样，分时转换 同时采样，分时转换

72. 传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用A／D转换器把模拟信号变成数字信号，

读入计算机中，对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有 线性化处理 、 标度变换 和 系统误差的自动校准 。

73. 采用差分放大器作为信号前置放大是抑制 串模 干扰的方法之一。

74. 只要改变输入控制逻辑电平，即可控制采样/保持器的工作状态。当输入控制逻辑为高电平时，为采样状态，此时输出随着输入变化；当输入控制逻辑为低电平时，为保持状态，此时，输出保持不变。

75. 通常把 叠加在被测信号上 的干扰信号称为串模干扰。

76. ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。

77. 计算机监督系统与计算机直接控制系统的根本区别是,前一种系统具有两级计算机，其中

监督计算机的作用是按 计算 送到DDC计算机。描述生产过程的数学模型 最佳给定值 二、选择题

1. 由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ ）转换。

A．A/D转换器 B．双向可控硅 C．D/A转换器 D．光电隔离器

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2. 某一个输入电路，其共模干扰电压Ucm=100，Ucm转换成串模干扰压为Un=10，则该电路的

CMRR(常用共模抑制比)为：（ A ）

A、20 B、10 C、200 D、100

3. 若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ ）器

件完成控制量的切换工作。

A．锁存器锁存 B．多路开关 C．A/D转换器转换 D．反多路开关

4. 某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值 （ ）。

A． 比较小 B．比较大 C．取零值 D．取负值

5. 计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（ ）

A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关

6. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（ ）提高信/躁比。

A.只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序

C.不能通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路

7.

防止抖动是能否正确读取键值的必要环节，实现方法是（ A）。 A．可以用硬件电路或软件程序实现 B．只能用滤波电路或双稳态电路实现 C．只能用软件程序实现 D．只能用延时程序实现

8. 采样/保持器的逻辑端接+5V，输入端从2.3V变至2.6V,输出端为（A ）。

A．从2.3V变至2.6V

B．从2.3V变至2.45V并维持不变 C．维持在2.3V D．快速升至2.6V并维持不变

9. 由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经 转换。

A．A/D转换器 B．双向可控硅 C．D/A转换器 D．光电隔离器

10. 图中R2为精密电阻，通过此电阻可将电流信号转换为电压信号。当输入电流为0~10mA

时，可取R1=100Ω，R2=500Ω，这样输出的电压就为0~5V；当输入电流为4~20mA时，可取R1=100Ω，R2=250Ω，这样输出的电压就为1~5V。

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争意识。所以在系统设计中要考虑以下三个方面： 一是提高系统的性能价格比； 二是尽可能缩短设计周期； 三是降低投入产出比。

6. 计算机控制系统采用总线结构有哪些优点？

（1）简化了硬件与软件的设计。便于采用模块化结构设计方法，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作cpu插件、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线就可工作，而不必考虑总线的详细操作。

（2）简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少，底板连线可以印制化。

（3）便于系统的扩充与更新。一是规模扩充，规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充，功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。

（4）便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价

由于采用总线的系统产品实现了模块化，各模块有一定的独立性，便于组织专业化的生产和调试，降低产品造价，也有利于产品的更新换代。 （5）可维护性好

采用总线标准模块化设计的产品，一般具有较好的诊断软件，便于故障诊断和维修。 7. 画图说明模拟量输入通道各组成部分及作用。 答：

过程参数I/v变换器...多路转换器程控放大器采样保持器A/D转换器接口逻辑电路Pc总线...

I/V变换器：将各种现场的物理量测量起来，并转换成电信号。 多路转换器：把多个现场信号分时的连接到A/D转换器

程控放大器：把传感器输出的信号放大到ADC所需的量程范围。 采样保持器：周期性的采样连续信号并在AD转换期间保持不变。 A/D转换器：完成模拟量和数字量的转换 接口逻辑电路：实现模拟通道和计算机的连接 8. 计算机控制技术的工作方式有哪几种和各自的含义？ 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.

生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式，生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人们进行联系并做相应操作的方式称为离线方式。所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定时间范围内完成。在线系统不一定是实时系统，丹实时系统必定是在线系统。

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9. 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

(1)实时：所谓“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，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果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，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 10. 计算机控制系统的控制过程是怎样的?

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：

(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 11. 光电耦合器具有哪些特点？

光电耦合器能够抑制干扰信号，主要是因为它具有以下几个特点： （1以光为媒介传输信号的，其输入和输出在电气上是隔离的。

（2）光电耦合部分是在一个密封的管壳内进行的，因而不会受到外界光的干扰。 （3）光电耦合器的输入阻抗很低，而干扰源内阻一般都很大, 传送到光电耦合器输入端的干扰电压就变得很小了。

（4）一般干扰噪声源的内阻很大，可供出的能量很小，只能形成很微弱的电流。由于没有足够的能量，也不能使二极管发光，显然，干扰就被抑制掉了。

（5） 输入回路与输出回路之间分布电容极小，而且绝缘电阻很大，因此，在回路中，一端的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一端去。

12. 什么叫数字滤波？与模拟滤波器相比，数字滤波有哪些优点？

所谓数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理，以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。 主要优点：

（1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。（2）数字滤波可以对频率很低(如0.01HZ)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。

（3）数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

（4）对于模拟滤波器，通常是各通道专用的，而对于数字滤波器来说，则可以多通道共享，从而降低了成本。

13. 采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。

采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样

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保持器。

保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。

14. 在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？

不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。

15. 简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。

光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图2.1所示。输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。

图2.1光电耦合器电路图

16. 计算机控制系统设计的基本要求有哪些？ 计算机控制系统设计的基本要求主要包括五个部分。 （1）安全可靠

为了保证安全可靠，通常采用如下做法：

第一，选用高性能的工业控制计算机，保证在恶劣的工业环境下，系统仍能正常运行。 第二，设计可靠的控制方案，并具有各种安全保护措施，比如设计报警、事故预测、事故处理、不间断电源等。

第三，附加后备装置。对于一般的控制回路，选用手动操作作为后备；对于重要的控制回路，选用常规控制仪表作为后备。这样，一旦计算机出现故障，就把后备装置切换到控制回路中，以维持生产过程的正常运行。

第四，对于承担网络控制、信息处理、管理的计算机，应采用双机备用系统，其工作方式有四种，即：备份工作方式、主从工作方式、双工工作方式和分级分布式控制方式。 （2）操作维护方便

操作方便体现在控制设备投入运行后，应当使系统便于掌握、操作简便，显示画面直观形象。既要体现操作的先进性，又要兼顾原有的操作习惯。在硬件配置方面系统的控制开关不能太多，操作顺序要简单；软件方面，应尽可能采用汇编语言，并配有高级语言，以便于用户掌握。

维护方便体现在易于查找故障，易于排除故障。硬件方面，应尽可能采用标准的功能模块化产品，便于更换故障模板。软件方面，应配置诊断程序，一旦故障发生，通过程序来查

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找故障发生的部位，从而缩短排除故障的时间。 （3）实时性强

所谓实时性，就是计算机系统对内部和外部事件能够及时地响应，并作出相应的处理，不丢失信息，不延误操作。

计算机处理的事件一般分为两类，即：定时事件和随机事件。对于数据的定时采集、运算控制等定时事件，可以设置系统时钟，保证定时处理。对于各种故障等随机事件，可以设置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦出现故障，保证优先处理紧急故障。

（4）通用性好、便于扩充 在系统设计时，要考虑以下三点：

第一，硬件设计应标准化，采用标准总线结构并配置各种通用的功能模板，以便于进行功能扩充时，只需要增加功能模板即可。

第二，软件设计时采用标准模块结构，用户使用时不需要二次开发，只需按照要求选择各种功能模块即可。

第三，在系统设计时，各个设计指标留有一定的余量，便于扩充。 （5）经济效益高

计算机控制系统在满足系统基本要求的前提下，还应该带来高的经济效益，要有市场竞争意识。所以在系统设计中要考虑以下三个方面： 一是提高系统的性能价格比； 二是尽可能缩短设计周期；

三是降低投入产出比。

17. 计算机控制系统设计的一般步骤是什么？ 答：计算机控制系统设计的一般步骤一般为：

（1）控制系统总体方案的确定；

选择控制系统的结构和类型；选择检测元件；选择执行机构 （2）计算机及接口的选择； （3）建模和控制算法的选择；

在系统设计时，首先要建立被控对象的数学模型，并根据被控对象的数学模型确定系统的控制算法。

（4）控制系统的硬件和软件的具体设计； （5）计算机控制系统的调试。

计算机控制系统的调试通常分为离线仿真调试和在线调试运行两个阶段。 18. 键盘为什么要防止抖动？在计算机控制系统中如何实现防抖？

答：键盘实际上是一组按键开关的集合，其中一个按键就是一个开关量输入装置。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合或断开时不会马上稳定下来，会有瞬间的抖动，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5~10ms。为了能使键盘给系统提供准确的数据和命令，必须设法消除抖动。

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消除按键抖动的措施有两种：硬件方法和软件方法。硬件方法可以采用RC滤波消抖电路或RS双稳态消抖电路。软件方法是在第一次检测到有按键闭合时，首先执行一段延时10ms的子程序，然后再确认该按键电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平则确认为真正有按键按下，从而消除了抖动的影响。

19. 什么是过程通道？过程通道有哪些分类？

过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。

20. 操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？

(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图1.2所示。

图1.2操作指导控制系统原理框图

(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图1.3所示。

图1.3 DDC系统原理框图

(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。SCC系统的原理框图如图1.4所示。

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图1.4 SCC系统原理框图

SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。

21. 计算机控制系统的发展趋势是什么？

大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。 a.普及应用可编程序控制器 b.采用集散控制系统 c.研究和发展智能控制系统

22. 计算机控制系统有哪几类？各有何特点？

答：（1）操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。

（2）直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。

（3）监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。

（4）集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。缺点是系统比较复杂。

（5）计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。但是计算机集成制造系统所要解决的不仅是局部最优问题，而是一个工厂、一个企业乃至一个区域的总目标或总任务的全局多目标最优，即企业综合自动化问题。

（6）现场总线控制系统：成本低、可靠性高，而且在同一的国际标准下可以实现真正的开放式互联系统结构。

（7）嵌入式控制系统：嵌入式控制系统是面向特定应用而设计的、对功能、可靠性、成本、体积、功耗等进行严格要求的专用计算机控制系统，具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点，制作成本高，但系统开发投入低，应用灵活。

23. 如果总线工作频率为8MHz，总线宽度为8位，则最大传输速率为？8MB/s

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24. 如果总线工作频率为33.3MHz，总线宽度为32位，则最大传输速率为？133MB/s 四、分析说明

1. 8路模拟开关CD4051的结构原理如图所示，试说明其工作原理。

答：CD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为“0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、A=001时，通道S通；……当C、B、A = 111时，通道S7选通。其真值表如表3-1所示。

2. 某硬件报警系统电路如图所示，分析其工作原理。

在图中，SL1和SL2分别为被测参数的上、下限报警结点；当被测参数处于正常范围时，P1.0和

P1.1均为高电平；当参数超过上限或低于下限时，其中的一个结点就会闭合，这样就会由高电平变为低电平，向CPU发出中断请求；CPU响应中断后，读入报警状态P1.0和P1.1，然后从P1.4和P1.5输出报警信号，完成越限报警。

3. 当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，也可以将2个8路4051并 联起来，组成1个单端的16路开关，下图给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的电路，试说明其工作原理。

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答：数据总线D3~D0作为通道选择信号，?D3用来控制两个多路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当D2、D1、D0从000变为111，则依次选通S0~S7通道；当D3=1时，经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、D0从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16路的模拟开关。

4. 数字量输入通道中信号调理电路有何作用？常用的信号调理电路有哪些？

答：信号调理电路的作用：将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号。

常用的信号调理电路有：在小功率输入调理电路如采用RC滤波电路消除开关抖动的方法。采用RS触发器消除开关两次反跳的方法。大功率调理电路如高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离。交流输入信号检测电路如电感、压敏电阻和光耦合器配合使用的电路。 5. 对于要求更高的计算机控制系统，可以采用不间断电源即UPS向系统供电，如图8-21所 示，试分析其工作原理。

不间断电源UPS供电系统

电网瞬间断电或电压突然下降等掉电事件会使计算机系统陷入混乱状态，是可能产生严重事故的恶性干扰。对于要求更高的计算机控制系统，可以采用不间断电源即UPS向系统供电，如图8-21所示。正常情况下由交流电网通过交流稳压器、切换开关、直流稳压器供电至计算机系统；同时交流电网也给电池组充电。所有的UPS设备都装有一个或一组电池和传感器，并且也包括交流稳压设备。如果交流供电中断，系统中的断电传感器检测到断电后就会将供电通路在极短的时间内（3ms）切换到电池组，从而保证流入计算机控制系统的电流不因停电而中断。这里，逆变器能把电池直流电压逆变到正常电压频率和幅度的交流电压，具有稳压和稳频的双重功能，提高了供电质量。

6. 在实际的控制系统中，往往为了避免测量值在极限值附近摆动造成频繁报警，可以在上、

下限附近设定一个回差带，如图所示，分析其工作原理。

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H是上限带，L是下限带。规定只有当被测量值越过A点时，才认为越过上限，测量值穿越H带区，下降到B点以下才认为是复限。同样道理，测量值在L带区内摆动均不做超越下限处理，只有它回到D点之上时，才作越下限后复位处理。这样就避免了频繁的报警和复限。具体上、下限带宽的选择应根据被测参数的具体情况来决定。 计算题

1、某计算机数据采集系统采集温度变化情况，温度测量范围是30 ~ 80℃，所得模拟信号为1~5V，采用铂热电阻测温，用8位A/D转换器转换为数字量，转换器输入0~5V时输出是 00H~FFH，在某一时刻计算机系统采样后的数字量为CDH，求此时的温度值是多少？（设仪表的量程是线性的，结果保留四位有效数字） 解：根据公式已知，A0 = 30℃, Am = 80℃， Nx = CDH = 205D，Nm= FFH = 255D?，

N?N0 Ax?(Am?A0)x?A0N?Nm0

在温度为30时，因检测电压为1V，相应地数字量为N0=（1/5）*255=51

Ax?(80?30)205?51?30?67.75℃255?512、某热处理炉温测量仪表量程为200?800?C，对应转换后数值量为：00-FFH，某时刻CPU采样并经数字滤波后的数字量为CDH，求此时的温度值。

解：根据（由）题意（或已知条件） ： A0=200oC;------------------------------------------------------1分 Am=800oC;-----------------------------------------------------1分 Nx=CDH=205D;-----------------------------------------------1分 N0=0-----------------------------------------------------------1分 Nm=FFH?255D;--------------------------------------1分N-N0N 得（则） Ax?（Am-A0）x?A0 或 Ax?（Am-A0）x?A0---------------3分Nm-N0Nm205?200--------------------------------------------1分255 =682oC-------------------------------------------------1分 =600?

注：同学们要认真复习，资料有的地方还不够完善，需要大家亲自整理修改，发现问题要及时反馈。 QQ: 741711542（微信通过QQ添加） E-mial:lifu779@163.com Cell phone: 18246170698

预祝同学们顺利通过考试(禁止携带考试资料，切勿违纪)，取得优异的成绩！！！

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