计算机控制期末复习

计算机控制技术复习

第一章

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,离散过程和批量过程. 2. 什么是计算机控制系统？

计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。 3．常规控制系统的一般形式分为那两类？ 闭环控制系统、开环控制系统 4. 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. 5. 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。 6.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. 7．如何保证系统的实时性？

8. 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. 9．生产过程主要包括哪些装置？

（被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等）

10. 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.

11．什么是操作指导控制系统？有那些优缺点？

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计算机测得的信号数据，根据一定的控制算法，计算出可供操作人员选择的最优操作条件及操作方案

优点：结构简单，控制灵活和安全 缺点：开环控制。由人操作，实时性

12．什么是直接数字控制(DDC)？有那些优缺点？

计算机首先通过模拟量输入通道、开关量输入通道实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道、开关量输出通道直接控制生产过程。

优点： 能够实现自动控制、多回路控制，能够灵活的把各种算法施加于生产过程。 缺点：结构复杂，投资高。

13．什么是监督控制系统（SCC）？有那些优缺点？

计算机根据原始工艺信息和其它参数，按照描述生产过程的数学模型或其它方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况(如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等)。

优点：计算机坏了，在（a）中，模拟仪表可以直接控制；在（b）中，DDC计算机可以直接控制，SCC计算机只是采集，优化；这实际上是一种不存在上下级通信的两级控制，只存在传递设定值的关系。

缺点：造价高、效益差，现在已经不用了。 14．什么是分散型控制系统（DCS）？有那些特点？

采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制 ①分散过程控制级：这是最底层，直接和现场控制点打交道； ②集中操作控制级：集中在控制室通过显示屏等几种监控、操作

③综合信息管理级：实现整个企业的综合信息、管理，主要执行生产管理和经营管理功能，能够提供管理决策信息。 15．什么是程序和顺序控制？

程序控制是被控制量按照一定的、预先规定的时间函数变化，被控制量是时间函数的变化。 顺序控制是程序控制的扩展，在各个时期所给出设定值可以是不同的物理量，而且每次设定值的给出，不仅取决于时间，还取决于对以前的控制结果的逻辑判断。 16．什么是比例积分微分控制（PID控制）？

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调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分的函数。 17．什么是最小拍控制？

最小拍控制的性能指标是要求设计的系统在尽可能短的时间内完成调节过程。 18．工业控制机主要由那些硬件组成？

主机板、内部总线和外部总线、人—机接口、磁盘系统、通信接口、系统支持功能、输入输出通道

19．工业控制机主要由那些软件组成？

系统软件、支持软件、应用软件 20．工控机有那些特点？ 1）可靠性高和可维修性好。 2）环境适应性强。

3）控制的实时性。工业控制机应具有时间驱动和事件驱动能力。 4）完善的输入输出通道。 5）丰富的软件。

6）适当的计算机精度和运算速度。 21．简述计算机控制系统的发展概况。

（1）开创时期 （2）直接数字控制时期 （3）小型计算机时期 （4）微型计算机时期 22. 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) 第二章

1. 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. 2. 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.

3. 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.

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4. 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. 5. 数字量I/O的接口芯片有什么作用？有哪些典型芯片？ P30

6. 积分电路对数字量信号的调理过程。

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。

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+5V100ΩPA7PA3PA0PB7PC总线8255APB0PC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0D0CECSR/C12/8VLOGICSTSBIFOFFD11REFIND8REFOUTD7AD574A10VINAGNDDGNDA0+12V100KΩ100KΩ-12V100Ω+15V548+15V-15VSmVDDVEEV013LF398CH76-15VCD4051S0INHCBAVSSS7V7 8．什么是接口？接口技术？过程通道？

图 3-19 8路12位A/D转换模板电路9．数字量输入接口（DI）的作用是什么？ 采集生产过程的状态信息。 10．数字量输出接口的作用是什么？

当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进行保持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存。

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11．画出数字量输入通道的结构

12．输入调理电路主要包括哪些措施？

转换、保护、滤波、隔离

13．数字量输出通道的结构主要由哪些电路组成 ？

输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路 14．小功率直流输出驱动电路有哪些类型？

①功率晶体管输出驱动继电器电路 ②达林顿阵列输出驱动继电器电路。

15．大功率交流驱动电路有哪些类型？在大功率交流驱动电路中，固态继电器SSR作交流开关使用。

16．A/D转换器的主要技术指标包括哪些？

转换时间、分辨率、量程、对基准电源的要求 17．常用的A/D转换器的转换方式有哪两种？

逐次逼近式、双斜积分式

18．什么是D/A转换器？主要技术指标有哪些？

指将数字量转换成模拟量的元件或装置 有分辨率、建立时间、线性误差等

19．对8位D/A转换器以单极性电压输出并设VREF＝－5V时其最大输出电压Vmax＝？ 最小输出电压Vmin＝？一个最低有效位（LSB）电压VLSB＝？

D＝FFH＝255时，最大输出电压：Vmax＝（255/256）×5V＝4.98V D＝00H时，最小输出电压：Vmin＝（0/256）×5V＝0V

D＝01H时，一个最低有效位（LSB）电压：VLSB＝（1/256）×5V＝0.02V

20．对8位D/A转换器以双极性电压输出并设VREF＝－5V时其最大输出电压Vmax＝？ 最小输出电压Vmin＝？一个最低有效位（LSB）电压VLSB＝？

D＝FFH＝255时，最大输出电压：Vmax＝[（255－128）/128]×5V＝4.96V D＝00H时，最小输出电压：Vmin＝[（0－128）/128]×5V＝－5V

D＝81H＝129时，一个最低有效位电压：VLSB＝[（129－128/128]×5V＝0.04V 21．自动/手动切换的目的是什么？

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增量型控制算法 两种基本形式。

16. 经常采用的软件抗干扰技术包括： 数字滤波技术 、 开关量的软件抗干扰技

术 、 指令冗余技术 、 软件陷阱技术 等。

17. 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。 18. 通常把 叠加在被测信号上 的干扰信号称为串模干扰。 19. 平均值滤波是对信号y进行m次采样；滤波器的输出 20. 若信号的动态范围为N，计算机字长n ? log2 (1+N) 。

21. 模拟量输入通道一般由 信号预处理 ， 多路转换器 、 前置放大器 、 采样保持器 、 模/数转换器 及 接口逻辑电路 等组成。

三、判断

1. 下图所示干扰源为共模干扰。错，串模。

2. 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰。

对

3. 如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰。对 4. 对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从

而达到提高回路中的信号噪声比的目的。对

5. 下图所示干扰源为共模干扰。对

6. 计算机控制系统的设计，就是指在给定系统性能指标的条件下，设计出控制器的控制规

律和相应的数字控制算法。对

7. 数字控制器的连续化设计是忽略控制回路中所有的零阶保持器和采样器，在S域中按连

续系统进行初步设计，求出连续控制器，然后通过某种近似，将连续控制器离散化为数

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字控制器，并由计算机来实现。对

8. 按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为PID调节器，是在连续系统中技术

最为成熟，应用最为广泛的一种调节器。对

9. PID调节器结构简单、参数易于调整，当被控对象精确数学模型难以建立、系统的参数

又经常发生变化时，应用PID控制技术，在线整定最为方便。对

10.比例调节器对于偏差是即时反应，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用使被控量朝

着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数。只有当偏差发生变化时，控制量才变化。对

11.比例调节器不能消除静差，比例系数KP过大，会使动态质量变坏，引起被控量振荡甚至

导致闭环不稳定。对

12.积分调节的特点是调节器的输出与偏差存在的时间有关，只要偏差不为零，输出就会随

时间不断增加，并减小偏差，直至消除偏差，控制作用不再变化，系统才能达到稳态。对

13.微分调节的特点是在偏差出现或变化的瞬间，产生一个正比于偏差变化率的控制作用，

它总是反对偏差向任何方向的变化，偏差变化越快，反对作用越强。故微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。对

14.在PID控制中，在阶跃信号的作用下，首先是比例和微分作用，使其调节作用加强，然

后是积分作用，直到消除偏差。对

15.由于物料或能量的传输延迟引起的滞后现象称为纯滞后。对 16.由于惯性引起的滞后，比如发酵过程，属于纯滞后。错，容量滞后

17.所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将扑获的程序引向一个指定的地址，在那里有

一段专门对程序出错进行处理的程序。对

18.所谓指令冗余，就是在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重复书

写，提高弹飞程序纳入正轨的机会。对 四、简答

1. 试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定理，采样后将会变成何种信

号。答：即是采样频率应大于最高频率的两倍，若不满足，则高频会变低频，且失真。 2. 简述计算机控制的含义？答：所谓计算机控制，就是利用传感装置将被监控对象中的物

理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示

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装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。

3. 计算机控制系统的典型形式有哪几类？答：1.数据采集和监视系统；2.直接数字控制系

统 (DDC)；3.监督控制系统 ；4.集散控制系统；5.现场总线控制系统

4. 什么是总线？答：所谓总线就是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和

传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。 5. 常用的总线标准有哪些？答：OIS,DDC,SCC

6. 什么是接口？答：是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信息的桥梁，它包括输

入接口和输出接口。

7. 接口电路的主要作用是什么？答：实现计算机系统中一个部件与另一些部件的相互联

系。

8. 简述模拟量输入通道的构成。答：模拟量输入通道一般由信号预处理、多路转换器、前

置放大器、采样保持器、模/数转换器和接口逻辑电路等组成。其核心是模/数转换器。 9. 如下图所示为功率晶体管输出驱动继电器电路，试说明二极管D与电阻R的作用分别是

什么？答：D的作用是泄流，通过D放掉J上所带的电荷，防止反击穿；R的作用是限流。

10. 什么是共模干扰？抑制共模干扰的措施有哪些？答：所谓共模干扰是指模/数转换器两

个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。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。

11. 插补器的作用是什么？答：在数控系统中完成插补工作。

12. 简述什么是逐点比较法插补？答：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

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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。

13. 简述数字控制器的连续化设计步骤。答：第一步：假想的连续控制器D(s)；第二步：选

择采样周期T ；第三步：将D(s)离散化为D(z)；第四步：设计由计算机实现的控制算法；第五步：校验。

14. 数字PID控制器的改进措施主要有哪些？答：1．积分项的改进；2．微分项的改进；3．时

间最优+PID控制；4．带死区的PID控制算法；

15. 什么叫积分饱和？它是怎样引起的?如何消除？答：如果执行机构已到极限位置，仍然

不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就称为积分饱和。

作为防止积分饱和的办法之一，可对计算出的控制量u(k)限幅，同时，把积分作用切除掉。 16. 简述数字控制器的离散化设计步骤。答：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它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Ф(z)；3. 求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)；4. 根据D(z)求取控制算法的递推计算公式； 17. 最少拍控制的含义是什么？答：所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输

入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式: 18. 简述什么是振铃现象及其危害？答：所谓振铃(Ringing)现象，是指数字控制器的输出

以二分之一采样频率大幅度衰减振荡的现象。振铃现象会增加执行机构的磨损，在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳定性。

19. 什么是数字滤波？其优点是什么？答：所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序

减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。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。 20. 下面的程序是根据累加器A内容的正、负、零情况进行三分支的程序，请指出哪些语句

属于软件陷阱？

JNZ XYZ

??;零处理 LJMP ABC NOP

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NOP LJMP ERR

XYZ: JB ACC.7, UVW

??；正数处理

LJMP ABC

NOP

NOP LJMP ERR

UVW:

??；负数处理

ABC: ??；取结果

RET

NOP NOP LJMP ERR

21. 下列程序是利用减法比较两无符号数的大小程序段（数放A、B中），请指出哪些语句是

指令冗余？

CLR C

SUBB A, B NOP NOP JC BBIG ? ?

BBIG:NOP ?..

22. 计算机控制系统的理论设计主要包括哪些内容？ 答：计算机控制理论、电子技术、生产工艺方面的知识。 23. 计算机控制系统的设计原则是什么？

答：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。 24. 简述计算机控制系统的设计步骤。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/osu3.html