计算机控制简答题

第一章P13

3（1）什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？ 答：将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。

计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。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部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等。 3（2）计算机控制系统有哪几类？各有什么优缺点？

答：操作指导控制系统：优点：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。缺点：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。 直接数字控制系统：优点：设计灵活方便，经济可靠。能有效地实现较复杂的控制。

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。缺点：数学模型的建立比较困难。

集散控制系统：优点：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：系统比较复杂。

计算机集成制造系统：优点：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。

现场总线控制系统：优点：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。

嵌入式控制系统：优点：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。 3（5）现场总线控制系统与传统的分布式控制系统相比，具有哪些特点？ 答：全数字化、开放性、智能化、互操作性、风险分散性、适应性强。

第二章P70

3（1）在计算机控制系统中，常用的信号有哪些？ 答:在模拟信号、离散模拟信号、数字信号。 3（2）简述采样定理？

答：如果连续信号x(t)具有有限频谱，其最高频率为?max，则对x(t)进行周期采样且采样角频率?s?2?max时，连续信号x(t)可以由采样信号x*(t)惟一确定，亦即可以从x*(t)不失真地恢复x(t)。

3（4）简述模拟量输入通道各组成部分的作用？

答：①信号调理电路：把传感器输出的信号或变送器输出的信号中，较小的电压信号经过模拟量输入通道中的放大器放大后，变换成标准电压信号，再经滤波后才能送入A/D转换器。而对于电流信号应该通过I/V变换电路，将电流信号转换成标准电压信号，再经滤波后送入A/D转换器。

②多路开关：用来切换模拟电压信号的关键元件。

③前置放大器：将模拟小信号放大到A/D转换器的量程范围内。

④采样/保持器S/H：在进行A/D转换时间内，在A/D转换器之前将其加入，使输入信号不再变化，以免造成转换误差。

⑤A/D转换器：把模拟量转换为数字量。 3（5）计算机控制系统的I/O通道包含哪几个？

答：模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道。

3（6）A/D/转换器的结束信号（设计EOC）有什么作用？根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D转化器有几种控制方式？它们各在接口电路和程序设计上有什么特点？ 答：（1）当转换结束时，A／D转换器芯片内部的转换结束触发器置位，并输出转换结束标志电平，以通知主机读取转换结果的数字量。

（2）有查询、延时和中断控制方式。

查询：转换结束引脚通常连接到数据线或I/O口线上。设计比较简单，可靠性高，但实时性差。这种方法用得最多。

延时：转换结束引脚悬空。为了确保转换完成，必须把时间适当延长，其速度比查询方式还慢，故应用较少。

中断：转换结束信号通常与计算机的外部中断引脚连接。在中断方式中，CPU与A/D转换器是并行工作的，其工作效率高。在多回路数据采集系统中一般采用。 3（7）数字量输入通道中常用的信号调理电路有哪些？

答：小功率输入调理电路、大功率输入调理电路、交流输入信号检测电路。

第三章P106

3(1)常用的数字滤波方法有哪几种？说出他们各自适用场合。

答：1程序判断滤波、2算术平均值滤波、3加权平均值滤波、4中值滤波、5去极值平均滤波、6滑动平均滤波、7低通数字滤波。①适合于对随机干扰进行滤波，②③⑤⑥主要适合于对压力、流量等周期脉动的干扰进行滤波，④对应去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳当而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效，⑦适用于对高频和低频的干扰信号进行滤波。

3(2) 在程序判断滤波方法中，?Y如何确定？其值越大越好吗？

答：在程序判断滤波方法中，?Y通常根据经验数据得到，必要时，可由实验得出。其值不是越大越好。

3(3)标度变换在工程上有什么意义？在什么情况下使用标度变换程序？

答：传感器或变送器检测的参数都需要换成A/D转换器所能接收的0～5V统一电压信号，又由A／D转换成00～FFH（8位）的数字量。为进一步显示、记录、打印以及报警等，必须把这些数字量转换成不同的单位，以便操作人员对生产过程进行监视和管理，必须进行标度变换。

3(4)说明报警程序的设计方法，并简述之。

答：①软件报警：这种方法的基本作法是把被测参数经传感器、变送器、A／D转换送入计算机后，再与规定的上、下限值进行比较，根据比较的结果进行报警或处理，整个过程都由软件实现。 ②直接报警：被测参数与给定值的比较在传感器中进行，如果被测参数超过给定值，就会通过硬件向CPU提出中断请求，CPU响应中断后，会产生报警信号。 3(5)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：（1）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。

（2）①硬件方法：采用RC滤波消抖电路或RS双稳态消抖电路。

②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。

3(6) LED显示器的显示方法有几种？各有什么特点？简述其工作原理。

答：①静态显示：由单片机一次输出显示后，就能保持该显示结果，直到下次送新的显示字型码为止。LED工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并接地（或接+5V）；每位的段选线分别与一个8位的锁存输出相连。静态显示方式中，由于显示器中的各位相互独立，故在同一时间里，每一位显示的字符可以各不相同。

优：显示器的亮度都较高，占用机时少，显示可靠，编程容易，管理也简单，因而在工业过程控制中得到了广泛的应用。缺：使用元件多，且线路比较复杂，成本较高。

②动态显示，就是单片机定时地对显示器件扫描，在这种方法中，显示器件分时工作，每次只能有一个器件显示，而其他各位熄灭，但由于人眼有视觉暂留现象，只要每位显示间隔足够短，则可造成多位同时亮的假象，达到显示的目的。

优：使用硬件少，因而价格低。缺：占用机时长，只要单片机不执行显示程序，就立刻停止显示，使开销增大。

3(7) LCD与LED显示器件的主要区别是什么？LCD为什么不能采用直流驱动？ 答：（1）LED数码显示器是由发光二极管组成的，根据其内部发光二极管的连接方法不同，分为共阳极和共阴极两种。共阴极LED数码显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED数码显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。

LCD是一种借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。液晶显示器是在平整度很好的玻璃面上喷上二氧化锡透明导电层形成电极，在上、下导电层之间注入液晶材料密封而成的。若在液晶屏正面电极的某点和背电极间加上适当大小的电压，则该点所夹持的液晶便产生“散射效应”，并显示出点阵。根据需要，可将电极做成各种文字、数字或点阵，就可以获得所需的各种显示。

（2）会使液晶产生电解和电极老化，从而大大降低液晶显示器的使用寿命。

第五章P143

2（1）在PID调节器中，比例、积分和微分环节对调节品质有什么影响？

答：比例控制：提高系统的动态响应速度，迅速反应误差，从而减小误差，但不能消除稳态误差，KP的加大，会引起系统的不稳定；积分控制：消除稳态误差，因为只要系统存在误差，积分作用就不断地积累，输出控制量以消除误差，直到偏差为零，积分作用才停止，但积分作用太强会使系统超调量加大，甚至使系统出现振荡；

微分控制：与偏差的变化率有关，它可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

1标度变换

某梯度炉温度变换范围为0~1600℃，经温度变送器输出电压为1~5v，再经ADC0809转换ADC0809的输入范围为0~5V。试计算当采样值为98H时，所对应的梯度炉温度是多少？

解：1V电压所对应的数字量为9BH?155D

Ax?A0?(Am?A0)Nx?N0155-51?1600??815.69℃

Nm?N0255-51255?51，其变为十六进制数为33H，所以N0?33H 51. 干扰的耦合方式：直接~公共阻抗~电容~电磁感应~辐射~漏电~

2. 软件抗干扰技术：指令冗余，软件陷阱，辨别上电，系统处理复位，watchdog

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