计算机控制技术总结

例 某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

某时刻测得热电势Ex =34.66mV，由该热电偶的分度表可直接查出其相应温度Tx=834 ℃

例 某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

现用式计算，先从表中查得所策热电势值处于7-8号折点的段内，将各有关数值代入上式得： Tn?Tn?1Tx?Tn?1?(Ex?En?1En?En?1

其相对误差为：

例 某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直

o线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。 x 再用前式计算

880?820T?820C?(34.66?34.10)?833.36.53?34.10

例 某烟厂用计算机数据采集系统采集烟叶发酵室的温度变化情况，该室温度测量范围是20-80℃，所得模拟信号为1-5V,采用铂热电阻（线性传感元件）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-0FFH。某一时刻，计算机采集到的数字量为0B7H。由计算式作工程量线性转换。 由给定条件得为： ymax =80 ℃， ymin=20 ℃， Nmax=0FFH=255， Nx=0B7H=183,

在温度为20 ℃时，因检测所得模拟电压是1V.所以相应的数字量应为255X1/5=51,

? y= 20℃十（80-20)（183-51）／（255-51)=58.21 ℃ ?100%??0.02% 工程量线性转换的程序框图如图十9所示． 834 对测量数字量OB7H的工程量线性转换结果为

Tx?(((a4Ex?a3)Ex?a2)Ex?a1)Ex?a0?833.

1 现场总线有何特点 现场总线技术特点 1、系统的开放性 2、互可操作性与互用性

3、现场设备的智能化与功能自治性 4、系统结构的高度分散性 5、对现场环境的适应性

1 为什么PI控制器引入积分环节可消除系统的静态误差？

答：PI控制器对于偏差的阶跃响应除有按比例变化的成分外，还带有累积的成分，即积分作用成分。只要偏差e(t)不为零，它将通过累积作用影响控制量u(t)，以求减小偏差，直至偏差为零，控制作用不再变化，系统达到稳态。因此，积分作用的加入可以消除系统静差

2 写出位置式和增量式？

答在工业过程控制中，数字PID控制算法通常又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法 （1）位置式PID控制算法

按模拟PID控制算法的算式，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微

分

，

作

如

下

近

似

变

换

：

上式中T为采样周期。为书写方便，以后将e(kT)简化表示为e(k)等，即省去T。将式代入式，可得离散的PID表达式

式中k——采样序号，K=0，1，2，…；

u(k)——第k次采样时刻的计算机输出值； e(k)——第k次采样时刻输入的偏差值； e(k-1)——第(k-1)次采样时刻输入的偏差值； KI——积分系数； Kp——微分系数· 2）增量式PID控制算法

当执行机构需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量（例如去驱动步进电机）时，可由式导出提供增量的PID控制算法：

2）增量式PID控制算法 可以进一步改写：

?u(k)?Ae(k)?Be(k?1)?Ce(k?2TTD?)TIT答：1)由于计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小，

3 增量式的优点？ A?K(1?P

TD从而不会严重影响生产过程。

T2）手动一自动切换时冲击小。控制从手动到自动切换时，可以做到无扰动切换。此外，当计算机发生故KPTD障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故仍然能保持原值。

B?3）算式中不需要累加。控制增量Au(k)的确定仅与最近k次的采样值有关，较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。

4 数字PID控制器算法的改进

答 积分分离PID算式 不完全微分的PID控制算式 微分先行PID算式 带有死区的PID控制

静态比例控制系统结构方框图获得。由上式可以看到，控制器的直流增益越大，控制稳态误差越小。 比例积分（PI）控制器 时域上看：只要有偏差，就要积分 频域上看：稳态增益为无穷大。 4抑制共模干扰的措施有：

(1) 采用差分放大器做信号前置放大 (2) 采用隔离技术将地电位隔开 51．串模干扰及其抑制

可以采取下列措施尽量减少其影响。

◆ 采用输入滤波器 进行电磁屏蔽和良好的接地 选择合适的ADC 使用电流信号传输

例4—1 某热处理炉温度测量仪表的量程为200～800℃，在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的数字量为0CDH，求此时温度值为多少？(设仪表量程为线性的)

解：已知A0＝200℃，Am＝800℃，Nx＝0CDH＝(205)D，Nm＝0FFH＝255， 根据式(4—10)，此时温度为

B?KP(1?2)=

6 标度变换和非线性能否转换？

(800—200)十200＝682(℃)

答 ：生产过程的非电参数首先由测量仪表转换成4-20mA或1-5V的模拟电信号，再经过A/D转换后成为一定位数的数字量信号，才有可能被计算机采集，这数字量信号虽然与被测参数的大小有一定的联系，但毕竟不是被测量的工程量值，为了能直接显示或打印出被测的工程量值，应利用计算机进行计算，把数字量恢复为工程量，因而才有“工程量转换”之说，这种转换也可称为“标度变换”。 7

例6.6已知A?1a10.2a1?0.6a20.5a2?0.2a30.9a3?0Aax4??0.3a4;BN?0.7xNmbAb2A0b()3?Ab41m??1?0.3?0.1A1???当“若Ａ则Ｂ”，问若Ａ１是结果如何？205

当“若Ａ１时的结果”为Ｂ１，则

T.30.10..72100R?10.6?0?0.7?因此

?0.60.60.30.1?B1?A1?R?0.20.5?00..9??0.30.1??70.3?1?0.20.20.20.1????0.60.600.3000.1?0?? ????0.50.50.3?0.1??0.20.20.20.1?8 前馈－反馈控制的优点

??10.30.1???答□可简化前馈控制系统，只须对影响被控参数最显著的干扰进行补偿，而对其他许多次要的干扰仍由反0000馈予以克服，这样即保证了精度又简化了系统。2由于反馈回路的存在，降低了对前馈控制算式精度的要求。3 前馈－反馈控制可实现控制精度高、稳定性好和控制及时。4提高了前馈控制模型的适应性。 9 常用的A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。

逐次逼近式： 转换时间短（几个微秒～几百个微秒），但抗干扰能力较差。 双斜积分式： 转换时间长（几十个毫秒～几百个毫秒），抗干扰能力较强。 10 （3）采样/保持器 必要性：

A/D转换器都需要一定的时间完成量化及编码的操作。在转换过程中，如果模拟量变化，将直接影响转换

??0.50.30.30.1???b1b2b3b在同步系统中，几个并联的量均需要取同一瞬时的值。

精度。

B1?作用 ：

使输入到A/D转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变。但转换之后， A/D变换器的输入信号能够跟踪模拟量的变化。

11 4.1.1 数据采集系统的基本功能

数据采集系统一般应具有以下几个方面的功能

1)对多个输入通道输入的生产现场信息能够按顺序逐个检测（巡回检测），或按指令对某一通道进行检测（选择检测）。

2)能够对所采集的数据进行检查和处理。

3)当采集到的数据超出上限或下限值时，系统能够产生声光报警信号，提示操作人员处理。 4)在系统内部能存储采集数据。

5)能定时或按需随时以表格形式打印采集数据。 6)具有实时时钟。

7)系统在运行过程中，可随时接受由键盘输入的命令，以达到随时选择采集、显示、打印的目的。 12 模糊控制特点：

(1)适用于不易获得精确数学模型的被控对象，其结构参数不很清楚或难以求得，只要求掌握操作人员或领

城专家的经验或知识。

(2)模糊控制是一种语言变量控制器。

(3)系统的鲁棒性强，尤其适用于非线性、时变、滞后系统的控制．

模糊关系运算

设R，S是集合A到集合B的两个模糊关系，R?A?B和S?A?B它们的关系矩阵分别是R??rij?和S??sij?（1）并运算

（2）交运算

设R?S?Q??qij?,则qij?rij?sij?min[rij,sij]

（3）补运算 （4）合成运算

如果R是集合A到B的关系，S是集合B到C的关系，设Q是由 定义的关系，则称Q为R和S的合成关系，其相应的运算称为合成运算。

设R?S?Q?qij?,则qij?rij?sij?max?rij,sij?

例6.4 在研究人的年龄这个论域中，年龄分别为25岁、30岁和35岁的3个人是否属于“年轻人”集合的问题时，可设“年轻人”模糊集合A的隶属函数为

?x?252?1?A(x)??[1?()]??5?10?x?2525?x?100x1?25,x2?30,x3?35A n例6.5 设集合A表示甲、乙两个学生（x1电气工程学院学生，x2为建筑工程学院学生）；集合B为表示ijikkjikkjk?1某学生考试科目，B＝｛高等数学，大学英语，控制理论，建筑学原理｝，两学生的期末成绩如下表。

?A(25)?1,?设R?S?Q,如果R?rik?,Q??qik?,S??skj?则q??(r?s)?max?min(r,s)?高数y1英语y2R9283A(30)?0.5,?(35)?0.2物理控制论建筑学y5086

y4?qijy3，rij?1?rij8966810?甲乙

x1x285100

学生集合A与考试科目集合B之间关于成绩的模糊关系为

相应的模糊关系矩阵

计算机控制系统的个电路模块之间，现场信号采集与计算机控制之间，弱电控制羽抢点控制之间的隔离方式有变压器隔离、继电气隔离和光电隔离等。

0.850.920.890.810R?????(x1,y1)(x1,y2)(x1,y3)(x1,y4)(x1,y5)10.830.7600.87?????(x2,y1)(x2,y2)(x2,y3)(x2,y4)(x2,y5?0.850.920.890.810?R??0.830.7600.87??1

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