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1、1.计算机控制系统的工作原理：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出。2.在线方式和离线方式、实时 3.计算机控制系统主要由：工业控制机和生产过程两大部分组成。4.控制系统按照功能来分：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散型控制系统、现场总线控制系统。5.按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制（PID控制）、最小拍控制、复杂规律的控制、智能控制。6.按照控制方式的不同，计算机控制系统可分为：开环控制系统、闭环控制系统。7.工业控制机的硬件组成：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、输入输出通道。8.工业控制机的软件组成：系统软件、支
2、持软件、应用软件。9.工控机的特点：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。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。10.接口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。11.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。12.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。13.A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。14.数字量输入接口作用：对生产过程进行控制，往往要收集生产过程的状态信息，根据状态信息，再给出控制量。15.数字量输出接口作用：当对生产过程进行控
3、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。16.数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成。17.输入调理电路：A采用积分电路的小功率输入调理电路 目的：把开关 K的状态转化成二进制状态。原理：闭和 K时，电容 C放电，反相器反相为 1；断开 K时，电容 C充电，反相器反相为 0 BRS触发器(Flip-flop)消除开关两次反跳电路 原理：当 K在上时，输出上为 1，下为 0。当 K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产生瞬间不闭合，造成 R-S触发器输入为双 1，故状态不改变。C大功率输入调理电路 原理：当 K 闭合时，光电二极管
4、导通，发光使晶体管导通，经反相器反相为 1。当 K断开时，光电二极管不导通，晶体管不导通，经反相器反相输出为 0。D功率晶体管输出驱动继电器电路 作用过程：当 TTL电平为 1 时，晶体管截止，J不吸合 当 TTL电平为 0 时，晶体管导通，J吸合 18.逐位逼近式 A/D 的工作原理：比较器：Vi=Vf输出“1”；ViVf输出“0”。逐位逼近法 19.逻辑组成：（1）8 通模拟开关及通道选择逻辑 该部分的功能是实现 8 选 1 操作，由通道选择信号 C、B、A，在 ALE的作用下(正脉冲)送入通道选择逻辑。（2）8 位 A/D 转换器 在 START上收到一个启动转换命令(正脉冲)后开始转换
5、，100 s 左右(64 个时钟周期)后转换结束。转换结束时，EOC信号由低电平变为高电平，通知 CPU读结果。通过查询或中断方式读取。（3）三态输出锁存缓冲器 用于存放转换结果 D，输出允许信号 OE为高电平时，D由 DO7DO0 上输出；OE为低nREFVREFVREFVINVB2+=要由工业控制机和生产过程两大部分组成控制系统按照功能来分操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散型控制系统现场总线控制系统按照控制规律分类程序和顺序控制比例积分微分控制控制最小拍控制复杂规律的控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输入输出通道工业控制机的软件组成系统软件支持软件应用软件工
6、控机的特点可靠性高和可维修性好环境适应性强控制的实时性完善的输入输出通道丰富的软件适当的计算机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数字量输出通道主要由输出锁存输出驱动电路输出口地址译码电路等组成转换方式有逐次逼近式和双斜积分式数字量输入接口作用对生产过程进行控制往往要收集生产过程电平输入时，数据输出线 DO7DO0 为高阻态。20.AD574A 由四部分构成：12 位 A/D 转换器 控制逻辑:启动转换、控制转换过程、控制转换结果的输出 三态输出锁存缓冲器 10V基准电压源 21.AD574A 两种模拟输入方式(a)单极性输入 BIPOFF=0V；(b)双极性输入 BIPOFF
7、=10V 22.AD574A 控制信号功能表 23.ADC0809 与 PC总线工业控制机接口电路图 24.分析程序流程（1）确定选择模拟通道号 （2）输出启动信号 （3）查询是否转换结束 （4）读取转换结果 25.ADC574A 与 PC总线工业控制机接口 要由工业控制机和生产过程两大部分组成控制系统按照功能来分操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散型控制系统现场总线控制系统按照控制规律分类程序和顺序控制比例积分微分控制控制最小拍控制复杂规律的控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输入输出通道工业控制机的软件组成系统软件支持软件应用软件工控机的特点可靠性高和可维修性好
8、环境适应性强控制的实时性完善的输入输出通道丰富的软件适当的计算机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数字量输出通道主要由输出锁存输出驱动电路输出口地址译码电路等组成转换方式有逐次逼近式和双斜积分式数字量输入接口作用对生产过程进行控制往往要收集生产过程 26.模拟量输入通道一般由 I/V变换，多路转换器、采样保持器、A/D 转换器、接口及控制逻辑等组成。27.无源 I/V 变换 I=010mA,R2=05V I=420mA,R2=15V 28.CD4051 原理 29.采样保持器(1)采样保持电路的工作方式：采样和保持。在采样方式中，采/保电路的输出跟踪（track）模拟输入电压
9、。在保持方式中，采/保电路将保持采样命令撤销时刻的采样值，直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。(2)孔径时间和孔径误差 在采/保电路中，完成一次 A/D 转换所需的时间称为孔径时间。采样时刻的最大转换误差称为孔径误差。孔径误差的消除采用采样保持器。30.模拟量输入通道设计 要由工业控制机和生产过程两大部分组成控制系统按照功能来分操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散型控制系统现场总线控制系统按照控制规律分类程序和顺序控制比例积分微分控制控制最小拍控制复杂规律的控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输入输出通道工业控制机的软件组成系统软件支持软件应用软件工控机的特
10、点可靠性高和可维修性好环境适应性强控制的实时性完善的输入输出通道丰富的软件适当的计算机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数字量输出通道主要由输出锁存输出驱动电路输出口地址译码电路等组成转换方式有逐次逼近式和双斜积分式数字量输入接口作用对生产过程进行控制往往要收集生产过程 31.DAC0832 主要由 8 位输入寄存器、8 位 DAC寄存器、8 位 D/A 转换器、相应的选通控制逻辑四部分组成。32.DAC0832 的工作方式 A.直通方式 LE1 LE2 1 输入的数字数据直接进入 D/A 转换器。B.单缓冲方式 LE1 1，或者 LE2 1 两个寄存器之一始终处于直通状态；
11、另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）。C.双缓冲方式 LE1 0，并且 LE2 0 两个寄存器都处于受控（缓冲）状态；能够对一个数据进行 D/A 转换的同时，输入下一个要转换的数据，可以有效地提高转换速度。33.DAC1210 与 DAC0832 的两点区别：（1）DAC1210有 12 条数据输入线，因此采用 24 脚双列直插封装。（2）可用 BYTEl BYTE2控制数据的输入：高电平时 DI0-DI11 这 12 位同时存入两寄存器；低电平时只将低 4 位 DI0-DI3存入 4 位输入寄存器 34.模拟量输出通道一般由接口电路、D/A 转换器、多路转换开关、采样保持器、V/I变换等组成
12、。35.单极性输出：若 D 为输入数字量，VREF为基准参考电压，且为 n 位 D/A 转换器，则有：36.VOUT2为双极性输出 OUT1REF2nDVV 要由工业控制机和生产过程两大部分组成控制系统按照功能来分操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散型控制系统现场总线控制系统按照控制规律分类程序和顺序控制比例积分微分控制控制最小拍控制复杂规律的控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输入输出通道工业控制机的软件组成系统软件支持软件应用软件工控机的特点可靠性高和可维修性好环境适应性强控制的实时性完善的输入输出通道丰富的软件适当的计算机在计算机和生产过程之间设置的信息传送和
13、转换的连接通道数字量输出通道主要由输出锁存输出驱动电路输出口地址译码电路等组成转换方式有逐次逼近式和双斜积分式数字量输入接口作用对生产过程进行控制往往要收集生产过程 37.带有自动/手动切换的 V/I 变换（1）手动/自动切换目的：在计算机出现故障时，可以手动操作。（2）电路的两个功能：实现 V/I变换 能够实现 A/H切换 38.跟踪程序的工作过程 计算机由 DI读入 K2的状态，判断输出电路 A还是 H。A程序执行预先规定的运算，最终输出 Vi;HA/D 读入 Vf，送至输出单元；D/A 输出 Vi。推出 Vi=V 39.模拟量输出通道设计 1230IIIREF11VIROUT122VIR
14、OUT233VIR1REFOUT2312()OUTVVVRRR 推得，OUT1REF1(1)22REFnnDDVVV OUT2又因，可得V要由工业控制机和生产过程两大部分组成控制系统按照功能来分操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散型控制系统现场总线控制系统按照控制规律分类程序和顺序控制比例积分微分控制控制最小拍控制复杂规律的控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输入输出通道工业控制机的软件组成系统软件支持软件应用软件工控机的特点可靠性高和可维修性好环境适应性强控制的实时性完善的输入输出通道丰富的软件适当的计算机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数字量
15、输出通道主要由输出锁存输出驱动电路输出口地址译码电路等组成转换方式有逐次逼近式和双斜积分式数字量输入接口作用对生产过程进行控制往往要收集生产过程 X AGND V/I V/I+5V 保持器 DI0 DI1 DI2 DI7 WR2 CS Rfb IOUT1 WR1 IOUT2 XFER INH-12V A B C X0 X7 DAC0832 uA741 VDD VEE 保持器 VSS+12V A9 IOW D0 D1 D2 D7 CD4051 译 码 器 AEN A0 Y1 Y0 I0 I7 接 PC 总 线 1K 40.数字程序控制系统由输入装置,输出装置,控制器和插补器等四大部分组成。41.
16、插补常用的是直线插补和二次曲线插补两种形式。42.几个了解的概念（1）脉冲：每一个脉冲信号代表步进电机走一步；即绘图笔或刀具在 x 或 y 方向上移动一个位置。（2）步长：对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，又称为步长，常用 x和 y来表示，并且总是取 x y。（3）脉冲个数：线段在 x 轴和 y 轴的投影长度,和脉冲当量有关。43.数字程序控制的 3种方式：点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。44.步进电机的结构：转子和定子。45.定子按 A B C A相轮流通电，则磁场沿 A、B、C方向转动 360 度角，转子沿 ABC方向转动了一个齿距的位置。齿数为 4，齿距角 90，即一个齿距
17、转动 90。46.“相”：绕组的个数。“拍”：绕组的通电状态。47.（1）如果步进电机转子的齿数为 Z，则它的齿距角 Z为 Z=2 Z=360/Z（2）因步进电机运行 N 拍可使转子转动一个齿距位置，而每一拍步进一次，则步距角 为 =ZN=360/(NZ)其中：N 是步进电机工作拍数，Z是转子的齿数。例 1：对于转子有 4 个齿的三相步进电机，若采用三拍方式，则它的齿距角是 Z=360/Z=360/4=90 例 2：对于转子有 20 个齿且采用三拍方式的步进电机而言，其步距角是 =360/(320)=6 48.步进电机的工作方式 1单三拍工作方式单相通电 2双三拍工作方式双相通电 3三相六拍工
18、作方式单相双相交叉通电 49.将 D(s)离散化为 D(z)(1)双线性变换法 （2）前向差分法（3）后向差分法 50.(1)数字 PID位置型控制算式 将模拟 PID控制规律变换成差分方程，可做如下近似：0)(+)(1+)(=)(tdttdeDTdtteITtePKtukitiTedtte00)()(T1)e(ke(k)dtde(t)要由工业控制机和生产过程两大部分组成控制系统按照功能来分操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散型控制系统现场总线控制系统按照控制规律分类程序和顺序控制比例积分微分控制控制最小拍控制复杂规律的控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输入输出通
19、道工业控制机的软件组成系统软件支持软件应用软件工控机的特点可靠性高和可维修性好环境适应性强控制的实时性完善的输入输出通道丰富的软件适当的计算机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数字量输出通道主要由输出锁存输出驱动电路输出口地址译码电路等组成转换方式有逐次逼近式和双斜积分式数字量输入接口作用对生产过程进行控制往往要收集生产过程 式中 u(k)为执行机构的位置，如阀门开度，因此称为位置型控制算式。(2)数字 PID增量型控制算式 根据位置型算式：可以写出第(k-1)时刻的控制量 u(k-1)用 u(k)-u(k-1)可以得到二者的增量 51.积分项的改进(1)积分分离 (2)抗积
20、分饱和 (3)梯形积分 (4)消除积分不灵敏区 52.微分项的改进 对于频率较高的干扰，信号又比较敏感，容易引起控制过程振荡，降低调节品质，因此，我们需要对微分项进行改进。主要有以下两种方法：(1)不完全微分 PID控制算法 (2)微分先行 PID控制算式 53.时间最优 PID控制 54.按简易工程法整定 PID控制参数（1）扩充临界比例度法（2）扩充响应曲线法（动态特性法）（3）归一参数整定法 （4）经验法（凑试法）55.几点总结：1、一般来说，针对一种典型的输入函数 R(z)设计，得到系统的闭环脉冲传递函数(z)，用于次数较低的输入函数 R(z)时，系统将出现较大的超调，响应时间也会增，
21、但在采样时刻的误差为零。2、反之，当一种典型的最少拍特性用于次数较高的输入函数时，输出将不能完全跟踪输入以致产生稳态误差。3、由此可见，一种典型的最少拍闭环脉冲传递函数(z)只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。56.最小拍设计特点：最少拍无差控制器的设计；简单，但是本身缺陷多 最少拍有纹波控制器的设计；考虑了系统稳定性，但输出不稳定 最少拍无纹波控制器的设计；克服输出的纹波 0()(1)()()()kPDiITe ke ku kKe ke iTTT0()(1)()()()kPDiITe ke ku kKe ke iTTT10(1)(1)()(1)(2)kDPiITTu kKe ke ie
22、 ke kTT ()()(1)()()2(1)(2)DPITTu kKe ke ke ke ke ke kTT ()(1)()()2(1)(2)DPPPITTKe ke kKe kKe ke ke kTT 要由工业控制机和生产过程两大部分组成控制系统按照功能来分操作指导控制系统直接数字控制系统监督控制系统集散型控制系统现场总线控制系统按照控制规律分类程序和顺序控制比例积分微分控制控制最小拍控制复杂规律的控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输入输出通道工业控制机的软件组成系统软件支持软件应用软件工控机的特点可靠性高和可维修性好环境适应性强控制的实时性完善的输入输出通道丰富的软件适当的计算机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数字量输出通道主要由输出锁存输出驱动电路输出口地址译码电路等组成转换方式有逐次逼近式和双斜积分式数字量输入接口作用对生产过程进行控制往往要收集生产过程