微型计算机控制技术期末复习

 实时是指信号的输入，计算机的输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输

入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。

 在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的

方式称为在线方式或联机方式

 离线方式：生产过程中不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并

作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式

2、模拟量输入通道结构

传感器

将生产过程工艺参数转换为电参数的装置，输出大多为直流电压(或电流)信号。 变送器

将温度、压力、流量的电信号变成 0～10mA或4～20mA的统一信号。目的是为了避免低电平模拟信号传输带来的麻烦。 信号调理电路

主要通过非电量的转换、信号的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准的电信号。信号调理电路是传感器和A/D之间以及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。 多路转换器

多路转换器又称多路开关，是用来切换模拟电压信号的关键元件。作用:利用多路开关可将各个输入信号依次或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上，实现n选1操作。 采样保持器

在A/D转换期间，如果输入信号变化较大，就会引起转换误差。所以，一般情况下，采样信号都不直接送至A/D转换器转换，还需加保持器作信号保持。保持器的作用：把 t = kT 时刻的采样值保持到A/D转换结束。 A/D转换器

将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置，是模拟系统与计算机之间的接口。

ISA

3、共模干扰及其抑制方法

 所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。  所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。串模干扰也称为常态干扰。  所谓共模干扰是指A/D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。

抑制方法 ① 变压器隔离

利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，即把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压Ｕcm不成回路，从而抑制共模干扰。 ② 光电隔离

光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组成的，发光二极管两端为信号输入端，光敏三极管的集电极和发射极分别作为光电耦合器的输出端，它们之间的信号是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。 ③ 浮地屏蔽

采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。这是利用屏蔽方法使输入信号的“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。 ④ 采用仪表放大器提高共模抑制比

仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。

仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因。 关键 ——

把模拟地和数字地隔开，以使共模干扰电压Ucm不成回路。

4、增量式算法优点

与位置式算法相比，增量式算法具有以下优点：

（1）增量算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，计算误差或计算精度问题，对控制量的计算影响较小。而位置算法要用到过去的误差的累加值，容易产生大的累加误差。

（2）增量式算法得出的是控制量的增量，例如阀门控制中、只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。而位置算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响大。

（3）采用增量算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。

5、数字PID控制算法流程（计算题、课后习题四）

6、最少拍控制（概念）

(1)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

(z)1z12z2NzN

式中，N 是可能情况下的最小正整数。该式表明闭环系统的脉冲响应在 N 个采样周期后变为零，此后输出保持不变，从而意味着系统在 N 拍之内达到稳态。 (2)有无纹波区别：

有纹波最少拍系统：各采样瞬间稳态偏差为0； 无纹波最少拍系统：过渡过程结束后e(∞) = 0。 (3)最少拍控制器的局限性

对典型输入的适应性差

最少拍控制器的设计是使系统对某一典型输入的响应为最少拍，但对于其它典型输入不一定为最少拍，甚至会引起大的超调和静差。

 结论：针对一种典型输入设计的最少拍系统 ——

 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

加，但在采样时刻的误差为零。  用于次数较高的输入函数R(z)时，系统输出将不能完全跟踪输入以致产生稳

态误差。

 由此可见，一种典型的最少拍闭环脉冲传递函数Ф(z)只适应一种特定的输入而不能

适应于各种输入。

7、最小拍控制器的设计（计算题）

 最少拍有纹波控制器设计 附加约束条件：

 1、Φe(z)的零点中，必须包含G(z)在 z平面单位圆外或圆上的所有极点。  2、Φ(z) 的零点中，必须包含G(z)在 z平面单位圆外或圆上的所有零点，以

及纯滞后部分。

 最少拍无纹波控制器设计

必要条件： Gc(s)中必须含有足够的积分环节。 附加约束条件：

 1、Φe(z)的零点中，必须包含G(z)在 z平面单位圆外或圆上的所有极点。  2、Φ(z) 必须包含 G(z)中的全部零点及纯滞后因子。

8、振铃现象及其消除（计算题，无振铃，算D(z)）

 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。

 与快速有纹波系统的区别

 纹波是由于控制器输出一直是振荡的，影响到系统的输出一直有纹波；  振铃现象中的振荡是衰减的。

由于被控对象中惯性环节的低通特性，使得这种振荡对系统的输出几乎无任何影响。但是振铃现象却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。

9、串级控制

 串级控制是在单回路PID控制的基础上发展起来的一种控制技术。  当PID控制应用于单回路控制一个被控量时，其控制结构简单，控制参数易于整定。  但是，当系统中同时有几个因素影响同一个被控量时，如果只控制其中一个因素，

将难以满足系统的控制性能。

 串级控制针对上述情况，在原控制回路中，增加一个或几个控制内回路，用以控制

可能引起被控量变化的其它因素，从而有效地抑制了被控对象的时滞特性，提高了系统动态响应的快速性。

10、将D(s)离散化为D(z)（计算题，书P104）

方法：后向/前向差分法、双线性变换法、冲击响应不变法、零极点匹配法、零阶保持法等。

 差分形式

 后向差分  前向差分  中央差分

11、德国工业4.0

工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。

德国所谓的工业四代(Industry4.0)是指利用物联信息系统(Cyber—PhysicalSystem简称CPS)将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化的产品供应。

“工业4.0”是应用物联网、智能化等新技术提高制造业水平，将制造业向智能化转型，通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理。它“自下而上”的生产模式革命，不但节约创新技术、成本与时间，还拥有培育新市场的潜力与机会。