微型计算机控制总结_微型计算机知识总结

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典型计算机控制系统组成：通用外围设备、主机及操作台、I/O接口电路、I/O通道、信号检测及变换、被控对象。

计算机控制系统特点：1）在结构上常规连续系统中均使用模拟部件而计算机控制系统是模拟和数字部件的混合系统2）连续系统中各处信号均为连续模拟信号，计算机系统中还有离散模拟、离散数字等多种信号形式3）计算机系统包含连续信号和数字信号需采用专门的理论来分析和设计4）计算机系统中控制规律用软件实现使系统具有很大灵活性和适应性

5）计算机控制系统中，一个控制器经常可采用分时控制的方式而同时控制多个回路6）采用计算机控制便于实现控制和管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。

计算机在控制中的典型应用方式：1）操作指导控制系统2）直接数字控制系统3）监督计算机控制系统4）分级计算机控制系统

I/O接口电路是主机与外围设备之间交换信息的连接部件。必要性：1）解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题3)解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题

I/O通道：是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。I/O信号的种类：数据信息、状态信息、控制信息三类。数据信息：是主机和外围设备交换的基本信息。分为：数字量、模拟量、开关量、脉冲量。状态信息：外围设备通过接口向CPU提供的反映外围设备所处的工作状态的信息。控制信息：CPU通过接口传送给外围设备的。

计算机和外部的通信方式：1并行通信2串行通信1）全双工方式2）半双工方式3）同步通信4）异步通信

三种 I/O控制方式：程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式

程序控制I/O方式：CPU和外围设备之间的信息传送，实在程序控制下进行的。

中断控制I/O方式：当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。

直接存储器存取方式：不经CPU，而在外设和存储器之间直接高速交换数据

I/O接口的编址方式：1）I/O接口与存储器统一编址2）I/O接口独立编址

I/O通道的主要任务是将由检测器件测取的各种参量变换成计算机所能接收的信息形式送入计算机。

I/O通道分为：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。模拟量输入通道组成：信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A/D转换器和控制电路等部分。

为什么加采样保持器：A/D转换器将模拟信号转换成数字量需要一定时间，完成一次A/D转换所需时间称为孔径时间，对随时间变化的模拟信号来说孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。对于一定的转换时间tA/D,误差的百分数和信号频率成正比，为确保A/D转换的精度必须限制信号的频率范围。如被采样模拟信号的变化频率相对于A/D转换器的转换速度来说是较高的话，为了保证转换精度就要在A/D转换之前加上采样保持电路使在A/D转换期间保持输入模拟信号不变。

采样保持电路组成：输入缓冲放大器A1、模拟开关AS、模拟信号存储电容Ch、输出缓冲放大器A2

采样过程：是用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程

量化过程：用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号

模拟量输出通道组成：D/A转换器、输出保持器、多路切换开关、低通滤波电路和功放电路

进入I/O通道的干扰：串模干扰、共模干扰。串模干扰抑制方法：1）加输入滤波器2）

为避免干扰从传输导线窜入检测回路，采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备，屏蔽层应良好接地3）在靠近传感器位置将被测信号前置放大，从而提高回路的信号噪音比，再利用逻辑器件的特性来抑制干扰4）采用数字滤波技术。共模抑制干扰方法;1)采用共模抑制比高的、双端输入的运算放大器作被测信号的前置放大器，将有用的测量信号放大，使干扰信号受到抑制2）采用光耦合器或隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断开3)采用隔离放大器

离散化方法;差分变换法、零阶保持器法、双线性变换法。为什么加零阶保持器：由于计算机只能处理离散数字信号，因此输入信号必须经A/D转换器对e（t）进行采样得到e（t），然后需经过保持器H（s）将此离散信号变成近似e（t）的信号eh（t)，即eh（t)才等效于e（t），才能加到D（s）上去，所以D（z）近似D（s）求Z变换表达式时，应包括H（s）在内。

增量式PID控制算法与位置式PID控制算法比较有哪些优点：1）位置式算法每次输出与整个过去状态有关，容易产生较大积累误差，而增量式中只需计算增量，算式中不需要累加，对控制量计算的影响较小，获得比较好的控制效果2）由于计算机只输出控制增量，所以误动作时影响小，且必要时可用逻辑判断的方法去掉，对系统安全运行有利3）手动——自动切换时冲击比较小

积分整量化误差产生原因：在PID增量式算法中，积分项为Kie（k）。当采样周期T较小，而积分时间T1较大时，Kie（k）项很可能小于计算机的最低有效位，在运算时被计算机取整而舍掉，从而产生积分整量化误差。防止方法：1）扩大计算机运算的字长，提高计算精度2）当积分项Kie（k）＜时，积分项单独累加，直到产生溢出。

积分饱和原因：在数字PID控制系统中，当系统开、停或大幅度变动给定值时，系统输出会出现较大的偏差，经过积分项累积后可能使控制量u（k）＞umax或u（k）＜umin，此时，控制量并不能真正取得计算值，而只能取Umax或Umin，从而影响控制效果。由于主要是积分项的存在，引起了PID运算的饱和，因此这种饱和叫积分饱和。积分饱和增加了系统的调整时间和起调量，称为饱和效应，对系统不利。积分饱和的防止方法：积分分离法和遇限削弱积分法。

在许多工业生产过程中，由于物料或能量传输的延迟，常常存在着纯滞后现象。如何消除：

1、史密斯纯滞后补偿原理

2、带纯滞后补偿的数字控制器 史密斯纯滞后补偿原理：与D（s）并接一补偿环节Gp(s)(1-es)，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个环节称,为预估器 整个纯滞后补偿器的传递函数：D(s)D(s)补偿后系统的闭1D(s)Gp(s)(1es)

环传递函数：（s）D(s)Gp(s)se 1D(s)Gp(s)

对最少拍控制系统设计的具体要求如下：准确性要求、快速性要求、稳定性要求

大林算法的设计原则：以大林算法为模型的数字控制器，使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。振铃现象：大林把这种控制量以1/2的采样频率振荡的现象称为振铃，这种振荡一般是衰减的。消除方法：令数字控制器中产生振铃现象的极点的因子中的z=1，就可消除振铃现象。

微型计算机控制系统设计的步骤：系统总体控制方案设计，微型计算机选择，控制算法设计，硬件设计，软件设计，系统联调。

软件分类：系统软件和应用软件。系统软件分：操作系统、语言加工系统、诊断系统。

语言加工系统分：编辑程序、编译程序、连接装配程序、调试程序、子程序库。应用软件分：控制程序、数据采集及处理程序、巡回检测程序、数据管理程序。应用程序的语言选择：机器语言、汇编语言、高级语言。结构化程序三种基本结构：顺序结构，选择。，循环。

数字滤波：数字滤波是通过一定的计算程序对信号作数字化的处理，以减少干扰在信号中的比重。数字滤波的算法分：算术平均值滤波、中值滤波、一阶滞后滤波、程序判断滤波。

线性化处理：在计算机控制系统中需要对一些非线性关系进行处理，通过一定的数据处理程序将非线性关系转化为线性关系。

多微处理机控制系统的定义：多机系统泛指多微处理器系统和多计算机系统。所谓多微处理机控制系统是指一个具有两个或多个微处理机并能相互进行通信以协同解决一个大的给定问题的微机系统。

多微处理机控制系统的优点：1）有较高的处理速度2）提高系统的可靠性3）系统便于扩充和修改4）实现复杂分散控制和管理一体化5）通过多微处理机实现并行处理，是开发超级计算机的重要途径。

多微处理机控制系统中应解决的问题：1）系统的结构形式和通信方案2）任务分割和开发并行性问题3）正确处理资源竞争和死锁问题4）提高系统可靠性和动态重组问题。

多微处理机控制系统的结构形式：紧耦合系统、松耦合系统和分级结构系统

紧耦合系统：耦合系统是指通过电信号连接在一起的系统，或者说是一个共享公共硬件资源的系统。紧耦合多处理机是通过一个共享的高速主存来实现处理机间更紧密的联系，各微处理机之间可在指令一级上实现并行处理。松耦合系统：每个微处理机有一个大容量的局部存储器，不同计算机间通信是通过一个消息传送系统交换消息来实现的。这种耦合程度很松，任务之间的交互作用很小，通常把它看成是一个分部系统。分级结构系统：分级结构呈树状结构，在这类结构中，各微处理机之间存在着较明显的层次关系

数据通信的四种方式：1）总线连接的通信方式2）调制-解调连接的通信方式3）用过程输入/输出装置连接的通信方式4）高速数据通道连接的通信方式。

内部总线：又称微型计算机总线，用于计算机系统内部模块与模块之间进行通信的总线。外部总线：又称通信总线，是用于计算机系统与系统之间或计算机系统与设备之间进行通信的总线。

总线优先级控制方法：

1、串联总线优先级控制

2、并联总线优先级控制

集散控制系统组成：监督计算机、高速数据通道、CRT操作站、数据采集器、基本控制器。