黑龙江大学2012级计算机控制技术复习资料

计算机控制技术复习资料

一、填空题

1.计算机处理的事件一般分为两类，即定时事件和随机事件。

2.主机判断A/D转换结束的方法有三种：方式、方式和

方式。

3.所谓中值滤波是对某一参数连续采样n 次（一般n 取奇数），然后把n 次

的采样值从小到大或从大到小排队，再取中间值作为本次采样值。

4.在程序判断滤波方法中，一定要按照实际情况来确定△Y，通常可根据经验

数据获得，必要时，也可由实验得出。否则非但达不到滤波效果，反而会降低控制品质。

5.A/D转换器与单片机的硬件接口有三种方式，分别为查询方式、延时方

式和中断方式。

6.干扰窜入计算机控制系统的主要途径有空间感应、过程通道窜入的干扰、电

源系统窜入的干扰、地电位波动窜入的干扰、反射波干扰。

干扰窜入单片机系统主要途径示意图

7.自动控制系统有闭环控制系统和开环控制系统两种结构。

8.计算机控制系统由计算机（工业控制计算机）和生产过程两大部分组成。

9.计算机控制系统输入通道分为和；输出通道分为

和。

10.计算机控制系统的软件通常由系统软件和应用软件组成。

11.计算机控制系统设计的首要原则是安全可靠。

12.计算机控制系统的软件一般应具有实时性、针对性、灵活性和通用性和

可靠性等特征。

13.计算机控制系统的软件主要分为两大类，即系统软件软件和应用软件软

件。

14.在计算机控制系统中，对于承担网络控制、信息处理、管理的计算机，应采用双

机备用系统，其工作方式有四种，即：备份工作方式、主从工作方式、双工工作方式和分级分布式控制方式。

二、选择题

1.计算机控制系统的“实时性”是指计算机控制系统应该在时间内对外

来事件作出反应的特性。

A．限定的B．固定的

C．零D．随意的

2.关于现场总线控制系统，下面说法中不正确的是。

A. 只有同一家的FCS产品才能组成系统

B. FCS具有“互操作性”

C. 采用全数字化信息传输

D. 可以和任何厂商生产的同一标准的系统、设备相连，进行信号传递和通信

3.闭环控制系统是指。

A．控制量只与控制算法和给定值有关

B．系统的输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响

C．不能自动消除被控参数与给定值之间的误差的系统

D．系统中各个生产环节简单的首尾相接而形成的一个系统

4.CD4051的INH接低电平时，若C、B、A端依次接110B，则被选通的通道

是。

A. IN/OUT6通道

B. IN/OUT3通道

C. IN/OUT5通道D．无通道选中

5.下列器件中作为可变增益放大器的是。

A. RCV420

B. CD4051

C. PGA202

D. LF398

6.采用ADC0809构成模拟量输人通道，ADC0809在其中所起的作用是 B 。

A．多路开关B．模拟量到数字量的转换和多路开关

C．采样保持器D．数字量到模拟量的转换和采样保持器

7.下列计算机控制系统中，属于单闭环控制系统的是。

A．操作指导控制系统B．直接数字控制系统

C．监督计算机控制系统D．现场总线控制系统

8.计算机监督控制系统中，SCC计算机的作用是。

A．SCC计算机与控制无关

B．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机

C．按照一定的数学模型计算给定值并提供给DDC计算机

D．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作

9.在计算机控制系统中，采集到的信号中常常掺杂有干扰信号，来提高信

号的真实性。

A．只需通过数字滤波程序B．可以通过数字滤波程序或模拟滤波电路

C．只需RC滤波电路D．可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路

10.能有效地克服因偶然因素引起的波动干扰的是。

A．算术平均值滤波B．中值滤波

C．滑动平均值滤波D．加权平均值滤波

11.下面关于标度变换的说法正确的是。

A．标度变换就是把模拟量转换成十进制工程量

B．标度变换就是把模拟量转换成数字量

C．标度变换就是把数字量转换成与工程量相关的模拟量

D．标度变换就是把数字量转换成人们所熟悉的十进制工程量

12.若D/A转换器的位数多于处理器的位数时，则D/A转换器必须采用。A．直通方式B．单缓冲方式C．双缓冲方式D．单极性输出方式

高于8位的D/A转换器与微机接口时，若D/A转换器输入数字量的位数小于微机的数据线位数，则可以采用双缓冲方式、单缓冲方式或直通方式，但若大于微机的数据线位数时，则必须采用双缓冲方式。

三、简答题

1.简述STD总线的特点。

答：STD总线在工业控制中广泛采用，是因为它有以下特点：

(1)小板结构，高度模块化。

(2)严格的标准化，广泛的兼容性。

(3)面向I/O的开放式设计，适合工业控制应用。

(4)高可靠性。

2.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：现场总线控制系统与传统的分布式控制系统相比，具有以下特点：（1）全数字化

无论是现场底层的传感器、执行器、控制器之间的信号传输，还是与上层工作站之间的信息交换，系统全部采用数字信号。

（2）开放性

开放是指系统对某种标准的一致、公开和对该标准的共同遵守程度。现场总线是开放的，从总线的标准、产品检验到信息发布都是公开的，面向所有的产品制造商和用户。因此，它可以和任何厂商生产的同一标准的系统、设备相连，进行信号传递和通讯，用户可以共享网络资源。

（3）智能化

由于现场总线设备具有内置高性能的微处理器，因此它具有测量、变送、信号调理、运算、控制、通讯等功能，是一种底层智能设备，可完成自动控制系统的各种功能，且具有逻辑判断能力。

（4）互操作性

不同厂商生产的设备，只要其遵守的是一个协议标准，则可以相互操作，打破了传统的DCS产品互不兼容的缺点，方便了用户。

（5）风险分散性

现场总线是一种全新的分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了集中式计算机控制系统和现有的DCS集中、分散相结合的集散控制系统的体系结构，减轻了主计算机的负担和风险，现场单元具有更高的智能特性，因此，简化了结构，提高了可靠性。

（6）环境适应性强

现场总线对现场环境的适应性优于其他系统。它工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等传输介质，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实

现供电与通信，可满足安全防暴要求等。

3.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？

（1）答：模拟量输入通道一般由信号调理（信号预处理）电路、多路转换器、前置放大器、采样保持器、模/数转换器和接口逻辑电路等组成，其核心是模/数转换器。

4.为什么光电耦合器具有很强的抗干扰能力？

光电耦合器结构

答：采用光电耦合器可以切断主机与过程通道以及其他主机部分电路的电联系，能有效地防止干扰从过程通道串入主机，光电耦合器能够抑制干扰信号，主要是因为它具有以下几个特点：

（1）以光为媒介传输信号的，其输入和输出在电气上是隔离的。

（2）光电耦合部分是在一个密封的管壳内进行的，因而不会受到外界光的干扰。（3）光电耦合器的输入阻抗很低，而干扰源内阻一般都很大, 传送到光电耦合器输入端的干扰电压就变得很小了。

（4）一般干扰噪声源的内阻很大，可供出的能量很小，只能形成很微弱的电流。由于没有足够的能量，也不能使二极管发光，显然，干扰就被抑制掉了。

（5）输入回路与输出回路之间分布电容极小，而且绝缘电阻很大，因此，在回路中，一端的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一端去。

5.在确定计算机控制系统的总体方案时需要考虑哪些问题？

◆选择控制系统的结构和类型

◆选择检测元件

◆选择执行机构

◆选择输入/输出通道及外围设备

◆可靠性设计

◆分配硬件和软件的功能

6.在程序判断滤波方法中，△Y如何确定？其值越大越好吗？

一定要按照实际情况来确定△Y，通常可根据经验数据获得，必要时，也可由实验得出。否则非但达不到滤波效果，反而会降低控制品质。

7.采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。

采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D 转换器之前加入采样保持器。

保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。

8.常用的数字滤波方法有几种？说出它们各自的适用场合。

答：主要数字滤波方法：算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。各种滤波方法的适用场合：

平均值滤波适用于周期性干扰；

加权平均递推滤波适用于纯滞后较大的过程；

中值滤波和程序判断滤波适用于偶然出现的脉冲干扰；

惯性滤波适用于高频及低频干扰。

补充：

程序判断滤波：当采样信号由于随机干扰，如大功率用电设备的启动或停止，造成电流的尖峰干扰或误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真等，使得采样数据偏离实际值太远，可采用程序判断滤波。

算术平均值滤波：主要用于对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑加工，但对偶然出现的脉冲性干扰的平滑作用尚不理想，因而它不适用于脉冲性干扰比较严重的场合。另外该滤波方法比较浪费RAM。

中值滤波：对于去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。若变量变化比较缓慢，采用中值滤波效果比较好，但对快速变化过程的参数（如流量），则不宜采用。一般n取3~5次。

加权平均值滤波：这种滤波方法可以根据需要突出信号的某一部分，抑制信号的另一部分。适用于纯滞后较大的被控对象。

9.嵌人式系统具有哪些特点？

答：嵌入式控制系统是计算机技术、控制技术、通信技术、半导体技术、微电子技

术、语音图象数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。因此往往是技术密集、投资强度大、高度分散、不断创新的知识密集型系统，反映当代最新技术的先进水平。嵌入式系统不仅与一般的PC机上的应用系统不同，就是针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间差别也很大。

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，特别适合于要求实时的和多任务的体系。在兼容性方面要求不高，但是在大小，成本方面限制较多。为了使用方便，有些厂家将不同的典型配置做成系列模块，用户可以根据需要选购适当的模块，组成各种常用的应用系统。嵌入式控制系统制作成本高，但系统开发投入低，应用灵活。

嵌入式控制系统具有以下几个特点：

（1）嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

（2）嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用的。通常，嵌入式系统CPU都具有低功耗、体积小、集成度高等特点，能够把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于整个系统设计趋于小型化。在对嵌入式系统的硬件和软件进行设计时必须重视效率，去除冗余，针对用户的具体需求，对系统进行合理配置，才能达到理想性能。

（3）嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，其升级换代也是和具体产品同步进行的。因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。

（4）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机中，而不是存贮于磁盘等载体中。由于嵌入式系统的运算速度和存储容量仍然存在一定程度的限制，另外，由于大部分嵌入式系统必须具有较高

的实时性，因此对程序的质量，特别是可靠性，有着较高的要求。

（5）嵌入式系统本身并不具备在其上进行进一步开发的能力。在设计完成以后，用户如果需要修改其中的程序功能，也必须借助于一套开发工具和环境。

（6）通用计算机的开发人员通常是计算机科学或者计算机工程方面的专业人士，而嵌入式系统开发人员却往往是各个应用领域中的专家，这就要求嵌入式系统所支持

的开发工具易学、易用、可靠、高效。

10.计算机控制系统的控制过程是怎样的?

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：

(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

1.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

答：(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

11.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？

答：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。

按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。

12.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。

光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图所示。输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。

光电耦合器电路图

13.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？

不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。

14.A/D转换器的结束信号有什么作用？根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D

转换有几种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？

A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。

常见的A/D转换有以下几种控制方式，各自特点如下

?延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。

?保持等待法:EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态。直至EOC 有效时，取数据。

?查询法: EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。

?中断响应法: EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。

15.常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？

常用的数字滤波方法有7种。

（1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。

（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。

（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。

（4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果

（5）滑动平均值滤波法：采样时间短，可以提高检测速度

（6）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波

（7）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好

16.根据总线传送信号的形式，总线又可分为两种。

（1）并行总线

如果用若干根信号线同时传递信号，就构成了并行总线。并行总线的特点是能以简单的硬件来运行高速的数据传输和处理。

（2）串行总线

串行总线是按照信息逐位的顺序传送信号。其特点是可以用几根信号线在远距离范围内传递数据或信息，主要用于数据通信。

17.模拟量输入/输出通道由那些单元组成？

答：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；

模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换等组成。

18.什么叫总线？计算机总线可以分为哪些类型？

计算机总线结构示意图

答：总线的定义：

总线就是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气和机械特性，使计算机系统内部

的各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系，进行数据传递和通信。

按照总线内部信息传输的性质，总线可分为

1)数据总线

2)地址总线

3)控制总线

4)电源总线

按照总线在系统结构中的层次位置，总线可分为

1)片内总线

2)内部总线

3)外部总线

根据总线的数据传输方式，总线可分为

1)并行总线

2)串行总线

19.简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。答：(1) 连续信号

(2) 模拟信号

(3) 离散信号

(4) 采样信号

(5) 数字信号

20.IPC（工控机）具有哪些特点？

答：1）可靠性高和可维修性好；

2)环境适应性强；

3)控制的实时性好；

4)通用性和扩展性好；

5)丰富的软件；

6)适当的计算机精度和运算速度。