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计算机控制技术课程教案主要内容:计算机控制系统的组成及特点计算机控制系统的硬件设计技术数字程序控制技术常规及复杂控制技术先进控制技术计算机控制系统的软件设计技术分散型测控网络技术计算机控制系统设计与实现课程安排:总学时，每周一次课，三学时48授课教师:自动化与电气工程学院所用教材:计算机控制技术（第版）于海生等编著机械工业出版社2年月20169•量化单位字长为的转换器把范围内变化的采样信号，变换为数字的次n A/D ymin〜ymax0〜2n方减1,其最低有效位（LSB）所对应的模拟量q称为量化单位•量化误差由于量化过程是一个小数归整的过程，因而存在量化误差，量化误差为±l/2q采样保持器
3.（）孔径时间和孔径误差的消除1•孔径时间转换器将模拟信号转换成数字量所需的时间，称为孔径时间A/D•孔径误差对于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，误差的百分数和信号频率成正比•孔径误差的消除采用带有采样保持器
（2）采样保持器的原理•基本组成输入输出缓冲器、、采样开关、保持电容Al A2•工作原理采样时，K闭合，VIN通过A1对Ch快速充电，VOUT跟随VIN；保持期间，断开，由于的输入阻抗很高，理想情况下，保持不变K A2VOUT=Vc
（3）常用的采样保持器介绍LF398控制电平1保持电平0保持电容外接，常选减小可提高采样频率，但会降低精度一般选用聚苯乙510-1000PF,CH烯、聚四氟乙烯等高质量电容器转换器及其接口技术
2.4D/A定义转换器是将数字量转换成模拟量的元件或装置，它的模拟量输出与参考电压和二进制数成D/A比例技术指标分辨率通常用转换器输入的二进制数的位数来表示，如位、位、位D/A81012建立时间输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终值所需的时间线±1/2LSB性误差在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差位转换器
1.8D/A DAC0832内部结构如图所示其中
2.27DT7-DT0数字信号输入端；IoutlIout2模拟电流输出端;ILE输入锁存允许；CS片选；WRI、WR2写选通；传送控制XFER输入、输出关系参见书中表所不工作过程第一步在、有效时，将输入数字锁入位输入寄存器；ILE CSWR18第二步在有效时，将输入寄存器中的数据传送到寄存器；经过建立时间后，输出稳XFER WR2DAC定转换器接口技术
2.
4.2D/A位转换器与总线工业控制机接口
1.8D/A PC•硬件电路如图所示；
2.29信号为低时，数据总线送来的数据进行转换；CS为高时，数据锁存在输入寄存器，转换输出保持不变IOW D/A・程序设计入口条件的口地址为将二进制数转换为模拟电压DAC0832CS300H,7FHMOV DX,300HMOV AL,7FHOUT DX,ALHLT难点解析关于位转换器及其接口
1.8D/A0832对于要重点掌握其内部结构，特别是对输入寄存器的控制，对寄存器的控制0832WR1WR2DAC习题辅导用通过与机接口，画出接口原理图，并设计路模拟量的数据采集程序08098255PC8原理图设计参阅教材图
2.15数据采集程序设计主要结合的工作过程，注意硬软件之间的结合，另外，搞清的工作过08090809程，必须了解的转换时序0809第四周内容及其辅导讲授内容模拟量输出通道
2.5硬件抗干扰技术
2.6重点掌握模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道设计串模干扰及其抑制方法共模干扰及其抑制方法内容辅导模拟量输出通道
2.5模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的模拟量输出通道的结构形式
2.
5.1一个通路设置一个数/模转换器的形式（数字保持方案）
1.优点转换速度快、工作可靠缺点使用较多的转换器D/A多个通路共用一个数/模转换器的形式（模拟保持方案）
2.优点节省数/模转换器缺点分时工作，适用于通路数量多且速度要求不高的场合；耍用多路开关，且要求输出采样保持的保持时间与采样时间之比较大；可靠性差单极性与双极性电压输出电路
2.
5.2电压输出的实现采用转换器外加运算放大器的方法，把转换器的电流输出转换为电压输出D/A D/A单极性与双极性电压输出电路单极性与双极性输出电压变换
2.
5.3V/I变换的定义•V/I将、、直流电压信号转换为、的电流信号0〜5V〜10V1〜5V0〜10mA4〜20mA变换的实现•V/I采用集成转换电路V/I集成转换器V/I-输入电压范围0-10V-输出电流4-20mA-电源电压范围10-32V模拟量输出通道设计
2.
5.4八通道模拟量输出硬件电路参见图
2.40o工作过程如下总线送出数据指令转换一用指令，通过、位打开多路开关一PC fOUT—DAC0832OUT DODk D2输出由保持器保持转换为电流fV/I4-20mA模拟量输出通道设计
2.
5.5八通道输出程序入口条件0832口地址，300H；CD4051口地址，301HDOUT PROC NEARMOV DX,300HMOV CX,8MOV AH,0MOV BX,OFFSET BUFNEXTMOV AL,[BX]OUT DX,AL INCDX MOV AL,AH OUTDX,AL CALLDELAY INCAH DECDXINC BXLOOP NEXTRET硬件抗干扰技术
2.6过程通道抗干扰技术
2.
6.1串模干扰及其抑制方法
1.
（1）串模干扰定义所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声
（2）串模干扰的抑制方法-如果串模干扰的频率与被测信号频率不同时，可以采用滤波器来抑制干扰；-当尖峰型串模干扰为主要干扰源时，用双积分式转换器可以削弱串模干扰影响；A/D-对于串模干扰主要来自电磁感应时，信号应仅可能早地前置放大，提高信噪比；-利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰；-采用良好的屏蔽，以减少电磁干扰.共模干扰及其抑制方法2
（1）共模干扰定义所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压
（2）共模干扰的抑制方法-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，使共模干扰电压不成回路，从而抑制共模干扰-光电隔离-浮地屏蔽采用浮地输入双层屏蔽放大器，利用屏蔽方法使输入信号“模拟地”浮空-采用仪表放大器提高共模抑制比仪器放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低等优点，专门用来分离共模干扰抗干扰技术
2.
6.2CPU的结构原理
1.MAX1232微处理器监控电路，给微处理器提供辅助功能、电源供电监控功能其内部结构见图MAX1232其中
2.5k匚按键复位输入PBSETD时间延迟，TD=0V时，t=150ms；TD悬空时，t=600ms；TD=Vcc时，t=L2sTOL容差输入接地时选取5%容差；接Vcc时选取10%的容差RST（高）:复位输出产生复位条件下降低于复位电压阀值时；VccPBSET按下；在最小暂停周期内，未选通；ST在加电源期间RST（低）:复位输出产生条件同上ST选通输入，定时器输入Watchdog的主要功能
2.MAX1232电源监控电压检测器监控当低于所选择的容限时，输出并保持复位电平当恢复到容许极Vcc,Vcc Vcc限内，复位信号保持按钮复位输入250ms尸端手动强制复位输出当升高达到大于一定的电压值后，复位输出保持监3SET P3SET250ms o控定时器微处理器在一定的时间内触发端如果在一个最小超时间间隔内，没被触发，复位输出ST ST至少保持难点解析250mso模拟量输出通道设计
1.进行通道接口设计时，要搞清数据、地址、控制三总线之间的关系本书中，地址用来选择芯片，不同芯片分配不同地址，数据用来传送操作数，同时在中，数4051据线则用来完成选功能81习题辅导什么是采样过程、量化、孔径时间？
2.6采用和总线工业控制接口，请画出接口原理图，并编写转换程序
2.100832PC D/A原理图设计参阅教材图
2.29转换程序设计主要结合的工作过程，注意硬软件之间的结合，另外，搞清单缓冲、08320832双缓冲接线的不同；输出电压也有两种方式单极性，双极性0832第五周内容及其辅导讲授内容数字程序控制基础
3.1逐点比较法直线插补原理
3.2重点掌握逐点比较法插补原理内容辅导数字程序控制基础
3.1什么是数字程序控制？所谓数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械如各种加工机床按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制数控系统的组成四大部分输入装置、输出装置、控制器和插补器数字程序控制原理
3.
1.1对图所示图形，用计算机在绘图仪或数控机床上重现，以此说明数字程序控制的基本原理
3.1曲线分段
1.将图中曲线分为三段，分别为、、然后把、、、四点坐标送给计算机ab becd,a bc d分割原则应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内插补计算
2.定义给定坐标，求得中间值的数值计算方法称为插补计算宗旨通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段插补形式直线插补、二次曲线插补两种二次曲线有圆弧、抛物线、双曲线等折线逼近
3.把插补运算过程中定出的各中间点、以脉冲信号的形式去控制、方向上的步进电机，带动x y绘图笔、刀具等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓数字程序控制方式
3.
1.2按控制方式分点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制点位控制Point ToPoint-PTP在一个点位控制中，只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，至于刀具从一个加工点移到下一个加工点走什么路径、移动的速度、沿哪个方向逼近都无需规定，并且在移动过程中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工直线切削控制这种也是控制行程的终点坐标值，不过还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工轮廓的切削控制这类控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不停地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状这种方式借助于插补器进行逐点比较法直线插补原理
3.2定义♦所谓逐点比较插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，从而决定下一步的进给方向如果原来在给定轨迹的下方，下一步就想轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向轨迹的外面走这样走一步、比较一次、决定下一步的走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补特点♦以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量脉冲当量定义♦步进电机每走一步的距离即步长类型♦逐点比较直线插补、逐点比较圆弧插补逐点比较直线插补
3.
2.1第一象限内的直线插补
1.偏差计算公式1根据逐点比较法插补原理，必须把每一插值点的实际位置与给定轨迹的理想位置间的偏差计算出来，根据偏差的正、负决定下一步的走向，来逼近给定轨迹直线插补偏差定义Fm=ymxe-xmye点在直线段上；Fm=O,m0A点在直线段的上方；Fm0,m OA点在直线段的下方Fm0,m0A第一象限逐点比较法直线插补的原理从直线的起点出发，当时，沿轴方向走一步；当沿方向走一步；当两方Fm20+x FmvO,+y向所走的步数与终点坐标相等时，发出终点到信号，停止插补偏差计算公式的简化•当时Fm20Fm+l=Fm-ye•当时FmvO Fm+1=Fm+xe终点判断方法2•设置和两个减法计数器Nx Ny•用一个终点计数器插补计算过程3四步骤偏差计算、坐标进给、偏差计算、终点判断逐点比较法圆弧插补
3.
2.2第一象线内的圆弧插补
1.偏差计算公式1偏差判别式的定义•表明加工点在圆弧上；Fm=0,m表明加工点的圆弧外；Fm0,表明加工点在圆弧内Fm0,第一象限逆圆弧逐点比较插补的原理•从圆弧的起点出发，当下一步向方向进给一步，并计算新的偏差；当下一Fm0,-x Fm0,步向方向进给，并计算新的偏差如此一步计算，一步进给，到达终点后结束+y偏差计算公式的简化•终点判断方法2总步数Nxy插补计算过程3五个步骤偏差判断、坐标进给、偏差计算、坐标计算、终点判断难点解析逐点比较法插补原理
1.要正确掌握插补原理，一要搞清起点与终点之间的位置关系；二要理解偏差的定义习题辅导若加工第一象限直线起点终点要求按逐点比较法插补进行列表计算；作出走步
3.30A,00,0,A11,7o轨迹图，并标明进给方向和步数参照例进行计算
3.1第六周内容及其辅导讲授内容步进电机控制技术
3.3重点掌握步进电机的工作原理步进电机的工作方式步进电机控制接口及输出字表内容辅导步进电机控制技术
3.3定义是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数摸（D/A）转换器输入脉冲数输出位移总移动量由指令脉冲总数决定移动速率指令脉冲的频率步进电机的工作原理
3.
3.1步进电机工作原理分析图见图其中♦
3.14,定子三对磁极，六个齿转子四个齿，分别为、、、齿0123步进电机的工作原理
3.
3.1步进电机的工作过程♦相通电相磁极与、号齿对齐；A A02相通电由于磁力线作用，相磁极与、号齿对齐；B B13相通电由于磁力线作用，相磁极与、号齿对齐；C C02相通电由于磁力线作用，相磁极与、号齿对齐；A A13结论定子按相轮流通电，则磁场沿、、方向转动角，而转子沿方向转AfB fC-A A B C360ABC动了一个齿距的位置图中，齿数为齿距角为，即转动了4,9090步进电机的步距角的计算♦0N步进电机的拍数，对一相绕组通电的操作称为一拍Z转子的齿数则0=36O7NZ步进电机的工作方式
3.
2.2步进电机的种类♦步进电机有三相、四相、五相、六相等步进电机的工作方式♦单相通电方式、双相通电方式、单相双相交叉通电方式选用不同的工作方式可使步进电机具有不同的工作性能减小步距，提高定位精度、工作稳定性等常用形式♦常用三相步进电机，工作于三相三拍（单三拍）、双相三拍（双三拍）、三相六拍工作方式步进电机单三拍工作
1.单三拍工作方式各相通电顺序Af BfC—A步进电机双三拍工作
2.双三拍工作方式各相通电顺序ABfBC fCAfAB步进电机三相六拍工作
3.三相六拍工作方式各相通电顺序AfAB fBfBCfC fCAfA步进电机控制接口及输出字表
4.
3.3步进电机控制接口
1.微机同时控制轴、轴两台三相步进电机x y8255A□PAO、PAI、PA2分别接x轴三相绕组A、B、C；8255B口PBO、PB
1、PB2分别接y轴三相绕组A、B、C；控制方式输出为时，相应绕组通电；“1”输出为时，相应绕组不通电“0”控制功能改变输出脉冲数，控制步进电机的走步数；改变各相绕组的通电顺序，控制步进电机的转向，正转、反转；改变输出脉冲的频率，控制步进电机的转速步进电机控制的输出字表
2.转向控制正序、逆序输出难点解析步进电机的工作原理
1.了解步进电机的定子和转子的结构，了解、、三相分别通电时，转子和定子之间所形成的错A BC齿是步进电机走步的真正原因习题辅导采用作为轴和轴步进电机的控制接口，要求画出接口电路原理图；分别列出步进电机
3.78255X Y在三相单三拍、三相双三拍和三相六拍工作方式下的输出字表接口电路原理图参阅图三种方式的输出字表参见书中表,注意轴、轴应从不同的口
3.18,
3.5X Y8255输出来进行控制第一周内容及其辅导讲授内容计算机控制系统概述
1.1计算机控制系统的典型型式
1.2计算机控制系统的发展概况和趋势
1.3重点掌握计算机控制系统的工作原理实时的含义计算机控制系统的典型形式控制系统的总线结构计算机控制系统的发展趋势内容辅导计算机控制系统概述
1.1计算机控制系统及其组成
1.
1.1计算机控制系统的定义计算机控制系统就是利用计算机（工业控制计算机）来实现生产过程自动控制的系统
（1）计算机控制系统的工作原理•实时数据采集对来自测量变送装置的被测量的瞬时值进行检测和输入•实时决策控制对采集到的被控量进行分析处理，并按已定的控制规律，决定控制行为•实时控制输出根据控制决策，适时地对控制机构发出控制信号，完成控制任务（）在线方式和离线方式2在线方式生产过程和计算机直接相连，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不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并进行相应操作的方式称为离线方式或脱机方式
（3）实时的含义所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成计算机控制系统的典型形式
1.
1.
2.操作指导控制系统1•定义计算机根据一定的控制算法，依赖测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案・优点结构简单，控制灵活、安全•缺点由人工操作，速度受限，不能控制多个对象
2.直接数字控制系统（DDC）•定义计算机首先通过模拟量输入通道、开关量输入通道实时采集数据，然后按照一定的控制规律进第七周内容及其辅导讲授内容数字控制器的连续化设计技术
4.1重点掌握数字控制器的设计PID数字控制器的改进内容辅导数字控制器的连续化设计步骤
4.
1.1设计问题根据已知的系统性能指标和来设计出数字控制器Gs Dzo设计假想的连续控制器♦Ds解决方案自控原理中的连续系统的频域设计法、根轨迹法等选择采样周期♦T详见中数字控制器的参数整定
4.
1.4PID将离散化为♦Ds Dz常见的三种方法双线性变换法1前项差分法2后项差分法3设计由计算机实现的控制算法♦校验♦数字控制器的设计
4.
1.2PID用计算机实现控制，即把模拟控制规律数字化PID PID模拟调节器♦PID控制规律ut传递函数D⑸其中为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数Kp TiTd比例作用迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大是引起不稳定；积分作用消除静差，但容易引起超调，甚至出现振荡；微分作用减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统的动态特性数字控制器的设计
4.
1.3PID数字控制器♦PID数字控制器用计算机实现控制，首先必须用数值逼近的方法实现控制规律PID PIDPID数值逼近方法用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟离散化为差分方程PID数字位置型控制算法1PID位置型控制算法提供执行机构的位置比如阀门的开度uk,数字增量型控制算法2PID增量型控制算法提供执行机构的增量^比如步进电机的步数uk,增量型算法与位置型算法相比，具有以下优点增量型算法不需做累加，计算误差后计算精度问题，对控制量的计算影响较小位置型算法1用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，2不会影响系统的工作位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大数字控制器的改进
4.
1.4PID积分项的改进♦积分分离1改进原因在控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，存在较大的偏差，以及系统有惯性PID和滞后，故在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时间的波动改进方法时,采用控制；|ek|B PD邹时，采用控制|ek|PID积分分离阈值的确定过大，达不到积分分离的目的；过小，则一旦控制量无法跳出各积分B pP yt分离区，只进行控制，将会出现残差PD抗积分饱和2积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差，由于积分的作用，尽管计算差分方程PID式所得的运算结果继续增大或减小，但执行结构已无相应的动作，这就称为积分饱和改进方法以位为例，8D/A时,取ukvOOH uk=O时，取尸ukFFH ukFFH梯形积分3改进原因为减小残差，提高积分项的运算精度改进方法矩形积分改为梯形积分消除积分不灵敏区4改进原因由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所能表示的数的精度，计算机就作为“零”处理，此时积分作用消失，这就称为积分不灵敏区改进措施
①增加转换位数，加长运算字长，提高运算精度A/D
②当积分项连续次小于输出精度的情况下，不要把它们作为“零”处理，而是把它们累加起来,直n e到累加值大于£时才输出，同时把累加单元清零，程序流程如图
4.8微分项的改进♦不完全微分控制1PID改进原因在控制中，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振PID荡，降低调节品质改进方法串联一阶惯性环节，组成不完全微分控制器PID两种控制的阶跃响应PID参见图
4.10o结果显示标准的控制算式中的微分作用只在第一个采样周期内起作用，而且作用很强而不完PID全微分的输出在较长时间内仍有微分作用，因此效果好微分先行控制算式2PID改进原因为避免给定值的升降给系统带来冲击，如超调过大，调节阀动作剧烈改进方法只对被控量微分，不对偏差微分参见图yt et
4.11带死区的控制算法♦PID作用避免控制动作过于频繁，消除频繁动作所引起的振荡控制算式pk参数£常规控制£=0,PID£太小，跳接过于频繁，达不到稳定对象的目的；£太大，系统将产生很大的滞后数字控制器的参数整定
4.
1.5PID采样周期的选择首先要考虑的因素1采样周期上限的确定根据采样香农定理，=兀其中为被采样信号的上限角频率Tmax/3max,comax采样周期上限的确定Tmin为计算机执行程序和输入输出所耗费的时间其次考虑以下因素2给定值的频率变化给定值变化频率越高，采样频率映越高被北控对象的特性被控对象是慢速对象，采样周期取得大；被控对象是快速系统，采样周期应取得较小控制算法的类型控制算法需要计算时间控制回路数采样周期应大于等于所有回路控制程序执行时间和输入输出时间的总和T按简易工程法整定参数♦PID扩充临界比例度法1定义对模拟调节器中使用的临界比例度法的扩充整定数字控制器参数的步骤选择短的采样频率一般选择被控对象纯滞后时间的十分之一去掉积分与微分作用，逐渐较小比例度直到系统发生持续等幅振荡纪录发生振荡的临界比3b=l/kp,例度及3k Tk选择控制度控制度的定义以模拟调节器为基准，将的控制学校过于模拟调节器的控制效果相比较♦DDC控制度的指标含以控制度与模拟控制效果相当；♦=L05,DDC控制度比模拟调节器的效果差=2DDC根据选定的控制度，查表求得、、的值T kpTh TD扩充响应曲线法2整定步骤如下数字控制器不接入控制系统，让系统处于手动状态，将被调量调节到给定值附近，并使值稳定然后改变给定值，给对象输入阶跃信号纪录被调量在阶跃输入下的变化曲线根据曲线求得滞后时间
二、被控对象的时间常数T,根据选择的控制度，查表即可求得数字控制器的T
42、、的值T kpTL TD归一参数整定法3简化扩充临界比例度法Tk为纯比例作用下的临界振荡周期，则T=
0.1Tk；Tl=
0.5Tk；TD=
0.125Tko只需整定kp,观察效果，直到满意为止难点解析控制中各环节的作用
1.PID比例作用迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大是引起不稳定；P积分作用消除静差，但容易引起超调，甚至出现振荡；I微分作用减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统的动态特性D习题辅导数字控制器的连续化设计步骤是什么？
4.1什么是数字位置型和增量型控制算法？试比较它们的优缺点？
4.3PID第八周内容及其辅导讲授内容数字控制器的离散化设计技术
4.2重点掌握数字控制器的离散化设计步骤最少拍控制器的设计内容辅导数字控制器的离散化设计
4.2什么是数字控制器的离散化设计？直接根据计算机控制理论采样控制理论来设计数字控制器，这种方法称为离散化的设计方法连续化设计技术的特点-立足于连续控制系统的设计，用计算机进行数字模拟；-要求相当短的采样周期，只能实现简单的控制算法离散化设计技术的特点-由于控制任务需要，所选的采样周期可以比较大；-根据采样控制系统的特点，推导出的具有一般意义的控制规律和算法-数字控制器的离散化设计步骤.
2.1Gcs被控对象的连续传递函数，Dz数字控制器的脉冲传递函数，Hs零阶保持器的传递函数，定义广义对象的脉冲传递函数:G⑵得出闭环脉冲传递函数为
①z数字控制器的离散化设计步骤根据控制系统的性能要求和其它约束条件，确定所需要的闭环脉冲传递函数
①♦z求广义对象的脉冲传递函数♦Gzo确定数字控制器的脉冲传递函数♦Dzo根据求取控制算法的递推计算公式♦Dz-最少拍控制器的设计.
2.2定义最少拍控制，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，且其闭环脉冲传递函数是中是可能情况下的最小正整数N、闭环脉冲传递函数中的确定1z-定义误差脉冲传递函数-根据变换的终值定理，求系统的稳态误差无静差即准确性约束条件Z-根据最少拍控制，确定最少拍控值的闭环脉冲传递函数
①⑵快速性约束条件-推导出最少拍控制器Dz、典型输入下的最少拍控制系统分析2单位阶跃输入1q=l»单位输入的变换Z“闭环传递函数
①z»误差的表达式Z»输出的表达式Z单位速度输入2q=2»单位输入的变换Z“闭环传递函数
①z»误差的表达式Z»输出的表达式Z单位加速度输入3q=3“单位输入的变换Z“闭环传递函数
①z»误差的表达式Z»输出的表达式Z、最少拍控制器的局限性3最少拍控制器对典型输入的适应性差1最少拍控制器是针对某一典型输入而设计的最少拍，但对于其它典型输入不一定为最少拍，甚至引起大的超调和静差最少拍控制器的可实现问题2物理可实现的条件Dz含义要产生时刻的控制量最多只能利用直到时刻的误差、、…以及过去的控k uk,k ekek-l制量、uk-l uk-
2...o闭环系统的脉冲传递函数可实现的条件degAmz-degBmz degAz-degBz条件的物理含义若的分母比分子高阶，则确定
①⑵时必须至少分母比分子高阶Gz NN最少拍控制的稳定性问题3-最少拍控制闭环传递函数
①⑵成立的条件当是稳定的、且不含有纯滞后环节Gz-当不稳定时，
①⑵的稳定性问题稳定性约束条件Gz不能采取零极点对消方式，从理论上得到稳定的闭环系统难点解析广义对象的定义
1.包括零阶保持器与被控过程误差脉冲传递函数
2.误差信号的变换除以输入函数的变换Z Z习题辅导数字控制器的离散化设计步骤是什么？
3.8已知被控对象的传递函数，采样周期为秒，采用零阶保持器针对单位速度输入信号设计最少拍
4.91无纹波系统，并计算输出响应、控制信号、误差序列？计算过程参阅教材中例计算时注意，一是广义对象的定义；二是进行变换时，注意首先要把
4.1,Z成基本形式后，才能进行相应的转换第九周内容及其辅导讲授内容程序设计技术
6.1数据结构及其应用技术
6.2重点掌握高级语言与汇编语言混合编程数据结构类型内容辅导程序设计技术
6.1程序设计过程分析设计要求，工作量；10%编写程序的说明，10%；程序设计，15%；编写代码，15%；测试与调试，以上40%模块化与结构化程序设计
6.
1.1模块化程序设计设计原理把一个复杂的系统软件，分解为若干个功能模块，每个模块执行单一的功能，并且具有单入口单出口结构缺点在很大的系统里，这种分解往往导致大量过程，这些过程虽然容易理解，但却有复杂的内部依赖关系，因此带来一些问题不好解决
（1）自底向上模块化设计首先；对最底层的模块进行编码、调试；之后用地层模块开发高层模块汇编语言设计常用，先开发各个子程序，再用主程序测试子程序
（2）自顶向下模块化设计首先对高层进行编码，调试，用“结点”代替地层模块高级语言设计程序适用结构化的程序设计什么是结构化程序设计结构化程序设计是一种程序设计技术，它采用自顶向下逐步求精的设计方法和单入口单出口的控制结构程序的三种基本控制结构顺序结构选择结构循环结构程序设计的五个步骤问题的定义明确完成的任务，执行什么程序，决定输入输出形式，与接口硬件的连接配合以及出错处理方法；程序设计利用程序对任务作出描述，模块化程序设计发、结构化程序设计法；编码程序设计人员选取一种适当的语言，书写程序；调试利用各种测试方法检查程序的正确性；改进根据调试中的问题对原设计作修改高级语言与汇编语言混合编程
6.
1.
2、汇编语言编程（实时功能强）
1、高级语言编程（运算能力强）
2、高级语言与汇编语言混合编程3内联的汇编环境编译程序有一个特殊的内联汇编程序，它允许在语言代码中间写汇编语言例程，内联Microsoft C/C++C汇编程序是汇编功能的子集Microsoft关键字asm在语言中插入内联汇编语句，要在语句的开头使用关键字c-asm数据结构及其应用技术
6.2本节主要内容的基本知识线性表、数组、堆栈、队列、链表和树
6.
2.1和数据排序方法
6.
2.2基本术语
6.
2.3数据data描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合数据元素data elememt数据的基本单位数据对象data object是具有由相同特性的数据元素的集合，是数据的一个子集例如整数的数据对象是集合N=数据结构data structure定义带有结构的数据元素的集合数据结构研究的内容数据之间的逻辑关系据的物理结构顺序存储结构、非顺序存储结构数据结构类型
6.
2.4顺序结构线性表树组堆栈队列链形结构单链表循环链表双重链表树形结构难点解析语言与汇编语言混合编程
1.C一要注意它采用的形式，就是作为关键字；ASM二要注意采用汇编语言时特殊的问题，比如指针空间、寄存器教材中的例子主要是表明在进行参数调用时，注意调用参数的真正存储的位置第十周内容及其辅导讲授内容测量数据与处理技术
6.3数字控制器的工程实现
6.4重点掌握标度变换方法内容辅导测量数据与处理技术
6.3系统误差的自动校准
6.
3.1系统误差系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值保持恒定，或按某种已知规律变化的误差系统误差的特点系统误差是可以通过适当的技术途径来确定并加以校正的系统误差的自动校准自动校准的基本思想在系统开机后或每隔一定的时间自动测量基准参数，如数字电压表中的基准参数为基准电压和零电压，然后计算误差模型，获得并存储误差补偿银子在正式测量时，根据测量结果和误差补偿因子，计算校准方程，从而消除误差、全自动校准1电路结构（见图）
6.17工作过程开关接地，测出的输入值为；X开关接V,测出输入值为「R X正式测量时，测出的输入值为这时的用下式计算X,V全自动校准的特点测量结果与放大器的漂移和增益变化无关；与V的精度无关R全自动校准的适用范围适用于基准参数是电信号，并且不能校准由传感器引入的误差、人工自动校准2工作原理在需要是由人工接入标准参数进行校准测量，把测量的数据存储起来，供以后使用校准过程设校准输入y；测出的数据XR；R实际测量输入x；则被测输入为特点适于传感器特性随时间会发生变化的场合线性化处理和非线性补偿
6.
3.
2.柏热电阻的阻值与温度的关系1的热电阻的阻值与温度的关系Pt100200-0度Rt=R（）[1+At+Bt2+C（t-100℃）t3]0〜800度Rt=R（）（1+At+Bt2）其中、、为常数；为零度时的阻值ABC Ro已知阻值，计算温度（对工业控制机）离线计算温度与阻值的对应关系表，即分度表；分段进行线性化，即用多折线代替曲线；线性化过程首先判断测量数据处于哪一折线段内，然后按相应段的线性化公式计算线性值.热电偶的热电势于温度的关系2非线性表达式见书、
6.
3.
56.
3.6线性化分段线性化；折线段数越多，线性花精度就越大，软件的开销也相应增加.孔板差压与流量的关系3用孔板测量流量时，孔板的差压信号与实际流量之间关系成平方根关系F解决方法——牛顿迭代法标度变换方法
4.
3.3标度变换的定义计算机控制技术在读入被测信号并转换成数字量后，这些数码值并不一定等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数值的大小，故必须把它转换成带有量纲的数值后才能运算、显示或打印输出，这种转换就是标度变换线性变换公式使用前提参数值与转换结果之间为线性关系A/D变换公式Y=Ymax-YminX-Nmin/Nmax-Nmin+Ymin其中参数测量值；测量值对应的转换值；Y——X——Y A/D参数量程最大值；参数量程最小值；Y——Ymax——min对应的转换值；对应的转换值A/D N——A/DNmax——Ymax minYmin编程实现其中为零点值；为扩大银子Y=SCixX+SCo SCOSC1公式转换法使用前提测量数据与实际的参数不是线性关系，而是有可用解析式表示的函数关系，这时可用此解析式进行标度变换变换公式举例利用差压测流量，实际测量与差压变送器经变换后的测量值成平方根关系Y A/D X编程实现其它标度变换法适用范围既非线性关系、又无现成解析公式时解决方法多项式插值，线性插值、查表进行标度变换越限报警处理
5.
3.4上限报警XnXx，则上限报警，否则继续执行原定操作ma下限报警则下限报警，否则继续执行原定操作X X,n min上下限报警XnXmax，则上限报警，否则判断XXmin，则下限报警，否则继续难点解析标度变换公式的运用
1.运用公式进行标度变换时，为参数的测量值，为对应的转换值在进行标度变换时,是Y XY A/D在测出后，再转换为真实的参数丫X习题辅导某热处理炉温度变化范围为经温度变送器变换为电压送至的输入
6.3〜1350,1〜5V ADC0809,ADC0809范围为当时，转换结果为问此时的炉温为多少度？〜5V,1=16AH,计算过程一定要注意不同量纲的对应关系，温度与电压、电压与转换的对应关系；其次要注意A/D各量纲的变化范围之间的对应问题行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道、开关量输出通道直接控制生产过程.监督控制系统3SCC（）加上模拟调节器的控制系统1SCC•定义微机对各物理量进行巡回检测，并按一定的数学模型对生产工况进行分析、计算后得出控制对象各参数最优给定值送给调节器，使工况保持在最优状态（）加上的分级控制系统2SCC DDC•定义微机完成可完成高一级的最优化分析与计算，并给出最优给定值送给级执行过程SCC DDC控制.分散型控制系统4DCS•定义采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制.现场总线控制系统5•定义新一代分布式控制系统，采用“工作站一现场总线智能仪表”二层结构，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构工业控制机的组成结构及特点
1.2工业控制机的组成
1.
2.
1.工业控制机的硬件组成1
（1）主机板、、等作用数值计算、逻辑判断、数据处理CPU RAM ROM（）内部总线和外部总线2内部总线工业控制机内部各组成部分进行信息传送的公共通道，它是一组信号线的集合外部总线工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传递的公共通道
（3）人一机接口键盘、显示器、打印机
（4）系统支持功能•监视定时器（Watchdog）系统故障时使系统自动恢复运行•电源掉电检测检测交流电掉电后保护现场，上电后能从断电处继续运行•后备存储器体保护重要数据，容量不大，采用后备电池的、SRAM EEPROMo.•实时日历时钟时间驱动与事件驱动能力常用带日历时钟芯片实现（）磁盘系统5软磁盘、硬磁盘
（6）通信接口工业控制机与智能外设通信的接口、接口RS.232IEEE-488
（7）输入输出通道工业控制机与生产过程之间的信号传递和变换连接的通道.工业控制机的软件组成2
（1）系统软件实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序如的、、Intel iRMX86DOS Windowso
（2）支持软件汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序第十一周内容及其辅导讲授内容数字控制器的工程实现
6.4重点掌握给定值与被控量处理偏差处理控制量处理内容辅导数字控制器的工程实现
6.4给定值与被控量处理
6.
4.1处理
1.
1.1
（1）内给定状态开关位置CL给定值选择操作员设置的给定值SVL30系统状态单回路控制的内给定状态，利用给定值键改变给定值
（2）外给定状态控制SCC开关位置SCC给定值选择接收上位计算机的给定值SVS系统状态二级计算机控制串级控制开关位置CAS给定值选择来自主调节模块的给定值SVC系统状态串级控制
（3）给定值变化率限制作用减小给定值突变对控制系统的扰动.被控量处理
1.
1.2报警PH上限值PL下限值HY报警死区限制变化率实现平稳控制PR被控量变化率偏差处理
1.
1.3计算偏差D/R=O,DV=CPV-CSVD/R=l,DV=CSV-CPV偏差报警DLA偏差报警输出输入补偿无补偿ICM=O,加补偿ICM=1,减补偿ICM=2,置换补偿ICM=3,非线性特性带死区的控制K=0,PID非线性控制OK1,PID正常的控制K=l,PID控制算法的实现
1.
1.4DV偏差微分方式PV被控量微分方式MH、ML控制量的上下限值控制量处理
1.
1.
5.输出补偿1无补偿OCM=0,加补偿OCM=1,减补偿0CM=2,置换补偿0CM=3,.变化率限制2MR控质量变化率.输出保持3NHuk=uk-lFHUk安全输出NSCMV=MSFSCMV=U H自动手动切换
4.
4.
5.软开关/软手动1SA软自动，正常自动状态SM软手动，控制量来自键盘或上位计算机,控制量限幅2MH控制量上限值ML控制量下限值•自动/手动3HA自动状态，正常计算机控制方式HM手动状态，通过手动操作器输出信号，对执行机构进行远方操作.无平衡无扰动切换4定义是指在进行手动到自动的切换之前、无须由人工进行手工输出信号与自动输出信号之间的对位平衡操作，就可以保证切换时不会对执行机构的现有位置产生扰动实现从手动到自动不进行PID运算，但应使给定值跟踪被控量，历史数据清零，要使uk・l跟踪手动控制量从自动到手动要保证无扰动切换难点解析软手动与手动的区别
1.在软手动方式，控制量来自键盘或上位计算机；手动方式，则是通过手动操作器输出信号，对执行机构进行远方操作第十二周内容及其辅导讲授内容软件抗干扰技术
6.6重点掌握数字滤波技术内容辅导软件抗干扰技术
6.6数字滤波技术
6.
6.1什么是数字滤波通过一定得的计算或判断程序，减少干扰在有用信号中比重与模拟滤波器相比，数字滤波器的优点程序实现，不需硬件，可靠性高，稳定性好可以对很低频率进行滤波，克服模拟滤波器的缺点，根据信号不同，采用不同的滤波方法，灵活、方便、功能强算术平均滤波
1.算法个测量数据取算术平均N功能信噪比提高开方倍N适用范围对一般的具有随机干扰信号的滤波适用于信号本身在某一数值范围附近上下波动的情况.中位值滤波法2算法取中间值作为本次采样的有效数据.限幅滤波法3上下限限幅ynyH,yn=yHynyL,yn=yLyLynyH,yn限速I yn-yn-l|Ayo，ynI yn-yn-l|Ayo，yn-l.惯性滤波法4公式推导滤波系数a0al越大，带宽越窄，滤波频率越低a四种滤波方法比较平均值滤波适用于周期性干扰中位滤波使用偶然的脉冲干扰限幅滤波使用偶然的脉冲干扰惯性滤波适用于高频干扰开关量的软件抗干扰技术
6.
6.2开关量信号输入抗干扰措施L干扰特点多呈毛刺状，作用时间短解决方法两次采样、多次采样，完全一致方为有效.开关量信号输出抗干扰措施2惯性大的输出设备（如各类电磁执行机构），对毛刺干扰有一定的耐受能力惯性小的设备（如通讯口），耐受能力小，需要输出抗干扰解决方案重复输出统一数据，重复中期尽可能短，外设阶受到干扰信号，还来不及做出反应,一个正确的输出信息又来到了指令冗余技术
6.
6.3问题提出受到干扰后，往往将一些操作数当作指令来执行，引起程序混乱当程序弹飞到某一单字节CPU指令上时，便自动纳入正轨当程序弹飞到某双字节指令上时，继续出错当程序弹飞到三字节指令上时，出错的机会更大解决方案在关键地方插入单字节指令（NOP）,这就是指令冗余软件陷阱技术
6.
6.4什么是软件陷阱就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序软件陷阱的实现无条件转移指令软件陷阱的位置
（1）未使用的中间向量区（）未使用的大片区2ROM
（3）表格（）程序区4难点解析.惯性滤波法中滤波系数1a用硬件方法实现低通滤波时，其采样周期、滤波时间常数决定其滤波器性能在数字滤波器中,则a是根据实际情况适当选取第十三周内容及其辅导讲授内容数据通讯技术
1.1重点掌握两种通讯方式四种数字编码方式内容辅导数据通讯技术
7.1基本概念两种通讯方式
①并行通讯数据的各位同时传送，可以字并行、字节并行特点传送速度高，传送距离短,小于米10
②串行通讯数据一位一位顺序传送，只需很少几条信号即可完成数据交换特点传送速度低，传送距离长，几十至几千米串行通讯分为两种传送方式
①异步传送字符与字符之间不同步，一次只传送一个字节
②同步传送字符与字符之间同步，一次传送大量字节四种数字编码方式
①不归零码难以判定一位的结束与另一位的开始，需要有某种方法来使发送和接收端同步
②归零码每一位中间有一个跳变，为中间的跳变既作为同步时钟，也作为数据又称自同步编码
③曼彻斯特编码同上，不同之处在于只有两个电平状态
④差动曼彻斯特编码每位开始有无跳变来表示或电压有变化表示无变化表示1,0,I异步传送与同步传送
7.
1.1异步传送
1.异步通讯格式四部分起始位、数据位、奇偶位、停止位异步通讯的特点适于低速通讯，如终端操作、主机与显示器、键盘、打印机同步传送
2.实现方法数据与时钟通过各自的信号线传送图
7.3a通过将数据与时钟编码实现图
7.3b同步格式单同步格式每一帧的开始需要一个同步字符双同步格式每一帧的开始需要两个同步字符双同步格式由专门的字符定义帧头、正文的头和正文的尾IBM SOHSTX ETX面向字符和面向位的传送
3.
1.
2.面向字符的传送1使用倍频局部时钟的接收器工作原理16检测到起始位开始1当计数值达到时，已经达到起始位的中间；28当计数值达到时，采样传送数位波形；316（）停止位正确采样，结束4正确传送条件接收端和发送端的时钟频率之偏差在一个字符传送周期内，其累计不超过个局部时钟周期
8.面向位的传送2目前普遍使用的两个面向位传送协议同步数据链路协议（SDLC）用于IBM系统网络体系高级同步数据链路协议（HDLC）国际标准化组织颁布，包含SDLC帧格式（见图）SDLC
7.7标志字段序列标志一帧的开始01111110,地址字段信息到达的目的地址控制字段表示帧的类型，借以传送命令和设备类型信息帧以开头；0管理帧以开头；代码具体内容代表该帧的具体管理功能01非顺序帧以开头；代码具体内容代表该帧的具体功能11数据字段校验字段校验CRC结束字段序列标志一帧的结束01111110,平衡与不平衡传输
3.
1.3数据传输线路的两种方式不平衡方式用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的平衡方式用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线，接收器是在双端差动方式输入信号的不平衡传输方式——标准介绍RS-232C接口电路（见图）RS-232c
7.8的传输特性RS-232C数据的传输速率局限于20Kbps；传输距离局限于米；15该标准没有规定连接器，产生插针、插针等设计方案；259每个信号只有一根导线，两个传输方向只有一个信号地线；接口使用不平衡的发送器和接收器，可能在各信号间产生干扰平衡传输方式——标准介绍RS-422A接口电路（见图）RS-422A
7.8的传输特性RS-422A支持较高的数据传输速率；支持较远的传输距离；制定连接器的技术规范；通过提供平衡电路改进接口电器特性接口及应用
4.
1.4RS-422/RS-485两点通讯连接方式422两对平衡差分电路，全双工传输电路485422的变形，一对平衡差分电路，半双工通讯，发送电路必须由使能信号控制组成互连系统组成多点互连系统见图
4857.11互连组成环形数据链路系统见图422/
4857.12接口转换RS-232C/422A采用转换装置，见图、
7.
137.14o习题辅导异步传送和同步传送的信息格式是怎样的？面向字符和面向位的传送信息的格式是怎样的在搞清
7.1不同的格式的基础上，充分理解不同格式对其相应功能的作用第十四周内容及其辅导讲授内容工业网络技术
7.2重点掌握网络协议及其层次结构工业网络的性能评价与选型内容辅导工业网络技术
7.2邮电通讯网络以传输信息为目的；局域网络以资源共享和处理信息为目的；工业网络技术目的是导致物质或能量的运动工业网络概述
7.
2.1网络拓扑结构L星形结构1结构中心结点是主结点，它接受各分散结点的信息再转发给相应结点，具有中继交换和数据处理功能特点
①网络结构简单，便于控制和管理，建网容易；
②网络延迟时间短，传输错误率较低；
③网络可靠性较低，一旦中央结点出现故障将导致全网瘫痪；
④网络资源大部分在外围点上，相互结点必须经过中央结点才能转发信息；
⑤通讯电路都是专用线路，利用率不高，故网络成本较高环形结构2结构各结点通过环接口连于一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环网中，数据按事先规定好的方向从一个结点单向传送到另一结点特点
①信息流在网络中是沿固定的方向流动，故两个结点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制；
②环路中每个结点的收发信息均由环接口控制，因此控制软件较简单；
③环路中，当某结点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性；
④环结构其结点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定的限制总线形3结构个结点经其接口，通过一条或几条通讯线路与公共总线连接其任何结点的信息都可以沿着总线传输，并且能被任一结点接收由于信息传输方向是从发送结点向两端扩散，因此又称为广播式网络特点
①结构简单灵活，扩展方便；
②可靠性高，网络响应速度快；
③共享资源能力强，便于广播式工作；
④设备少，价格低，安装和使用方便；
⑤由于所有结点共用一条总线，因此总线上传送的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用在实时性要求高的场合树形4结构分层结构，适用于分级管理和控制系统特点
①通讯线路总长度较短，连网成本低，易于扩展，但结构较星形复杂；
②网络中除叶结点外，任一结点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作.介质访问控制技术2什么介质访问控制？各结点通过公共通道传输信息，因此存在如何合理分配信道的问题，访问控制方式的功能是合理解决信道的分配冲突检测的载波侦听多路访问——适用于总线形1CSMA/CD工作原理当某一结点要发送信息时，首先要侦听网络中有无其它结点正在发送信息，若没有则立即发送；否则，等待一段时间，直至信道空闲，开始发送确定等待时间的方法
①当某结点检测到信道被占用后，继续检测，发现空闲，立即发送；
②当某点检测到信道被占用后就延迟一个随机时间，然后再检测重复这一过程，直到信到空闲，开始发送冲突的解决方法当结点开始发送信息时，该结点继续对网络检测一段时间，且把收到的信息和自己发送的信息进行比较，若相同，则发送正常进行；若不同，说明由其它结点发送信息，引起混乱，应立即停止，等待一个随机时间，在重复上述过程令牌环——适用于环网2令牌的定义是控制标志，网中只设一张力令牌，并依次沿各结点传送令牌的两个状态“空”状态表示令牌没有被占用，当其传至正待发送信息的结点时，该结点立即发送，并置令牌为“忙”状态“忙”状态表示令牌被占用，即令牌正在携带信息发送，当所发信息环绕一周，由发送结点将“忙”令牌置为“空”令牌令牌环的特点能提供可调整的访问控制方法；能提供优先权服务；有较强的实时性；需对令牌进行维护，令牌丢失降低环路利用率；控制电路复杂令牌总线——适用于总线形式3原理把总线形传输介质的各个结点形成一个逻辑环，即人为地给各个规定一个顺序控制方式类似于令牌环特点
①吞吐能力法，吞吐量随数据传输速率的提高而增加；
②控制功能不随电缆长度的增加而减弱；
③不需冲突检测；
④具有一定的实时性.信息交换技术3应用软件3针对某个生产过程而编制的控制和管理程序包括输入程序、控制程序、输出程序、人机接口程序、打印显示程序等工业控制机的总线结构
1.
2.2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、机械特性，使计算机内部各组成部分之间建立信号联系，进行信息的传递和通信.内部总线1所谓内部总线，就是计算机内部功能模板之间进行通讯的总线，它是构成完整的计算机系统的内部枢纽总线1PC指公司创建的或计算机的内部总线，它是引脚的并行总线IBM IBMPC IBMPC/XT62总线2STD总线是根并行计算机总线，由研制，美国和公司年月STD56Matt BiewerProlog Mostek197812首先采用，于年批准为标准1987IEEE
961.外部总线2所谓外部总线，就是计算机与计算机之间或计算机与其它智能设备之间进行通讯的总线，常用的外部总线有并行总线与串行总线IEEE-488RS-232C串行通讯总线1RS-232C是由美国电子工业协会制定的一种串行接口标准RS-232c EIA的机械特性标准连接插头•RS-232C25的功能特性:见表•RS-232C
1.3o的电气特性见表采用负逻辑•RS-232c
1.4,的电平转换及接口电路见图•RS-232c
1.9并行通讯总线2IEEE-488总线也称总线由美国公司提出，命名为以此为基础，制定IEEE-488GPIB HPHP-IP IEEE了标准IEEE-488
①IEEE-488总线的约定及特点•总线电缆为无源电缆线，包括条信号线和条地线；169•系统中通过总线互连的设备不得超过台；15•总线电缆长度不超过米，或仪器设备数乘分段电缆长度总和不超过米；2020•信号传输速率一般为500kbps,最大传输速率为1Mbps；•地址容量为“听”地址个，“讲”地址个，最多地址容量可扩展到个；3131961•总线上传输的消息为负逻辑，低电平W+
0.8V为逻辑“1”，高电平N
2.0V为逻辑“0”；•采用按位并行，字节串行、三线握手、双向异步的传输方式
②总线的一般描述总线所连的设备有三种控者、听者、讲者“讲者”方式讲者是产生和向总线发送设备消息的设备一个系统可以有两个以上的讲者，但在任一时刻只能有一个讲者向总线发送设备消息“听者方式听者是从总线上接收消息的设备在系统内，可以同时有若干个听者同时接收同样的消息“控者”方式控者是数据传输过程的组织者和控制者，它指定每次数据传输过程的讲者和听者，处理在工作过程中其它设备提出的服务请求，对接口进行管理等通常，由计算机充当控者，允许系统中有多台设备具有控制功能，但每一时刻只有一台设备充当控者（）线路交换1交换原理通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的物理线路进行数据传送，传送结束再“拆除”线路交换过程建立线路传送数据拆除线路特点专用线路，传送实时性好，延时小；线路利用率低
（2）报文交换工作原理（存储转发）报文交换不需要在两个站之间建立专用线路，而是把目的站名附加在报文上，然后交给下一结点该结点接收整个报文，存储下来，根据目的选择下一转发结点，直到目的站特点线路利用率高，多个报文分时共享一条结点到结点的线路报文要在结点排队等待，延长报文到达目的时间
（3）分组交换工作原理（存储转发）将报文分成若干分组，并在每个分组上附加控制信息，这些报文经不同的路径分别传送到目的站后，再组成一个完整报文数据报分组交换类似于报文交换，各个分组独立传送，选择路径，到目的站后在组装虚电路分组交换在发送分组织之前，要在源、目的之间建立一条逻辑线路，不同于电路交换，分组仍要存储转发，即建立一条虚电路虚电路中的每个结点都有虚线路表，以便记录下一个结点各个分组沿虚电路传送到目的站，因此在传送之前只需做一次路径选择特点数据报适用于发送一个或几个报文分组虚电路方法适用于两个站点希望在一段连续的时间内交换数据.差错控制技术4
（1）奇偶校验校验原理一个字符校验一次，在每个字符的最高位附加一个奇偶校验位适用范围每帧只传送一个字节数据的异步通讯方式（）循环冗余校验——校验2CRC校验原理发送端首先发送信息位，与此同时，校验位生成器用信息位除以多项式（）信息违CRC Gx,发完后，校验位就生成，并紧接其后发送校验位CRC-接收端在接收信息位同时，校验器用接收的信息位除以同一个生成多项式，当信息位接收完后，对接收的校验位也进行计算，当两个字节的校验位接收完，如果除法的余数为则认为传输正确；否CRC3则，传输错误适用范围每帧由多个字节组成的同步方式
（3）纠错方式重发纠错方式发送端发送能够检错的信息码，接收端根据该码的编码规则，判断有无错误，并把错误结果反馈给发送端如果发送错，则再次发送，直到接收端认为正确为止自动纠错方式发送端发送能够纠错的信息码，而不仅仅时检错的信息码接收端收到该码后，通过译码不仅能自动发现错误，而且能自动地纠错传输效率低，译码设备复杂混合纠错方式上述两种混合发送端发送的信息码不仅能发现错误，而且还由一定的纠错能力接收端收到该码后，如果错误位数在纠错能力以内，则自动纠错，如果错误过多，则要求重发网络协议及其层次结构
7.
2.2物理层
1.功能在信道上传输未经处理的信息具体内容对通讯双方的机械、电气、连接规程进行规定协议、、、等均为物理层协议RS-232C RS-422A RS-423A RS-
485.数据链路层2功能将有差错的物理链路改造成对于网络层来说是无差错的传输链路具体内容将数据组成数据帧，并在接收端检验传输的正确性协议、等SDLC HDLC.网络层3功能也称分组层，任务是网络中传输分组具体内容控制信息交换、路由选择协议协议、协议X.25IP,传送（传输）层4功能从会话层接收数据，把它们传到网络层并保证这些数据正确到达另一端具体内容控制端到端的数据完整性协议协议TCP.会话层5功能控制建立或结束一个通信会话的进程具体内容检查并决定一个正常的通信是否正在发生如果没有发生，这一层在不丢失数据的情况下恢复会话，或根据规定，在会话不能正常发生的情况下终止会话,表不层6功能实现不同信息格式和编码之间的转换具体内容正文压缩、提供加密、解密；文件格式的转换；输入输出格式的转换,应用层7功能规定在不同应用情况下所允许的报文集合和对每个报文所采取的动作具体内容数据传输完整性问题或发送/接收设备的速度不匹配的问题标准
8.
2.3IEEE802标准与模型的关系IEEE802OSI局域网标准，因此包含下三层标准的内容IEEE
802、、、、、、、IEEE8021IEEE
802.2IEEE
802.3IEEE
802.4IEEE
802.5IEEE
802.6IEEE
802.
7、IEEE
802.8IEEE
802.9标准规定各层的功能IEEE802物理层数据的封装/拆封、数据的发送/接收，并通过介质存取部件收发数据信号介质存取控制层支持介质存取，支持、CSMA/CD TokenBus TokenRing逻辑链路控制层寻址、排序、差错控制等功能工业网络的性能评价与选型
9.
2.4工业网络的性能评价
1.工业网络的主流拓扑结构总线形和环形令牌环与令牌总线的性能比较传输速率环形是点到点连接，传输效率高；总线形是多点连接，在总线上形成逻辑环,逻辑环不固定，令牌传递和维护算法比环形复杂吞吐能力令牌环数据吞吐能力高于令牌总线，原因在于控制结构上的差异令牌总线是广播式，数据、令牌、回答都要独占介质；令牌是顺序循环访问，一定条件下有并行工作的特性,其数据、令牌、回答可同时传递稳定性在负载变化的环境中，令牌环的稳定性较令牌总线好确定性两种控制结构的通讯方式一样，确定性相同灵活性总线是无源连接，信息传输又不需转发，增减结点都无须断开原系统，可靠形和灵活性强于令牌环.工业网络的选型2大型系统的工业网络选型——分散型控制模式，分三级1◎分散过程控制级功能主要完成自动调节和程序控制，可靠性、实时性要求较高系统特征各单元之间横向联系少；该级数据量不大，数据包较短，地理分布区域也较小令牌总线、主从总线或星形结构
①集中操作监控级系统特征该级数据处理量大，数据包较长且规整，实时性、可靠性、灵活性也较高；系统按设备和功能混合分布，横向联系较多；适合选型令牌总线较好
①综合信息管理级系统特征该级数据多且传输量大，系统按功能横向分布，地域范围广，灵活性要求较低,工作站容量大适合选型令牌环结构中小型系统的工业网络选型2对只有集中操作监控级和分散过程控制级的中小型系统两极同时使用令牌总线对传输量大、结点少且分散的场合监控级直接选用令牌环较好老企业技术改造星形结构习题辅导工业局部网络通常有哪四种拓扑结构？各有什么特点？
7.4工业局部网络常用的传输访问控制方式有哪三种？各有什么特点？
7.5第十五周内容及其辅导讲授内容分散型控制系统
7.3DCS重点掌握分散过程控制级集中操作监控级综合信息管理级内容辅导分散型控制系统
7.3DCS概述
7.
3.1DCS分散型控制系统Distributed ControlSystem综合技术4c计算机技术Computer控制技术Control通讯技术Communication显示技术CRT发展趋势将以计算机集成制造系统为目标，以新的控制方法、现场总线智能化仪表、专家系统、CIMS局域网络等新技术，为用户实现过程控制自动化与信息管理自动化相结合的管控一体化综合集成系统的体系结构
1.DCS分散过程控制级1功能面向生产过程，是的基础，直接完成生产过程的数据采集、调节控制等功能，其输入是面DCS向传感器的信号，输出是驱动执行机构主要装置现场控制站工业控制机可编程序控制器PLC智能调节器其它测控装置集中操作监控级2功能以操作监视位主要任务，兼有部分管理功能面向操作人员和控制系统系统工程师，配备计算机及外设，以及相应软件，对生产过程实行高机控制策略、故障诊断、质量评估组成监控计算机工程师显示操作站操作员显示操作站综合信息管理级3功能由管理计算机、办公自动化系统、工厂自动化服务系统构成，实现整个企业的综合信息管理通讯网络系统4功能各级之间的信息传输DCS分类低速、中速、高速网络应用低速面向过程控制级；中速面向操作监控级；高速面向综合管理级的特点
2.DCS硬件积木化软件模块化控制系统组态通讯网络的应用可靠性高的分散过程控制级
3.
3.2DCS分散过程控制级功能完成生产过程控制，与集中操作监控级通讯，接收显示操作站下达加载的参数和命令，将现场工作情况信息整理后向显示操作站报告分散过程控制级的常用类型现场控制站可编程序控制器PLC智能调节器.现场控制站1机型总线工业控制机、总线工业控制机PC STD功能数据采集功能对过程参数进行数据采集、变换、处理、存储、趋势曲线显示控制功能DDC接受现场信号，求出设定值与测量值的偏差，对偏差进行控制运算、最后求出新的控制量,并PID将控制量转换成相应的电流送值执行机构顺序控制功能通过过程状态输入输出和反馈控制功能等状态信号，按预先设定的顺序和条件，对控制的各阶段进行逐次控制信号报警功能参数越限报警；非法的开关量报警；事故报警打印报表功能定时打印报表；随机打印过程参数；事故报表自动记录打印数据通讯功能完成分散过程控制级与集中操作监控级之间的信息交换.智能调节器2智能调节器是有微处理器、、、模拟量和数字量通道、电源等部分组成的微型计算RAMROMI/O机系统智能调节器可接受电流信号输入设定值，具有异步通讯口与上位机组成主从式通讯网络4〜20mA可编程序控制器
3.PLC主要配置的开关量输入、输出通道，用于执行顺序控制功能新型中提供模拟量控制模块，标准与智能调节器相同PLC一般带有标准的借口，可与上位机组成主从式网络PLC422的集中操作监控级
4.
3.3DCS集中操作监控级功能显示操作功能把现场控制站的数据进行收集，进行过程量的显示，工艺流程图的现实、趋势曲线的显示以及改变过程参数，如设定值、控制参数等系统组态进行控制系统的生成、组态的综合信息管理级
5.
3.4DCS、的基本概念1MIS定义借助于自动化数据处理手段进行管理的系统系统组成包含多个子系统，各个子系统通过信息发生联系、的组成2MIS硬件组成1由管理计算机、办公自动化服务系统、工厂自动化服务系统组成，支持软件实现和运行MIS软件组成2市场经营管理子系统生产管理子系统财务管理子系统人事管理子系统、中的功能3DCS MIS实现整个企业的综合信息管理，主要执行生产管理和经营管理第十六周内容及其辅导讲授内容:主要是对重点内容进行串讲，个别习题进行讲解
③总线的引脚分配及功能采用芯型插头座，它们的引线分配如表所示IEEE-48824D
1.5难点解析关于实时系统的理解
1.实时指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，这里输入、计算、输出实际是指计算机控制系统原理中提出的三步骤；另外，一定的时间范围则是指一个采样周期，本次采样的计算结果输出需在下一个采样时刻到来之前完成区分内部总线与外部总线
2.内部总线是指计算机内部模块之间的通讯；而外部总线是指计算机与外部设备之间的通讯习题辅导计算机控制系统的典型形式有那些？各有什么优缺点？
1.2实时、在线和离线的含义是什么？
1.3在线与离线方式概念容易理解，主要是实时方式与它们之间的区别联系，实时必须在线，但在线却不一定能做到实时什么是总线、内部总线和外部总线？
1.4第二周内容及其辅导讲授内容工控机的总线技术
2.1总线的定义、层次结构及种类
2.
1.1系统总线简介-
3.
1.2C/ISA/PCI/PCI-E外部总线简介、
4.
1.3-RS-232C USB总线接口扩展技术
2.2系统总线接口扩展技术
2.
2.1外部总线接口扩展技术
3.
2.2重点掌握重占・端口编址方式，译码技术，基于总线的模板扩展技术I/O ISAI/O难点模板扩展技术中端口译码与读写时序逻辑配合I/O内容辅导什么是接口？接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术数字量输入输出通道
2.1数字量信号是以二进制的逻辑和出现的“1”“0”如开关的和与开，指示灯的亮与灭，继电器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与关闭等数字量输入输出接口技术
2.
1.
1.数字量输入接口一缓冲器1三态门缓冲器74LS244可用如下指令完成个开关状态采集8MOV DX,portIN AL,DX.数字量输出接口一锁存器2用作为位输出锁存口74LS2738可用下列指令完成位开关量的输出控制8MOVAL,DATAMOV DX,portOUT DX,AL数字量输入通道
3.
1.
2.数字量输入通道的结构
1.输入调理电路2小功率输入调理电路1如图所示
2.4大小功率输入调理电路2如图所示
2.5数字量输出通道
2.
1.
3.数字量输出通道的结构
1.输出驱动电路2小功率直流驱动电路1如图、所示
2.
72.8大功率交流驱动电路2如图所示
2.9转换器及其接口技术定义
2.2A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置A/D转换方式逐次逼近式转换时间短几微秒几百微秒，抗干扰能力差；〜双斜积分式转换时间长几十毫秒几百毫秒，抗干扰能力强〜主要技术指标转换时间完成一次模拟量到数字量转换所需的时间分辨率用数字量的位数字长来表示，如位、位、位等n81216线性误差在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差用的分数LSB表示，如或1/2LSB±1LSBLSB数字量的最低有效位，对应于满量程输入的量程所能转换的输入电压的范围，如等-5〜+5V对基准电源的要求基准电源的精度对整个系统的精度产生很大影响转换器
2.
2.1A/D位转换器
1.8A/D0809逻辑框图见图
2.10通道模拟开关及通道选择逻辑18功能实现选操作81位转换器28A/D功能对输入端信号进行转换，转换结果存入三态输出锁存缓冲器V D三态输出锁存缓冲器3功能存放转换结果输出允许信号为高电平时，由上输出综D,OE DDO7〜DOO述的量化单位通常基准电压ADC0809q=[VREF+-VREF-]/256VREF+=
5.12V,VREF-=0V,止匕时转换结果q=20mV,D=VmV/qmV转换器接口技术
2.
2.2A/D与总线工业控制机接口
1.ADC0809PC蒋的□设为输入口，口上半部分为输入，下半部分为输出8255A AC数据采集子程序如下其中口地址为8255A2c0H〜2c3HADC0809PROCNEARMOVCX,8CLDMOV BL,OOHLEADI,DATABUFNEXTA:MOV DX,02C2HMOV AL,BLOUT DX,ALINC DXAL,0000011IBMOVDX,ALOUTDXDECAL,DXNOSC:INAL,80HTESTJNZ NOSCNOEOC:IN AL,DXTEST AL,80HJZ NOEOCMOVDX,02C0HIN AL,DX STOSDATABUFINC BLLOOPNEXTARETADC0809ENDP难点解析输入缓冲器与输出琐存器
1.这里要正确理解缓冲器与琐存器的功能，并结合输入、输出过程来体会为什么在输入时需用缓冲器，输出时需用琐存器习题辅导采用和与总线工业控制机接口，设计路数字量输入接口和路数字量输出74LS24474LS273PC88接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序输入的接口电路图参阅教材中图输出电路图参阅图
2.1,
2.2第三周内容及其辅导讲授内容模拟量输入通道
2.3转换器及其接口技术
2.4D/A重点掌握模拟量输入通道组成变换I/V多路转换器采样保持器转换器及其接口技术D/A内容辅导模拟量输入通道
2.3模拟量输入通道组成
2.
3.1变换
2.
3.2I/V功能将变送器输出的统一信号或变换成标准电压信号〜10mA4〜20mA,0〜5V无源变换
1.I/V输入0〜10mA电阻值（精密）Rl=100R2=500输出〜5V输入4〜20mA电阻值Rl=100R2=250输出1〜5V有源变换
2.I/V输入0〜10mAR4=150K电阻值R3=100K输出0〜5V输入4〜20mAR4=25K电阻值R3=100K输出1~5V多路转换器
2.
3.3功能将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或转换器上A/D要求开路电阻无穷大、导通电阻无穷小、切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠采样、量化及常用的采样保持器
2.
3.
4.信号的采样1•定义按一定的时间间隔把时间上连续和幅值上也连续的模拟量信号、转变成在时刻、、、、T,0T1T2T…KT的一连串脉冲输出信号的过程成为采样过程•香农定理如果模拟信号频谱的最高频率为只要按照采样频率进行采样，那么采样信号就能唯Fmax,f22Fmax一地复观（）量化y to
2.•量化采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转化为数字信号•量化过程将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。
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