第一篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 樊叢博 073736227

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)

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課 程 論 文

工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的PLC抗干擾技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

樊 叢 博

電氣工程及其自動化

電 氣 072

073736227

石 砦

職稱: 講 師

2010 年 11 月 18

日

題課 姓專班學(xué)指

工業(yè)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的ＰＬＣ抗干擾技術(shù)

作者：樊叢博 指導(dǎo)老師：石砦

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，設(shè)計(jì)人員只有預(yù)先了解各種干擾才能有效保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中會受到各種干擾，本文對PLC抗干擾技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，并總結(jié)了抑制、消除干擾的常用方法和一些對策。

關(guān)鍵詞：PLC干擾類型；抗干擾；PLC系統(tǒng)

Industrial control system of the application of PLC

anti-jamming technique The author：Fancongbo

Guiding teacher：Shizhai Abstract：With the development of science and technology, PLC control in the industry used more and more widely.PLC control system reliability directly affects the safety of industrial enterprises and economic operation, the system of anti-interference ability is related to the reliable operation of the system key.Automation systems of various types used in the PLC, some focused installed in the control room, some at the production site and the installation of electrical devices, most of them in a strong electrical circuit and the formation of strong electric equipment in the harsh electromagnetic environment.PLC control system to improve reliability, the designer only advance knowledge of various kinds of interference can effectively ensure the reliable operation of the system.PLC control system in industrial applications will be subject to all kinds of interference, this interference of PLC technologies were discussed in detail and summarizes the inhibition, a common way to eliminate interference and some countermeasures.Key words：PLC interference type；anti-interference；PLC system；

前言：工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，雖然PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置，具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行的穩(wěn)定性和較高的可靠性，但是由于它直接和現(xiàn)場的I/O設(shè)備相連，外來干擾很容易通過電源線或I/O傳輸線侵入，從而引起控制系統(tǒng)的錯誤動作。PLC受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，是隨機(jī)的，且干擾源是無法消除的，只能針對具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模擬量輸入信號等引起，可合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部干擾。1 PLC系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)

可編程控制器硬件系統(tǒng)由PLC、功能I/O單元和外部設(shè)備組成，如圖1所示。其中PLC由CPU、存儲器、基本I/O模塊、I/O擴(kuò)展接口、外設(shè)接口和電源等部分組成，各部分之間由內(nèi)部系統(tǒng)總線連接[1]?？垢蓴_的技術(shù)對策分析

為防止干擾，可采用硬件和軟件的抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是主要的抗干擾措施，一般從抗和防兩方面入手來抑制和消除干擾源，切斷干擾對系統(tǒng)的耦合通道，降低系統(tǒng)對干擾信號的敏感性[2]。軟件抗干擾技術(shù)作為硬件措施的輔助手段，減少隨機(jī)性信號的干擾，其設(shè)計(jì)簡單、修改靈活、耗費(fèi)資源少，在PLC測控系統(tǒng)中同樣獲得了廣泛的應(yīng)用。2.1硬件抗干擾對策

2.1.1電源系統(tǒng)引入的干擾對策

電網(wǎng)的干擾、頻率的波動，將直接影響到PLC系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。如何抑制電源系統(tǒng)的干擾是提高PLC的抗干擾性能的主要環(huán)節(jié)[3]。

(1)加裝濾波、隔離、屏蔽、開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)

濾波器可抑制干擾信號從電源線傳導(dǎo)到系統(tǒng)中。使用隔離變壓器，屏蔽層要良好接地；次級連接線要使用雙繞線(減少電線間的干擾)，隔離變壓器的初級繞組和次級繞組應(yīng)分別加屏蔽層，初級的屏蔽層接交流電網(wǎng)的零線；次級的屏蔽層和初級間屏蔽層接直流端。開頭穩(wěn)壓電源可抑制電網(wǎng)大容量設(shè)備起停引起電網(wǎng)電壓的波動，保持供電電壓的穩(wěn)壓。

(2)分離供電系統(tǒng)

PLC的控制器與I/O系統(tǒng)分別由各自的隔離變壓器供電，并與主電源分開，這樣當(dāng)輸入輸出供電斷電時，不會影響到控制器的供電。2.1.2接地抗干擾對策

接地是抑制噪聲和防止干擾的重要手段，良好的接地方式可在很大程度上抑制內(nèi)部噪聲的耦合，防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力[4]。給PLC接以專用地線可抑制附加在電源及輸入、輸出端的干擾。接地線與動力設(shè)備的接地點(diǎn)應(yīng)分開，若達(dá)不到此要求，則可與其它設(shè)備公共接地，嚴(yán)禁與其它設(shè)備串聯(lián)接地。接地電阻要小于5Ω，接地線要粗，面積要大于2平方毫米，而且接地點(diǎn)最好靠近PLC裝置，其間的距離要小于50米，接地線應(yīng)避開強(qiáng)電回路，若無法避開時，應(yīng)垂直相交，縮短平行走線的長度。2.1.3抑制輸入輸出電路引入的干擾對策

為了實(shí)現(xiàn)輸入輸出電路上的完全隔離，近年來在控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用光電耦合。光電耦合器具有以下特點(diǎn)：首先，由于是密封在一個管殼內(nèi)，不會受到外界光的干擾；其次，由于靠光傳送信號，切斷了各部件電路之間地線的聯(lián)系；第三，發(fā)光二極管動態(tài)電阻非常小，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，能夠傳送到光電耦合器輸入輸出的干擾信號就變得很??；第四，光電耦合器的傳輸比和晶體管的放大倍數(shù)相比，一般很小，遠(yuǎn)不如晶體管對干擾信號那么靈敏，而光電耦合器的發(fā)光二極管只有在通過一定的電流時才能發(fā)光[5]。因此，即使是在干擾電壓幅值較高的情況下，由于沒有足夠的能量，仍不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而可以有效地抑制掉干擾信號。

(1)光電耦合輸入電路如圖2所示。其中(a)、(b)用的較多，(a)為高電平時接成形式，(b)為低電平輸入時接成形式。(c)為差動型接法，適用于外部干擾嚴(yán)重的環(huán)境，當(dāng)外部設(shè)備電流較大時，其傳輸距離可達(dá)100～200m。(d)考慮到COMS電路的輸出驅(qū)動電流較小，不能直接帶動發(fā)光二極管，加接一級晶體管作為功率放大。

圖2 光電耦合輸入電路

(2)光電耦合輸出電路如圖3所示。(a)為同相輸出，(b)為反相輸出，當(dāng)輸出電路所驅(qū)動的元件較多時，可以加接一級晶體管作為驅(qū)動功率放大，如(c)所示。有時為了獲得更好的輸出波形，輸出信號可經(jīng)過施密特電路整形。

以上兩點(diǎn)是對開關(guān)量輸入輸出信號的處理方法，而對模擬輸入輸出信號，為了消除工業(yè)現(xiàn)場瞬時干擾對它的影響，除加A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路和光電耦合外，可根據(jù)需要采取軟件的數(shù)字濾波技術(shù)如中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等算法。2.1.4外部配線的抗干擾設(shè)計(jì)

外部配線之間存在著互感和分布電容，進(jìn)行信號傳送時會產(chǎn)生竄擾[6]。為了防止或減少外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號與直流輸入、輸出信號應(yīng)分別使用各自的電纜。集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號線，要使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)要懸空，而在控制器側(cè)要接地。配線時在30m以下的短距離，直流和交流輸入、輸出信號線最好不要使用同一電纜，如果要走同一配

線管時，輸入信號要使用屏蔽電纜。30～300m距離的配線時，直流和交流輸入、輸出信號線要分別使用各自的電纜，并且輸入信號線一定要用屏蔽線。對于300m以上長距離配線時，則可用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號，或使用遠(yuǎn)程I/O通道。對于控制器的接地線要與電源線或動力線分開，輸入、輸出信號線要與高電壓、大電流的動力線分開配線。2.2軟件抗干擾措施

為了提高輸入信號的信噪比，常采用軟件數(shù)字濾波來提高有用信號真實(shí)性。對于有大幅度隨機(jī)干擾的系統(tǒng)，采用程序限幅法，即連續(xù)采樣5次，若某一次采樣支援遠(yuǎn)大于其他幾次采樣的幅值，那么就舍取之。對于流量、壓力、液面、位移等參數(shù)，往往在一定范圍內(nèi)頻繁波動，則采用算術(shù)平均法[7]。

(1)信號保護(hù)和恢復(fù)：當(dāng)偶爾性故障發(fā)生時，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障現(xiàn)象消失，就可以恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。

(2)故障診斷：系統(tǒng)軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號等，以便及時反映和處理。

(3)加強(qiáng)對程序的檢查和校驗(yàn)：一旦程序有錯，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行程序。

(4)設(shè)置警戒時鐘WDT：如果程序循環(huán)掃描執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。

2.2.1軟件陷阱技術(shù)

軟件陷阱就是在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱，即通過一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進(jìn)行處理的程序[8]。常用的陷阱令是：

NOP NOP JMP ERROR 軟件陷阱要安排在以下4中地方：未使用的中斷向量區(qū)、未使用的大片ROM空間、程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū)以及程序區(qū)中一些指令串中間的斷裂處。2.2.2程序運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)(WATCHDOG[9])生產(chǎn)現(xiàn)場難免會出現(xiàn)瞬間的尖峰高能脈沖干擾，使得正在執(zhí)行的程序跑飛到一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中，此時指令冗余和軟件陷阱技術(shù)就無能為力。這時就得使用程序運(yùn)用監(jiān)控技術(shù)，強(qiáng)制系統(tǒng)復(fù)位，擺脫死循環(huán)。

WATCHDOG設(shè)定的定時時間略大于程序循環(huán)時間，程序每循環(huán)一次，定時器時間常數(shù)就會刷新一次，若程序出現(xiàn)錯誤，定時器就不能被刷新而繼續(xù)計(jì)數(shù)導(dǎo)致定時中斷，中斷程序即對主程序進(jìn)行糾正，使其恢復(fù)正常。

PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施很多，在實(shí)際設(shè)計(jì)時，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施，并認(rèn)真測試，使控制系統(tǒng)的控制精度符合要求。結(jié)論

隨著PLC應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，加之系統(tǒng)惡劣的工作環(huán)境，它所要克服的干擾就會越來越多，盡管PLC本機(jī)的可靠度很高。但是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝時，仍必須對環(huán)境作全面的分析，確定干擾的性質(zhì)，采取相應(yīng)的抗干擾措施，以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定的工作[10]。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程綜述

09熱工一班姚躍輝200910610118

計(jì)算機(jī)控制是自動控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興學(xué)科，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。自動控制技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，控制品質(zhì)的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復(fù)雜的控制問題。計(jì)算機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了控制理論發(fā)展，先進(jìn)的控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合推動計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不斷前進(jìn)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、微電子技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、現(xiàn)場總線智能儀表、軟件技術(shù)以及自控理論的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)水平大大提高，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用突飛猛進(jìn)。利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，人們可以對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，完成常規(guī)控制技術(shù)無法完成的任務(wù)，微型計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、航空航天以及日常生活的各個領(lǐng)域?？梢哉f，21世紀(jì)是計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)獲得重大發(fā)展的時代，大到載人航天飛船的研制成功，小到日用的家用電器，甚至計(jì)算機(jī)控制的家庭主婦機(jī)器人，到處可見計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，作為現(xiàn)代從事工業(yè)控制和智能儀表研究、開發(fā)及使用的技術(shù)人員，必須不斷學(xué)習(xí)，加快知識更新的速度，才能適應(yīng)社會的需要，才能在工業(yè)控制領(lǐng)域里繼續(xù)邀游。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。這里的計(jì)算機(jī)通常指數(shù)字計(jì)算機(jī)，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置等。與被控對象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數(shù)字信號進(jìn)行聯(lián)系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進(jìn)行聯(lián)系。被控對象的范圍很廣，包括各行各業(yè)的生產(chǎn)過程、機(jī)械裝置、交通工具、機(jī)器人、實(shí)驗(yàn)裝置、儀器儀表、家庭生活設(shè)施、家用電器和兒童玩具等?？刂颇康目梢允鞘贡豢貙ο蟮臓顟B(tài)或運(yùn)動過程達(dá)到某種要求，也可以是達(dá)到某種最優(yōu)化目標(biāo)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)（通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）來實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機(jī)的輸入和輸出時數(shù)字信號，而現(xiàn)場采集到得信號或送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號大多是模擬信號，因此與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要有莫屬轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器這兩個環(huán)節(jié)。

計(jì)算機(jī)把通過測量元件、變送單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號，直接反饋到輸入端與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后根據(jù)要求按偏差進(jìn)行運(yùn)算，所得到數(shù)字量輸出信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對被控對象進(jìn)行控制，使被控變量穩(wěn)定在設(shè)

定值上。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)硬件指計(jì)算機(jī)本身及外圍設(shè)備。硬件包括計(jì)算機(jī)、過程輸入輸出接口、人機(jī)接口、外部存儲器等。軟件系統(tǒng)是能完成各種功能計(jì)算機(jī)程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件跟應(yīng)用軟件。

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在這種應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)只承擔(dān)數(shù)據(jù)的采集跟處理工作，而不直接參與控制。它對生產(chǎn)過程各種工藝變量進(jìn)行巡回檢測、處理、記錄及變量的超限報(bào)警，同時對這些變量進(jìn)行累計(jì)分析和實(shí)時分析，得出各種趨勢分析，為操作人員提供參考。

（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)根據(jù)控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后將結(jié)果經(jīng)過過程輸出通道，作用到被控對象，從而使被控變量符合要求的性能指標(biāo)。與模擬系統(tǒng)不同之處在于，在模擬系統(tǒng)中，信號的傳送不需要數(shù)字化；而數(shù)字系統(tǒng)必須先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出控制信號也必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后才能驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)有較強(qiáng)的計(jì)算能力，所以控制算法的改變很方便。

微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門跨學(xué)科以及應(yīng)用性、技術(shù)性、綜合性都很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課程，要求具備較強(qiáng)的自動控制理論、微型計(jì)算機(jī)原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)知識。通過學(xué)習(xí)，要求掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制原理和分析設(shè)計(jì)方法，具備基本的設(shè)計(jì)技能，能夠設(shè)計(jì)出簡單的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。學(xué)習(xí)該課程對我們工科專業(yè)的學(xué)生是十分重要而有用的。

09熱工(1)班姚躍輝

第三篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

一、填空題

1、所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。

2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理的三個步驟：實(shí)時數(shù)據(jù)采集、實(shí)時控制決策、實(shí)時控制輸出

3、實(shí)時性：是指工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該具有的能夠在限定時間內(nèi)對外來事件作出反應(yīng)的特性。

4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種典型類型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工業(yè)計(jì)算機(jī)有哪些特點(diǎn)：可靠性高、實(shí)時性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、模塊化設(shè)計(jì)，完善的O/I通道、系統(tǒng)擴(kuò)充性好、系統(tǒng)開放性好、控制軟件包功能強(qiáng)。

二、作圖題

1、作出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖

2、作出計(jì)算機(jī)制導(dǎo)控制系統(tǒng)（OIS）的系統(tǒng)框圖

三、問答題

1、計(jì)算機(jī)總線大致可分為幾類？其內(nèi)部總線又可分為幾類？

2、簡述smith預(yù)估控制的基本思想。

3、常見的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線體系結(jié)構(gòu)有哪幾種？

4、什么是數(shù)字濾波？常用的數(shù)字濾波有哪些方法？

5、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的干擾來源有哪幾類？各類干擾又有哪些具體形式？

6、現(xiàn)場總線的定義是什么？

四、論述題

1、論述DCS、FCS各自的含義是什么？

五、計(jì)算題

關(guān)于PID控制，要求：

1、寫出模擬PID控制器的控制規(guī)律及其傳遞函數(shù)。

2、推導(dǎo)出位置式數(shù)字PID的控制算式。

3、推導(dǎo)出增量式數(shù)字PID的控制算式。

關(guān)于模糊控制

六、設(shè)計(jì)題

現(xiàn)要求用80C51單片機(jī)處理A、B、C三個輸入信號，其中A為0-20V的交流信號，B為0-10mA的直流電流信號，C為0/24V的直流電壓開關(guān)信號，要求得到A、B信號的幅值及C信號的狀態(tài)。其中ADC采用ASC0809。請補(bǔ)充必要的電子元器件，并將元器件正確連接（可用網(wǎng)絡(luò)符號）。

提示：交流信號？整流，開關(guān)

第四篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件范文

第1講 緒論 主要內(nèi)容：

1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

控制對象的復(fù)雜化→控制系統(tǒng)的復(fù)雜化（多輸入—多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、時變和分布參數(shù)系統(tǒng)等等）→常規(guī)控制方法和手段難以實(shí)現(xiàn)→微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)并應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域，使自動控制水平產(chǎn)生了巨大的飛躍。

自動控制是在非人工直接參與的前提下，應(yīng)用自動控制裝置自動地、有目的地控制設(shè)備和生產(chǎn)過程，使他們具有一定的狀態(tài)和性能，完成相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。自動控制系統(tǒng)一般可以分為：開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。

所定謂開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器按照先驗(yàn)的控制方案對對象或系統(tǒng)進(jìn)行控制，使被控制的對象或系統(tǒng)能夠按照約來運(yùn)動或變化。如圖1.1所示。

閉環(huán)控制系統(tǒng)是按照偏差進(jìn)行的控制，較開環(huán)控制系統(tǒng)增加了一個比較環(huán)節(jié)和一個來自被控參數(shù)的反饋信號。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可簡單地歸納為三個過程：（1）信息的獲取（2）信息的處理（3）信息的輸出 1.2.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成

典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)、過程控制通道、操作控制臺和常用的外設(shè)，應(yīng)該指出的是，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件不可少的一部分。1.主機(jī)

主機(jī)是指我們用于控制的計(jì)算機(jī)，它主要由CPU、存儲器和接口三大部分組成，是整個系統(tǒng)的核心。

目前使用的主機(jī)有：單片機(jī)、PLC、工業(yè)PC等。

它主要完成數(shù)據(jù)和程序的存取、程序的執(zhí)行、控制外部設(shè)備和過程通道中的設(shè)備的工作，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和網(wǎng)絡(luò)通信。

由于CPU技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主機(jī)還要完成對一些含CPU設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制。2 過程控制通道

過程控制通道是被控對象與主機(jī)進(jìn)行信息交換的通道，根據(jù)信號的方向和形式，過程控制通道又可分為：（1）模擬量輸入通（2）模擬量輸出通道（3）數(shù)字量輸入通道（4）數(shù)字量輸出通道 3.操作控制臺

操作控制臺是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)交互的關(guān)鍵設(shè)備。通過操作控制臺，操作人員可以及時了解被控對象的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)；對控制系統(tǒng)發(fā)出各種控制的操作命令，并且通過操作控制臺還可以修改控制方案和程序。操作控制臺包括：（1）信息的顯示（2）信息的記錄（3）工作方式狀態(tài)的選擇（4）信息輸入 4.通訊設(shè)備

通訊設(shè)備已成為計(jì)算機(jī)硬件的一個重要部分。這些設(shè)備可以完成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信息交換。1.2.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件

?系統(tǒng)軟件是維持計(jì)算機(jī)運(yùn)行操作的基礎(chǔ)，是用于管理、調(diào)度、操作計(jì)算機(jī)的各種資源，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控與診斷，提供各種開發(fā)支持的程序。包括：操作系統(tǒng)、監(jiān)控管理程序、故障診斷程序、各種計(jì)算機(jī)語言及解釋、編譯工具，一般由供應(yīng)商提供或?qū)I(yè)人員開發(fā)，用戶不需自己設(shè)計(jì)開發(fā)。

?應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)控制對象、控制要求，為實(shí)現(xiàn)高效、可靠、靈活的控制而自行編寫的各種程序。包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、鍵盤的處理、過程控制算法、輸出與控制等程序。

1.2.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

?按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為：開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)； ?按控制規(guī)律分為：程序和順序控制、常規(guī)控制、高級控制（最優(yōu)、自適應(yīng)、預(yù)測、非線性等）、智能控制（FUZZY控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）

?按系統(tǒng)功能分為：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)六大類。

?控制過程：計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)輸入通道對生產(chǎn)過程各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行采集，根據(jù)工藝和生產(chǎn)的需求進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算出優(yōu)化的操作條件和參數(shù)，利用其輸出設(shè)備，將其結(jié)果顯示或打印。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的結(jié)果改變控制器的參數(shù)或設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，屬于計(jì)算機(jī)離線最優(yōu)控制的一種形式。

?該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、控制安全、靈活，由于人的介入使該系統(tǒng)可以應(yīng)用于一些復(fù)雜的不便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制的場合。

計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)集散系統(tǒng)的最初、最基本的模式。分為兩種結(jié)構(gòu)：SCC+模擬調(diào)節(jié)器，SCC+DCC（兩級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）。如圖1.7所示 ：

一、常用的傳感器類型

?壓力檢測及變送 ?溫度檢測和變送 ?流量檢測及變送 ?物位檢測及變送

?其它檢測儀表和裝置（接近開關(guān)、光電開關(guān)、測速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、測厚儀表）

二、變送器的信號傳輸及供電線制

1.氣動變送器：用兩根氣動管線分別傳送氣源和輸出信號。它的氣源或電源從控制室送來，而輸出信號送到控制室。

2.電動模擬式變送器：采用二線制或四線制傳輸電源和輸出信號。

2.2 過程控制中常用的執(zhí)行器

執(zhí)行器在過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分。它的作用是接收控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。

一、執(zhí)行器的分類

1.按動力能源分：氣動、電動、液動

2.按動作極性分：正作用執(zhí)行器和反作用執(zhí)行器

3.按動作行程分：角行程執(zhí)行器和直行程執(zhí)行器

4.按動作特性分：比例式執(zhí)行器和積分式執(zhí)行器

二、氣動執(zhí)行器

1.原理：利用壓縮空氣作為能源

2.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆，而且價格較低；它可以方便的與氣動儀表配套使用，即使是采用電動儀表或計(jì)算機(jī)控制時，只要經(jīng)過電/氣轉(zhuǎn)換器或電/氣閥門定位器，將電信號轉(zhuǎn)換為0.02~0.1MPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號，仍然可用氣動執(zhí)行器。

三、電動執(zhí)行器

1.原理：它接收來自控制器的4~20mA或0~10mA直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動控制

2.分類：直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式等類型

3.結(jié)構(gòu)：電動執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，如下圖： 現(xiàn)場總線執(zhí)行器

現(xiàn)場總線的智能執(zhí)行器由傳統(tǒng)的執(zhí)行器、含有微處理器的控制器以及可與PC或PLC雙向通信的模件及軟件組成，具有與上位機(jī)或控制系統(tǒng)通信的功能

?智能化和高精度的系統(tǒng)控制功能

?一體化的結(jié)構(gòu)

?智能化的通信功能

?智能化的自診斷功能

2.3 運(yùn)動控制中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

?直流伺服電機(jī) ?交流伺服電機(jī) ?步進(jìn)電機(jī)

?電磁閥和液壓閥

第3講 計(jì)算機(jī)總線技術(shù) 主要內(nèi)容：

1.總線的基本概念

2.內(nèi)部總線

3.外部總線

?隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，總線技術(shù)也得到不斷創(chuàng)新。先后出現(xiàn)了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等總線技術(shù)。

?芯片內(nèi)部的總線技術(shù)也在不斷發(fā)展，AMBA、Core Connect、CoreRAM等已經(jīng)形成集成電路內(nèi)部十分具有競爭力的總線標(biāo)準(zhǔn)。

?工業(yè)控制的PROFIBUS，F(xiàn)F等現(xiàn)場總線技術(shù)。

?總線的數(shù)據(jù)傳輸速度也不斷提升，目前，AGP局部總線數(shù)據(jù)可達(dá)528MB/s，PCI-X可達(dá)1GB/s，系統(tǒng)總線傳輸速率也由66MB/s提高到100MB/s甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。

一、總線的基本概念

（2）按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置分

56根并行總線按功能可分為五大類 ?a邏輯電源線6根(引線1～6)?a數(shù)據(jù)總線8根(引線7～14)?a地址總線16根(引線15～30)?a控制總線22根(引線31～52)?a輔助電源線4根(引線53～56)

–ISA總線：問世較早，是8位、16位數(shù)據(jù)傳輸總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

最高傳輸速率8Mbps；尋址空間16MB；將CPU看作唯一的主模塊，其余外設(shè)均為從模塊，包括可以暫時掌握總線的DMA和協(xié)處理器；98根總線分成5類：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時鐘線和電源線

–MCA：微通道體系結(jié)構(gòu)。IBM在推出386時提出，數(shù)據(jù)、地址總線寬度32位，支持4GB的尋址能力；數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps；在電氣及物理上與ISA不兼容；IBM沒有公布標(biāo)準(zhǔn)

–EISA總線：89年推出486時提出，32位數(shù)據(jù)總線，支持32位地址通路；總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器；與ISA兼容，支持多個主模塊；可以自動根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換；支持多總線主控模塊；

–PCI高性能局部總線：92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)；支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式；具有即插即用功能(PnP)；最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps；兼容性強(qiáng)、成本低

?PCI總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統(tǒng)嵌入自動配置軟件，在加電時自動配置PCI擴(kuò)展卡，為用戶提供了簡便的使用方法。

?又稱為通信總線，用于計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測量儀器儀表之間的通信。

?該類總線不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已有的總線，而是利用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)。外部總線又分為并行總線和串行總線。?常用的外部總線：

IEEE-488總線

RS-232-C總線

RS-422和RS-485總線

通用串行總線（USB）

?IEEE-488總線是一種并行外部總線，專門用于計(jì)算機(jī)與測量儀器、輸入輸出設(shè)備，以及這些儀器設(shè)備之間的并行通信。

?IEEE-488是1970年由美國惠普公司開發(fā)的并行通訊總線,總線上連接的設(shè)備有三種，工作方式也有三種: ?聽者（?°受話?±方式）：同時可有多個 ?講者（?°送話?±方式）：每時只能有一個 ?控者（?°控制?±方式）：每時只能有一個

（2）IEEE-488總線的連接示意圖

–采用異步方式，利用三條控制線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三線握手的數(shù)據(jù)傳輸

–數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒1M字節(jié) –總線上的設(shè)備數(shù)不得多于15個

–電纜總長度不超過20m，兩設(shè)備間不超過2m –采用負(fù)邏輯

?不用MODEM的直接通信線路

（2）USB設(shè)備的主要特點(diǎn)

–采用USB接口的設(shè)備支持熱拔插)–USB接口可以同時連接127臺USB設(shè)備。–速度方面，USB 1.1總線規(guī)范定義了12 Mb/s的帶寬，而USB2.0可提供480Mb/s的傳輸速度。–USB總線能夠提供500 mA的電流

USB總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個類型 –USB主機(jī)

–USB 集線器（HUB）

–USB總線的設(shè)備，又稱USB功能外設(shè)

第4講

過程通道與人機(jī)接口

過程通道:是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量（開關(guān)量）輸入通道、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出通道。本講主要內(nèi)容 1.模擬量輸入通道 2.模擬量輸出通道 3.數(shù)字量輸入輸出通道 4.人機(jī)接口

模擬量輸入通道（A/D接口）的組成

?模擬量輸入通道的組成 –傳感變送器

–輸入信號調(diào)理電路 –多路模擬切換開關(guān) –前置放大器 –采樣保持器

–模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）–控制電路等

五、A/D轉(zhuǎn)換

?A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。

?模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。?A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。

1.A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

（2）逐次逼近法

2.A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)

（1）ADC0809

CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，主要特性：

1）它是具有8路模擬量輸入、8位數(shù)字量輸出功能的A/D轉(zhuǎn)換器。

2）轉(zhuǎn)換時間為100μs。

3）模擬輸入電壓范圍為0V～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。

4）低功耗，約15mW。

1）查詢法

優(yōu)點(diǎn):接口電路設(shè)計(jì)簡單。

缺點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占CPU，致使CPU運(yùn)行效率降低。2）定時法

優(yōu)點(diǎn):接口電路設(shè)計(jì)比查詢法簡單，不必讀取EOC的狀態(tài)。

缺點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占CPU，致使CPU運(yùn)行效率降低；另外還必須知道A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間。3）中斷法

優(yōu)點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換期間CPU可以處理其它的程序，提高CPU的運(yùn)行效率。

缺點(diǎn)：接口電路復(fù)雜

④ ADC0809的接口電路

（2）12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574

② AD574的工作過程

③ AD574的接口電路

4.A/D轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù) 主要采用光電耦合器 4.2 模擬量輸出通道

一、D/A轉(zhuǎn)換器

7.D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)

8.D/A轉(zhuǎn)換器的種類

（1）DAC0832結(jié)構(gòu)框圖及引腳說明

① CPU執(zhí)行輸出指令，輸出8位數(shù)據(jù)給DAC0832；

② 在CPU執(zhí)行輸出指令的同時，使ILE、/CS、/WR1三個控制信號端都有效，8位數(shù)據(jù)鎖存在8位輸入寄存器中；

③ 當(dāng)/WR2、/XFER兩個控制信號端都有效時，8位數(shù)據(jù)再次被鎖存到8位DAC寄存器，這時8位D/A轉(zhuǎn)換器開始工作，8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的模擬電流，從Iout1和Iout2輸出。

三、D/A接口的隔離技術(shù) 通常采用光電耦合器

兩種隔離方式：模擬信號隔離和數(shù)字信號隔離

2.數(shù)字量隔離

4.4數(shù)字量輸入輸出通道

1.數(shù)字量（開關(guān)量）的概念 –開關(guān)的閉合與斷開

–指示燈的亮與滅

–繼電器或接觸器的吸合與釋放

–電機(jī)的啟動與停止

–設(shè)備的安全狀況等

功能：對現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離，以轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號

3．常用的幾種數(shù)字量輸入的接線方式

二、數(shù)字量輸出通道

2．輸出驅(qū)動電路

第5講

數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)

?數(shù)字控制器概述

?數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì) ?數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì) ?數(shù)字PID控制算法 ?常規(guī)控制方案 ?先進(jìn)控制方案

5.1 數(shù)字控制器概述

?整定過程：先按模擬PID控制器參數(shù)整定方法來選擇，然后再適當(dāng)調(diào)整，并考慮采樣周期對整定參數(shù)的影響

2.擴(kuò)充響應(yīng)曲線法（動態(tài)特性法）

?三種常用指標(biāo)：

?最佳整定參數(shù)應(yīng)使這些積分指標(biāo)最小，不同積分指標(biāo)所對應(yīng)的系統(tǒng)輸出被控變量響應(yīng)曲線稍有差別

?一般情況下，ISE指標(biāo)的超調(diào)量大，上升時間短；IAE指標(biāo)的超調(diào)量適中，上升時間稍短；ITAE指標(biāo)的超調(diào)量小，調(diào)整時間也短，用得較多

5.4 常規(guī)控制策略

一、串級控制系統(tǒng)

二、前饋控制系統(tǒng)

1）典型的前饋-反饋控制系統(tǒng)

第6講

常用控制程序設(shè)計(jì)

?軟件系統(tǒng)概述

?測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) ?查表及數(shù)據(jù)排序技術(shù) ?數(shù)字濾波技術(shù)

應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個模塊：

?系統(tǒng)界面模塊 ?采集模塊 ?控制模塊 ?數(shù)據(jù)處理模塊 ?打印顯示模塊 ?數(shù)據(jù)存儲模塊 ?數(shù)據(jù)傳輸模塊等

一、程序設(shè)計(jì)步驟

第7講 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的 抗干擾技術(shù)

?干擾的傳播途徑與作用方式

?硬件抗干擾技術(shù) ?軟件抗干擾技術(shù)

7.1 干擾的傳播途徑與作用方式

一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中干擾的來源

二、干擾的傳播途徑

?在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場，往往有許多強(qiáng)電設(shè)備，它們的啟動和工作過程中將產(chǎn)生干擾電磁場，另外還有來自空間傳播的電磁波和雷電的干擾，以及高壓輸電線周圍交變磁場的影響等。

–電場耦合又稱靜電耦合，是通過電容耦合竄入其他線路的。–電場干擾可以通過兩根導(dǎo)線之間構(gòu)成的分布電容竄入系統(tǒng)

–在任何載流導(dǎo)體周圍都會產(chǎn)生磁場，當(dāng)電流變化時會引起交變磁場，該磁場必然在其周圍的閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢引起干擾。

–在設(shè)備內(nèi)部，線圈或變壓器的漏磁也會引起干擾；在設(shè)備外部，平行架設(shè)的兩根導(dǎo)線也會產(chǎn)生干擾，由于感應(yīng)電磁場引起的耦合，可以計(jì)算感應(yīng)電壓

–公共阻抗耦合干擾是由于電流流過回路間公共阻抗，使得一個回路的電流所產(chǎn)生的電壓降影響到另一回路

–在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，普遍存在公共耦合阻抗，例如，電源引線、印刷電路板上的地和公共電源線、匯流排等。這些匯流條都具有一定的阻抗，對于多回路來講，就是公共耦合阻抗

三、干擾的作用方式

按干擾作用方式的不同，可分為差模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾

（1）定義：是指系統(tǒng)的兩個信號輸入端上所共有的干擾電壓,共模干擾也稱為共態(tài)干擾或縱向干擾

（2）產(chǎn)生共模干擾的原因：

計(jì)算機(jī)的地、信號放大器的地與現(xiàn)場信號源的地一般相隔一段距離，在兩個接地點(diǎn)之間往往存在一個電位差Vc，該電位差是系統(tǒng)信號輸入端上共有的干擾電壓，會對系統(tǒng)產(chǎn)生共模干擾

（3）表現(xiàn)方式：

對于系統(tǒng)的干擾來說，共模干擾大都通過差模干擾的方式表現(xiàn)出來。

結(jié)論：

?對于存在共模干擾的場合，應(yīng)采用雙端差動輸入方式

?為了衡量一個放大器抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR表示，即

（1）定義：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場信號到控制計(jì)算機(jī)以及控制計(jì)算機(jī)到現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，都經(jīng)過一段較長的線路進(jìn)行信號傳輸，即長線傳輸。（2）信號在長線中傳輸遇到的三個問題

一是波反射現(xiàn)象：高速變化的信號在長線中傳輸時，會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象

二是信號延時

三是外界干擾 7.2 硬件抗干擾技術(shù)

二、接地系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

在過程控制計(jì)算機(jī)中，對上述各種地的處理一般是采用分別回流法單點(diǎn)接地。

單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地 2.輸入系統(tǒng)的接地

?在輸入通道中，為防止干擾，傳感器、變送器、和信號放大器通常采用屏蔽罩進(jìn)行屏蔽，而信號線往往采用屏蔽信號線。屏蔽層的接地也應(yīng)采取單點(diǎn)接地方式，關(guān)鍵是確定接地位置。3.主機(jī)系統(tǒng)的接地

?為了提高計(jì)算機(jī)的抗干擾能力，將主機(jī)外殼作為屏蔽。而把機(jī)內(nèi)器件架與外殼絕緣，絕緣電阻大于50MΩ，即機(jī)內(nèi)信號地浮地。

三、過程通道的抗干擾技術(shù)

?過程通道是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集輸入和輸出通道，它包括了現(xiàn)場信號源、信號線、轉(zhuǎn)換設(shè)備、I/O接口電路，主機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

?過程通道涉及內(nèi)容多，分布廣，受干擾的可能性大，其抗干擾問題非常重要。?過程通道干擾的來源是多方面的，主要有共模干擾、差模干擾和長線干擾。（1）變壓器隔離

?變壓器隔離：利用隔離變壓器將模擬信號電路與數(shù)字信號電路隔離開，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_，以使共模干擾電壓不能構(gòu)成回路，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。另外，隔離后的兩電路應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源供電，切斷兩部分的地線聯(lián)系.?這種隔離適用于無直流分量信號的通路。對于直流信號，也可通過調(diào)制器變換成交流信號，經(jīng)隔離變壓器后，用解調(diào)器再變換成直流信號。（2）光電隔離

?光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管（或達(dá)林頓管、或晶閘管等）封裝在一個管殼內(nèi)組成, 實(shí)現(xiàn)以光為媒介的電信號傳輸。（3）浮地屏蔽

?浮地屏蔽：指信號放大器采用雙層屏蔽，輸入為浮地雙端輸入，如圖示。這種屏蔽方法使輸入信號浮空，達(dá)到了抑制共模干擾的目的。2.差模干擾的抑制 3.長線傳輸干擾的抑制

–同軸電纜對于電場干擾有較強(qiáng)的抑制作用，工作頻率較高。雙絞線對于磁場干擾有較好的抑制作用，絞距越短，效果越好。在電場干擾較強(qiáng)時須采用屏蔽雙絞線。

–在使用雙絞線時，盡可能采用平衡式傳輸線路。所謂平衡式傳輸線路，是雙絞線的兩根線不接地傳輸信號。因?yàn)檫@種傳輸方式具有較好的抗差模干擾能力，外部干擾在雙絞線中的兩條線中產(chǎn)生對稱的感應(yīng)電動勢，相互抵消。同時，對于來自地線的干擾信號也受到抑制。4.終端阻抗匹配

?為了消除長線的反射現(xiàn)象，可采用終端或始端阻抗匹配的方法。5.始端阻抗匹配

始端阻抗匹配：在長線的始端串入電阻R，通過適當(dāng)?shù)倪x擇R，以消除波反射

7.3 軟件抗干擾技術(shù) 2.輸入數(shù)字信號的抗干擾 3.輸出數(shù)字信號的抗干擾

?由于干擾，可能使計(jì)算機(jī)輸出的正確數(shù)字信號，在輸出設(shè)備中得到的卻是錯誤信號。

在軟件上可以采取以下一些方法提高抗干擾能力：

二、CPU及程序的抗干擾技術(shù)

?CPU是計(jì)算機(jī)的核心。當(dāng)CPU受到干擾不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序時，就會引起計(jì)算機(jī)控制的混亂，所以需要采取措施，使CPU在受到干擾的情況下，盡可能無擾地恢復(fù)系統(tǒng)正常工作。1.指令冗余

?當(dāng)CPU受到干擾，程序“跑飛”后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令代碼來執(zhí)行，從而引起整個程序的混亂。采用指令冗余技術(shù)是使程序從“跑飛”狀態(tài)，恢復(fù)正常的一種有效措施。2.軟件陷阱

?軟件陷阱是在非程序區(qū)的特定地方設(shè)置一條引導(dǎo)指令（看作一個陷阱），程序正常運(yùn)行，不會落入該引導(dǎo)指令的陷阱，當(dāng)CPU受到干擾，程序“跑飛”時，如果落入指令陷阱，將由引導(dǎo)指令將“跑飛”的程序強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到出錯處理程序，由該程序段進(jìn)行出錯處理和程序恢復(fù)。3.Watchdog技術(shù)

?當(dāng)程序“跑飛”到一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中時，冗余指令和軟件陷阱將不起作用，造成系統(tǒng)完全癱瘓?？撮T狗技術(shù)，可以有效解決這一問題

第五篇：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)總結(jié)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)總結(jié)

5.17去了東區(qū)做完了兩個實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這門課算是落下了帷幕。這門課雖然結(jié)束了，但這門課里面所講述的內(nèi)容，對我們以后的工作將是意義深遠(yuǎn)。上學(xué)期我們學(xué)習(xí)了自動控制技術(shù)，但是這門課更多的是包含了自動控制技術(shù)里的理論知識和一些定理的推算證明，此外也涉及到了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，這是一門以計(jì)算機(jī)為控制核心的學(xué)科。如今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已成為當(dāng)今自動控制的主流系統(tǒng)，已逐步取代傳統(tǒng)的模擬檢測、調(diào)節(jié)、顯示、記錄、控制等儀器設(shè)備和很大部分人工操作管理，并且可以采用較復(fù)雜的計(jì)算機(jī)方法和處理方法，是受控對象的動態(tài)過程按規(guī)定方式和技術(shù)要求運(yùn)行，完成各種過程控制、操作管理等任務(wù)。

這本書我們一共學(xué)習(xí)了7章，下面我將一章一章的進(jìn)行總結(jié)。

第一章 緒論

（1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是有各種各樣的計(jì)算機(jī)參與控制的一類控制系統(tǒng)

（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成：由計(jì)算機(jī)、外部設(shè)備、操作臺、輸入通道、輸出通道、檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對象以及相應(yīng)的軟件

（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分類：計(jì)算機(jī)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、計(jì)算積分及控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)

（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)信號的采樣與恢復(fù)

（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢

第二章 Z變換及Z傳遞函數(shù)

（1）Z變換的定義

?時域（2）

f*(t)??f(kT)?(t?kT)k?0

F*?s???f?kT?e?skT

k?0?

s 域

?

Z[f(t)]?Z[f*(t)]?F(z)??f(kT)z?kZ域

k?0

（3）求Z變換方法：級數(shù)求和法、部分分式法

（4）常用信號Z的變換（P19-20），常用Z變化表（P27）

（5）z 變換的基本定理：線性定理、滯后定理、超前定理、終值定理、卷積和定理、求和定理、初值定理、位移定理、微分定理

（6）求Z反變換：長除法、部分分式法、留數(shù)計(jì)算法

（7）廣義Z變換：超前情況、滯后情況

（8）Z傳遞函數(shù)的求法：用拉氏反變換求脈沖過渡函數(shù)，將g(t)按采樣周期T離散化，得g(kT)，應(yīng)用定義求出Z傳遞函數(shù)

第三章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分析

（1）離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：閉環(huán)Z傳遞函數(shù)的全部極點(diǎn)應(yīng)位于Z平面的單位圓內(nèi)。

（2）Routh穩(wěn)定性準(zhǔn)則在離散系統(tǒng)的應(yīng)用（P41）

z?或 z?（3）被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值附近±5%或±3%的范圍內(nèi)就可以表明過渡過程已經(jīng)結(jié)束

第四章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計(jì)

（1）最少拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則:1對于特定的參考輸入信號，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)

在采樣時刻精確實(shí)現(xiàn)對輸入的跟蹤。2系統(tǒng)以最快速度達(dá)到穩(wěn)態(tài)。3D(z)應(yīng)是物理可實(shí)現(xiàn)的。4閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)是穩(wěn)定的。

(2)三個假設(shè)條件:1G(z)在單位圓上和圓外無極點(diǎn)，（1，j0）點(diǎn)除外；2 G(z)在單位圓上和圓外無零點(diǎn)；3 G0(s)中不含純滯后，q是T的整數(shù)倍。

(3)避免發(fā)生D(z)與G(z)的不穩(wěn)定零極點(diǎn)對消，應(yīng)滿足如下穩(wěn)定性條件: 1．We(z)的零點(diǎn)應(yīng)包含G(z)中全部不穩(wěn)定的極點(diǎn)。2．G(z)在單位圓上或圓的零點(diǎn)應(yīng)全部包含在希望閉環(huán)Z傳遞函數(shù)W(z)的零點(diǎn)中。3．如果G(z)中含有純滯后的環(huán)節(jié)即z-N（N為整數(shù)），則G(z)分子中的z-1因子應(yīng)全部包含在W(z)分子中，這會使系統(tǒng)過渡過程時間延長。

第五章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計(jì)

(1)模擬控制器的離散化方法：沖擊不變法，加零階保持器的Z變換法，差分變化法，雙線性變換法，頻率預(yù)畸雙線性變換法，零、極點(diǎn)匹配法

（2）數(shù)字PID控制算法：位置式、增量式

（3）算法改進(jìn)：積分分離PID算法，不完全微分PID算法，微分先行PID算法，帶死區(qū)PID算法，抗積分飽和PID算法

（4）參數(shù)調(diào)定：試湊法

第八章 復(fù)雜控制規(guī)律系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）Smith預(yù)估控制的基本原理：引入預(yù)估補(bǔ)償器，使得補(bǔ)償 以后的閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程中不包含純滯后特性。

(2)純滯后補(bǔ)償控制的數(shù)字控制算法步驟:① 計(jì)算反饋回路的偏差② 計(jì)算純滯后補(bǔ)償器的輸出③計(jì)算偏差④計(jì)算控制器的輸出

（3）純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用:減溫器溫度純滯后補(bǔ)償控制,精餾塔的溫度純滯后補(bǔ)償控制

（4）串級控制系統(tǒng)控制原理: 單回路負(fù)反饋控制。

（5）串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則:系統(tǒng)中的主要擾動應(yīng)該包含在副控回路之中, 副控回路中應(yīng)該盡量包含積分環(huán)節(jié)

（6）串級控制系統(tǒng)基本概念:主調(diào)節(jié)回路用于保證控制精度，系統(tǒng)中起“細(xì)調(diào) ”作用，主調(diào)節(jié)器一般采用 PID 控制器。副調(diào)節(jié)回路用于克服主要干擾，系統(tǒng)中起“粗調(diào) ”作用，副調(diào)節(jié)器一般采用 P或PI 控制器。

第十二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則:1．系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)良的操作性能2．通用性好、便于擴(kuò)充3．可靠性高4．實(shí)時性好5．設(shè)計(jì)周期要短，價格要便宜

(2)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟:

1．研究被控對象、確定控制任務(wù)

2．確定系統(tǒng)整體方案

3．建立數(shù)學(xué)模型，確定控制算法

4．硬件的設(shè)計(jì)

5．軟件的設(shè)計(jì)

6．系統(tǒng)仿真與調(diào)試

7．現(xiàn)場安裝調(diào)試

(3)干擾的抑制方法:1接地方式2．屏蔽技術(shù)3．隔離技術(shù)4．串模干擾的抑制5．共模干擾的抑制6．電源噪聲的抑制7．提高軟件可靠性

由于上課時間有限，自己學(xué)習(xí)能力還有待于加強(qiáng)，關(guān)于這門課以后還需要我們多花點(diǎn)時間去多翻翻書。以后如有機(jī)會到計(jì)算機(jī)類軟硬件公司、電子設(shè)備公司、各類企事業(yè)單位等從事有關(guān)控制系統(tǒng)的硬件開發(fā)、技術(shù)支持等工作，都會用到這門課。盡管這是一門考查課，但我們不能放松。否則一旦踏上工作崗位會有“書到用時方很少” 的悔感，那是我們就后悔也莫及了，所以一定要在畢業(yè)之前掌握好各門專業(yè)課。最后真心要感謝葉樹霞老師，不僅是教了我們這門課，更多的是一種敬佩。我們上課的時候，由于一部分無心學(xué)習(xí)的同學(xué)，教室里吵雜。但是老師總是會把該講的都講到，不會因?yàn)槟承┩瑢W(xué)不想學(xué)就不教，教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真負(fù)責(zé)。