第5章_过程通道.
微型计算机原理及应用期末考试复习题
第一章一、填空1、在现代工业中，计算机控制系统的工作原理包括、、三个基本步骤。
答案：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出知识点：计算机控制系统的工作原理参考页：P2学习目标：1（熟悉计算机控制系统的结构、组成及工作原理）难度系数：2题型：填空2、微型计算机控制系统的硬件由、、和组成。
答案：主机、输入输出通道、外部设备、测量变送与执行机构知识点：计算机控制系统组成参考页：P3学习目标：1（熟悉计算机控制系统的结构、组成及工作原理）难度系数：3题型：填空3、一般的计算机控制系统由、、、等部分组成。
答案：计算机、I/O 接口电路、通用外部设备、工业生产对象知识点：计算机控制系统组成参考页：P3学习目标：1（熟悉计算机控制系统的结构、组成及工作原理）难度系数：3题型：填空4、计算机控制系统中常用的控制器有、、、、等。
答案：可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器答案：按生产过程控制的特点和要求知识点：计算机控制系统的主机参考页：P3-P5学习目标：2（熟悉常用的计算机控制系统主机）难度系数：1题型：填空5、计算机控制系统主要有六类，分别是直接数字控制系统、操作指导控制系统、、、、。
答案：计算机监督控制系统、分布式控制系统、计算机集成制造系统、综合自动化系统知识点：计算机控制系统的典型形式参考页：P5学习目标：3（熟悉计算机控制系统的典型形式及其特点）难度系数：2题型：填空6、DDC 系统的最大优点是。
答案：用一台计算机控制多个回路知识点：计算机控制系统的典型形式参考页：P6学习目标：3(熟悉计算机控制系统的典型形式及其特点)难度系数：2题型：填空7、软件是工业控制机的程序系统，它可分为、、 3 个部分。
答案：系统软件、支持软件、应用软件知识点：工业控制计算机的软件组成参考页：P10学习目标：4(熟悉工业控制计算机的组成、总线结构和特点)难度系数：2题型：填空8、计算机控制系统的发展趋势为、、、。
计算机控制系统
计算机控制系统复习题第一章一、下列知识点可出单选题或填空题1. 控制器将反馈信号与设定值进行比较并产生控制量。
2. 变送器将被控参量转换成电信号。
3. 模数转换器(A/D转换器)将模拟量转换成数字量。
4. 数模转换器(D/A转换器)将数字量转换成模拟量。
5. 测量检测器对被控对象的参数进行检测。
6. 自动控制系统通常由被控对象、检测传感装置、控制器组成。
7. 计算机控制系统的典型结构有：操作指导控制系统ODC直接数字控制系统DDC计算机监督控制系统SCC集散控制系统DCS现场总线控制系统FCS8. 计算机控制系统常用的时域指标有：延迟时间t d、上升时间t r、峰值时间t p、调节时间t s、超调量匚% ；_9. 计算机控制系统包括计算机和生产过程两大部分。
10. 计算机控制系统是指采用了数字控制器的自动控制系统。
二、下列知识点可出名词解释和简答题1. 实时数据采集：对被控参数按一定的采样时间间隔进行检测，并将结果输入计算机。
2. 实时计算：对采集到的被控参数进行处理后，按预先设计好的控制算法进行计算，决定当前的控制量。
3. 实时控制：根据实时计算得到的控制量，通过D/A转换器将控制信号作用于执行机构。
4. 实时管理：根据采集到的被控参数和设备的状态，对系统的状态进行监督与管理。
5. 直接数字控制系统：计算机代替模拟控制器直接对被控对象进行控制。
6. 与连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？(1) 计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。
(2) 在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的(数字控制器) ，修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。
(3) 计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
(4) 计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
(5) 一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路第二章一、下列知识点可出单选题或填空题1. 完成模拟量的采集并转换成数字量送人计算机的通道是模拟量输入通道。
物联网控制技术(复习)
2.简述什么是伺服电动机
答： 依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩，是伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式，
即在保持励磁电压不变的条件下，通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小，则转速越低；电
枢电压为零时，电动机停转。由于电枢电压为零时电枢电流也为零，电动机不产生电磁转矩，不会
即
,
' = ℰ*ℇ
min =
-./
因为
= −
所以
= −
*
− = ( * − * * )( − )
= * − * − * * + * *
= * − 2 * * + * *
硬气的系统动态性能下降，可以提高系统稳定性③比例微分控制在提高了系统动态性能
2.针对某连续被控对象，简述其经典 PID 控制器的微分方程与对应的传递函数。
答： （把公式中变量的定义写出来）
微分方程：
u = > +
1
/
+ B
()
传递函数：
D =
四、看图填空
5.模糊集合中每一个元素被赋予一个表征该元素属于模糊集合的隶属度。
6.引入隶属度之后，将人们对事物认识的模糊性转化为语义解释确定的主观性。
7.模糊控制以模糊数学为基础，运用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行决策
的一种高级计算机控制策略。
二、判断题
1.从控制原理的角度，PID 调节器是参数可以调整的 PID 控制器。（对）
5.伺服电动机和步进电动机是最常用的控制电机。
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.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。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(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。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
最新Photoshop图像处理能力教程 教学课件 作者 孙振池 等 第5章 使用蒙版和通道ppt课件
5.2.2 新建通道
按下【Alt】键并单击“通道”面板中的 【创建新通道】按钮
在“通道”面板菜单中选择“新建通道” 命令
5.2.3 使用与编辑通道
复制通道 删除通道 存储通道 选区与通道的相互转换 分离与合并通道 专色通道
5.3 合成图像
应用图像 计算
5.3.1 应用图像
八、病 史 资 料
患者，洪家祥，男，57岁，于2013年11月24日16：50步入 病房，来时T:36.0 P：56 R:19 BP:130/80。患者因“ 左眼红、磨3天”入院。患者于2013年11月21日无明显诱 因下出现左眼红、磨，曾在外院给予输液治疗（具体用药 不详），3天来未见明显好转，今来我科就诊，拟议“左 眼角膜溃疡”收住。病程中左眼疼痛、畏光流泪，饮食及 睡眠一般，二便正常。专科检查右眼视力0.1，左眼视力 0.1，左眼眼睑轻度水肿，结膜充血，巩膜无黄染，角膜 下方可见上皮缺损，创面灰白，前房深度正常，眼底见视 盘境界清，色淡红。右眼无异常，心电图：窦性心律，左 前分支传导阻滞。
三、临 床 表 现
患眼刺痛或头目剧痛，胞睑肿胀，羞明流泪，抱轮红赤， 或白睛混赤，黑睛骤起翳障，其色灰白或微黄，渐渐厚阔 ，四周高起，中间低陷，甚则深陷，状如花办或如碎米， 或如鱼鳞。未遮满瞳神者，瞳神可见，症重则出现瞳神紧 小，黑睛一般不溃破。亦有不从黑睛边际开始，而于黑睛 上先发星翳，连续窜生，后渐长大，溃后牵连混合而成者 。有的可溃破黑睛，变生蟹睛恶候，愈后遗留瘢痕，可严 重影响视力。
2、如有感冒等热性病发生，在发热期或发热后，须注意眼 部病情，做到早期发现，早期治疗。
3、已病后，要善于保养，并要注意眼部清洁，切不可乱加 揉擦。在强光下可戴防护眼镜。劝病人思想开阔，及时服 药点药，饮食注意清淡，保持大便通畅，以利早日康复。
计算机控制输入输出接口与过程通道
②达林顿阵列输出驱动继电器电路。 MC1416是达林顿阵列驱动器. 达林顿晶体管DT（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。 它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一 起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基 极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。
采用积分电路的小功率输入调理电路
目的：把开关K的状态转化成二进制状态。 原理：闭和K时，电容C放电，反相器反相 为1； 断开K时，电容C充电，反相器反相 为0。
问题：利用什么原理消除了抖动？
R—S触发器消除开关两次反跳电路
K
R3 +5V R45
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。
当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产 生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
2.1.2 数字量输入通道
•数字量输入通道结构 P C 总 线 生 产 过 程
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
地址译码器
2.3.1数字量输入通道
开关量：开关、电流、开关的触点等等 通道结构
输入
PC 总 线
输入 调理 电路
缓
冲器
来 自 生 产 过 程
地址译码器
输入缓冲器：三态门缓冲器74LS244（较为常见）
1 2
R3
C
当K断开时，光电二极管不 导通，晶体管不导通，经反相 器反相输出为0。 其中，用R1、R2进行分压， C进行滤波，要合理选择参数。
•大功率输入调理电路
－采用光电隔离
2.3
2.3.1
数字量输入输出接口与过程通道
数字量输入输出接口技术
1.数字量输入接口 2.数字量输出接口
过程通道的原理
过程通道的原理过程通道，也称为管道，是计算机系统中的一种通信机制，用于在不同的进程之间进行数据传输。
其原理可以分为以下几个方面：1. 进程间通信（IPC）：过程通道是一种进程间通信机制，用于在不同的进程之间传递数据。
进程是指在计算机系统中正在运行的程序实例，每个进程都有自己独立的内存空间。
过程通道提供了一种方式，使得不同的进程可以通过共享的通道进行数据传输。
2. 创建通道：为了使用过程通道进行数据传输，首先需要创建一个通道。
通道是一个管道或者缓冲区，用于存储将要传输的数据。
在创建通道时，系统会为其分配一块内存空间，用于存储数据。
3. 数据传输：一旦通道创建成功，进程就可以通过通道进行数据传输。
进程可以向通道写入数据，也可以从通道读取数据。
数据可以按顺序写入通道，并按顺序读取出来，这样可以保证数据的有序性。
4. 同步和异步：过程通道支持同步和异步的数据传输方式。
同步传输是指发送方在发送数据后要等待接收方读取数据才能继续发送，而异步传输是指发送方无需等待接收方的读取动作，可以立即继续发送数据。
5. 进程间同步：过程通道中的数据传输可以实现进程间的同步。
例如，一个进程可以向通道写入一个数据块，然后等待另一个进程从通道中读取该数据块，这样可以实现进程之间的同步。
6. 进程间异步：过程通道也支持进程间的异步传输。
例如，一个进程可以向通道写入多个数据块，而另一个进程可以以自己的速度从通道中读取这些数据块。
这种方式下，两个进程可以以不同的速度进行数据传输，提高了系统的吞吐量。
7. 缓冲区：过程通道通常会有一个缓冲区用于缓存数据。
缓冲区可以对数据进行存储和处理，以控制数据的流动。
当通道中的数据块未被读取时，可以将这些数据块存储在缓冲区中，以便后续读取。
8. 锁机制：为了确保数据在进程间的正确传输，过程通道通常使用锁机制进行数据的同步。
锁机制可以确保每次只有一个进程能够访问通道，从而防止数据的冲突和丢失。
总结起来，过程通道是一种进程间通信机制，通过创建通道和使用缓冲区来实现不同进程间的数据传输。
计算机控制技术06 过程通道
控
D/A 转换 器 计
I/O 接
...
算
口
机
D/A
信号
转换
处理
执行
器
电路
机构
多个D/A转换器结构
控 制 计 算 机
I/O 接 口
D/A 转换 器
多 路 开 关
信号 处理
电...路
执行 机构
信号 处理 电路
执行 机构
单个D/A转换器结构
3、开关量输入通道
开关量输入通道的任务主要是将现场输入的开关 信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机 能够接收的逻辑信号。
在计算机控制系统中往往采用光电隔离技术，使计 算机与外部输入设备之间只存在光路联系而无电路上的联 系。图2-19所示为电平转换及光电隔离电路。
输入通道的作用是将传感器或变送器 的电流/电压信号转换为计算机可以识别 的数字信号。
输出通道的作用则是将计算机输出的 数字信号转换为可直接推动执行机构的电 气信号。
工业过程通道实现计算机信号和工业现场 信号的互连与转换，是工业生产过程实现自动 控制的输入输出通道。工业过程通道有过程通 道板卡、过程通道子系统和远程I/O三种基本 形式。目前，使用最多的仍然是板卡式过程通 道，其次是远程I/O模块。
如果将I/O通道进一步细化，则一个计算机控制 系统的I/O通道结构模式如图13-10所示。其中多路模 拟开关、S/H（采样保持器）、A/D转换器、接口1组 成输入通道；而接口2、D/A转换器、多路模拟开关、 S/H组成输出通道。
需要说明的是，图13-10这种通道结构模式并非 是唯一的，可根据实际应用系统的需要加以调整。例 如，每个通道都设置一个A/D（或D/A）转换器和采 样保持器；多个通道共用一个A/D（或D/A）转换器， 但每个通道都设置一个采样保持器；多个通道共用采 样保持器和A/D（或D/A）转换器等。
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实际多路开关性能：导通电阻10几欧，开关速度几百
纳秒 多类开关的分类： 1) 单向多路开关(1对多或多对1)，如AD7501（8路）、 AD8506(16路)； 2) 双向多路开关（1对多且多对1），如CD4051； 3）矩阵多路开关（多对多），如MT8816；
多路开关实例：CD4051
•CD4051是8通道多路 开关 •带有3个通道选择输 入端A、B、C，用于选 择8个通道之一 •一个禁止输入端INH， 高电平时，禁止模拟 信号输入；低电平时 允许模拟信号输入 VDD与VSS的电平差为 －0.5 ~15V
三 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型
过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： 1．数据信息：反映生产现场的参数及状态的信
息，它包括数字量、开关量和模拟量。
2．状态信息：又叫协议信息，如应答信息、握手信
息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。
3．控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等 信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动 等。 注意：在过程输入输出通道中，必须设置一个与 CPU 联 系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。
CD4051的真值表
输入状态
ＩＮＨ ０ ０ Ｃ ０ ０ Ｂ ０ ０ Ａ ０ １
接通通道
ＣＤ４０５１
０ １
０
０ ０ ０ ０ ０
０
０ １ １ １ １
１
１ ０ ０ １ １
０
１ ０ １ ０ １
２
３ ４ ５ ６ ７
CD4051多路开关的扩展应用 在实际应用中，如果被测参数多于8路，可以采用将 多个CD4051 相连进行扩展。
第五章 过程输入输出通道
第1节 过程通道的概念
一 过程通道的概念
计算机 r 给定值 控制器 D/A
执行机构
被控量 被控对象
A/D
计算机控制系统基本原理图
过程（输入输出）通道：是计算机和工业生产过程相互交 换信息的桥梁。
二 过程输入输出通道的组成与功能
根据过程信息的性质及传递方向，过程输入输出
通道分类如下：
在过程通道接口电路设计中应解决以下问题： 1．触发方式：有序的门控信号的主要作用就是严 格遵循系统工作时序要求，适时对系统中某个或某些 特定部件发出开启或关闭(触发)信号，这必然涉及到 同步触发和异步触发的方式。 2．时序：控制逻辑的结构有组合控制逻辑与存储 控制逻辑两种类型，不管哪种类型都要严格遵守规定 的操作步骤，每一个操作步骤又都是在一组有序的控 制信号驱动下实现的。
模拟量输入通道根据不同的应用要求，可以有不 同的结构形式，
1、单路模拟量输入通道
2、多路模拟量输入通道
传感器
1 2
信号处理 信号处理
传感器
多 路 开 关
传感器
n
信号处理
采 样 保 持
A/D 转 换 器
接 口 电 路
微 型 计 算 机
二、模拟量输入通道中的常用器件及电路
1、多路转换器 多路转换器又称多路开关，它是用来切换模拟电压
*由D0D1D2D3来选择16路 通道之一 *其中D3＝0，选中1＃
*其中D3＝1，选中2＃
2、采用保持器 2.1 概述
问题：
模拟信号进行 A／D 转换时，从启动转换到 转换结束输出数字量，需要一定的转换时间， 当输入信号频率较高时，会造成很大的转换 误差。
解决方法： 采用一种器件，在A／D转换时保持住输入 信号电平，在A／D转换结束后跟踪输入信 号的变化。 这种功能的器件就是采样／保持器。
3.负载能力：一旦控制逻辑确定后，系统能否可 靠运行与器件的选择关系密切，器件的选择除了要考 虑电平的摆幅、数值、延时外，还应考虑器件所带负 载是否匹配。
第二节
模拟量输入通道
一、模拟量输入通道的结构
模拟输入通道的作用实现模拟待测信号与主控 微处理器之间的接口，一般由传感器、信号调理 电路、多路模拟开关、放大器、采样保持器(S/H) 和A/D转换器组成。其中A/D转换器是实现模拟待 测信号到数字信号之间转换的关键部件。
2.2
采样／保持器的工作原理 采样／保持器的一般结构形式如图所示。
K
模拟信号Ui 驱动信号
A CH
模拟地 模拟开关K
UO
组成
电容CH
缓冲放大器A
控 制 信 号 A
跟踪 保持
工作原理如下：
t
模 拟 输 入
t
A A1
在而在 t1时刻前 ，控制电路的驱 t2时刻，保持结束， 动信号为高电平时，模拟开 新一个跟踪时刻到 来， 关K 闭合，模拟输入信号Ui 此时驱动信号又为高电 通过模拟开关加到电容CH 平，模拟开关K 重新闭 上，使得CH端电压UC 跟随 CH 端电压UC 又跟 Ui合， 变化而变化。 在t1时刻，驱动信号为低电 平，模拟开关K断开，此时 电容CH 上的电压UC 保持 模拟开关断开瞬间的Ui 值 t 时刻，驱动信号为低 3 不变并等待A／D转换器转 K断 换电平时，模拟开关 。
拾起或检测反映生产过程或设备工况的开关信号 （如继电器接点、行程开关、按纽等）、脉冲信号 （如速度、位移、流量脉冲等）并传输给微机的过 程； 数字量(开关量)输出通道： 将数字信号从微机传输给那些接受数字信号的执 行机构和显示、指示装置的过程。 注意：数字量输入输出通道包括多字节型数字量。
过程输入输出通道示意图
信号的关键元件。
多路开关功能：把多个模拟量参数分时地接通并送入 A/D转换器，即完成多到一的转换；或者把经计算机处 理，且由D/A转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输 出到不同的控制回路（或外部设备）中，即完成一到 多的转换。前者成为多路开关，后者叫做多路分配器， 或叫做反多路开关。
理想多路开关要求：开路电阻应为无穷大，接通时 的导通电阻应为零，切换速度快、噪声小、寿命长、 工作可靠。
四 过程通道的编址方式
由于计算机控制系统一般都有多个过程输入输出通
道，因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。
过程通道编址方式有两种： 1．过程通道与存储器统一编址方式 2．过程通道与存储器独立编址方式
五 过程通道接口设计应考虑的问题
接口电路起着连接过程通道与 CPU 的桥梁作用， 它的基本任务有： 1．控制信息的传递路径：即根据控制的任务在 众多的信息源中进行选择， 2 ．控制信息传送的 顺序：计算机控制的过程就是执行程序的过程，为 确保进程正确无误，接口电路应根据控制程序的要 求，适时地发出一组有序的门控信号。 以确定该信息传送的路径和目的地。
模拟量输入通道： 生产过程的参数(如温度、压力、流量、速度、位 移、电流、电压等)一般是随时间连续变化的模拟 量，通过检测元件或变送器将其转换为对应的模 拟电压或电流，并转化为数字信号的过程； 模拟量输出通道： 把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压 或电流）并传输给被控对象的过程；
数字量(开关量)输入通道：