【導(dǎo)讀】總48學(xué)時，每周一次課，三學(xué)時。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)。對來自測量變送裝置的被測量的瞬時值進(jìn)行檢測和輸入。對采集到的被控量進(jìn)行分析處理，并按已定的控制規(guī)律，決定控制行為。根據(jù)控制決策，適時地對控制機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接相連，并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式。作條件及操作方案。由人工操作，速度受限，不能控制多個對象。行計(jì)算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道、開關(guān)量輸出通道直接控制生產(chǎn)過程。制對象各參數(shù)最優(yōu)給定值送給調(diào)節(jié)器，使工況保持在最優(yōu)狀態(tài)。12月首先采用，于1987年批準(zhǔn)為IEEE961標(biāo)準(zhǔn)。由美國HP公司提出，命名為HP-IP。系統(tǒng)中通過總線互連的設(shè)備不得超過15臺；總線電纜長度不超過20米，或儀器設(shè)備數(shù)乘分段電纜長度總和不超過20米；但在任一時刻只能有一個講者向總線發(fā)送設(shè)備消息。在系統(tǒng)內(nèi)，可以同時有若干個聽者同時接收

　　

【正文】 memt） 數(shù)據(jù)的基本單位。 數(shù)據(jù)對象（ data object） 是具有由相同特性的數(shù)據(jù)元素的集合，是數(shù)據(jù)的一個子集。 例如：整數(shù)的數(shù)據(jù)對象是集合 N={0,?1, ?2,…} 。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ data structure） 定義：帶有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)元素的集合。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容：數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系 據(jù)的物理結(jié)構(gòu)：順序存儲結(jié)構(gòu)、非順序存儲結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型 順序結(jié)構(gòu) 線性表 樹 組 堆棧 隊(duì)列 鏈形結(jié)構(gòu) 單鏈表 循環(huán)鏈表 雙重鏈表 樹形結(jié)構(gòu) 難點(diǎn)解析： 1. C語言與匯編語言混合編程 一要注意它采用的形式，就是 ASM作為關(guān)鍵字； 二要注意采用匯編語言時特殊的問題，比如指針空間、寄存器。教材中的例子主要是表明在進(jìn)行參數(shù)調(diào)用時，注意調(diào)用參數(shù)的真正存儲的位置。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 27 第 十 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 測量數(shù)據(jù)與處理技術(shù) 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 重點(diǎn) 掌握： 標(biāo)度變換方法 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 測量數(shù)據(jù)與處理技術(shù) 系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn) 系統(tǒng)誤差 系統(tǒng)誤差是指在相同條件下，經(jīng)過多次測 量，誤差的數(shù)值保持恒定，或按某種已知規(guī)律變化的誤差。 系統(tǒng)誤差的特點(diǎn) 系統(tǒng)誤差是可以通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)途徑來確定并加以校正的。 系統(tǒng)誤差的自動校準(zhǔn) 自動校準(zhǔn)的基本思想：在系統(tǒng)開機(jī)后或每隔一定的時間自動測量基準(zhǔn)參數(shù)，如數(shù)字電壓表中的基準(zhǔn)參數(shù)為基準(zhǔn)電壓和零電壓，然后計(jì)算誤差模型，獲得并存儲誤差補(bǔ)償銀子。在正式測量時，根據(jù)測量結(jié)果和誤差補(bǔ)償因子，計(jì)算校準(zhǔn)方程，從而消除誤差。 全自動校準(zhǔn) 電路結(jié)構(gòu)（見圖 ） 工作過程 開關(guān)接地，測出的輸入值為 X0； 開關(guān)接 VR，測出輸入值為 X1 ； 正式測量時，測出的輸入值為 X，這時的 V用下式計(jì)算 全自動校準(zhǔn)的特點(diǎn) 測量結(jié)果與放大器的漂移和增益變化無關(guān)；與 VR的精度無關(guān)。 全自動校準(zhǔn)的適用范圍 適用于基準(zhǔn)參數(shù)是電信號，并且不能校準(zhǔn)由傳感器引入的誤差。 人工自動校準(zhǔn) 工作原理：在需要是由人工接入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測量，把測量的數(shù)據(jù)存儲起來，供以后使用。 校準(zhǔn)過程 設(shè)校準(zhǔn)輸入： yR；測出的數(shù)據(jù)： xR； 實(shí)際測量輸入： x；則被測輸入為 特點(diǎn) 適于傳感器特性隨時間會發(fā)生變化的場合。 線性化處理和非線性補(bǔ)償 Pt100 鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系 200~0 度： Rt=R0[1+At+Bt178。+C(t100℃ )t179。] 0~800 度： Rt=R0（ 1+At+Bt178。） 其中： A、 B、 C為常數(shù)； R0為零度時的阻值。 已知阻值，計(jì)算溫度（對工業(yè)控制機(jī)） 離線計(jì)算溫度與阻值的對應(yīng)關(guān)系表，即分度表； 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 28 分段進(jìn)行線性化，即用多折線代替曲線； 線性化過程：首先判斷測量數(shù)據(jù)處于哪一折線段內(nèi)，然后按相應(yīng)段的線性化公式計(jì)算線性值。 非線性表達(dá)式：見書（ 、 ） 線性化： 分 段線性化； 折線段數(shù)越多，線性花精度就越大，軟件的開銷也相應(yīng)增加。 用孔板測量流量時，孔板的差壓信號△ P 與實(shí)際流量 F 之間關(guān)系成平方根關(guān)系 解決方法 ——牛頓迭代法 標(biāo)度變換方法 標(biāo)度變換的定義 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在讀入被測信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，這些數(shù)碼值并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，它僅僅對應(yīng)于參數(shù)值的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出，這種轉(zhuǎn)換就是標(biāo)度變換。 線性變換公式 使用前提：參數(shù)值與 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果之間為線性關(guān)系。 變換公式： Y=(YmaxYmin)(XNmin)/(NmaxNmin)+Ymin 其中： Y——參數(shù)測量值； X ——測量值 Y對應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換值； Ymax ——參數(shù)量程最大值； Ymin ——參數(shù)量程最小值； Nmax ——Ymax對應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換值； Nmin ——Ymin對應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換值。 編程實(shí)現(xiàn) Y=SC1?X+SC0 其中： SC0為零點(diǎn)值； SC1為擴(kuò)大銀子。 公式轉(zhuǎn)換法 使用前提：測量數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線性關(guān)系，而是有可用解析式表示的 函數(shù)關(guān)系，這時可用此解析式進(jìn)行標(biāo)度變換。 變換公式 舉例：利用差壓測流量，實(shí)際測量 Y與差壓變送器經(jīng) A/D 變換后的測量值 X 成平方根關(guān)系。 編程實(shí)現(xiàn) 其它標(biāo)度變換法 適用范圍：既非線性關(guān)系、又無現(xiàn)成解析公式時。 解決方法：多項(xiàng)式插值，線性插值、查表進(jìn)行標(biāo)度變換。 越限報警處理 上限報警 xnxmax，則上限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。 下限報警 xnxmin，則下限報警，否則繼續(xù)執(zhí)行原定操作。 上下限報警 xnxmax ，則上限報警，否則判斷： xnxmin，則下限報警，否則繼續(xù)。 難點(diǎn)解析 ： 1. 標(biāo)度變換公式的運(yùn)用 運(yùn)用公式進(jìn)行標(biāo)度變換時， Y為參數(shù)的測量值， X 為 Y對應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換值。在進(jìn)行標(biāo)度變換時，是在測出 X 后，再轉(zhuǎn)換為真實(shí)的參數(shù) Y。 習(xí)題輔導(dǎo)： 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 29 某熱處理爐溫度變化范圍為 0～ 1350，經(jīng)溫度變送器變換為 1～ 5V電壓送至 ADC0809， ADC0809的 輸入范圍為 0～ 5V，當(dāng) t＝ KT 時，轉(zhuǎn)換結(jié)果為 6AH，問此時的爐溫為多少度？ 計(jì)算過程一定要注意不同量綱的對應(yīng)關(guān)系，溫度與電壓、電壓與 A/D 轉(zhuǎn)換的對應(yīng)關(guān)系；其次要注意各量綱的變化范圍之間的對應(yīng)問題。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 30 第 十一 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 重點(diǎn) 掌握： 給定值與被控量處理 偏差處理 控制量處理 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn) 給定值與被控量處理 （ 1）內(nèi)給定狀態(tài) 開關(guān)位置： CL 給定值選擇：操作員設(shè)置的給定值 SVL30 系統(tǒng)狀態(tài)：單回路控制的內(nèi)給定狀態(tài)，利用給定值鍵改變給定值。 （ 2）外給定狀態(tài) SCC 控制 開關(guān)位置： SCC 給定值選擇：接收上位計(jì)算機(jī)的給定值 SVS 系統(tǒng)狀態(tài)：二級計(jì)算機(jī)控制。 串級控制 開關(guān)位置： CAS 給定值選 擇：來自主調(diào)節(jié)模塊的給定值 SVC 系統(tǒng)狀態(tài)：串級控制。 （ 3）給定值變化率限制 作用：減小給定值突變對控制系統(tǒng)的擾動。 報警 PH：上限值 PL：下限值 HY：報警死區(qū) 限制變化率：實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)控制 PR：被控量變化率 偏差處理 計(jì)算偏差 D/R=0， DV=CPVCSV D/R=1， DV=CSVCPV 偏差報警 DLA：偏差報警輸出 輸入補(bǔ)償 ICM=0，無補(bǔ)償 ICM=1，加補(bǔ)償 ICM=2，減補(bǔ)償 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 31 ICM=3，置換補(bǔ)償 非線性特性 K=0，帶死區(qū)的 PID 控制 0K1，非線 性 PID 控制 K=1，正常的 PID 控制 控制算法的實(shí)現(xiàn) DV：偏差微分方式 PV：被控量微分方式 MH、 ML：控制量的上下限值 控制量處理 OCM=0，無補(bǔ)償 OCM=1，加補(bǔ)償 OCM=2，減補(bǔ)償 OCM=3，置換補(bǔ)償 MR：控質(zhì)量變化率 NH： u(k)=u(k1) FH： U(k) 安全輸出 NS： CMV=MS FS： CMV=UH 自動手動切換 /軟手動 SA：軟自動，正常自動狀態(tài) SM：軟手動，控制量來自鍵盤或上 位計(jì)算機(jī) MH：控制量上限值 ML：控制量下限值 /手動 HA：自動狀態(tài)，正常計(jì)算機(jī)控制方式 HM：手動狀態(tài)，通過手動操作器輸出信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。 定義： 是指在進(jìn)行手動到自動的切換之前、無須由人工進(jìn)行手工輸出信號與自動輸出信號之間的對位平衡操作，就可以保證切換時不會對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動。 實(shí)現(xiàn)： 從手動到自動：不進(jìn)行 PID 運(yùn)算，但應(yīng)使給定值跟蹤被控量，歷史數(shù)據(jù)清零，要使 u(k1)跟蹤手動控制量 從自動到手動：要保證無擾動切換 難點(diǎn)解析： 1. 軟手動與手動的區(qū)別 在軟手動方式，控制量來自鍵盤 或上位計(jì)算機(jī) ；手動方式，則是 通過手動操作器輸出信號，對計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 32 執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作 。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 33 第 十二 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 軟件抗干擾技術(shù) 重點(diǎn) 掌握： 數(shù)字濾波技術(shù) 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 軟件抗干擾技術(shù) 數(shù)字濾波技術(shù) 什么是數(shù)字濾波 通過一定得的計(jì)算或判斷程序，減少干擾在有用信號中比重。 與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)： 程序?qū)崿F(xiàn)，不需硬件，可靠性高，穩(wěn)定性好。 可以對很低頻率進(jìn)行濾波，克服模擬濾波器的缺點(diǎn)， 根據(jù)信號不同，采用不同的濾波方法，靈活 、方便、功能強(qiáng)。 算法 N 個測量數(shù)據(jù)取算術(shù)平均 功能 信噪比提高 N 開方倍 適用范圍 對一般的具有隨機(jī)干擾信號的濾波。 適用于信號本身在某一數(shù)值范圍附近上下波動的情況。 算法：取中間值作為本次采樣的有效數(shù) 據(jù) 。 上下限限幅 y(n)yH， y(n)=yH y(n)yL， y(n)=yL yLy(n)yH， y(n) 限速 ? y(n) y(n1) ??Δ y0， y(n) ? y(n) y(n1) ?〉Δ y0， y(n1) 公式 推導(dǎo) 濾波系數(shù) a(0a1） a 越大，帶寬越窄，濾波頻率越低。 四種濾波方法比較 平均值濾波 適用于周期性干擾 中位濾波 使用偶然的脈沖干擾 限幅濾波 使用偶然的脈沖干擾 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 34 慣性濾波 適用于高頻干擾 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) 干擾特點(diǎn)：多呈毛刺狀，作用時間短。 解決方法：兩次采樣、多次采樣，完全一致方為有效。 慣性大的輸出設(shè)備（如各類電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)），對毛刺干擾有一定的耐受能力。 慣性小的設(shè)備（如通訊口），耐受能力小，需要輸出抗干擾。 解決 方案：重復(fù)輸出統(tǒng)一數(shù)據(jù)，重復(fù)中期盡可能短，外設(shè)階受到干擾信號，還來不及做出反應(yīng)，一個正確的輸出信息又來到了。 指令冗余技術(shù) 問題提出： CPU 受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令來執(zhí)行，引起程序混亂。當(dāng)程序彈飛到某一單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當(dāng)程序彈飛到某雙字節(jié)指令上時，繼續(xù)出錯。當(dāng)程序彈飛到三字節(jié)指令上時，出錯的機(jī)會更大。 解決方案： 在關(guān)鍵地方插入單字節(jié)指令（ NOP)，這就是指令冗余。 軟件陷阱技術(shù) 什么是軟件陷阱 就是一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將捕獲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。 軟件陷阱的實(shí)現(xiàn) 無條件轉(zhuǎn)移指令 軟件陷阱的位置 （ 1）未使用的中間向量區(qū) （ 2）未使用的大片 ROM區(qū) （ 3）表格 （ 4）程序區(qū) 難點(diǎn)解析： 1. 慣性濾波法中濾波系數(shù) a 用硬件方法實(shí)現(xiàn)低通濾波時，其采樣周期、濾波時間常數(shù)決定其濾波器性能。在數(shù)字濾波器中，a 則是根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)選取。 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程輔導(dǎo)教案 35 第 十三 周 內(nèi)容及其輔導(dǎo) 講授內(nèi)容 ： 數(shù)據(jù)通訊技術(shù) 重點(diǎn) 掌握： 兩種通訊方式 四種數(shù)字編碼方式 內(nèi)容輔導(dǎo) ： 數(shù)據(jù)通訊技術(shù) 基本概念 兩種通訊方式： ①并行通訊 ：數(shù)據(jù)的各位同時傳送，可以字并行、字節(jié)并行。特點(diǎn)：傳送速度高，傳送距離短，小于 10 米。 ②串行通訊：數(shù)據(jù)一位一位順序傳送，只需很少幾條信號即可完成數(shù)據(jù)交換。特點(diǎn)：傳送速度低，傳送距離長，幾十至幾千米。 串行通訊分為兩種傳送方式： ①異步傳送：字符與字符之間不同步，一次只傳送一個字節(jié)。 ②同步傳送：字符與字符之間同步，一次傳送大量字節(jié)。 四種數(shù)字編碼方式： ①不歸零碼：難以判定一位的結(jié)束與另一位的開始，需要有某種方法來使發(fā)送和接收端同步。 ②歸零碼：每一位中間有一個跳變，為中間的跳變既作為同步時鐘，也作為數(shù)據(jù) 。又稱自同步編碼。 ③曼徹斯特編碼：同上，不同之處在于只有兩個電平狀態(tài)。 ④差動曼徹斯特編碼：每位開始有無跳變來表示 0 或 1，電壓有變化表示 0，無變化表示 1。 異步傳送與同步傳送 1. 異步傳送 異步通訊格式 四部分：起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶位、停止位。 異步通訊的特點(diǎn) 適于低速通訊，如終端操作、主機(jī)與顯示器、鍵盤、打印機(jī)。 2. 同步傳送 實(shí)現(xiàn)方法 數(shù)據(jù)與時鐘通過各自的信號線傳送（圖 （ a）） 通過將數(shù)據(jù)與時鐘編碼實(shí)現(xiàn)（圖 （