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1、.第一章：一、微机系统的基本框图及工作过程控制过程 从本质上看，微型计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下四点：（1）实时数据采集：对被控参数的瞬时值进行检测，并且将采样 结果输入计算机；（2）实时决策：对输入的实时给定值与被控量的数值进行处理后，按照预先规定的控制规律进行运算，则称为实时决策，或简称决策；（3）实时控制：根据决策结果，实时地对控制机构发出控制信号；（4）信息管理：随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也介入到控制系统之中上述测、算、控和管的过程不断重复，使整个系统能够按一定动态品质指标进行工作,并能对被控参数和设备是否出现异常情况进行监督,以便作出迅速处理.二、微机控制
2、的硬件组成主机，I/O接口，过程输入输出通道（设备），通用外部设备，通信设备，操作台（设备），系统支持功能等组成三、微机控制的典型应用方式（控制系统分类）1)、数据采集系统（DAS）：（1）主要特点A、微机不直接参与生产过程控制，不会对生产过程产生直接影响。B、属于开环控制型结构。因为微机的输出与生产过程的各个控制单元不直接发生联系，而是由操作人员根据计算机输出的数据对调节器进行操作，即操作人员根据这些结果进行设定值的改变或必要的操作。C、比较简单，且安全可靠。D、仍要人工进行操作，所以操作速度不可能太快，而且不能同时操作多个环节，它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作状态。（2）应用范围
3、： 特别适用于未摸清控制规律的系统，常常被用于计算机系统的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等2）、直接数字控制系统（DDC）工作过程：用一台微型机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按PID（比例，积分，微分）规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。结构框图打印机CRT键盘操作台微型计算机AI、DIAO、DO生产过程特点：（1）微机直接参与生产过程的控制，所以要求实时性好，可靠性高和环境适应性强。（2）该系统属于闭环控制型结构，灵活性大，可靠性高。（3）在DDC系统中，计算机不仅完全取代模拟调节器
4、，实现多回路的PID调节，而且不需要改变硬件，只需要通过改变软件就可以有效地实现较复杂的控制算法3）、监督计算机控制系统（SCC）工作过程 计算机根据工艺信息和其它参数，按照描述生产过程的数学模型或其它方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的计算机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如高质量，高效率，低能耗，低成本和低污染等）。从这个角度上说，它的作用是改变给定值，所以又称给定值控制SPC（Set Point Computer Control)特点（）可以改变给定值，实现最优控制。（）控制效果主要取决于数学模型的精度。（）它不仅可以进行给定值控制，同时还可以进行顺序控制等，
5、是和系统的综合与发展4）、分散型控制系统（DCS）/集散、分布式工作过程：采用分散控制和集中管理的控制理念与网络化的控制结构，灵活地将控制设备服务器，基础自动化单元等联系在一起。特点：从综合自动化角度出发，按功能分散，危险分散，管理集中和应用灵活等原则进行设计，具高可靠性能，便于维修与更新。应用范围：是用于数据采集，过程控制，生产管理的新型控制系统，因为它以系统最优化为目标，以微处理机为核心，与数据通信技术，CRT显示，人机接口技术和输入、输出接口技术相结合5）、计算机集成制造系统（CIMS）6）、现场总线控制系统(FCS)第二章1、AI的组成及各部分的作用：由信号检测单元、信号处理单元、多路
6、开关、放大器、S/H、AD转换器以及控制电路组成工作过程： 过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行放大、采样和A/D转换，实现过程参数的巡回检测2、模拟到数字的过程（采样周期 量化单位 量化误差）采样周期：两次采样时间间隔量化单位：指量化后二进制数的最低位(LSB)所对应的模拟量量化误差：指某个采样时刻的幅值与其量化后所对应的数字量之间的差值。 四舍五入: 截尾法：3、CD4051工作原理及引脚含义CD4051是单端8通道双向多路开关，由逻辑电平转换电路、译码器、8个开关组成Ø A,B,C
7、：地址线，作为通道选择Ø INH：控制线, INH=0, 选择一个通道与公共端接通Ø 0 7: 输入/输出通道Ø 公共端: 输出/输入通道Ø VDD 、 VEE 、 VSS4、ADC0809工作原理（逐次逼近） 主要引脚作用 主要技术指标（分辨率 转换时间 量化单位）.转换时间：完成一次A/D转换的时间，典型值为0200s ；分辨率：转换后的数字量的位数，n;转换后的数字量的最低位LSB所对应的模拟量q。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量程：ADC转换的电压范围，如5v，10v转换精度：绝对精度：转换后的数字量相对于输入模拟量间的
8、差值；相对精度:相对于满量程输入的百分比。区别:精度：转换后结果相对实际值的准确度； 分辨率：对转换结果发生影响的最小输入量。AD0809:逐次逼近型由8路模拟开关、通道选择逻辑、8位ADC，三态输出锁存缓冲器组成VIN0 VIN7：8路模拟量输入通道DO0 DO7：8位输出数据线A、B、C：3位地址线ALE(address latch enable)：允许地址锁存信号，高电平有效START：启动信号，高电平有效（脉冲信号上升沿SAR清零，下降沿开始A/D转换）EOC(end of conversion)： 转换结束信号，高电平有效。EOC=0 表示正在进行A/D转换；EOC=1 表示A/D转
9、换结束OE(output enable)：允许输出信号，高电平有效 A/D转换过程中呈高阻状态；A/D转换结束后若OE 1，则表示可输出DO0 DO7 5、AO的组成及两种基本结构主要由DAC和输出保持器组成 多DAC（数字保持） 共用DAC（模拟保持）（1）多DAC（一个通路设置一个DAC）特点：1. 数字保持方式； 2. DAC兼具D/A转换和保持作用 优点：速度快；精度高；工作可靠；独立性强。 缺点：硬件投资高。共用DAC（多个通路共用DAC） 特点： 1. 模拟保持方式； 2. DAC只有D/A转换作用。 优点：节省DAC。 缺点： 因DAC分时工作，只适合于通路不多，速度要求不高的场
10、合。（2）DAC的技术指标：分辨率： DAC可以输入的二进制的位数。若分辨率为n，表示DAC的输入的二进制数的LSB所对应的模拟量为（满量程/2n)。稳定时间（建立时间）：输入数字信号满量程时，输出模拟信号达到终值± 1/2LSB所需时间。一般为几s。线性误差：满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差。精度：绝对精度：输入满刻度数字量时，DAC实际输出值与理论值之间的偏差 相对精度：满刻度已校准的情况下，对应于任意一个数码的实际输出值 与理论值之间的最大偏差（3）DAC0832：由8位DAC；输入寄存器；DAC寄存器组成引脚：LE1、LE2：为1时，Q=D；为0时，数据锁存。 I
11、LE、CS、WR1 ：同时有效， LE1=1，输入寄存器的Q=D；反之， LE1=0，输入寄存器数据被锁存于Q端，D的变化不影响Q。 WR2 、XFER： 同时有效， LE2=1，DAC寄存器的Q=D； 反之， LE2=0，DAC寄存器数据被锁存于Q端。VREF：基准电压输入，一般与外部精确、稳定电压源相连。Iout1 、 Iout2 ：DAC电流输出1、2，可作为运算放大器的两个差分输入信号，且Iout1 + Iout2 =C（常数）。Rfb ：反馈电阻引出端（反馈电阻Rfb在芯片内部第三章1、数字滤波的概念数字滤波：它是利用一定的计算程序减少干扰在有用信号中的比重，消除随机误差，同时对信号
12、进行必要的平滑处理，以保证系统的正常运行，所以是一种 程序滤波或软件滤波 。数字滤波的优点 （1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件设备，可以多个通道“共用”一个滤波程序，各回路间不存在阻抗匹配等问题。而且可靠性高、稳定性好、还可以节约投资； （2）数字滤波能对频率很低（如0.01Hz）的信号实现滤波，而模拟滤波时，则因R或C选得太大而无法实现； （3）要改变滤波方法只需修改滤波程序，因而灵活方便。 2、常用数字滤波方法：算术平均值滤波 中值滤波 加权平均滤波 程序判断滤波 惯性滤波 滑动平均值滤波 复合滤波3、标度变换的概念位置式PID：1以一系列采样时刻kT代替连续时间t：t=kT(k
13、=0,1,2）2.以和式代替积分： 3.以增量代替导数（后向差分法）：可得：其中：u(k)第k次采样数字控制器的输出； e(k),e(k-1)第k次，第k-1次采样数字控制器的输入； kp比例系数； ki积分系数，；kd 微分系数， 缺点：1. u(k)与过去状态有关，需对e(k)进行累加，计算量大，易产生较大误差；2. u(k)与执行机构位置对应，若控制器出现故障，u(k)的大幅度波动可能导致生产事故。增量式PID：u(k)=u(k) - u(k-1)= kpe(k)-e(k-1)+kie(k)+kde(k)-2e(k-1)+e(k-2)设e(k) = e(k) - e(k-1), e(k-
14、1) = e(k-1) - e(k-2)则u(k) = kpe(k) +ki e(k)+kd e(k) - e(k-1) 由上式可知： 1. u (k)的计算只需t=kT, (k-1)T, (k-2)T时刻的数据，计算量小且误差小。2. 若需要计算u(k)，可通过计算得到，即： u(k) = u(k-1) +u(k) 数字PID算法的改进：1、积分项的改进：积分分离法 越限消弱积分法 变速积分PID算法2、微分项的改进：不完全微分 微分先行 3、纯滞后的补偿方法：SMITH纯滞后补偿：实际上Smith预估器并不是并联在被控对象上，而是反向并联在控制器上，其作用是仅将控制作用在时间坐标上推迟了时
15、间，而控制系统的过渡过程及其他性能指标均与对象特性为Gp(s)完全相同。4常见PID参数的整定方法：试凑法和实验经验法（扩充临界比例度法、扩充相应比例度法）5、PID各参数：kp：kp，系统响应速度，有利静差 ；但过大会使超调量，甚至产生振荡，使系统不稳定；Ti：Ti，积分控制作用，使系统稳定性，但静差消除速度；Td：Td，微分控制作用，有利超调量，使系统稳定性增加，但抗干扰能力下降。6、采样时间的选择：1.基本原则：1、shannon采样定理：fs 2fmax fs =2/T 2、从控制系统的随动性和抗干扰性能要求来看，T越小越好 3.根据被控对象特性：快速系统：T小；缓变系统：T大。 4.
16、根据执行机构：T大； 5.根据每个调节回路的计算成本：T大；6.根据计算机精度：T不宜太小。第六章1、FUZZY集合 隶属度的概念 FUZZY集合的表示方法Fuzzy集合：边界不明确的集合。隶属函数：模糊集合论中，为描述客观事物的Fuzzy性，将普通集合论中的二值逻辑0,1，推广至可取0,1闭区间上任意值的连续值逻辑，即把特征函数作适当的拓广，就是隶属函数。隶属度:对于一个Fuzzy集合，某个具体元素x0属于它的程度即为该元素的隶属度。FUZZY集合的表示方法：隶属函数法 Zadeh 法 向量表示法2、FUZZY控制器的设计步骤（精确量的F化 控制算法的设计 模糊判决）（1） 精确量的Fuzzy化： 把语言变量的语言值化为某适当论域上的Fuzzy子集（2） Fuzzy控制算法的设计：通过一组Fuzzy条件语句构成Fuzzy控制规则，并计算Fuzzy控制规则决定的Fuzzy关系。、（3） 输出信息的Fuzzy判决：完成由Fuzzy量到精确量的转化*;