测控技术与仪器复习题.docx

L数字信号的特点是：在时间上（离散的）幅值上（离散的）2 .开关量输入主要是由（输入缓冲器）（输入调理电路）（输入地址译码电路）等组成的。输出（输出锁存器，输出驱动电路，输出口地址译码电路，）3 .常见的单元电路之间的信号耦合方式有4种（直接耦合）（阻容耦合）（变压器耦合）（光电耦合器）4 .量程自动切换是实现自动测量的重要组成部分，它使测量过程自动迅速地选择在（最佳量程上），这样既能防止（数据溢出）和（系统过载），又能防止（读数精度损失）5 .克服积分饱和的方法有（积分分离法）（积分限幅法）（变速积分法）6 .根据噪声进入系统电路的存在模式可将噪声分为两种形态，即（差摸噪声）和（共模噪声）7 .软件冗余技术有（指令冗余技术）和（时间冗余技术）8 .模拟输入通道的三个组成部分为：（信号调理电路）、（传感器）、（数据采集电路）9 .如果被采样频谱中含有高于（fs2）的频率分量，且信号幅度（不变）时，采用一个（低通）滤波器，滤除此频率分量，称为去混淆滤波器或去假滤波器。10 .采集电路的结构类型有（每个通道具有独立的S/H和A/D的采集系统）、（多通道分时共享S/H和A/D的采集系统）、（多通道共享A/D的数据采集系统）分别适用于（高速数据采集和同步性要求较高的场合、缓慢信号的测量、。）11 .通过微机处理所采集的数据，求出被测量的“真值”，此处理过程称为“校正，对于非线性校正的方法有：（查表法）（插值法）（拟合法）12 .常用的数字滤波算法有（限幅滤波和中位值滤波）（复合滤波）（复合滤波）（平均滤波）.在接地技术中，当频率（小于IMHZ）时，使用一点接地方式，当频率（大于IoMHZ）时应使用多点接地，当频率（l10MHz）时,如用一点接地时,地线长度不得超过波长的（1/20）,否则应采用多点接地。1.对于一个实际的线性测试系统由于温度变化和元器件老化存在零位误差和灵敏度误差，什么是零位误差？什么是灵敏度误差鬻:厂应和灵就及”为它的输入把小4.3零伍,如栗把被洲喟:以由输出读数工按下式而*试痛心喘财我仰京二尴,"a；：；二E厂小江址测成系统由于温度变化和元器作,增益但是实际喝%所谓“零位误差”就是指输,所力小的林丝鬻器统称“系统鬟灵敏度卜与标称灵敏度&。的偏化甯!黑所丁灵敏度误,黑：值所产生的输出读数Z为为力U；鬻霖京都存在的情况下被“（4一3即；二蓝数,除以标称灵敏度!这样确定在这种情，"如果初仍然按式（一川将输出网鹿不是被测最的真值W而是为y出+油+NOJ.一三三U2 .简述数字滤波有什么优点（与硬件滤波相比较）所谓数字滤波，即通过一定的计算程序，对采集的数据进行某种处理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。采用数字滤波具有如下优点：节约硬件成本；可靠稳定；功能强；方便灵活；不会丢失原始数据。3强喘肝犹.具有如牯程序,无需添加硬件，而且一个滤波程中够M常一字.只是个广；因此大大节省硬件成本。田毋工“士北二黑阻抗匹配而且容易产生硬件故障。2少出软"：KI率H高或很低的信号进行滤波，这是模拟滤波器速以欣的需!就黑篝而模拟滤波只局限于频率滤波，即利用干扰与信帆率薨鼻进行修渡.楣只要适当改变软件源波程序的运行参数,即可方便地改变滤波功能，在楂拟信号输入通道中使用的频率滤波难免滤去频率与干战同的而忘嬴诵信号不能被转换成数据而存储或记录下来.即在原始数据记赳停心地记录信号波形的现场数据采集系统中，为了更多地采集有用信亭理晨:嚣鬻:霏样在采集有用信号的同时，会把产,只嵬SU储到屋;黑器?数字滤波的方法把干扰消除。由于教钟财的原蛤数据.一成也来进行数字滤波，只“读”不"写，就不会破坏好.印刷电路板抗干扰措施有哪些1.合理布置印制电路板上的器件2,合理分配印刷电路板插脚3.印刷电路板合理布线4.电源线的布置5.印刷电路板的接地线设计6.印刷电路板的屏蔽7.去耦电容的配置4,何为积分饱和？克服积分饱和的方法有哪些？答：积分作用虽能消除控制系统的静差，但它也有一个副作用，即会引起积分饱和。在偏差始终存在的情况下，造成积分过量。当偏差方向改变后，需经过一段时间后，输出u(n)才脱离饱和区。这样就造成调节滞后，使系统出现明显的超调，恶化调节品质。这种由积分项引起的过积分作用称为积分饱和现象。克服积分饱和的方法：1、积分限幅法积分限幅法的基本思想是当积分项输出达到输出限幅值时，即停止积分项的计算，这时积分项的输出取上一时刻的积；2、积分分离法积分分离法的基本思想是在偏差大时不进行积分，仅当偏差的绝对值小于一预定的门限值时才进行积分累积。这样既防止了偏差大时有过大的控制量，也避免了过积分现象；3、变速积分法变速积分法的基本思想是在偏差较大时积分慢一些，而在偏差较小时积分快一些，以尽快消除静差。5 ,系统接地设计中的两个基本要求是什么接地设计的两个基本要求是：消除各电路电流流经一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压避免形成接地环路，引进共模干扰6 .测控系统中地线有几种2.接地方式有哪儿种？各适用于什么情况？串联单点接地两个或两个以上的电路共用一段地并联单点接地各个电路的地线只在一点 (系统地)汇合多点接地各个电路或元件的地线 以最短的距离就近连到电诿电充电路I 23系统地所用地线少，低频有地线公共阻抗耦合噪声所用地线多，低频没有公共阻抗耦合噪声地线短，底板表面镀银， 低频有公共阻抗耦合噪 声J熊系统中的地线有以下几种：(1)信号地在测试系统中原始信号是用传感器从,痴疑本身的零电位基准线。儿感器从被恻对望获取的，信号(鼻)鹿是粗惜I模拟地模拟信号的参考点'所有组件或电路的模拟地酸终都仃结到供给黑撅电谛踊的直流电源的参考点上。(3)数字地数字信号的参考点，所有组件或电路的数字地最终都与供给奴彳电路电量睡雷嚣弋:篙率负载或感性负载的地线当这类负"普建口:会出现很大的瞬态分量，对低电平的模拟电路乃至数字电路都会产生产童;干贯的地线称为噪声地。m廿岫右字SfiA模拟地、数字地、负载他麻产格分屋鬻地点鹏京温霭蓝湍5的某一点通常与系统地相连接，供给系：，.繇统地上。；计算题1.试导出一阶高通数字滤波的差分方程2.什么是标度变换将对应参数值的大小转换成能直接显示有量纲的被测工程量数值，也称为工程转换问答题1.模拟输入通道有哪几种类型？各有什么特点？模拟输出通道主要由输出数据寄存器、D/A转换器和调理电路三部分组成。微机化测控系统的模拟信号输出通道的基本结构按信号输出路数来分,有单通道输出和多通道输出两大类。多通道输出有以下三种：一、数据保持分时转换结构特点：每个通道配置一个输入寄存器和一个D/A转换器，微机将数据Dij分时选通至第i路输入寄存器，第i路D/A立即对Dij进行数模转换。缺点：各通道输出的模拟信号存在时间偏斜，因此不适合于要求多参量同步控制执行机构的系统。二、数据保持同步转换结构特点:每个通道配置两个寄存器RI、R2和一个D/A转换器，微机将数据Dij分时选通至第i路寄存器Rl,然后同时将各路数据Dij从Rl传送到R2,各路D/A同时对Dij进行数模转换。优点：各通道输出的模拟信号不存在时间偏斜，因此适合于要求多参量同步控制执行机构的系统。三、模拟保持分时转换结构特点:各个通道共用一个寄存器和一个D/A转换器，各用一个S/H。微机在输出第i路数据给D/A进行D/A转换的同时，也控制第i路S/H进行采样，其他路S/H都处于保持状态。2,多路测试系统在什么情况下会出现串音？怎样减少和消除？在多通道数字测试系统中，MUX常被用作多选一开关或多路采样开关。每当某一道开关接通时，其它各道开关全都是关断的。理想情况下，负载上只应出现被接通的那一道信号，其它被关断的各路信号都不应出现在负载上。然而实际情况并非如此，其它被关断的信号也会出现在负载上，对本来是惟一被接通的信号形成干扰，这种干扰称为道间串音干扰，简称串音。为减小串音干扰，应采取如下措施:减小Ri,为此前级应采用电压跟随器；选用Ron极小、Roff极大的开关管；减少输出端并联的开关数N。若N=I,则VN=O选用寄生电容小的MUX。3 ,前置放大器为何设置在调理电路的最前端？放大器一般都是多级使用的，而前置放大器的主要作用将输入的小信号进行放大,之后再由功放进行进一步的放大。由于前置放大器仅仅只放大了有用的小信号,能够将电路上的一些噪声信号滤掉，从而减少了后级电路对噪声的进一步放大。4 .画出位置型PID算法的程序流程图5 .画出增量型PID算法流程图答：PlD算法的两种类型1、位置型控制”y(n) = Ktf,«()+了工”(1)+军65)-心-1)>II,2、增量型控制I-y7 «() - 2e(t - 1) ÷ e(n- 2)z(n)=u(n)-u(n-1)=Kpe(n)-e(n-1)+KP()+Kp增量型PlD算法的程序流程1、增量型PlD算法的算式&«)=aue(n)+e(n-1)+a2e(n-2)/'77'7'式中4(=KP(IH1)>(.1.=Cp(+),Uy=-Kp'1，7I,、7J2、增量型PlD算法的程序流程一一图5-1-7（程序清单见教材）返0噌量型PID算法的程序流程返回位置型PID算法的程序流程6 .直流/交流固态继电器（SSR）的内部结构和工作原理固态继电器（SSR）是采用固体元件组装而成的一种新W无触点开关器件它有两个福人端用以引入控制电流，有两个输出端用以接通或切断负载电流。器件内部有一个光电耦合器将输入与输出隔离。输人端（L2脚）与光电嫡合器的发光二极管相连,因此，需要的控制电流很小,用TTL、HTL、CMOS等集成电路或晶体管就可直接驱动。输出端用功率晶体管做开关元件的固态继电器称为直流固态继电器（DCSSR）如图23-8（a）所示，主要用于直流大功率控制场合。输出端用双向可控硅做开关元件的固态继电器称为交流固态继电器（AC-SSR）如图2-38（b）所示，主要用于交流大功率驱动场合。7 .什么是"共地什么叫“浮地各有何优缺点如果系统地与大地绝缘，则该系统称为浮地系统。浮地系统的系统地不一定是零电位。如果把系统地与大地相连，则该系统称为共地系统，共地系统的系统地与大地电位相同。常用的工业电子控制装置宜采用共地系统，它有利于信号线的屏蔽处理，机壳接地可以免除操作人员的触电危险。如采用浮地系统，要么使机壳与大地完全绝缘，要么使系统地不接机壳。8 .PID参数整定方法有哪些？确定采样周期的主要依据是什么？（1.给定值的变化频率2.被控对象的特性3.使用的算式和执行机构的类型4.控制的回路数）PID参数整定方法：理论计算法一一依赖被控对象准确的数学模型（一般较难做到）工程整定法一一不依赖被控对象准确的数学模型，直接在控制系统中进行现场整定（简单易行）（1、扩充临界比例度法）一一适用于有自平衡特性的被控对象整定数字调节器参数的步骤是：一一一（3.归一参数整定发）选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。去掉积分作用和微分作用，逐渐增大比例度系数Kp直至系统对阶跃输入的响应达到临界振荡状态（稳定边缘），记下此时的临界比例系数Kk及系统的临界振荡周期Tko（3）选择控制度。控制度=通常，当控制度为1.（）5时。就可以认为DDC与模拟控制效果相当。（4）根据选定的控制度，查表5.3.2求得T、KP、TkTD的值。2、扩充响应曲线法一一适用于多容量自平衡系统参数整定步骤如下：让系统处于手动操作状态，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来，然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。（2）用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图5-3-1所示。(3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间T,被控对象时间常数TI以及它们的比值T。(4)由求得的工、口及口八查表5-3-3,即可求得数字调节器的有关参数KP、Tl、TD及采样周期T。3、归一参数整定法令7=0.1，T1=0.5,Tl,=().25T。则增量型PlD控制的公式简化为11S)=KJ2.45e()-3.5c(-1)+1.25e(-2)改变KP,观察控制效果，直到满意为止。选择采样周期应综合考虑的因素1、给定值的变化频率加到被控对象上的给定值变化频率越高，采样频窣应越高，以使给定值的改变通过采样迅速得到反映，而不致在随动控制中产生大的时延。2、被控对象的特性考虑对象变化的缓急，若对象是慢速的热工或化工对象时，T一般取得较大。在对象变化较快的场合，T应取得较小。考虑干扰的情况，从系统抗干扰的性能要求来看，要求采样周期短，使扰动能迅速得到校正。3、使用的算式和执行机构的类型采样周期太小，会使积分作用、微分作用不明显。同时，因受微机计算精度的影响，当采样周期小到一定程度时，前后两次采样的差别反映不出来，使调节作用因此而减弱。执行机构的动作惯性大，采样周期的选择要与之适应，否则执行机构来不及反应数字控制器输出值的变化。4、控制的回路数要求控制的回路较多时，相应的采样周期越长，以使每个回路的调节算法都有足够的时间来完成。控制的回路数n与采样周期T有如下关系；y式中，Tj是第j个回路控制程序的执行时间。9.说明软件抗干扰技术有哪些里出型在所研究的主要内容是:其一是采取软件的方法抑上噪由对数据采集结果的影响,电迫小器技术(见4.6节)；其二曷1墨2型拟.人飒发生混乱,导致程序乱飞或陷入痂丽7菽场序纳的措而使运行强三三三这些方法可以用软件实现，也可以采箫黑'翳翳期731软件冗余技术买见采集电路是实现模拟信号数字化的电路，A/D转换器是采集电路的核心。在集中采集式测量通道中，A/D前面都设置模拟多路切换器MUX,以便从多路模拟信号中选取一路进行TMU对I AD-.)MUX-Th-I AD-(b)TMUXH 主放H S/H HT方一(C)图2-1-13采集电路的基本组成A/D转换。若被电接拟位少过螫里里国馒的信号，则可以直接进行应涉换，如图2-I-13(a)所示。如果被强模拟信号魂称§，那就必须在MUX与A/D之间设置采样保持器S/H,如图2-1-13(b)所示。S/H在MUX的闭合期间采样，A/D在S/H保持期间进行A/D转换。如果各匿图以信号幅度互不相同或者模拟信号幅J三Utt回变化很大就必须在S/H与MUX之间设置程控增益放大器PGA或瞬时浮点放大器IFP作为主放大器,如图2-1-13(C)所示.