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1、第二章 控制計算機數據通道 概述計算機數據通道輸入通道傳感器調理電路輸入接口輸出通道輸出接口驅動電路執(zhí)行器 2.1 數字量通道1）、數字量輸入通道基本構成被測量傳感 器傳輸線接插件調理電路并行接口CPU 2.1 數字量通道1）、數字量輸入通道被測量：開關量、編碼數字量傳感器： 開關觸點開關、無觸點開關調理電路：濾波、去抖、鉗位、隔離、電平轉換、信號類型轉換并行輸入接口 2.1 數字量通道2）、數字量輸出通道基本結構被控機構執(zhí)行 器傳輸線功率放大隔離與電平轉換并行接口CPU接插件 2.1 數字量通道2）、數字量輸出通道隔離與電平轉換：隔離器件/電平轉換器件光電隔離器功率放大：大功率半導體器件、繼
2、電器執(zhí)行機構：電磁閥、直流電機、步進電機、 2.2 模擬量通道1）、模擬量輸入通道基本結構被測量傳感 器傳輸線接插件調理電路多路開關CPUAD接口采樣保持器 2.2 模擬量通道1）、模擬量輸入通道被測量：可以轉換為模擬量的參數傳感器：原理：電位器、霍爾元件、熱/光敏電阻、電容式、電感式、磁電式、應變片被測量：位移、壓力、溫度、力矩、變形數字控制系統(tǒng)中信號形式模擬信號采樣信號階梯模擬量 數字信號 2.2 模擬量通道1）、模擬量輸入通道調理電路：放大：幅值放大、隔離放大器、測量放大器濾波：帶通濾波、低通濾波非線性補償：使信號線性化整形：斯密特觸發(fā)器其他補償：溫漂、零漂 I/V轉換：電流/電壓轉換
3、V/F轉換：電壓/頻率轉換電橋：小變化量檢測接口： 多路開關 A/D轉換 2.2 模擬量通道1）、模擬量輸入通道誤差分析誤差類型隨機誤差、系統(tǒng)誤差、異常數據相對誤差、絕對誤差 A/D轉換器相對誤差/絕對誤差絕對誤差1LSB對應的被測量相對誤差1/ 2 n , n為轉換器位數輸入通道總誤差估計傳感器、調理電路、A/D轉換器引入誤差絕對值相加采樣保持及孔徑誤差 2.2 模擬量通道2）、模擬量輸出通道基本結構被控機構執(zhí)行 器傳輸線功率放大/VI變換輸出平滑濾波D/A接口CPU接插件極性轉換 2.2 模擬量通道2）、模擬量輸出通道 D/A接口模擬D/A、脈沖調制輸出輸出平滑濾波去掉階梯功率放大/VI變
4、換極性轉換 2.3 脈沖數字量通道1）、輸入通道基本結構被測量傳感 器傳輸線接插件調理電路定時計數器接口CPU 2.3 脈沖數字量通道1）、輸入通道被測量：轉速、脈沖頻率、脈寬、計數傳感器：磁電、霍爾、光電調理電路：鉗位、濾波、放大、整形、隔離 2.3 脈沖數字量通道1）、輸入通道脈沖數字量測量方法測頻法單位時間內脈沖數測量誤差絕對誤差：一個脈沖相對誤差：1/計數值測周期法一個脈沖時間內時鐘計數測量誤差據對誤差：一個時鐘單位 相對誤差：1/時鐘計數孔徑誤差測量的是均值 2.3 脈沖數字量通道1）、輸入通道測量中的技術問題無脈沖情況（或周期過長）測周期法定時計數溢出零值頻率過高情況測頻法計數器溢
5、出最大值測量方法的選擇低速（低頻）測周期相對誤差較小，高速測頻率相對誤差較小計算機中基本實現(xiàn)方法兩個定時計數器：一個定時，一個計數 2.3 脈沖數字量通道2）、輸出通道基本結構頻率發(fā)生器 PWM 2.4 數據處理1、誤差分析誤差類型：系統(tǒng)誤差、隨機誤差、過失誤差（異常數據）有效性檢查：方差分析、極值分析、特征分析 2.4 數據處理2、數字濾波限幅濾波算術平均值加權濾波中值濾波3、標度變換確定被測量與電量/數字量的對應關系標定：確定單位物理量與電量/數字量的關系 2.4 數據處理4、非線性處理/數據變換/函數計算功能：測量過程使用的數字量與被測量的對應關系基本方法：查表法公式法/計算法線性插值
6、2.5 計算機控制系統(tǒng)可靠性技術1、概述解決的問題：可靠工作時間、故障檢測、故障處理、容錯控制可靠性：在規(guī)定條件下，規(guī)定時間內完成規(guī)定任務的能力。故障率：失效次數/總工作時間平均無故障時間：總工作時間/失效次數可靠度： n fnnlim1 2.5 計算機控制系統(tǒng)可靠性技術2、系統(tǒng)設計中影響可靠性的因素結構簡化功能簡化存儲與計算能力熱設計接插件機械特性氣候環(huán)境 2.5 計算機控制系統(tǒng)可靠性技術3、信號接地安全地、工作地接地方式：單點接地、多點接地浮地系統(tǒng)：設備地線不與大地連接模擬地/數字地：模擬信號地線模擬地；數字信號地線數字地大功率信號地/小信號地：屏蔽地：屏蔽層的接地計算機系統(tǒng)地線連接基本原
7、則：盡量加寬、利用地線做屏蔽、板子周邊地線向內擴展 2.5 計算機控制系統(tǒng)可靠性技術4、屏蔽技術電場屏蔽：抑制由于分布電容耦合產生的電場干擾，采用低電阻金屬屏蔽層。磁場屏蔽：低頻磁場干擾一般采用高導磁率材料作屏蔽，使磁路限定在屏蔽層中。電磁屏蔽：抑制高頻電磁場的影響，用低電阻金屬材料屏蔽層。 2.5 計算機控制系統(tǒng)可靠性技術5、隔離技術抑制共地耦合引入的干擾。隔離原理6、長線傳輸效應長線傳輸影響：滯后、波形畸變/衰減、外界干擾敏感、分布參數影響。長線傳輸阻抗匹配線路阻抗：阻抗匹配 000 clR 2.5 計算機控制系統(tǒng)可靠性技術7、直流電源抗干擾技術地線電源線間并接電容功率較大器件加隔離電容保
8、護電路8、軟件可靠性技術 2.6 故障自診斷1)故障自診斷基于計算機的控制系統(tǒng)在完成控制功能同時，對系統(tǒng)進行在線實時故障檢測和診斷2）硬件冗余/無硬件冗余的自診斷硬件冗余自診斷：除控制系統(tǒng)需要的硬件（傳感器）外，增加專用于診斷的硬件（傳感器）無硬件冗余的自診斷：不增加硬件，僅靠附加的軟件完成故障自診斷。 2.6 故障自診斷3）基于信號極值分析的故障診斷實際系統(tǒng)正常工作時，信號都有一個正常取值范圍，當測量值超出范圍，可以判定傳感器通道故障，或相關總成故障為采用極值分析法應當使信號可讀值范圍在兩邊超過實際信號有效范圍，如節(jié)氣門傳感器有效范圍可取為：0.5V4.5V ；AD輸入為0V5V極值分析法優(yōu)
9、點：簡單、有效，可與信號有效性檢驗同時進行 2.6故障自診斷4）信號邏輯分析通過信號之間存在的對應關系，確定是否出現(xiàn)故障和故障位置操縱/控制信號與反饋的被控裝置測量信號對應關系如倒檔控制/狀態(tài)與倒車信號相連總成之間聯(lián)動裝置測量信號之間的對應關系如有檔時車速與輸入軸轉速邏輯分析與局部模型結合的方法如檔位值、換檔控制閥控制信號、輸入軸與車速結合診斷故障 2.6故障自診斷5）信號譜特性分析通過信號的譜特性是否符合正常信號范圍判定是否有故障信號的頻譜范圍信號的特定頻率幅值基于信號處理的故障診斷方法缺點計算量大，不太適合實時嵌入式系統(tǒng) 2.6 故障自診斷6）基于模型的故障診斷基本思想控制系統(tǒng)存有系統(tǒng)模型
10、，在控制系統(tǒng)運行中不斷測得系統(tǒng)的輸入和輸出，當系統(tǒng)沒有異常時，同樣的輸入加到模型時，模型的計算輸出應當與測量的輸出值一至（只有隨機誤差）。通過檢驗測量值與計算值的差別，可以判斷是否發(fā)上故障-故障檢測。如果根據測量值對系統(tǒng)進行辨識，可以通過辨識的參數判斷故障原因（位置）-故障診斷 控制器系統(tǒng)模型測量值被控系統(tǒng)一致性檢驗 計算值故障判斷給定值偏差控制 2.6 故障自診斷7）基于模型的AMT故障診斷汽車控制系統(tǒng)故障自診斷的優(yōu)點硬件增加少，效果好成本低汽車的一些結構和工作特點有利于模型診斷方法應用（不利方面、有利方面）基于局部模型的故障診斷汽車動力傳動系統(tǒng)在各種工作周期，總成的耦合和解耦 2.6 故障自診斷8）動力傳動系統(tǒng)構成與局部模型傳動系統(tǒng)發(fā)動機空載模型離合器模型變速箱模型基于局部模型的診斷局部模型結果的校驗：切斷時計算和局部校驗、聯(lián)動時的相互校驗 2.6故障自診斷7）基于人工智能的故障檢測與診斷基于專家知識的診斷基于模糊邏輯的診斷基于神經網絡的診斷在線、離線結合的診斷 2.7 容錯控制1）傳感器故障時的容錯控制2）執(zhí)行機構故障時的容錯控制
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