模拟量输入
多路开关
种类：机械触点（继电器），电子式（晶体管、 场效应管、光电）
多路开关的连接方式：单端输入、差动输入、伪 差动输入
2020/1/21
飞行器工程系 单
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(5)
模拟量输入
放大器
放大器的种类：低漂移运放、仪表放大器（共模抑制）、 隔离放大器
双极性模拟电压输出
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
10/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(8)
模拟量输出
光电保护与手动/自动无扰切换
光电保护：要保持输出值不变：需后备电源 手动、自动切换：不影响系统工况。需电源和开关
D/A转换器的主要性能指标
多路开关：其共用一模拟通道时，需顺序切换。分机械和电子式两种。
信号放大：进行增益调整、防漂移。 采样保持：被测信号变化快、快速采集，并在转换过程中保持。
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
3/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(3)
模拟量输入
信号处理
按位数分：
计算比较式：简单、便宜、速度慢 双积分式：精度高、抗干扰、速度慢 逐次比较式：速度快、精度高 并行高速：速度更快。
主要技术指标：
分辩率：能对转换结果发生影响的最小输入。跟位数有关： 量程：所能转换的电压范围。 精度：转换结果相对于实际值的准确度。绝对、相对精度： 转换时间：A/D启动到获取数字输出的时间。us、ns 其它：输出电平、工作温度、电源要求等。
数字量输出通道：把计算机输出的数字信号 （或开关信号）送给开关器件，控制其通断 或亮灭。通常也采取光电隔离技术。对驱动 继电器或步进电机的需一定功率的放大电路。
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
12/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.2 计算机数据采集系统(1)
数据采集系统的基本功能
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2 数据采集与处理
数据采集
过程通道：过程通道及其分类、模拟量输入、模拟量输出、 数字量输入/输出
数据采集系统
数据处理
数据滤波：各种滤波算法 线性化处理 误差修正
标度转换：量纲转换
数据采集系统实例：某火箭控制系统仿真智能测试台
系统分析 方案设计 系统实现
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
9/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(8)
模拟量输出
多路模拟量输出的结构形式
数字保持式：并行：一对一双绞线输出；串行： 接地输数
模拟保持器
D/A的输出方式：一般为电流
输出电流转换为电压：大多数D/A为电流输出， 需外接带带反馈电阻的运算放大器
增益可调的仪表放大器 ：放大信号存大RAM中，根据信 号的强弱控制放大倍数
多
输
路
放大器
S/H
A/D
入
开
关
RAM
CPU
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
6/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(5)
模拟量输入
放大器 并联反馈电阻放大器
US1
R1
差动输入
R1…….R7 CPU
信号滤波：去干扰。有软件、硬件（RC）滤波， 可以选择
统一电平：使信号达到模拟通道的满量程（±10） 非线性补偿：对被测参数与检测信号之间呈非线
性关系。硬件、软件实惠非线性校正
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
4/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(4)
A/D量化误差:
△E≥△umax
采样保持器原理：充电、保持、再充电。充电时间<<A/D转换
时间
K
R 输入信号 u；
控制信号
U0 C
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
8/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(7)
A/D转换器
转换器原理（见数字电路） 转换器分类：
数字量输入输出通道：串行、并行输入，开关量 输出。DI、DO
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
2/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(2)
模拟量输入
模拟量输入通道的一般组成
过
参
程
数
参
检
数
测
多
信号处理
路
信号处理
开
关
放大
S/H
A/D 接口
计
算
控制
机
信号处理：信号放大、滤波、衰减、阻抗匹配、非线性补偿和电压/电流转 换。
……… 选通
R1 US2
全断开时 A=1 A=1+2/A
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
7/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(6)
采样保持器
孔径误差：由A/D转换时间引起的输出误差称为孔径误差
对于正弦信号： u=A sin2π f t △Umax= u = 2π f A·△t
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
1/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(1)
过程通道及其分类
过程通道：是在计算机和生产过程之间起信 息传递和变换作用的装置。
分类：
模拟量输入输出通道：模拟信号经检测、变换、 预处理，变为数字信号；反之。A/D、D/A
分辩率：同A/D。 转换时间：指D/A中代码有满刻度变化时，其输出达到稳
态所需时间。 输出方式：电压、电流。 输入编码：BCD或二进制。
2020/1/21
飞行器工程系 单家元教授
11/31
北京理工大学机电工程学院
计算机控制技术
2.1.1 过程通道(8)
数字量输入/输出
数字量输入通道：将被控对象的开关状态信 号（或数字信号）传送给计算机的通道。通 常采用光电隔离技术。CPU通过执行指令来 读取开关状态。
时钟：定时发出中断，为显示、打印提供时间。
采集、打印及越屏报警等。 控制制表和定时制表
注意事项
分辩率和精度：影响A/D位数和算法选择。 模拟量通道数：决定了系统结构方案：是单通路还
是多通路。 采样速率：频率和数据处理要求决定了采样速率。 数据处理：方法、速度、精度。
2020/1/21
