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  • 常见的自动化控制系统
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    2021-08-22 10:29:14

    一、系统建模,二、经典控制与现代控制,三、自动检测,四、过程控制,五、计算机控制,六、微机原理,七、电子技术综合,八、电机控制,九、专业英语名词


    一、系统建模

    建模的方法

    (1)机理建模(微分方程、传递函数、状态空间)

    原理:根据过程的工艺机理,写出各种有关的平衡方程,由此获得被控对象的数学模型。

    应用:首要条件是生产过程的机理必须已经为人们充分掌握,并且可以比较确切的加以数学描述。

    (2)测试建模

    原理:对过程的输入(包括控制变量与扰动变量)施加一定形式的激励信号,同时记录相关的输入输出数据,再对这些数据进行处理,由此获得对象的动态模型。

    应用:一般只用于建立输入输出模型,它把研究的工业过程视为一个黑匣子

    建模的步骤

    (1)明确模型的目的和要求

    (2)对系统进行一般语言描述

    (3)弄清系统中主要因素及其相互关系

    (4)确定模型的结构

    (5)估计模型中的参数

    (6)实验研究

    (7)必要修改

    动态建模和静态建模有什么区别

    动态数学模型是输出变量与输入变量之间随时间变化的动态关系的数学描述

    静态数学模型则是输出变量与输入变量之间不随时间变化情况下的数学关系

    前者用于工业设计和最优化等;后者则用于各类自动控制系统的设计与分析,用于工艺设计和操作条件的分析和确定


    二、经典控制与现代控制

    稳态与动态

    稳态:此时系统没有受到任何外来扰动,同时设定值保持不变,因而被控变量也不会随时间变化,整个系统处于稳定平衡的工况。

    动态:此时系统受到外来扰动的影响或者在改变了设定值后,原来的稳态遭到破坏,系统中各组成部分的输入输出量都相应发生变化,尤其是被控变量也将偏离稳态而随时间变化。

    控制性能指标

    评价标准:设定值发生变化或受到扰动后能否再控制器的作用下克服干扰并准确、平稳、快速的稳定下来。

    衰减比——稳定程度

    超调量——最大动态偏差

    余差——反应控制精度

    调节时间、峰值时间、上升时间——快速性,灵敏性

    稳定性、可靠性

    说说pid中p,i,d的作用。

    P:KC增加能提高控制精度,但会使稳定程度变差

    I:相当于静态增益无穷大,能消除余差,但使系统稳定性下降(引起相角滞后)

    D:微分作用的增强(Td 增大),从理论上讲使系统的超前作用增强,稳定性得到加强。

    主要适合于一阶滞后较大的广义对象,如温度、成份等。对于测量噪声较大的对象

    则需要引入测量信号的平滑滤波

    判断系统稳定性的几种方法?

    劳斯判据、奈奎斯特判据、特征根在复平面上分布的情况

    线性系统以及非线性系统常见的稳定性分析方法

    线性:劳斯判据、奈奎斯特判据、特征根在复平面上分布的情况

    非线性:相平面法、描述函数法、李雅普诺夫法

    内部稳定和外部稳定的区别?

    内部稳定的系统外部一定稳定; 外部稳定的系统不能保证内部稳定

    稳定裕度的概念(幅值裕度、相位裕度)概念+物理意义

    幅值裕度GM:当系统的开环相频特性为180度时,系统开环频率特性幅值的倒数

    物理意义:当系统的开环增益增大为原来的GM倍时,闭环系统将处于临界稳定

    相位裕度PM:系统开环频率特性为1时,系统开环频率特性的相角与180度的和

    物理意义:当系统对频率为Wc的信号的相角滞后再增大PM度时,闭环系统将处于临界稳定。

    方块图和信号流程图的比较,流程图不能用在什么场合

    不能用在非线性场合,因为方块图中一个非线性环节可以用方块表示,而在信号流图中,每根信号线只能表示线性环节。

    状态反馈是什么,在工程中有什么应用?

    状态反馈:是将系统的每一个状态变量乘以相应的反馈系数,然后反馈到输入端与参考输入相加形成的状态反馈控制律。

    输出反馈:是将系统的输出向量乘以相应的反馈系数,然后反馈到输入端与参考输入相加构成输出反馈律。

    区别:1、状态反馈是信息系统的一种完全反映;而输出反馈则是系统信息的一部分或不完全的地反映。因而状态反馈能达到的性能,输出反馈则未必能达到。2、状态反馈不改变能控性,可能改变能观性;而输出反馈均不改变能控性和能观性。

    控制系统能控能观的物理概念

    能控性和能观性是现代控制理论中两个根本性的概念。它们是系统的两个基本结构特性,揭示了动力学系统关于内部的状态与系统输入、输出之间的关系。

    能控性指的是控制作用u(t)影响系统状态变量x(t)的能力

    能观性指的是由系统的输出y(t)反映系统的状态变量x(t)的能力

    前者回答u(t)能否使x(t)作任意转移的问题;后者则回答能否通过y(t)的量来确定x(t)的问题


    三、自动监测

    仪表的精度和等级概念分别表示什么?

    准确度(也称精度或精确度):仪表给出接近于真值的响应能力,它是判断仪表测量精

    确性的主要指标。——用仪表满刻度相对误差略去百分号来确定。

    准确度等级:根据国家统一划分的准确度等级,选其数值上最接近又比准确度大的准确

    度等级作为仪表的准确度等级。其数值越小,仪表准确度越高,即测量误差越小。

    一次仪表、二次仪表都是什么概念?有什么差别?

    一次仪表:(就地显示仪表)现场仪表的一种。是指安装在现场且直接与工艺介质相接

    触的仪表。如弹簧管压力表、双金属温度计、双波纹管差压计。热电偶与热电阻不称作

    仪表,而作为感温元件,所以又称一次元件。

    二次仪表:(远传式仪表)是仪表示值信号不直接来自工艺介质的各类仪表的总称。二

    次仪表的仪表示值信号通常由变送器变换成标准信号。二次仪表接受的标准信号一般有

    三种:①气动信号,0.02~0.10kpa②Ⅱ型电动单元仪表信号0~10mADC。③Ⅲ型电动

    单元仪表信号受的标准信4~20mADC.也有个别的不用标准信号,一次仪表发出电信呈,

    二次仪表直接指示,如远传压力表等.二次仪表通常安装在仪表盘上.按安装位置又可分

    为盘装仪表和架装仪表。

    温度检测的方法

    接触式:热电偶、热电阻、玻璃管温度计、压力式温度计、双金属温度计

    非接触式:全辐射温度计、红外温度计、光电温度计、比色温度计

    流量监测的方法

    直接法(也称容积法)&间接法(也称速度法)

    节流式流量计(孔板,文丘里)、转子流量计、涡街流量计、涡轮流量计、电磁式流量计、超声波流量计、速度式流量计

    物位检测的方法

    静压式物位计、浮力式物位计、电容式物位计、超声波物位计、射线式物位计

    压力检测的方法

    液体式压力计:单管、U型管(流体静力学原理)

    弹性式压力计:弹簧管压力表、波纹管差压计(弹性元件受力变形的原理)

    物性型压力传感器:应变式、压阻式、压电式压力传感器(压力作用下,敏感元件某些物性发生变化)

    电远传式压力仪表:力平衡式压力变送器、电容式压力变送器

    0~20mA的一般能否改成两线制

    两线制种的两线即是信号线又是电源线,而0~20mA不足以供电(应该4~20mA)


    四、过程控制

    什么是前馈系统,有哪些应用场合

    就是直接利用测量到的扰动量去补偿扰动对被控变量的影响。

    这种方法只能用于扰动量可以测量的场合。

    介绍一下均匀控制

    均匀控制是指控制目的而言,它可以如下定义:

    对于一套控制系统,它能充分利用储罐的缓冲将一个变化剧烈的流量变换成一个变化平缓的流量,这种控制系统称为均匀控制系统。

    PID参数是怎么整定的?

    (1)经验法

    (2)临界比例度法:首先将控制器的积分作用和微分作用除去,对应于某一KC值作小幅度的设定值阶跃扰动以获得临界情况下等幅振荡,可得到临界振荡周期PU和临界比例增益,然后根据经验法计算即可。

    (3)衰减振荡法:在一些不允许或不能得到临界振荡的地方。

    (4)响应曲线法

    串级系统的主、副控制器的设定值是怎么来的?

    主控制器的设定值应该是根据期望达到的控制目标来手动设定的;副控制器的设定值则是来自于主控制器的输出。~~

    串级系统的主、副控制器的参数如何整定?

    Step 1: 先断开主回路,按单回路方式整定副调节器的PID参数。

    Step 2: 在主调节器为“手动”、副回路闭环的情况下,测试得到主回路广义对象的动态特性与相应特征参数。

    Step 3: 采用单回路调节参数的工程整定法(如动态响应法),确定主回路的PID参数。

    串级有几个执行器?副回路设定值从哪里来?

    一个执行器;副回路的设定值来自于主控制器的输出值。

    简单说说选择控制系统,并与单回路比较。

    定义:

    选择性控制系统:凡是在控制回路中引入了选择器的系统都可以称为选择性控制系统。

    超驰控制是选择性控制的一种,又称为约束控制。

    超驰控制特点:被控变量类型不同,通常有两个以上的控制器,主要用于设备软保护。

    区别:

    超驰控制(选择控制)有2个被控变量,1个操纵变量;并根据重要性用1个操纵变量

    控制其中的1个被控变量。

    控制阀有哪几种特性?

    流量特性:直线、等百分比、抛物线、快开

    控制阀选型

    从保证控制质量的角度,除了选择阀的类型外,还包括

    (1)阀口径的选择:阀口径的选择是流通能力的正确计算来确定的。

    (2)确定气开与气关(已有一种保位阀)

    (3)流量特性选择

    执行器的两个机构的选择

    执行机构:气动、电动、智能式

    调节机构:正作用、反作用


    五、计算机控制

    为了提高滤波性能,常采用模拟和数字滤波相结合的方法,请举例说明数字滤波的方法有哪些?

    答:数字滤波,就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。

    算术平均值法:适用于周期性干扰。

    中位值滤波法,限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰

    惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号。

    加权平均值滤波法适用于纯时延较大的被控对象。

    请解释什么叫“不完全微分”?

    答:标准的PID控制算式,对于具有高频扰动的生产过程,微分作用响应过于灵敏,容易引起控制过程振荡,降低调节品质。为了克服这一缺点,同时又要使微分作用有效,可以在PID控制输出串联个一阶惯性环节,这样组成了不完全微分控制器。

    请解释什么叫“外部干扰”和“内部干扰”?

    答: 外部干扰指那些与系统结构无关,而是由外界环境因素决定的;主要是空间电或磁的影响,环境温度,湿度等气候条件等等。

    内部干扰是由系统结构、制造工艺等决定的;主要有分布电容,电感引起的耦合感应,电磁场辐射感应,长线传输的波反射,多点接地造成的电位差引起的干扰等等。

    在抗干扰设计中,普遍采用光电耦合器,问光电耦合器在其中具体起什么作用?选择光电耦合器应注意哪两个基本特性?

    答: 起到了抑制共模干扰的作用。就是两根在一起的线上感应的干扰电平相位相同幅度相同。这个时候如果两根线的对地阻抗不同,就会在这两根线上面产生干扰电压差,就会产生干扰现象。但是如果两个电路完全不共地,就可以在另一个线路里面做出平衡度高于前端,干扰电平就不会传导到后端电路了。光耦的作用就是基于这个原理。

    两个基本特性:带宽??

    一般说来,软件一经设计、调试与修改,付诸实用并验证是正确的,则其可靠性要优于硬件。因此,尽量用软件替代硬件功能。这种说法是否正确?为什么?

    答:不正确。一个系统不受干扰是不可能的,干扰分为外部干扰和内部干扰。软件抗干扰是以CPU的开销为代价的,影响到系统的工作效率和实时性。硬件措施做得恰当,可以将绝多数干扰拒之门外。

    请解释什么叫“积分饱和”?

    答:如果执行机构已经到极限位置,仍然不能消除静差时,由于积分作用,尽管PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小,但执行机构已无相应的动作,这就叫积分饱和。

    积分饱和将增加系统的超调量和调整时间。
    抗积分饱和:(1)当控制器输出达到额定的上、下限值后,切除积分作用,保留比例作用(P),构成PI-P控制器。这样在偏差减小时,控制器输出能更快脱离上限或下限值;
    (2)在数字PID控制算法中,采用增量型或速度型算法,每次计算出应调整的增量值Δu或变化速度Δu/Δt,当控制作用量将超过额定上下限值时,则保持在上限值或下限值。这样,一当偏差减小或改变正、负极性时,控制器输出能更快脱离上限值或下限值。

    简述采样定理,分析它有什么重要意义?

    答:当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时,即:fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般取2.56-4倍的信号最大频率;采样定理又称奈奎斯特定理。
    采样定理是为了保证可以从采样信号中无失真的恢复出原来的信号。

    简述软件抗干扰的措施有哪些?

    答:常用的软件抗干扰技术是数字滤波技术,开关量的软件抗干扰技术,指令冗余技术,软件陷阱技术等。

    分析PID控制中参数Kp、TI、TD对系统性能的影响。

    答:Kp增大比例系数Kp一般将加快系统的响应,在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡,使系统稳定性变坏。

    Ti有利于减小超调,减小振荡,是系统更加稳定,但是系统静差的消除将会变慢。

    TD有利于加快系统响应,是超调量减小,稳定性增加,但系统对扰动的抑制能力减弱,对扰动有较敏感的响应。

    试指出系数Kp、KI、KD在PID调节器中的作用,它们对系统的性能有何影响?

    答:Kp增大比例系数Kp一般将加快系统的响应,在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡,使系统稳定性变坏。

    Ki,只要系统中存在误差,积分作用就不断的积累,输出控制量以消除误差。积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统振荡。

    KD,微分作用可以减小超调量,克服振荡,是系统的稳定性提高,加快系统的响应时间。

    在数字PID算法中,如何确定采样周期?

    答:首先要考虑采样定理。其次要考虑其他因素:加到被控对象的扰动频率,被控对象的特性,执行机构的类型,控制算法的类型,控制回路数、对象所要求的控制质量。

    用计算法或经验法确定采样周期。

    采样周期T不能太大也不能太小,T太小时,一方面增加了微型计算机的负担,不利于发挥计算机的功能,另一方面两次采样间的偏差变化小,数字控制器的输出值变化不大。T太大了,就会超过采样定理规定的上限值,采样会出现失真。

    什么叫数字滤波?数字滤波与模拟滤波相比有什么突出优点?

    答:数字滤波,就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。

    有以下几个优点:数字滤波是程序实现的,不需要增加硬件设备,所以可靠性高,稳定性好。数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波,克服模拟滤波器的缺陷。数字滤波器可以根据信号的不同,采用不同的滤波方法或滤波参数,具有灵活、方便的特点。

    工业控制机与普通PC机有何区别?

    答:工业机与普通的PC相比:1可靠性高和可维修性好2环境的适应能力强。

    3控制的实时性要求高4完善的输入输出通道5丰富的软件

    如何选择A/D转换器?

    答:要考虑AD转换器的几项指标:转换时间、分辨率、线性误差、量程和对基准电源的要求。除此之外还要考虑A/D输出的方式、A/D芯片对启动信号的要求以及它的稳定性和抗干扰能力。

    数字量输入接口与输出接口有何差别?

    答:数字量输入接口,输入要进行缓冲作用,数字量输出接口,对状态输出信号要进行锁存。


    六、微机原理

    什么叫同步通信方式?异步通信方式?它们各有什么优缺点?

    答:串行通信有两种工作方式:异步通信和同步通信。

    异步通信的数据格式:1个起始位,5~8位数据位,1个奇偶校验位,1、1.5或2个停止位。不需要同步信号,硬件连接简单,被广泛采用。

    同步通信在发送端和接收端之间要用时钟来实现同步,在相同波特率的前提下,同步通信所传输的数据量要大于异步通信所传输的数据量。

    同步通信方式和异步通信方式。

    同步通信方式要求通信双方以相同的时钟频率进行,而且准确协调,通过共享一个单个时钟或定时脉冲源保证发送方和接收方的准确同步,效率较高;

    异步通信方式不要求双方同步,收发方可采用各自的时钟源,双方遵循异步的通信协议,以字符为数据传输单位,发送方传送字符的时间间隔不确定,发送效率比同步传送效率低。

    若某个微处理器有20条地址总线和16条数据总线,问存储器空间有多大?经由数据总线可传送的带符号数的范围是多少?

    答:总存储空间为2的20次方,即1M。范围为 -32767~+32767。

    简述8086CPU的最小方式和最大方式,并说明它们之间有什么不同?

    答:最小模式中,系统所需要的控制信号全部由8086CPU本身提供

    最大模式中,系统所需要的控制信号由总线控制器8288提供。

    CPU的管脚MN/MX管脚接高电平时,构成最小模式;接低电平时,构成最大模式。

    CPU和接口之间有哪几种传送信息的方式?在CPU与外设交换信息的过程中,这些方式各自的适用范围是什么?

    答:有两种通信方式:程序控制方式和直接存储器存取,即DMA方式。

    程序控制方式又分为三种:同步传输方式,异步传输方式和中断方式。

    同步传输方式特点是外设可以处于CPU的控制之下。

    异步传输方式应用于慢速的外设与CPU传输数据,但是CPU的利用率不高。

    中断方式提高CPU的利用率。

    DMA方式应用于高速的外设或成块交换数据的情况。

    全双工和半双工通信的区别何在?在二线制电路上能否进行全双工通信?为什么?

    答:单工数据传输只支持数据在一个方向上传输;
    半双工数据传输允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信;
    全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输,因此,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。

    RS-232C的逻辑电平是多少?

    答:在数据线TXD和RXD上 逻辑1:-15V~-3V;逻辑0:+3V~+15V

    在控制线和状态线上 信号有效:+3V~+15V;信号无效:-3V~-15V

    RS-232C的EIA电平与微机的逻辑电平(TTL电平或CMOS电平)不兼容,两者间需要进行电平转换。

    请解释什么叫“总线”?总线分哪几类?各类总线的应用场合是什么?

    答:总线是一种内部结构,它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接.

    系统总线包含有三种不同功能的总线,即数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)和控制总线CB(Control Bus)。“数据总线DB”用于传送数据信息, 数据总线是双向三态形式的总线;地址总线AB”是专门用来传送地址的,由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口,所以地址总线总是单向三态的;“控制总线CB”用来传送控制信号和时序信号

    8086的I/O寻址空间为多少?

    答:8086的地址线是20位,2的20次方就是1MB。

    高级语言、低级语言与机器语言有何区别?

    答:机器语言是直接用二进制代码指令表达的计算机语言,计算机可以直接识别,不需要进行任何翻译,执行速度快。但是可读性差,不便于交流与合作,同时可移植性差,重用性差。低级语言更接近于机器指令,经过编译器的转换可以转换成机器语言,执行速度较快。高级语言接近算法语言,易学、易掌握;高级语言远离机器语言,与具体的计算机硬件关系不大,因而所写出来的程序可移植性好,重用率高;高级语言为程序员提供了结构化程序设计的环境和工具,使得设计出来的程序可读性好,可维护性强,可靠性高

    8086的寻址方式有哪些?

    答:立即寻址,寄存器寻址,直接寻址,寄存器间接寻址,寄存器相对寻址,基址变址寻址,相对基址变址寻址。

    8255A的PA口有几种工作方式?

    答:有3种。方式0—基本输入/输出方式,方式1—选通输入/输出方式,方式2—双向选通输入/输出方式。

    8253有什么作用?

    答:8253是可编程定时/计数器接口芯片,一般用于软件定时和外部事件计数。

    宏指令与伪指令的区别是什么?

    答: 伪指令用于告诉汇编程序如何进行汇编的指令,它既不控制机器的操作也不被汇编成机器代码,只能为汇编程序所识别并指导汇编如何进行。

    在汇编语言源程序中,有的程序需要多次使用,可以用一条宏指令代替来减少程序的书写。这条宏指令通过宏定义,再经过宏汇编产生所需的代码序列,然后将这些代码序列嵌在调用处。

    比较21BCD码与十六进制码的异同 点;

    答:十六进制码特点:基数为16,即有16个数码,0,1,2,到F;进制为“逢16进1”

    21BCD码:用 4位二进制数码的10个码组,分别表示十进制数的0到9这十个状态


    七、电子技术综合

    运算放大器的特点是什么?

    答:运算放大器是一种高增益,高输入电阻,低输出电阻的放大器

    两个基本特点是虚短与虚断

    试叙述戴维南定理,并画出示意图。

    答:一个含独立电源,线性电阻和受控源的一端口 ,对外电路来说,可以用一个电压源和电阻的串联组合等效置换,此电压源的电压等于一端口的开路电压,电阻等于一端口的全部独立电源置零后的输入电阻

    试叙述理想运算放大器 虚断  虚短 的概念。

    答:虚断:指倒向端和非倒向端的输入电流均为零

    虚短:对于公共端倒向输入端的电压和非倒向输入端的电压相等

    对于一阶电路,试叙述零状态响应和零输入响应的概念。

    答:零输入响应就是动态电路在没有外施激励时,电路中动态元件的初始储能引起的响应

    零状态响应就是电路在零初始状态下(动态元件初始储能为零)由外施激励引起的响应

    叙述一阶电路阶跃响应和冲激响应的概念。

    答:一阶电路对于单位阶跃函数输入的零状态响应称为阶跃响应

    电路对于单位冲激函数输入的零状态响应称为冲激响应

    正弦交流R、L、C串联电路发生谐振的条件是什么?这时电路的总等效阻抗与不谐振时的总等效阻抗相比时增大,还是减小?

    答:条件是电路的总阻抗虚部等于0,即Im[Z(jw)]=0,这时电路的总等效阻抗与不谐振时的总等效阻抗相比时减小

    R、L、C正弦交流并联电路发生谐振的条件是什么?称为电流谐振还是电压谐振?

    答:条件是输入导纳最小,即Im[Y(jw)]=0,称为电流谐振

    影响供电线路功率因数的根本原因是什么?

    答:是用电器感性负载的原因造成的
    使得有部分电流和电压在电相位角上产生差异,使得电压的向量超前于电流向量,导致无功功率的产生

    请解释什么叫“量化”?

    答:AD转换过程分为采样、保持、量化、编码4个过程

    采样是将时间上、幅值上都连续的模拟信号,在采样脉冲的作用,转换成时间上离散(时间上有固定间隔)、但幅值上仍连续的离散模拟信号。

    采样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号需要一定的时间,为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值,每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。

    量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时采样值用最接近的电平值来表示。

    什么是DAC的分辨率?分辨率与什么有关?

    答:DAC分辨率表示当输入数字量变化1时,输出模拟量变化的大小,它反映了计算机数字输出对执行部控制的灵敏程度,分辨率=满刻度值处以2的N次方,它与其位数N和满刻度值有关

    A/D转换有哪几种形式?

    答:AD转换有并行比较型,逐次逼近型,积分型,计数型,电压/频率型(V/F)

    卡诺图的作用是什么?

    答:卡诺图是一种描述逻辑函数的方格矩阵,它是按一种相邻原则排列而成的最小项方格图,利用相邻不断合并原则,使逻辑函数得到化简

    设计一个十进制计数器最少需要多少个D触发器?

    答:4个。

    数据采集系统中,常常在输入通道设置数据放大器,问数据放大器在其中起什么作用?选择数据放大器有什么要求?

    答:数据采集系统中,经过传感器或敏感元件转换后输出的信号一般很微弱,难以直接用来显示,控制或AD转换。为此,测量电路往往需要设置线性放大环节。

    要求:(1)输入阻抗应该远大于信号源内阻,防止因放大电路的负载效应造成偏差。

    (2)抗共模电压干扰能力强。(3)在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性、输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比,从而保证放大电路输出性能稳定。(4)能附加一些适应特定要求的电路。

    晶闸管的导通条件是什么?

    答:阳级加正向电压,门极加触发脉冲。

    或当晶闸管承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下才能导通

    续流二极管的作用是什么?

    答:续流二极管都是并联在线圈的两端,线圈在通过电流时,会在其两端产生感应电动势。当电流消失时,其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反向电压高于原件的反向击穿电压时,会把原件如三极管等损坏。续流二极管并联在线圈两端,当流过线圈中的电流消失时,线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。

    在实际应用中能否把标称值相同的干电池并联使用?为什么?

    答:看需要情况。

    标称值相同的电池并联,最大输出电流可达到单节的2倍,但电压不变 用于带大电流用电器使用 ;串联,最大输出电流不变,但端电压上升为2倍 ,用于高供电电压用电器使用

    但是: 因为不同电池内电阻和端电压可能有差异,所以并联使用时可能在电池之间形成环流,浪费电。但如果要提高输出电流,也只能这样作了,所谓鱼与熊掌不可兼得

    在家用照明电路中,常用的灯泡标有额定功率W(瓦)是功率大的电阻大,功率小的电阻小吗?

    答:应该是功率大的电阻小,功率小的电阻大(注意额定电压一定)

    试叙述具有互感耦合的两个线圈的同名端的判别方法。(举出一种即可)

    答:从实用的角度,有两个方法:
    1.看线圈导线的绕向。绕线方向一致时,两个头端为同名端,两个尾端也是同名端;
    2.看不出绕向时可以测试。一节干电池和一个万用表的直流电压档(档位可以试一下,能看出表针摆动方向就行)。
    测试方法:
    万用表两个表笔接好一个线圈的两个端头;在另一个线圈,电池负极接一个端头,正极去碰另一个头,观察表针的摆动方向,正向摆动时,红表笔接的头和电池正极接的头为同名端,反摆时黑表笔接的头和电池正极接的头是同名端。

    互感元件的两个线圈顺接串联和反接串联,所得等效电感相同吗?为什么?

    答:“顺接串联”和“反接串联”所得的等效电感不相同。顺接时两个线圈产生的磁通相加;而“反接”时则相减。顺接时的等效电感大于“反接”时的等效电感。

    在正弦交流电路中,三相四线制的中线上能够安装保险丝吗?为什么?

    答:不能。在三相中负载平衡时中线才没有电流通过,但负载不平衡时,中线上的电流是很大的

    试说明如何用一个万用表(电阻挡)判断一个晶体管是NPN型还是PNP型的,以及如何确定e、b、c三个极?

    答:只标志不清的晶体管三极管,可以用万用表判断它的极性,确定它是硅管还是锗管,并同时区分它的管脚。对于一般小功率管,判断时一般只宜用Rx1K档.步骤如下:
    1. 正测与反测 将红黑表笔测晶体管的任意两脚电阻,再红黑表笔互换仍测这两脚电阻,两次测量电阻读数不同,我们把电阻读数较小的那次测量叫正测,我们把电阻读数较大的那次测量叫反测。
    2. 确定基极 将晶体管三只管脚编上号1.2.3. 万用表作三种测量,即1-2, 2-3,3-1,每种又分正测和反测。这六次测量中, 有三次属正测, 且电阻读数各不相同。找出正测电阻最大的那只管脚,例如1-2,另一支管脚3便是基极。这是由于不论管或管,都为两个二极管反向连接而成(如附图)。发射极,集电极与基极间的正测电阻即一般二极管正向电阻,很小。当两表笔接集电极和发射极时,其阻值远大于一般二极管正向电阻。
    3. 判别极性 黑表笔接已确定的基极,红表笔接另一任意极,若为正测,则为NPN管,若为反测,则为PNP管。这是因为黑表笔接万用表内电池正端,如为正测,黑表笔接的是P端,晶体管属NPN型。如为反测,黑表笔接的是N端,晶体管属PNP型。
    4. 确定集电极和发射极对集电极和发射极作正测。在正测时,对NPN管黑表笔接的是集电极,对PNP管,黑表笔接的是发射极。这是因为不论正测或反测,都有一个PN结处于反向,电池电压大部分降落在反向的PN结上。发射结正偏,集电结反偏时流过的电流较大,呈现的电阻较小。所以对NPN管,当集,射间电阻较小时,集电极接的是电池正极,即接的是黑表笔。对PNP管,当集,射间的电阻较小时,发射极接的是黑表笔。

    在A、B、C三个二极管,测得它们的反向电流分别是2mA、0.5mA、5mA,在外加相同数值的正向电压时,电流分别10mA、30 mA、15 mA,比较而言哪个二极管性能最好?

    答:二极管的两个重要参数:漏电流和正向电流 。漏电流是二极管承受负压时流经的电流,越小越好。正向电流是二极管承受正压是流经的电流,越大越好

    所以上面A B C 三个二极管中B的反向电流0.5A - 最小 ,正向电流30ma - 最大,是性能最好的一个

    直接耦合放大电路能放大直流信号

    阻容耦合放大电路能放大交流信号

    有一个两端元器件,如何用万用表判断它是一个电阻、电容、普通二极管?

    答:用万用表的欧姆档分别正反测量这个两端元器件

    两次示数一样的就是电阻;一次示数大,一次示数小的是普通二极管;二次示数几乎都是无穷大的是电容。

    负反馈对放大器性能有何影响?

    答:1,稳定放大倍数,2,改变输入电阻和输出电阻,3,展宽频带4减小非线性失真

    解释非线性电阻。它满足欧姆定律吗?电容和电感在电路中起什么作用?

    答:如果电阻的伏安特性不是通过原点的直线,此电阻称为非线性电阻,不满足欧姆定律,电容和电感在电路中起储能作用


    八、电机控制

    什么叫直流电机的铭牌数据?请列举出5个以上的铭牌数据。

    答:直流电机的铭牌数据指直流电机的额定数据。电机的铭牌,固定在电机机座的外表面上,供使用者参考。一般包括:额定容量,额定电压,额定电流,额定转速,励磁方式和额定励磁电流、额定功率、额定转矩。

    按照励磁方式,直流电机有哪几种类型?各有什么特点?

    答:按励磁方式,直流电机分为

    1他励直流电机。励磁电流由其他电源单独供给

    2自励直流电机。其中又分为并励直流电机,串励直流电机,复励直流电机。

    作为并励发电机,是电机本身发出的端电压供给励磁电流,作为并励电动机,励磁绕组与电枢共用同一电源,与他励直流电动机没有本质区别。

    串励直流电机,励磁绕组与电枢回路串联,电枢电流也就是励磁电流。

    复励直流电机,励磁绕组分为两部分。一部分与电枢回路串联,一部分与电枢回路并联。

    什么叫恒转矩负载?

    答:恒转矩负载就是指负载转矩与转速无关的特性,即当转速变化时,负载转矩保持常值。

    什么是恒功率负载?

    答: 恒功率负载:在不同的转速下,负载转矩基本上与转速成反比,但功率基本不变,此时负载转矩与转速的特性为恒功率负载特性。

    什么是电动机的机械特性和负载转矩特性?为什么常常把它们绘制在一张图上?

    答:电动机的机械特性是指电动机的转速与转矩的关系n=f(T)

    在运动方程式中,阻转矩(或称负载转矩)与转速n的关系,即为生产机械的负载转矩特性

    在生产机械运行时电动机的机械特性和负载转矩特性是同时存在的,为了分析电力拖动的运行问题,可以把它们绘制在一张图上

    根据测速发电机的职能,对它的性能有什么要求?

    答:异步电动机的转速表达式:n=(1-s)*60*f/p
    n--转速,s--转差率,f--电源频率,p--电机极对数 ,由此可见,改变s、f、p当中的任何一个都可以对电机调速
    鼠笼式异步电动机通常采用改变极对数、频率来调速
    绕线式异步电动机通常采用改变转差率来调速

    什么是能耗制动、反接制动和回馈制动,请简述其特点。

    答: 1.能耗制动:当电动机的定子绕组从交流电源上切断,并把它的两个接线端立即接到直流电源上(Y接时,接入二相定子绕组;△接时,接入一相定子绕组),直流电流在定了绕组中产生一个静止磁场。由于机械惯性,转子仍在转动,于是转子绕组中感生电动势,并产生感应电流,电机处于发电状态,其电磁转矩与转子旋转方向相反,起到制动作用。
    2。反接制动:反接制动是将正在运行的电动机电源相序突然反接,使旋转磁场的旋转方向同转子实际旋转方向相反,此时的电磁转矩起到制动转矩的作用。
    3。回馈制动:回馈制动主要用在起重设备的异步电动机上。当重物下降时,首先将电动机按下降的方向接电,在重力力矩作用下,转子转速大于同步转速,因此转子导体中感应电势的方向改变了,转子电流的方向也随之改变。这时电磁转矩方向与转子旋转方向相反,起到制动作用。
    4。机械制动(抱闸制动):所谓机械制动,就是利用外加的机械作用使电动机转子迅速停止旋转的一种方法,通常是利用电磁机械产生的制动力。

    什么是静差率?调速的技术指标静差率反映电动机的什么特性?

    答:静差率:在一条机械特性上运行时,电动机由理想空载加到额定负载所出现的转速降落与理想空载转速之比。调速的技术指标静差率反映其相对稳定性的程度。

    电机的机械特性越硬,则静差率越小,相对稳定性就越高

    星形--三角形启动是一种什么启动方式?为什么?

    答: 星形--三角形启动是一种减压启动方式,启动时连接成星形的定子绕组电压与电流都只有三角形时的根号下三分之一,连接成星形启动时的线电流也只有三角形时的三分之一启动转矩降到直接启动时的三分之一

    直流电机常用的数学模型由哪几个典型环节构成?输入量是什么?输出量又是什么?

    答:直流电机常用的数学模型由积分环节,惯性环节组成。输入量是施加在电枢上的电压,输出量是转速

    控制电机与一般旋转电机在什么方面有不同点?为什么?请举例说明。

    答:控制电机与一般旋转电机在设计构造精度及工作环境和驱动电源都上不同!
    控制电机多是频受指令可逆性间断工作!(包括直线电机)而一般旋转电机多是
    单指令连续工作!如步进电机工作十分精确,像电风扇的电机就是连续工作。

    在变频调速中,低频时应采取什么措施?

    答:采用电动势频率比为恒值的控制方式,即必须同时降低电动势

    晶闸管与晶体三极管有区别吗?它们的工作原理是什么?

    答:有区别 晶闸管导通的条件是阳极加正向电压,门极加出发脉冲。

    晶闸管导通的原理可以 用双晶体管模型来解释,晶闸管内部是PNPN四层半导体结构,四个区形成三个PN结,通过其门极只能控制其开通,不能控制其关断,是一种控制器件

    晶体三极管有两个PN结,有电流放大作用,其工作在放大状态的外部条件是发射结正偏且集电极反向偏置

    什么是电机的可逆原理?接在直流电源上运行的直流电机,如何判别它是运行在发电状态还是运行在电动状态?

    答:同一台电机既能做电动机又能做发电机运行的这种原理称为可逆原理

    电流流向电源是发电,流出是电动

    直流电机中换向器的作用是什么?无刷直流电机是怎么回事?

    答:在直流电动机中,它的作用是将电刷上所通过的直流电流转换为绕组的交变电流

    在直流发电机中,它的作用是个将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势。

    无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。

    简述在转速电流双闭环调速系统中转速调节器的作用。

    答:转速调节器的作用:

    1,它是调速系统的主导调节器,它使转速很快跟随给定电压变化,稳态时可 减小转速误差。2,对负载变化起及时抗扰作用。3,其输出限幅值决定电动机允许的最大电流

    简述在转速电流双闭环调速系统中电流调节器的作用。

    答:电流调节器的作用:

    1,作为内环的 调节器,在 转速外环的 调节过程中,它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压变化。

    2,对电网电压的波动起及时抗扰作用。

    3,在 转速动态过程中,保证获得电动机允许的最大电流,从而加快动态过程。

    4,当电动机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用


    九、专业英语名词

    torque,就是扭矩的意思

    Self-Regulating Processes自衡过程

    Non-Self-Regulating Processes非自衡过程

    Proportional-Integral-Derivative 比例积分微分PID

    programmable logical controller可编程逻辑控制器PLC

    Cascade Control System串级控制系统
    Artificial Intelligence 人工智能AI

    MTBF(mean time between failure)平均无故障时间

    Override Control 超驰控制 -也称- Constraint Control约束控制

    Selective Control 选择控制

    (Controlled Variable - CV)被控变量/受控变量

    (Setpoint - SP, Setpoint Value - SV )l设定值/给定值

    Single-loop PID (单回路PID控制)

    Cascade Control (串级控制), 基本PID控制

    Ratio Control (比值控制),

    Override or Selective Control (超驰或选择控制)

    Feedforward Control (前馈控制)

    Dead-time Compensation (纯滞后补偿)

    Decoupling (解耦) 先进控制(APC)

    Predictive Control (预测控制)

    Adaptive Control (自适应控制)

    敏感元件(sensor)信号的变换

    l 传感器(transducer)信号的变换及处理

    l 变送器(transmitter)标准信号输出

    l 被测参数(measured)(输入量) 检测仪表相关术语

    l 待测参数(parameter to be measured)(输出量)

    l 直接测量(direct measurement)(输出量=输入量)

    间接测量(indirect measurement) (输出量!=输入量)


    常用控制算法

    PID类(包括:单回路PID、串级、前馈、均匀、比值、分程、选择或超驰控制等),

    特点:主要适用于SISO系统、基本上不需要对象的动态模型、结构简单、在线调整方便。

    APC类(先进控制方法,包括:解耦控制、内模控制、预测控制、自适应控制等),

    特点:主要适用于MIMO或大纯滞后SISO系统、需要动态模型、结构复杂、在线计算量大。

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  • 基于胡寿松《自动控制原理》(第七版)总结的笔记,可用于自动控制相关考试,自动控制相关基础学习,自动控制相关院校考研复习。

    参考书籍:《自动控制原理》(第七版).胡寿松主编.
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    1.非线性控制系统概述

    1.1 研究非线性控制理论的意义

    当系统中含有一个或多个具有非线性特性的元件时,该系统称为非线性系统;

    随动系统实例说明:
    1

    • 图(a):放大元件受电源电压或输出功率的限制,在输入电压超过放大器线性工作范围,输出呈饱和现象;
    • 图(b):执行元件电机,轴上存在着摩擦力矩和负载力矩,只有在电枢电压达到一定数值后,电机才会转动,存在着死区,当电枢电压超过一定数值时,电机转速将不再增加,出现饱和现象;
    • 图(c):传动机构受加工和装配精度的限制,换向时存在着间隙特性;

    实例说明:

    设柱形液位系统如下图所示:
    2
    其中: H H H为液位高度, Q i Q_i Qi为液体流入量, Q o Q_o Qo为液体流出量, C C C为贮槽截面积;

    根据水力学原理:
    Q o = k H ,其中: k 为比例系数,取决于液体的黏度和阀阻; (1) Q_o=k\sqrt{H},其中:k为比例系数,取决于液体的黏度和阀阻;\tag{1} Qo=kH ,其中:k为比例系数,取决于液体的黏度和阀阻;(1)
    液位系统动态方程为:
    C d H d t = Q i − Q o = Q i − k H (2) C\frac{dH}{dt}=Q_i-Q_o=Q_i-k\sqrt{H}\tag{2} CdtdH=QiQo=QikH (2)
    一般,非线性数学模型表示为:
    f { t , d n y d t n , … , d y d t , y } = g { t , d m r d t m , … , d r d t , r } (3) f\left\{t,\frac{d^ny}{dt^n},\dots,\frac{dy}{dt},y\right\}=g\left\{t,\frac{d^mr}{dt^m},\dots,\frac{dr}{dt},r\right\}\tag{3} f{t,dtndny,,dtdy,y}=g{t,dtmdmr,,dtdr,r}(3)
    其中: f ( ⋅ ) 、 g ( ⋅ ) f(·)、g(·) f()g()为非线性函数;

    当非线性程度不严重时,如:不灵敏区较小、输入信号幅值较小、传动机械间隙不大时,可以忽略非线性特性的影响,将非线性环节视为线性环节;当系统方程解析且工作在某一数值附近的较小范围内,运用小偏差法将非线性模型线性化;

    设液位系统的液位 H H H H 0 H_0 H0附近变化,相应的液体输入量 Q i Q_i Qi Q i 0 Q_{i0} Qi0附近变化,取: Δ H = H − H 0 , \Delta{H}=H-H_0, ΔH=HH0 Δ Q i = Q i − Q i 0 \Delta{Q_i}=Q_i-Q_{i0} ΔQi=QiQi0,对 H \sqrt{H} H 做泰勒级数展开,有:
    H = H 0 + 1 2 H 0 ( H − H 0 ) + ⋯ + (4) \sqrt{H}=\sqrt{H_0}+\frac{1}{2\sqrt{H_0}}(H-H_0)+\dots+\tag{4} H =H0 +2H0 1(HH0)++(4)
    因为 H , Q H,Q H,Q变化较小,取 H \sqrt{H} H 泰勒级数展开式的一次项近似,可得小偏差线性方程:
    C d ( Δ H ) d t = Δ Q i − k 2 H 0 Δ H (5) C\frac{d(\Delta{H})}{dt}=\Delta{Q_i}-\frac{k}{2\sqrt{H_0}}\Delta{H}\tag{5} Cdtd(ΔH)=ΔQi2H0 kΔH(5)

    1.2 非线性系统的特征

    线性系统的重要特征:可以应用线性叠加原理;非线性系统不可以应用叠加原理;能否应用叠加原理是两类系统的本质区别;

    非线性系统的运动主要有如下特点:

    1. 稳定性分析复杂

      对于线性系统,只有一个平衡状态 y = 0 y=0 y=0,线性系统的稳定性即为该平衡状态的稳定性,且只取决于系统本身的结构和参数,与外作用和初始条件无关;

      对于非线性系统,系统可能存在多个平衡状态,各平衡状态可能是稳定的,可能是不稳定的,初始条件不同,自由运动的稳定性亦不同;平衡状态的稳定性不仅与系统的结构和参数有关,且与系统的初始条件有直接关系;

    2. 可能存在自激振荡现象

      自激振荡:指没有外界周期变化信号的作用时,系统内产生的具有固定振幅和频率的稳定周期运动,亦称自振;但线性系统在无外界周期变化的信号作用时所具有的周期运动不是自激振荡,因为线性系统产生的周期运动在外扰动作用下使系统输出发生偏离时会发生改变,不能维持周期运动;

    3. 频率响应发生畸变

      稳定的线性系统的频率响应,即正弦信号作用下的稳态输出量是与输入同频率的正弦信号,其幅值 A A A和相位 φ \varphi φ为输入正弦信号频率 ω \omega ω的函数;

      非线性系统的频率响应除了含有与输入同频率的正弦信号分量(基频分量)外,还含有关于 ω \omega ω的高次谐波分量,使系统波形发生非线性畸变;若系统含有多值非线性环节,输出的各次谐波分量的幅值还可能发生跃变;

    1.3 非线性系统的分析与设计方法
    1. 相平面法

      相平面法是推广应用时域分析法的一种图解分析法;该方法通过在相平面上绘制相轨迹曲线,确定非线性微分方程在不同初始条件下解的运动形式;相平面法仅适用于一阶和二阶系统;

    2. 描述函数法

      描述函数法是基于频域分析法和非线性特性谐波线性化的一种图解分析方法;该方法对于满足结构要求的一类非线性系统,通过谐波线性化,将非线性特性近似表示为复变增益环节,然后推广应用频率法,分析非线性系统的稳定性或自激振荡;

    3. 逆系统法

      逆系统法是运用内环非线性反馈控制,构成伪线性系统,以此为基础,设计外环控制网络;

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  • 1. 背景 智能座舱是当前汽车行业开发设计和差异化竞争的焦点,当前智能座舱控制器多为整合了传统IPK、HMI、HUD、DMS等若干控制器之后的“一机多屏”的复杂系统。...为了提高测试效率,需采用自动化/半自

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    1. 背景

    智能座舱是当前汽车行业开发设计和差异化竞争的焦点,当前智能座舱控制器多为整合了传统IPK、HMI、HUD、DMS等若干控制器之后的“一机多屏”的复杂系统。在软件架构上,多操作系统也是其一大特点,如整合安卓和QNX系统是最常见的方案,而在硬件接口上通常是车载以太网、CAN/CAN FD以及LVDS等。

    座舱域控制器由于自身特点,其功能测试用例多达几万条甚至十几万条,完全依靠传统手动测试,需要投入大量的人力资源,难以满足越来越短的项目开发周期和软件快速迭代的需求。为了提高测试效率,需采用自动化/半自动化的方式以完成座舱域控制器的功能测试。



    2. 测试内容分析

    从智能座舱域部件级的功能测试角度来看,主要聚焦如下几方面的测试:

    Ø 车辆和环境信息显示功能:中控、仪表、HUD、流媒体后视镜、电子后视镜、A柱等显示交互
    Ø 娱乐、浏览功能:本地和在线的媒体播放、游戏以及文档和网页浏览阅读等
    Ø 配置、设置和控制功能:个人账户、车辆/驾驶信息设置、APP安装/卸载等
    Ø AR导航、环视、后视、夜视等功能
    Ø 车内监测:驾驶员/乘员头、脸、眼监测功能和健康监测
    Ø 交互功能:语音交互、手势控制
    Ø 用户APP在线和离线服务功能
    Ø 连接功能:蓝牙、WiFi、USB,4G/5G等
    



    3. 测试系统框架

    从座舱自动化测试系统的角度,可将满足智能座舱测试系统划分为如下几个主要的功能模块:

    Ø 常规的车载网络和IO仿真采集及故障注入
    Ø UE仿真及监测
    Ø 图像仿真及UI监测
    Ø 语音仿真及识别
    Ø 无线信号相关的仿真
    

    完整测试系统示意图如下所示,本文将重点介绍基于Eggplant实现UE仿真及UI监测的流程和基本方法及各种主流方案的对比。

    在这里插入图片描述

    图1:测试系统框图



    4. 基于Eggplant的自动化测试简介

    4.1. 软件及方案框架

    Eggplant是TestPlant公司研发的一款黑盒自动化测试工具,通过VNC/RDP传输协议连接PC和DUT,可跨平台(Linux、Mac、ISO、QNX、安卓和 Windows)使用。其基于图像和OCR算法实现对DUT图像监测,方便访问图像的各种状态(颜色及亮度),同时支持在使用Flash的动态环境中运行。可通过记录用户操作流程,自动生成测试脚本。且集成的SenseTalk语言,面向非开发人员,测试者无需了解底层代码和架构,简单易用。

    支持与Vector CANoe集成,通过CANoe发送操作指令,执行结果自动生成HTML格式方便查看。

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    图2:CANoe+vTESTstudio+Eggplant 整体方案框架



    4.2. 实现流程概述

    本次以安卓系统的DUT为例,进行CANoe、vTESTstudio、Eggplant联合调试,调试过程主要分为如下步骤:

    · 测试系统与DUT连接设置: 打开DUT调试权限,连接PC,对安卓系统进行连接设置,生成Server端的IP地址和端口号,用于在Eggplant软件中对DUT进行连接。

    在这里插入图片描述

    图3:连接效果图

    · Eggplant测试工程创建: 使用Eggplant进行UE仿真及UI监测底层脚本编写、运行并执行测试。使用Eggplant中的Log功能,对测试结果进行记录。

    在这里插入图片描述

    图4:Eggplant运行界面展示

    · CANoe对Eggplant测试工程调用: 根据Eggplant软件提供的API,使用CANoe软件对Eggplant测试工程进行调用。在CANoe工程中需填写Eggplant测试工程相关信息,如:软件安装地址、测试工程存储地址、端口号和密码等信息。

    在这里插入图片描述

    图5:在CANoe工程中配置Eggplant测试工程信息

    ·“对手件”的仿真实现(可选): 针对基于SOA实现的座舱域控制器,需仿真与之交互的“对手件”,如车辆域控制器、自动驾驶域控制器、网联控制器,针对此需求,可以借助新版CANoe对SOME/IP、MQTT等协议的支持,通过导入数据库(如.arxml)等方式高效的完成SOA应用的仿真,以我们的经验来看,基于CANoe实现该仿真更为高效和专业。

    ·测试用例实现: 基于vTESTstudio软件图形化编程方式实现测试脚本编写,编译生成可执行文件,导入到CANoe中进行测试执行。

    在这里插入图片描述

    图6:基于vTESTstudio实现测试脚本编写

    ·测试执行与分析: 通过CANoe对Eggplant测试结果进行读取和判断,并将原始图像等打印在测试报告中,便于对测试问题进行分析。

    在这里插入图片描述

    图7:测试报告样式



    4.3. DEMO示例

    由于真实DUT造型和显示界面涉密原因,如下视频以基于安卓手机为对象的调试作为示例。

    【北汇信息】如何实现汽车智能座舱域控制器功能自动化测试?



    5. 方案对比

    5.1. UE仿真测试方案对比

    UE仿真是为模拟用户操控,如软按键单击/双击、屏幕滑动,其难点:

    ·适配多级窗口操作
    ·操作界面设计变更后和被操作对象更换后的重新适配
    ·实现特殊操控方式,如多指点击/滑动、两指缩放
    

    在这里插入图片描述

    表1:UE仿真测试方案对比



    5.2. UI和UE监测测试方案对比简介

    UI和UE监测用以判断功能逻辑正确性和性能,其难点:

    · 多屏互动
    · 显示风格切换、APP动态加载识别适配
    · 动态闪烁类图标监测、屏幕响应时间监测
    

    在这里插入图片描述

    表2:UI和UE监测测试方案对比

    6. 总结

    从早期仪表/中控至现在的智能座舱,对其自动化测试的尝试,已有十多年的时间,当下的被测对象更为复杂,测试方案不断升级,测试要求也不断提高,此时需要我们从测试需求本源,结合座舱域控制器的特点,进行理性分析或复盘。我们需要自动化但不一味追求全自动化,需要细分不同测试功能,其测试工作的资源消耗,其自动化的可行性和适应性,其投入产出比等多重因素下进行综合考虑。

    北汇信息在智能座舱领域相关的部件、系统、实车的测试规范/用例开发、测试实施和测试系统搭建已有近十年的积累,可提供“组合式”的技术方案和合作模式,以期达到在测试效果和效率、性价比之间的平衡。此次选择TestPlant的Eggplant 软件作为新的尝试,并对相关仿真和监测方案做了简要的比对,希望可以给大家一定的参考和启发。最后,十分感谢TestPlant公司(Keysight)和Vector公司的同仁伙伴们给予的大力支持。

    参考文献

    【1】 Vector - Eggplant integration.pdf

    【2】 基于Eggplant的Mac_OS_X平台上软件自动测试_邓迎秋.pdf

    【3】 http://docs.eggplantsoftware.com

    【4】 GUI-Testing_HanserAutomotive_201706_PressArticle_EN.pdf

    作者:北汇信息——今朝酒醉、沈惟蓁
    

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  • 【(自动)运动控制系统】学习笔记

    千次阅读 多人点赞 2021-06-23 14:42:42
    参考书目:《自动控制系统》第二版 北京邮电大学 任彦硕 赵一丁 运动控制系统一、课后习题二、直流调速三、变流调速四、简答 一、课后习题 U1 绪论 自动控制系统结构七个环节:给定环节、放大环节、执行环节、控制...

    课程:运动控制系统
    参考书目:《自动控制系统》第二版 北京邮电大学 任彦硕 赵一丁

    本课程概念理解偏多,故梳理全书,查阅资料,整理于此博文,望能帮到大家


    一、课后习题

    U1 绪论

    自动控制系统结构七个环节:给定环节、放大环节、执行环节、控制对象、反馈环节、比较环节、校正环节

    自动控制系统举例(三选一)

    (一)速度给定控制系统

      对 A 点列节点电流方程为:

      某一时刻开始直流电动机转轴上负载转矩增加了一个恒定量,起始时,由于电动机输出功率还未来得及增大,转速将降低。使得测速发电机分压值 Un 降低,I2 < I1,I3 增大,给电容充电,Uct 增大,Ud 增大,使电动机输出转矩增大,转速回升。达到新平衡。
      若某一时刻负载扰动量消失了,电动机输出功率还未来得及减小,转速将增大。使得发电机分压值 Un 增大,I2 > I1,I3 减小,电容放电,Uct 减小,Ud 减小,使得电动机输出转矩减小,转速下降。达到新平衡。

    (二)导弹发射架方位随动控制系统

      当输入一个信号 θ,经过模/数转换成数字量到单片机,发射架旋转角度作为反馈量经光电编码器编成数码输入给单片机,单片机经运算后输出一个数字量,经过数/模转换成离散的模拟量,再经保持器连续化后,经放大器,由电机拖动发射架旋转相应的角度。

    (三)玻璃窑炉的温度控制系统

      该系统为串级控制(多闭环控制)系统,主回路由控制器 TC1、检测熔池底部温度的温度变送器 TT1 和副控制回路由控制器 TC2、熔炉的碹顶温度变送器 TT2、燃料油流量调节阀及被控对象组成。
      池底温度表征玻璃液温度。碹顶温度变化会造成玻璃液温度波动。当扰动使碹顶温度变化但玻璃液温度未变时,副回路中的控制器及时动作,调节调节阀开度,改变燃料油流量,克服扰动量影响。主回路检测的是碹底温度,当影响到碹底温度时,由 TT1 检测出来,并由主回路控制器TC1动作,及时修正碹顶温度设定值,加强对扰动量的抑制控制,使玻璃液温度稳定。


    U2 自动控制系统基础

    2.2 试述比例、积分、微分控制规律对控制系统相应性能的影响。

    • 比例:能及时调节偏差,但会有静态偏差,比例过强会引起系统不稳定。
    • 积分:只要有偏差,就会消除偏差,直至偏差为零,积分过强会使被调参数超调,引起系统震荡。
    • 微分:能提前对偏差进行预报,减少调节时间,改善系统动态特性,微分过强会引起系统不稳定。

    2.4 检测电流的元件有哪些?它们分别是如何接入系统的?

    • 交流电流互感器
    • 直流电流互感器
    • 霍尔电流传感器(交、直皆可测)

    (2)检测温度的方式和元件有哪些?检测量是什么?

    ① 接触式

    • 热电阻元件:温度->阻值
    • 热电偶:温度->电动势

    ② 非接触式

    • (辐射式/红外式)温度计:温度->热辐射功率

    2.5 测量气体中的含氧量用什么元件?它的工作原理如何?测量含氧量有何用途?

    • 氧化锆氧量计:利用氧化锆固体电解质作为敏感元件,将氧含量转化为电信号。
    • 原理:氧浓差电池的生成过程
    • 用途:检测锅炉中烟气的含氧量,控制风量达到最佳燃烧状态。

    2.7 H 型可逆 PWM 有几种?

    可逆 PWM 变换器可以实现控制系统的正反转控制。

    • 双极式
    • 单级式
    • 受控单级式

    U3 单闭环直流电机调速控制系统

    3.1 电动机运行时的电压、电流、功率、温升能否超过额定值?电动机的温升与哪些因素有关?电动机需降温时,可以采取什么措施?

    答: 不能。与环境温度(外界因素)与电流强度有关。

    • 负载过大,减轻负载或更换较大容量电动机。
    • 风道堵塞,清理风道灰尘。
    • 环境温度过高,可以采用风冷的方式降温。

    3.3 三相全桥式整流电路需要几个触发器?各触发器的同期电压如何提取?它们由同一电压型号控制时的工作顺序如何?

    答: 6 个。在三相整流变压器的三相铁心上,每相缠绕与原边绕组同相和反相的相同匝数的同期绕组各一个,可得到六相同期绕组,将其按导电顺序接到 6 个晶闸管的触发电路作为同期电压信号。

    3.4 3.5 计算


    U4 转速和电流双闭环直流调速系统

    4.1 在双闭环调速系统中,转速调节器的作用是什么?其限幅值按什么要求设计?电流调节器的作用是什么?其限幅值按什么要求设计?

    (1) 转速调节器(ASR):

    作用:

    • 使转速n很快的跟随给定电压Un*变化,稳态时可减小转速误差,如果采用PI调节器,则可以实现无静差
    • 对负载变化起抗扰作用

    设计:转速调节器的限幅值应按电枢回路允许的最大电流来进行整定。

    (2) 电流调节器(ACR)

    作用:

    • 使电流紧紧跟随给定电压Ui*变化;
    • 对电网电压的波动起及时抗扰的作用;
    • 在转速动态过程中,保证获得电动机允许的最大电流,从而加快动态过程;
    • 当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用;

    设计:电流调节器的最大值应该按变换电路允许的最大控制电压来整定。

    4.2 正常工作时,欲改变双闭环调速系统的转速,调节哪一个元件的参数可以实现?分别改变转速调节器的放大倍数、电子变换器的放大倍数、转速反馈系数行不行?改变电动机的堵转电流,应调节系统中的什么参数?

    答: 由 Un* = αne 可知,改变电机的转速,需要调节转速调节器的转速反馈系数 α 和速度给定量 Un*;不行;不行;改变调节速度反馈系数 α 可以。由 Ui* = βId 可知若要改变电机的堵转电流,需要调节电流反馈系数 β 和电流给定量 Ui*。


    U5 交流调速系统概述
    在这里插入图片描述


    U6 异步电动机变压变频调速系统

    在这里插入图片描述



    二、直流调速

    1、转矩控制是运动控制的根本问题,磁链控制与转矩控制同样重要。
    2、数字测速中,M法测速适用于高速,T法测速适用于低速
    3、单闭环比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用,在于它能随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化。
    4、积分、PI 调节器能消除被控制量稳态误差。
    5、转速电流双闭环调速系统应先设计电流环
    6、PI调节器的传递函数:W(s) =Kpi(τs+1)/τs
    7、无差系统的调速范围应由电动机的功率负载所需的功率大小决定。
    8、正常运行时,ACR调节器是不会饱和的。
    9、一般来说,调速系统的动态指标以抗扰性能为主,而随动系统的动态指标以跟随性能为主。
    10、直流调速控制系统的稳态性能指标包括静差率调速范围
    11、在PI(比例积分调节)调节过程中,比例部分的作用是迅速响应控制,积分部分的作用是消除稳态误差
    12、在三相桥式逆变器中,有180和120导通型换相方式,其中同一排不同桥臂的左、右两管之间互相换相称为120导通型逆变器‘’;同一时刻总有2个开关器件导通,每个晶闸管的导电角度为120,这期间要经历一次换相。换相时,如果VT1的触发脉冲已消失,则会因换相过程中VT1的电流瞬间消失而截止。防止的方法是采用宽脉冲双窄脉冲。另一方法是在整流电路输出回路中串联平波电抗器
    13、在双闭环脉宽调速系统中,PWM 变换器完成的是功率放大的功能。
    14、可以测速的元件有直流测速发电机光电编码器;可以控制角度的元件有控制式自整角机


    三、变流调速

    1、恒压频比控制方式是指给异步电动机供电的电压频率之比为常数。
    2、异步电动机基于稳态模型的控制方法有调压调速变压变频调速;基于动态数学模型的高性能控制方法有 VC/FOC(矢量控制/磁场定向控制)DTC(直接转矩控制)
    3、异步电动机变压变频调速控制特性曲线中,基频以下调速称为恒转矩调速,基频以上调速称为恒功率调速
    4、控制变频器逆变部分的常见的脉冲宽度调制技术有(1)以追求电压正弦为目的的电压 SPWM 控制技术,(2)以追求电流正弦为目的的电流 SPWM 控制技术,(3)以追求磁链正弦为目的 SVPWM 控制(磁链跟踪控制/电压空间矢量PWM)技术
    5、转差频率控制的两个基本特点是:(1)定子电压和频率比协调控制保持气隙磁通恒定;(2)气隙磁通不变时,电磁转矩与转差频率成正比。
    6、电磁耦合是机电能量转换的必要条件,电流和磁通的乘积产生转矩,转速与磁通的乘积产生感应电动势
    7、异步电动机可以看成输入输出系统。
    8、三相异步电动机的机械特性方程为 ,临界转差率为
    9、定子电流进行3s/2s(三相静止/两相静止) 变换的公式是2s/2r(两相静止/两相旋转) 变化的公式是

    10、不同电动机的物理模型彼此等效的原则是:①在不同坐标系中所产生的磁动势相同;变换前后总功率不变
    11、旋转坐标系下,异步电动机电磁转矩方程为 ,其中 ird 表示 dq 坐标系下转子 d 轴电流
    12、dq坐标系磁链方程…,其中 Ls 为 dq 坐标系定子等效两相绕组的自感,Lr 为 dq 坐标系转子等效两相绕组的自感
    13、异步电动机无论是三相静止坐标系、两相静止坐标系,还是两相旋转坐标系下其动态数学模型,都必须由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程式构成。(速记:磁电转运)
    14、欲产生旋转磁动势,除了单相以外,其余多相均可产生。
    15、定、转子绕组间的互感是变量是三相异步电动机数学模型非线性的根源之一。
    16、三相异步电动机在三相轴系上的数学模型的性质是:多变量、高阶、非线性、强耦合系统
    17、异步电动机的数学模型从三相静止坐标系变换到两相静止坐标系后,电压方程的维数从6维降到4维。虽然阶次降低了,但其非线性、多变量、强耦合的性质未发生改变。
    18、异步电动机在两相同步旋转坐标系的特点是:当三相静止ABC坐标系中的电压和电流是交流正弦时,变换到两相同步旋转的dq坐标系就成为了直流
    19、异步电动机在两相MT坐标系上:异步电动机可以像在直流电动机中分别控制电枢电流和励磁电流一样,实现对异步电动机转矩磁通的有效控制。
    20、在绕线转子串电阻调速中,通过调节外接电阻来调速,R越大,s越大,n越低。
    21、在定子调压调速中,通过调节定子绕组电压来调速,U越小,n越小,s越大。
    22、在电磁转差离合器调速中,通过调节励磁电流来调速。I越小,n越低。
    23、在绕线式转子串级调速中,通过调节交流附加电动势 Edd 的赋值和相位,来调速。
    24、变频调速系统在恒压频比控制时,最大转矩 Temax 是随着 ω1 的降低而减小
    25、直接转矩控制的特点:①在定子坐标系下分析;②以定子磁场定向,只需定子参数;③通过控制电压矢量直接控制转矩;④转矩和磁链都采用两点式调节器。
    26、基本电压空间矢量作用顺序所遵循的原则是:每次切换开关状态时,只切换一个功率开关器件,以满足最小开关损耗
    27、在直接转矩控制中,不论是按六边形轨迹控制还是按圆形轨迹控制,都需要已知定子磁链
    28、异步电动机主要有鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机两种。


    四、简答

    1、简述电压正弦波脉宽调制法的基本思路。

    答:以频率与期望的输出电压波相同的正弦波为调制波,以频率比期望波高得多的等腰三角形波为载波,当调制波与载波相交时,由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻,从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列,这种调制方法是电压SPWM调制。

    2、通用型变频器基频以下变频调速时为什么要变压?

    答:为保持电机主磁通恒定,因为主磁通太小电机利用不充分,太大会烧坏电机。根据三相异步电动机定子每相电动势的有效值 Eg = 4.44f1NskNSφm(其中 f1 为定子频率;Ns 为定子每相绕组串联匝数;kNS 为定子基波绕组系数;φm 为每极气隙磁通),可知 φm 的值由 Eg/f1 决定,但 Eg 难以直接控制,当电动势较高时,以定子相电压 U1 代替。所以在基频以下调频时,为保证两比值不变,故要变压。

    3、何谓电流截止负反馈?它主要解决什么问题?在电动机正常运行时它是否起作用?

    答:当电流达到一定程度时才出现的负反馈叫做电流截止负反馈。它是为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题,系统中必须设有自动限制电枢电流的环节。正常运行时,它不起作用。

    4、如果需要调速的生产机械对静差率要求较高,可否用开环调速系统,为什么?应该如何解决这个问题?

    答:不能。因为静差率是指电动机稳定运行时,负载由理想空载增加到额定值时的转速降落 △ne 与理想空载转速 n0 之比,在开环调速系统中,转速出现偏差时,它不能纠正偏差。要想减小静差率应该用转速反馈的闭环系统,因为反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统。

    5、描述图异步电动机的等效直流电动机模型,解释该模型为什么称为等效直流电动机模型。
    在这里插入图片描述
    答:在设计矢量控制系统时,可以认为在控制器后面引入的反旋转变换器 VR-1 与电动机内部的旋转变换环节 VR 抵消,2/3 变换器与电机内部的 3/2 变换环节抵消,如果再忽略变频器中可能产生的滞后,则图中虚线框内部分完全可以删去,剩下的就是直流调速系统了。

    6、转差频率控制的基本思想,并简述其基本规律。

    答:基本思想是在保持气隙磁通 φ 恒定不变的前提下,可以通过控制转差角频率 ωs 来控制转矩。
    转差频率控制的基本规律:
    (1)在转差角频率小于临界转差率即 ωs<ωsm 范围内,异步电动机的转矩基本上与转差角频率成正比,条件是保持气隙磁通不变。
    (2)在不同的定子电流时,按照一定的函数关系如 Us=f(ω1,Is) 来控制定子电压和频率,就能保持气隙磁通恒定。

    7、请从电感矩阵方面说明异步电动机非线性强耦合的根本原因。为了简化数学模型,常采用哪些坐标变换,坐标变换的原则是什么?约束条件是什么?以及在约束条件下,坐标变换矩阵有何特点?

    答:定转子间的相对位置在变化,所以定转子间的互感总是变化的,导致电感矩阵是变参数。常用的坐标变换包括 3/2 变换、静止/旋转(2s/2r)变换;变化的原则是产生的磁动势相等;约束条件是变换前后的总功率不变。特点是变换阵的转置矩阵与其逆矩阵相等。

    8、简要说明异步电动机变频调速时,在额定频率以上和额定频率以下,定子电压与频率的控制规律。

    答:异步电动机变压变频调速时希望保持气隙磁通恒定。
    (1)基频以下调速原则:φm 恒定,U 与 f1 同时增大或减小。即 Eg/f1=k*φm,由于电机绕组中的电动势难以直接测量和控制,当 Eg较高时,忽略定子电阻和漏磁感抗压降,认为定子相电压 U≈Eg,则由 Us/f1 =常值。为恒转矩调速。低频时适当提高定子电压,补偿电子阻抗压降。
    (2)基频以上调速原则:频率从 f1N 向上升高,因为定子电压 U 小于等于 UsN,最多只能保持 U=UsN,所以当 f1 升高,减少气隙磁通 φm,使定子电压 U=UsN,电机转速升高,转矩降低,为恒功率调速。

    9、如何理解“转矩控制是运动控制的根本”。
    答:运动控制系统的任务是控制转矩和转角,而要控制转矩和转角,唯一的途径是控制电动机的电磁转矩 Te,使转速变化率按照人们的期望变化。

    10、异步电机矢量控制变频调速的基本思想是什么?并用结构简图描述。

    答:通过坐标变换,再按转子磁场定向同步旋转,得到等效的直流电机模型,仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩和磁链,然后通过相应的坐标反变换求得交流电动机的控制量,以实施控制。(下图等效直流电动机模型直接简化)
    在这里插入图片描述
    11、简述异步电机直接转矩控制变频调速的基本思想。

    答:在定子坐标系下,利用空间矢量的概念,对定子磁链定向,以此建立电动机的数学模型;通过易于测量的定子电压电流和转速等,计算出电动机的定子磁链和转矩,直接对磁链和转矩进行控制。

    12、比较异步电机 FOC 与 DTC 控制的优缺点。

    在这里插入图片描述
    13、什么情况下需要对定子电压进行补偿?补偿的原则是什么?

    答:基频以下,定子漏磁阻抗压降不可忽略。原则是近似使补偿后的 Us/f1 约等于恒值。

    14、简述零矢量分散方法的特点。

    答:每个周期均以零矢量开始,并以零矢量结束,从一个矢量切换到另一个矢量时,只有一相状态发生变化,损耗略大于集中法。


    五、计算

    1.M/T法求转速(P13)
    2.双极型可逆 PWM 变换器的占空比 ρ(P29)
    3.直流电动机单闭环的稳态设计(P61)
    4.直流电动机双闭环的稳态设计(P75)


    每日必翻,早看晚看,运控牢记


    本人才疏学浅,难免会有疏漏及错误,望大家指正。

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