《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課后習(xí)題答案(于海生)
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1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)習(xí)題詳解 第一章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 習(xí)題參考答案 】?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程是怎樣的? 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個(gè)步驟: (1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集:對被控戢的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測,并輸入給計(jì)第機(jī). (2) 實(shí)時(shí)決策:對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析,并按已定的控制規(guī)律,決定下一步的控制過程。 (3) 實(shí)時(shí)控制:根據(jù)決策,適時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)岀控制信號,完成控制任務(wù)。 2?實(shí)時(shí)、在線方式和離找方式的含義是什么? (1) 實(shí)時(shí):所謂?實(shí)時(shí)“,圧指信號的輸入、計(jì)算和輸出郁於在一定時(shí)間范用內(nèi)完成的.即計(jì)篦機(jī)對輸入信息以足夠快的速度 進(jìn)行處理.并在一定的時(shí)間內(nèi)作
2、出反應(yīng)并進(jìn)行控制,超出了這個(gè)時(shí)間就會失去控制時(shí)機(jī),控制也就失去了總義。 (2) “在線“方式:在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,如果生產(chǎn)過程設(shè)備直接與計(jì)算機(jī)連接,生產(chǎn)過程直接受計(jì)算機(jī)的控制,就叫做“聯(lián)機(jī)“ 方式或??在線”方式。 (3) “離線”方式:若生產(chǎn)過程設(shè)備不]*(接與計(jì)算機(jī)相連接,坯工作不直後受計(jì)算機(jī)的拎制.而肚通過中間記錄介質(zhì).靠人進(jìn) 行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式.則叫做“脫機(jī)“方式或?離線“方式。 S?微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成?各部分的作用是什么? 山四部分組成. 外\ 乂主機(jī)/ * ■入鑰岀通迥 j 生產(chǎn)kllVIW 圖11微機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖 (1) 主機(jī):這是
3、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心,通過接口它町以向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種命令,同時(shí)對被控對象的被控參數(shù) 進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測及處理?主機(jī)的主要功能是控制整個(gè)生產(chǎn)過程,按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算(如調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)算、最優(yōu)化計(jì)算 等)和操作,根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出控制決策:對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)骨,使之處于晟優(yōu)工作狀態(tài):對那故進(jìn)行預(yù)測和報(bào)警:編制生 產(chǎn)技術(shù)報(bào)皆,打印制表等等。 (2) 輸入輸出通道:這是微機(jī)和生產(chǎn)對象Z間進(jìn)彳亍信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道把生產(chǎn)對彖的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī) 可以接收的數(shù)寧代碼.過程輸出通逍把做機(jī)輸出的控制命令和數(shù)抓,轉(zhuǎn)換成可以對生產(chǎn)對級進(jìn)行控制的信號。過程輸入輸出 通道包拾模擬雖輸入輸出通道和
4、數(shù)字雖輸入輸出通道。 (3) 外部設(shè)備:這是實(shí)現(xiàn)微機(jī)和外界進(jìn)行信息交換的設(shè)備,簡稱外設(shè),包括人機(jī)聯(lián)系設(shè)備(操作臺)、輸入輸出設(shè)備(磁盤驅(qū)動 器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等)和外存貯器(磁盤)?其中操作臺應(yīng)具涪顯示功能,即根拯操作人員的要求,能立即顯示所要 求的內(nèi)容:還應(yīng)冇按鈕.完成系統(tǒng)的啟、停等功能:操作臺還耍保證即使操作借誤也不會造成惡劣后果,即應(yīng)冇保護(hù)功能. (4) 檢測與執(zhí)行機(jī)構(gòu) a. 測雖變送單元:在微機(jī)控制系統(tǒng)中,為了收集和測命各種參數(shù),采用了各種檢測元件及變送器,其主要功能足將被檢測參 數(shù)的非電戢轉(zhuǎn)換成電屋.例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號:壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?這
5、些信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn) 換成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號(0?5V或4?20mA)后.再送入微機(jī)。 b. 執(zhí)行機(jī)構(gòu):箜控制生產(chǎn)過程,必須仃執(zhí)行機(jī)構(gòu)?它兄微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件,其功能足根據(jù)微機(jī)輸岀的控制店弓,改 變輸出的角位移或直線位移,井通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流呈或能戢,使生產(chǎn)過程符A預(yù)定的要求。例如,任溫度控制 系統(tǒng)中.微機(jī)根據(jù)溫度的誤星計(jì)算出郴應(yīng)的控制磧,輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)來控制進(jìn)入加熱爐的煤氣(或油)試以實(shí)現(xiàn)預(yù)期 的溫度值.常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)冇電動、液動和氣動等控制形式,也冇的采用馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制. 4. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件有什么作用?說出各部分軟件的作用.
6、 軟件足指能夠完成乞種功能的計(jì)?算機(jī)程序的總和。整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動作,都足在軟件的指揮下協(xié)調(diào)進(jìn)行的,因此說軟件址 微機(jī)系統(tǒng)的中樞神經(jīng).就功能來分,軟件可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫. (1) 系統(tǒng)軟件:它足山計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者提供的專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)的程序。對用戶來說.系統(tǒng)軟件只足作為開發(fā)應(yīng)用軟 件的工具,卅不需要自己設(shè)計(jì)的。 系統(tǒng)軟件包括: a?操作系統(tǒng):即為管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等: b. 診斷系統(tǒng):指的圧調(diào)節(jié)程序及故障診斷程序: c. 開發(fā)系統(tǒng):包括各種程序設(shè)計(jì)語汗、語討處理程序(編譯程序)、服務(wù)程序(裝配程序和編輯程序)、模擬主系統(tǒng)(系統(tǒng)模擬、 仿貞、移植軟
7、件)、數(shù)據(jù)骨理系統(tǒng)等: d. 信息處理:指文字翻譯、企業(yè)管理等. (2) 應(yīng)用軟件:它出面向用戶本身的程序,即指由用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問題而編寫的各種程序。 應(yīng)用軟件包拆: a. 過程監(jiān)視程序:指巡回檢測程序、數(shù)據(jù)處理程序、卜.下限檢資及報(bào)警程序、操作面板服務(wù)程序、數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序. 判斷程序、過程分析程序等: b. 過程控制計(jì)見程序:指的是控制算法程序、%故處理程序和信息轡理程序,英中信息竹理程序包括信息生成調(diào)度、文件怯 理及輸出、打印、顯示程序等: c. 公共服務(wù)程序:包括基本運(yùn)算程序、函數(shù)運(yùn)算程序、數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序、格式編碼程序。 (3) 數(shù)據(jù)庫:數(shù)據(jù)陣及數(shù)據(jù)肅管理系統(tǒng)主
8、要用于資料管理、存檔和檢索,郴應(yīng)軟件設(shè)計(jì)指如何建立數(shù)搖庫以及如何査詢、顯 示、調(diào)用和修改數(shù)據(jù)等。 5. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么? 微機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動控制系統(tǒng)相比,具有如下特點(diǎn): a. 控制規(guī)律靈活多樣,改動方便 b. 控制梢度高,抑制擾動能力強(qiáng),能實(shí)現(xiàn)城優(yōu)控制 c. 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)則統(tǒng)計(jì)和工況顯示.控制效率高 d. 擰制與聳理一體化,進(jìn)一步提高H動化程度 6. 操作捋導(dǎo)、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何?它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系? (1) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng):在操作制系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象.屬丁開環(huán)控制纟訂d計(jì)乳機(jī)根抑妝 學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過
9、程參數(shù)進(jìn)行處理,計(jì)算出冷控制啟應(yīng)冇的較介適或最優(yōu)的數(shù)值,供操作員參考,這時(shí)計(jì) 算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用.其原理框圖如圖1.2所示。 3 圖1.2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)廉理框圖 (2) 直接數(shù) 汕 制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng)” DDC(DirectDigitalContro 1)系統(tǒng)就是通過檢測元件對?個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測, 經(jīng)輸入通逍送給微機(jī),微機(jī)將檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較.再進(jìn)行控制運(yùn)算,然后通過輸出通道控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),使系統(tǒng)的被 控參數(shù)達(dá)到預(yù)宦的要求。DDC系統(tǒng)足閉環(huán)系統(tǒng),足微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中啟普遍的-■種應(yīng)用形式。其原理框圖如圖1.3所 示. ■ 帳I8Q或開)入給遜 ■
10、 # # 圖1 3DDC系統(tǒng)原理框圖 (3) 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng)):SCC(Supenisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近工產(chǎn)變化的實(shí)際惜況,因?yàn)?在DDC系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)只足代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制,系統(tǒng)不能運(yùn)行在最建狀態(tài).而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制,并 TL還可以進(jìn)行顧序控制、最優(yōu)控制以及門適應(yīng)控制等-SCC系統(tǒng)的原理框圖如圖1.4所示。 或開 開關(guān)tn金入通is 或DDC絨從機(jī) 攏仃機(jī)構(gòu) 圖1.4 SCC系統(tǒng)原理框圖 SCC足操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。 7. 計(jì)算機(jī)控制
11、系統(tǒng)的發(fā)展趙勢是什么? 大規(guī)模及超大規(guī)欖集成電路的發(fā)展,捉高了計(jì)算機(jī)的可靠性和性能價(jià)格比,從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。為 更好地適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展,擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模.以滿足對計(jì)算機(jī)擰制系統(tǒng)提出的越來越高的要求,冃前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨 勢有以下幾個(gè)方而。 a. 普及應(yīng)用可編程序控制器 b. 采用集散控制系統(tǒng) c. 研宛和發(fā)展智能控制系統(tǒng) 本章作業(yè) 簡述幾類常見的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域。 第二章輸入輸出過程通道 習(xí)題參考答案 1?什么是過程通道?過程通道有哪些分類? 過程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。 按信息傳遞的方向來分,過
12、程通逍叮分為輸入過程通道和輸出過程通逍:按所傳遞和交換的信息來分,過程通道又可分為數(shù) 字最過程通道和模擬駅過程通道. 2?數(shù)字量過程通道由哪些部分組成?各部分的作用是什么? 數(shù)字雖過程通逍包括數(shù)字就輸入通道和數(shù)字戢輸出通道。 數(shù)字邑輸入通逍主要III輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路、井行接口電路和定時(shí)計(jì)數(shù)電路等組成。數(shù)字雖輸出 通道主耍山輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中:輸入調(diào)理電路將來11控制裝垃或生產(chǎn)過程的各 種開關(guān)鼠.進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,將梵通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高、低電平,同時(shí)還要考慮對信號進(jìn)行濾波、保護(hù)、消除觸點(diǎn)抖動, 以及進(jìn)行信號隔離等問題? 3.
13、簡述兩種硬件消抖電路的工作原理. 采用積分電路的硬件消抖電路,首先利用積分電路將抖動的高頻部分濾出,其次利用施密特觸發(fā)器整形. 采用RS觸發(fā)器的硬件消抖電路,主要足利用RS觸發(fā)器的保持功能實(shí)現(xiàn)消抖。 4 ?簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用. 光電耦合器山封裝在一個(gè)竹殼內(nèi)的發(fā)光二極仔和光敏三極仔組成,如圖2.1所示。輸入電流流過二極悖時(shí)使其發(fā)光,照射到 光敏三極管上使其導(dǎo)通,完成信號的光電耦合傳送,它在過程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離. 圖2.1光電耦合器電絡(luò)圖 3模擬量輸入通道由哪蘭部分組成?各部分的作用是什么? 模擬雖:輸入通逍-?般山I/V變換
14、、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、AD轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯電路組成。 (1) LV變換:提高了信號遠(yuǎn)距離傳遞過程中的抗干擾能力,減少了信號的衰減,為與標(biāo)準(zhǔn)化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配提供了方便. (2) 多路轉(zhuǎn)換器:用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。 (3) 采樣保持器:AD轉(zhuǎn)換器完成一次AQ轉(zhuǎn)換總需要-定的時(shí)間。在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi),冷望輸入信匕不再變化,以免 造成轉(zhuǎn)換誤差.這樣,就需要在AQ轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器. (4JA/D轉(zhuǎn)換器:模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬呈轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,能夠完成這一任務(wù)的器件,稱尢上I J數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog Digital Com erter.簡稱 A D 轉(zhuǎn)換器
15、或 ADC) 6. 對理想多路開關(guān)的要求越什么? 理想的多路開關(guān)其開路電阻為無窮大,其接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。此外,還希果切換速度快、噪音小、壽命長、工作可靠. 7. 采樣保持器有什么作用?試說明保持電容的大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響. 采樣保持器的作用:AD轉(zhuǎn)換器完成一次AD轉(zhuǎn)換總需要一定的時(shí)間.在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi),希望輸入信號不再變化, 以免造成轉(zhuǎn)換謀墊.這樣,就需要在AQ轉(zhuǎn)換器之曲加入采樣保持器. 保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的楮度有很大彤響.保持電容侑小,則采樣狀態(tài)時(shí)充電時(shí)間常數(shù)小,即保持電容充電快, 輸出對輸入倡號的跟隨特性好,但在保持狀態(tài)時(shí)放電時(shí)間常數(shù)也小,即保持電容放電
16、快,故保持性能基:反Z,保持電容值 大,保持性能好,但跟隨特性差. 5 8?在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中.是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器?為什么? 不是.對丁輸入信號變化很慢,如溫度信號:或者A,D轉(zhuǎn)換時(shí)間較快,使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號變化很小,在允許的 AQ轉(zhuǎn)換楮度內(nèi).就不必再選用采樣保持器. 9//D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號有什么作用?根據(jù)該信號在I/O控制中的連接方式,A/D轉(zhuǎn)換有幾種控制方式?它們在接口電路和 程序設(shè)計(jì)上有什么特點(diǎn)? AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號的作用足用以判斷本次AD轉(zhuǎn)換址否完成。 常見的AD轉(zhuǎn)換冇以下幾種控制方式,各門特點(diǎn)如下 ?延時(shí)第待i/EOC可不和I/O 口
17、連接.程序設(shè)計(jì)時(shí).延時(shí)大于ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間后.取數(shù)據(jù)? ?保持】;待沢EOC與READY相連.EOC無效時(shí)f |動插入等待狀態(tài)。/〔至EOC有效時(shí),取數(shù)據(jù)。
?查詢法:EOC可以和任意I/O 口連接,程序設(shè)計(jì)時(shí),反復(fù)判斷EOC是否有效,直至EOC有效時(shí),収數(shù)據(jù)。
?中斷響應(yīng)法:EOC與外部中斷相連,AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后,發(fā)中斷申請,在中斯服務(wù)程序中収數(shù)據(jù).
10?設(shè)被測溫度變化范圍為
18、寫相應(yīng)的8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序. 本例給出用8031、DAC0S09設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例。 把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字雖按序存丁片內(nèi)RAM的30H-37H機(jī)元中.采咔完一遍后停止采集?其數(shù)據(jù)采集的初J始化程序和中 斷服務(wù)程序如下: 初始化程序:MO\- R0, #30H R2> #08H SETB ITO SETB EA MO\- DPTR ? SFEF8H LOOP: MOX^X @DPTR? A SJMP HERE HERE: 中斷服務(wù)程序: MOVX A. @DPTR MOV @R0? A INC DPTR :設(shè)芷數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針 :設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值
19、 :設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式 :CPU開放中斷SETB EXO :送入口地址并指向IN0 :啟動AD轉(zhuǎn)換,A的值無意義 :等待小斷 :允許外部中斷0中斷 INTO: INC RO DJNZ R2? INTO CLR CLR EXO RETI @DPTR. A MO\-X 讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字雖 存入片內(nèi)RAM單元 拆向下一模擬通道 指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲單元 8路未轉(zhuǎn)換完,則繼續(xù) 已轉(zhuǎn)換完,則關(guān)中斷 禁止外部中斷0中斷 中斷返回 再次啟動A/D轉(zhuǎn)換 中斷返回 RETI 12?模擬量輸出通道由哪幾部分組成?各部分的作用是什么? 模擬雖輸出通道-般山接口
20、電路、D A轉(zhuǎn)換器、功率放大和\71變換等信1;調(diào)理電路組成。 ⑴D/A轉(zhuǎn)換益:模擬戢輸出通道的核心圧數(shù)/模轉(zhuǎn)換^(Digital Analog Comerter.簡稱DA轉(zhuǎn)換器或DAC).它足指將數(shù)字磧 轉(zhuǎn)換成模擬雖的元件或裝貿(mào)。 (2)V/I變換:一般情況下,D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出足電壓信號。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中.當(dāng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)離現(xiàn)場.為了便丁?倍號的遠(yuǎn) 距離傳輸.減少由于傳輸帶來的干擾和衰減,需要采用電流方式輸出模擬信號.許多標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu),一般是 釆用0?10mA或4?20mA的電流信號驅(qū)動的。肉此,需耍將模擬電圧信號通過電壓/電流(V/I)變換技術(shù),轉(zhuǎn)化為電流信號。 13?
21、采用DACI832和PE總線工業(yè)控制機(jī)接口.請畫出接口電路原理圖,并編寫產(chǎn)生三角波、梯形波和鋸齒波的程序. 本章作業(yè) 設(shè)計(jì)一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng).要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測,存儲10組數(shù)據(jù),輸數(shù)據(jù)為電壓信號(45V),檢測精度vl%? CPU、AD、DA 可任選. 7 第三章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 習(xí)題參考答案 3?1?什么是數(shù)控程序控制?數(shù)字程序控制有哪幾種方式? 所謂數(shù)控程序控制是計(jì)?算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù),控制生產(chǎn)機(jī)械(如各種加工機(jī)床)按規(guī)定的工作順序、 運(yùn)動軌跡、運(yùn)動距離和運(yùn)動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。 數(shù)字程序控制方式:點(diǎn)位控制、直線切削控制和輪廓的切削控
22、制。 3?2?什么是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法?直線插補(bǔ)計(jì)算過程和圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程各有哪幾個(gè)步驟? 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算,就是在某個(gè)坐標(biāo)方向上每走一步(即輸出一個(gè)進(jìn)給脈沖),就作一次計(jì)算,將實(shí)際 進(jìn)給位置的坐標(biāo)與給定的軌跡進(jìn)行比較,判斷其偏差情況,根據(jù)偏差,再決定下一步的走向(沿X軸進(jìn)給, 還是沿Y軸進(jìn)給)。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是以階梯折線來逼近給定直線或圓弧曲線,最人逼近誤差不超 過數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)脈沖當(dāng)量(每走一步的距離,即步長)。 直線插補(bǔ)計(jì)算過程的步驟如下: (1) 偏差判別:即判別上一次進(jìn)給后的偏差值Fm是最人于等于零,還是小于零: (2) 坐標(biāo)進(jìn)給:即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進(jìn)給方向,并在
23、該方向上進(jìn)給一步: (3) 偏差計(jì)算:即計(jì)算進(jìn)給后的新偏差值Fm+1,作為下一步偏差判別的依據(jù): (4) 終點(diǎn)判別:即若己到達(dá)終點(diǎn),則停止插補(bǔ);若未到達(dá)終點(diǎn),則毛復(fù)上述步驟。 圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程的步驟如下: (1) 偏差判別 (2) 坐標(biāo)進(jìn)給 ⑶偏差計(jì)算 (4) 坐標(biāo)計(jì)算 (5) 終點(diǎn)判別 5.若加工第一象限直線OA,起點(diǎn)O (0, 0),終點(diǎn)A (11, 7)。要求: (1》按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算: (2卅出走步軌跡圖,并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。 解:由題意可知Xe=ll,y.=7, Fo=O,我們設(shè)置一個(gè)總的計(jì)數(shù)器Nxy,其初值應(yīng)為Nxy=|7-0|+|ll-0|=
24、18,則插補(bǔ) 計(jì)算過程如農(nóng)3-1所示。根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算過程表所作出的直線插補(bǔ)走步軌跡圖如下圖所示。 表3—1 步數(shù) 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算 終點(diǎn)判別 起點(diǎn) Fo=O Ny=18 1 Fo=0 +x Fi=Fo-y=-7 Ny=17 2 Fi<0 +Y F2=Fi+Xt=4 Nxy=16 3 F:>0 +x F3=F2-yt=-3 Nxy=15 4 F3VO +Y F4=F3+Xe=8 Nxy=14 5 F4>0 +x F5=F4-ye=l Nxy=13 6 FsX) +x F6=F5-ye—6 Nxy=12
25、 7 F<0 +Y F7=F6+Xe=5 Nxy=U 8 F7>0 +x F8=F7-y=-2 Ny=10 9 Fs<0 +Y F9=Fs+Xe=9 Nxy=9 10 F9>0 +x Fio=F9-ye=2 Nxy=8 11 FioX) +x Fn=Fio-ye=-5 Nxy=7 12 Fn<0 +Y Fi2=Fii+x<=6 Nxy=6 13 F12>0 +X F13=F12-ye=-l Nxy=5 14 Fb<0 +Y F14=F13+Xe=10 Nxy=4 15 F14>0 +X Fi5=Fi4
26、-y=3 Nxy=3 16 F15>0 +x Fi6=Fi5-yt=-4 Nxy=2 17 F16<0 +Y F17=F16+X^=7 N4 18 F17>O +x F18=F16-ye=O N^O 3.S?設(shè)加工第一象限的圓弧AB,起點(diǎn)A (6, 0),終點(diǎn)B (0, 6)。要求: (1)按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算; (2》作出走步軌跡圖,并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)" 解:插補(bǔ)計(jì)算過程如表3—2所示。終點(diǎn)判別仍采用第二種方法,設(shè)一個(gè)總的計(jì)數(shù)器Nq每走一步便減1 操作,當(dāng)Nxy=O時(shí),加工到終點(diǎn),插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束。下圖為插補(bǔ)過程中的走步軌跡。 y 表
27、3—2 步數(shù) 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算 坐標(biāo)計(jì)算 終點(diǎn)判別 起點(diǎn) Fo=0 xo=6,yo=O 時(shí)12 1 F0=O ■X Fi=0-12+l—11 xi=5,yi=0 Nxy=ll 2 Fi<0 +Y F?二 11+0+1 二 10 X2=5,y2=l Nxy=10 3 F2<0 +Y F 尸-10+2+1 二 7 x 尸 5 $3=2 Nxy=9 4 F?<0 +Y FT+4+l=-2 X4=5,y4=3 Nxy=8 5 F4<0 +Y F5=2+6+l=5 X5=5j5=4 Nxy=7 6
28、
F5>0
-X
F6=5-10+l 二 4
X6=4,y6=4
Nxy=6
7
f6
29、,yi2=6 Nxy=o 3?6三相步進(jìn)電機(jī)有哪幾種工作方式?分別畫出每種工作方式的各相通電順序和電壓波形圖. 解:有三種工作方式: (1)三相單三拍工作方式 各相的通電順序?yàn)锳tBtC,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。 步進(jìn)時(shí)鐘 _n_「L_n_n_n_rL Afll」 BHI CAI I— 圖3」單三拍工作的電壓波形圖 (2) 三相雙三拍工作方式 雙三拍工作方式各相的通電順序?yàn)锳BtECtCA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。 噸恂 ruuLrLfuuuui_n_njLri_n_n_ "U ~~U ~~U ~~U L_ ―U―LJ―U―U cw
30、 ―u■―U u―U- 圖3.2雙三拍工作的電斥波形圖 (3) 三相六拍工作方式 在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制中,把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來,就產(chǎn)生了六拍工作方式,其通電順 序?yàn)锳tABtBtBCtCtCA。各相通電的電壓波形如圖3.3所示。 —ruuuuwLruuuuuuuL "I I I I L XX v/- J I I I I 圖3.3三相六拍工作的電樂波形圖 3.7.采用8255A作為*軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)的控制接口,要求 (1) 畫出接口電路原理圖; (2) 分別列出工軸和y軸步進(jìn)電機(jī)在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍工作方式下的輸出字表。 電路原理圖如圖所示
31、 三相單三拍控制方式輸出字表 ”軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 丿軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 11 ADX1 00000001=01H ADY1 00000001=01H ADX2 OOOOOO1O=O2H ADY2 0000001=02H ADX3 00000100=04H ADY3 00000100=04H 三相雙三拍控制方式輸出字表 乂軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 丿軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 存儲地址標(biāo)號 低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號 高八位輸出字 ADX1 00000011=O3H ADY1 0000001l=03H ADX2 00000110=06H
32、ADY2 00000110=06H ADX3 00000101=05H ADY3 00000101=05H 存儲地址標(biāo)號 低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號 高八位輸出字 三相六拍控制方式輸出字表 ”軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 7軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 存儲地址標(biāo)號 低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號 高八位輸出字 ADXl 00000001=01H ADYl 00000001=01H ADX2 00000011=O3H ADY2 00000011=03H ADX3 00000010=02H ADY3 0000001&=02H ADX4 00000110=06H
33、 ADY4 00000110=06H ADX5 00000100=04H ADY5 00000100=04H ADX6 00000101=05H ADY6 00000101=05H 13 第四章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法 習(xí)題參考答案 4??1?數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟是什么? 模擬化設(shè)計(jì)步驟: (1) 設(shè)計(jì)假想的模擬控制器D(S) (2) 正確地選擇采樣周期T (3) 將D(S)離散化為D(Z) (4) 求出與D(S)對應(yīng)的差分方程 (5) 根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序。 2. 某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為 冬2 = 口 ($) 1 + 石
34、試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z)。 7-1 解:雙線形變換法:把$=—?一代入,則 T N+1 2 z-\ 處5—= 士孚卉冗化篤 專?帀 V+2 石)z+7-2 石 -T Z+1 前向差分法:把Z=y代入,則 旳蟲叭廠黑K + 7仝孚+八石 T 后向差分法:把代入’則 處叫.霽]+心57 ?Tz 43什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量型控制算法?試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過程變最,必須將模擬PID算式離散化,變?yōu)閿?shù)字PID算式,為此,在采樣周 期T遠(yuǎn)小于?信號變化周期時(shí),作如卜?近似(T足夠小時(shí),如卜?逼近相當(dāng)準(zhǔn)確
35、,被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近): [胡</) 尸0 de - 1) — dt T 15 于是有: # u(k)是全最值輸出,每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如控制閥門的開度)一一對應(yīng),所以稱之為位置 型PID算法。 在這種位置型控制算法中,由于算式中存在累加項(xiàng),因此輸岀的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān),還 與過去歷次采樣偏差育關(guān),使得u(k)產(chǎn)生人幅度變化,這樣會引起系統(tǒng)沖擊,甚至造成事故。所以實(shí)際中 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不足控制量的絕對值,而足其增量時(shí),可以采用增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行 器為步進(jìn)電機(jī)、電動調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位冒的功能的
36、這類裝置時(shí),一般均釆用增量型PID 控制算法。 △“(幻=心{[久幻-^-1)] + - + 與位置算法相比,增屋型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn): (1) 位宜型算式每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)冇關(guān),計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值,容易產(chǎn)生較大的累積計(jì) 算誤差;而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng),從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和,在精度不足時(shí),計(jì)算誤差 對控制量的影響較小,容易取得較好的控制效果。 (2) 為實(shí)現(xiàn)手動一自動無擾切換,在切換瞬時(shí),計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門開度14若采用堀最型 算法,其輸出對應(yīng)于閥門位置的變化部分,即算式中不出現(xiàn)恥項(xiàng),所以易于實(shí)現(xiàn)從手動到自動的無擾動切 換。 (3) 采用
37、增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都其右?寄存作用,所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障,執(zhí)行器仍能保持在原 位,不會對生產(chǎn)造成惡劣彫響。 4.4 .已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 以$)= 1 + 0.17$ s 7 1 + 0.085$ 試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和増量型控制算式,設(shè)采樣周期TM).2s. 則乙($)+ 0.0855Z/($)=刀$)+ 0.173ZV) /. //(/)+ 0.085= /)+ 017 心)+ 0.085 心)-少T)= &幻 + 0,)_尹_1) 把T=0.2S代入得 1.425//U)— 0.425,/(/-1) = 4.5&力一 3.5^-1) 位
38、置型/〃)= 3.1579&斤)一 2.4561彳一1)+0.2982//(斤-1) 増最型△"(斤)=加斤)一皿斤一 1)= 3.1579^)-2.4561^-1)一 0.7018//(^-1) (補(bǔ)充題〉己知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 0.085J 試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型PID算法和増量型PID控制算式,設(shè)采樣周期T=0.2so 解:因?yàn)槿?1 + 017$ = 2(! +」_)=心 1 + J- + 3 0.085J 0.17J 卩 邛 八 所以Kp=L 7; = 0.17,刀=0。 故位置型PID控制器 〃伙)=心心)+ 々) +石必)一警T) =2 附)+ 0
39、.2 047 A=0 =2 心)+ 0,4 0J7 7=0 故增量型PID控制器 〃(幻=〃伙一 1) + △〃() =〃伙一 1) + - &一 1)]+ KSZ 心[&幻-2久彳一 1)+ 久/一 2)] =〃伙一 1) + 2仏(斤)-氏k-1)]+ 氏心 XZ ?丄, * 〃伙一 1) +4.35貞幻一 2久斤一 1) 4.5.什么叫積分飽和?它是怎么引起的?如何消除? 解:(1)如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)己經(jīng)到極限位置,仍然不能消除靜差時(shí),由于枳分作用,盡管PID差分方 程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增人或減小,但執(zhí)行機(jī)構(gòu)己無相應(yīng)的動作,這就叫枳分飽和。 (2) 1,肖偏
40、差產(chǎn)生躍變時(shí),位置型PID算式的輸出將急劇增大或減小,有可能超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 上(下〉限,而此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能工作在上限。 2、 系統(tǒng)輸出需要很長時(shí)間才達(dá)到給定值,在這段時(shí)間內(nèi)算式的積分項(xiàng)將產(chǎn)生一個(gè)很大的積累值。 3、 當(dāng)系統(tǒng)輸出超過給定值后,偏差反向,但由于人的積分枳累值,控制量需要相當(dāng)一段時(shí)間脫離 飽和區(qū)。囚此引起系統(tǒng)產(chǎn)生人幅度超調(diào),系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (3) 常用的改進(jìn)方法:枳分分離法和抗枳分飽和 46采樣周期的選擇需要考慮那些因素? (1) 從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看,希望采樣周期短,以減小系統(tǒng)純滯后的影響,提高控制精度。通常保證在95%的系統(tǒng) 的過渡過程時(shí)間內(nèi),采樣6次?15次即可。 (2)
41、從快速性和抗擾性方面考慮,希望釆樣周期盡最短,這樣給定值的改變町以迅速地通過釆樣得到反映, 而不致產(chǎn)生過大的延時(shí)。 (3) 從計(jì)算機(jī)的工作量和回路成本考慮,采樣周期T應(yīng)長些,尤其是多回路控制時(shí),應(yīng)使每個(gè)回路都有足夠 的計(jì)算時(shí)間:當(dāng)被控對象的純滯后時(shí)間I較大時(shí),常選T= (1/4?1/8) T。 (4) 從計(jì)算楕度方面考龍,釆樣周期T不應(yīng)過短,當(dāng)主機(jī)字長鐵小時(shí),若T過短,將使前后兩次采樣值差別 小,調(diào)節(jié)作用因此會減弱。另外,若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低,會出現(xiàn)這種情況,即新的控制量己輸出,而前一次控制卻還沒完成,這樣采樣周期再短也將亳無意義,因此T必須大于?執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)時(shí)間。 4.7.簡述擴(kuò)充
42、臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。 擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟: (1) 選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T,例如被控過程有純滯后時(shí),采樣周期T取滯后時(shí)間的1/10以下,此時(shí) 調(diào)節(jié)器只作純比例控制,給定值1?作階躍輸入。 ⑵逐漸加人比例系數(shù)Kp,使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。由臨界振蕩過程求得相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts,并記 卜此時(shí)的比例系數(shù)Kp,將其記作臨界振蕩增益Ksc此時(shí)的比例度為臨界比例度,記作6=丄。 (3) 選擇控制度,所謂控制度是數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器所對應(yīng)的過渡過程的誤差平方的積分之比。 (4) 根據(jù)控制度,査表求出T、Kp、Ti和Td值。 (5) 按照求
43、得的整定參數(shù),投入系統(tǒng)運(yùn)行,觀察控制效果,再適當(dāng)調(diào)整參數(shù),直到獲得滿意的控制效果為止。 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟: (1) 斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器,讓系統(tǒng)處F于?動操作狀態(tài)。將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近并穩(wěn)定后,然后突然改變給定 值,即給對象輸入一個(gè)階躍信號。 (2) 用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過程曲線,如圖所示。 (3) 在曲線最人斜率處作切線,求得滯后時(shí)間T、彼控對象的時(shí)間常數(shù)Tc,以及它們的比值Tc/t。 (4) 由t、Tc、Tc/t值,查表,求出數(shù)字控制器的T、Kp、Ti和Td。 4..8.數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么? 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖4—1所示
44、。 圖4-1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖 由廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)町得閉壞脈沖傳遞*1數(shù),可求得控制器的脈沖傳遞兩數(shù)D(z)。 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)步驟如下: (1) 根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要求和其它約束條件,確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)①(z) (2) 求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。 (3) 求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。 (4) 根據(jù)D⑵求取控制算法的遞推計(jì)算公式。 4$己知被控對象的傳遞函數(shù)為 q($)= 10 S(0.15?+ 1) 采樣周期THU,,采用寒階保持器。要求 (1)針對單位速度輸入信號設(shè)計(jì)最少拍無紋波系統(tǒng)的以習(xí),并計(jì)算輸出響應(yīng)」(/)、控
45、制信號〃伙) 和誤差久幻序列,畫出它們對時(shí)間變化的波形? (2)針對單位階躍輸入信號設(shè)計(jì)最少拍有紋波系統(tǒng)的Q(z),并計(jì)算輸出響應(yīng)」(幻、控制信號〃伙) g = Z( 10 $(0?1$+1) 和誤差久Q序列,畫出它們對時(shí)間變化的波形。 解:廣義脈沖傳遞函數(shù)為 ?。?+10) lOTz1 1 , 1 ) (1 — M 1-z1 (l-e^z^Y 0.368z_1(l + 0.717z_1) (1一 2s )(1— 0.3682s) 最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟: 1)根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù) N (分母多項(xiàng)式的幕次) M (分子多項(xiàng)式的幕次) d=N-M延
46、時(shí) w在所有零點(diǎn)的總數(shù)(不包括無窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)) V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù) J在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù) q舗入類型) 己知 N=2, M=2 所以d=0 、v=l(即分子多項(xiàng)式中的(1 + 0.717Z-1)) v=l, j=l: q=2(單位速度輸入) 2)確定Fl(z)和F2⑵的農(nóng)次m和!> 〃/= ir+ d 〃=v- y + max(7;q) 坷⑵=1 + /\刃+人2尹+ ??? + />“ 點(diǎn)⑵=+力2尹+…+人”Z" 0/Z)= l-O(Z) 4)確定①⑵ ①⑵=尹[口(1 一冶)點(diǎn)⑵ m- ir+ 〃 = 1 〃=—7+ ma
47、x(7,q) = 2 所以: 坷⑵=1+店 也⑵=n(i-^)(1-刊5)坷⑵ /=1 ■ ■ =(1-』)2(1 +厶十) = l + (/1-l)z-1-Z1z-2+Z1z-3 ■ ■ ①(Z)二廠"fia-Az1)點(diǎn)⑵ .7=1 - = (1 + 0.717屮心十+厶八) =f2Xz-x +(力2 +0.717閃 宀 0.717/才 5)根據(jù)關(guān)系①〉N)= l-①(z)使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等,解出和刀中的系數(shù)。 Zi _2 = -fix 1一2兀=-(厶+0.717無]) 力廠一 0.717^2 3 1.8 4 o 所以: O/z) =
48、 (1-z1)2(1-0.59z1) 6)求控制SD(z) ①⑵= (1+0.717z_ )(1.4 lz"1 - 0.83z_ ) (l_zT)(l —0.368才1) 0?368才1(1 + 0.717才】) v (1 + 0.717^)(1.4lz"1 -0.83z2) (1-z_1)2(1-0.59z_1) (1 — 0?368zT)(1?41 —0?83才1) 0.368(1-^ )(1-0.59Z"1) 23 # 最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟: 1)根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù) N (分母多項(xiàng)式的扇次) M (分子多項(xiàng)式的農(nóng)次) d=N-M延
49、時(shí) w在所有零點(diǎn)的總數(shù)(不包括無窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)) V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù) j在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù) q⑻入類型) 2)確定Fl(z)和F2⑵的皋次m和n zzz = w+ d //= v-y + max(y,q) 召⑵=i+/\刃+人2尹+…+ 已知 N=2, M=2 所以d=0 \v=l(即分子多項(xiàng)式中的(1 + 0.717Z-1)) v=l, j=l: q=l(單位階躍輸入) fn = >r+ d - 1 〃=r-y+ max(y,q) = 1 所以: 幷⑵=1+力才 # F"⑵=+ 乙2尹 + …+ V” 3)確定e(z) 也⑵=
50、 1-0(2) 八)曲心G百⑵ ①?⑵=仃(1"E) (1-十嚴(yán)"人⑵ /=1 ■ ■ =(1-』)2(1 +人十) = l + (A1-l)z-1-Zlz-2 # 4)確定e(z) O(z) = z —如T)爲(wèi)(z) 一沖均⑵ = (l + 0.717z-1)/1z-1 5)根據(jù)關(guān)系O#(z) = l-O(z)使等式兩邊同幕次的 = /<1 + 0.717/1z- 確定Fl(z)和F2⑵的幕次m和n 〃/= 〃+ d 〃=v- y+max(y,q) 珂⑵=1 +力才+仏尹+ ... +心廠 耳⑵=+厶Z- +…+人” z
51、?”
確定Oe(z)
e,z)= I-0(z)= [U(1 一忖(l-z-1)力2Q坷(z)
系數(shù)相等,解出川和刀中的系數(shù)。
= 解得:= 0,42 4 0.717厶 4 0.58 所以:
52、-1 + 0.42Z-1
最少拍有紋波設(shè)計(jì)步驟:
1)根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)
N (分母多項(xiàng)式的幕次)
M (分子多項(xiàng)式的幕次)
d=N-M延時(shí)
u在z平面的單位圓上或圓外零點(diǎn)的個(gè)數(shù) V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù) j在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)
q⑻入類型)
已知 N=2, M=2
所以d=0
u=0(即分子多項(xiàng)式中的(1 + 0.717Z-1))
v=l, j=l:
q=l(單位速度輸入)
〃/= 〃+ d = 0
〃=v-y+max(7,q) = 1 所以:
人⑵=1
53、
均⑵"h
■
①心n(i-^
/=1
■ ■
=(1 一以)
4)確定①⑵
e(z)= z*H(i-皆】)均⑵
①(z) = z* fla-Az1) Fg
_ /1 ■
=
5)根據(jù)關(guān)系臥⑵=1-①⑵使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等,解出刀和刀中的系數(shù)。
6)求控制器D(z)
A^) =
1 ①⑵
6(z)l-0)(z)
解得:Zi = i
所以:
①0 = (1-八)
①⑵=Z-1
(1 七2(1-0.368二)X
0.368^(1 +0.717Z"1)
_ (1 - 0.368 54、刃)
-0368(1 +0.717Z1)
4.10被控對象的傳遞函數(shù)為
a(f) = -y
s
采樣周期T=ls,采用零階保持器,針對單位速度輸入函數(shù),按以下要求設(shè)計(jì):
Q)最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)①(N)和以;
(2)求出數(shù)字控制器輸出序列“(Q的遞推形式. 解:廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)
將T=1S代入,有
最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟:
已知 N=2, M=2
所以d=0
W=1
v=2, j=2:
q=2(單位階躍輸入)
1)根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)
N 55、 (分母多項(xiàng)式的幕次)
M (分子多項(xiàng)式的扇次〉
d=N-M延時(shí)
w在所有零點(diǎn)的總數(shù)(不包括無窮遠(yuǎn)的零點(diǎn))
▼在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù)
J在1平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù) q(輸入類型)
2)確定Fl(z)和F2⑴的幕次m和D
〃/ = + d
n= iz-y4-iuax(y,q)
召⑵= 1 + /1z-1+/2z~2 + -- + /w/
〃7= ir+ d = 1
〃=卩一 7+max(y,q) = 2 所以:
IS
均⑵=/占+厶+…+//
3)確定0>e(z)
rn
①《(Z)= 1-①(Z)=
I*】)(1-尹)
右⑵
△⑵"才+公? 56、2
■ ■
襄⑵=n(i-^z)(1-十嚴(yán)曲珂⑵ /=1
■ ■
=(1-』)2(1 +厶十)
= 1 + (/1-20 4-(1-2兀)尹 + 店
29
#
4)確定①⑵
①⑵=尹[口(1一如為爲(wèi)⑵
一少)點(diǎn)⑵
=(1 +刃)(厶"+力2尹)
#
#
5)根據(jù)關(guān)系①/z) = l-O(z)使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等,解出/!和皿中的系數(shù)。
[Xi_2 = _Zi
5 1 - 2X1 = -(工2 +厶) Ui=-z2
[力1 = 3/4 解得:<711 =5/4
也=- 57、3/4
所以:
#
#
6)求控制器D(z)
A^) =
1 ①⑵
6?)1-①(z)
58、林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器刀(Z),并求取M〃)的遞推形式。 ⑴采用Smith補(bǔ)償控制 廣義對象的傳遞函數(shù)為
#
#
召G($)=禺($)g($)=
$+1
l-eJ
s(s+l)
#
2(z)=Z[($)] =
其中4=0% =礦】,力]=1一 w-】,Z = * = l,7*=l$ 則24學(xué)-單
E{z) 1-0.3679Z*1 “習(xí)一0.3697才匕*(習(xí)=0.6321(『一 z2 皿) 遞)=0.6321心一 1)- 0.632 以斤一 2)+ 0.3679訛一 1)
(2)采用人林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器
取T=is,r = 1 ,K= 59、l,Ti=l,L=r/Z=l,i5期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)To=O.5S 則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為
尹(1」)
1—尹嚴(yán)
? =-
S 爲(wèi)$+1
廣義被控對象的脈沖傳遞皈數(shù)為
6^(z)=Z
\-z^e
召G(z)=Z
S 1+G
__1_ s 1 + $
冋1-G)
1-Z-滬
31
#
(z)
以= 巳3 ■ = 「z L
滬張-廠怙- (1-尸片打
(1-0.3679 八)0 0 1353)
如( 60、瑋-詢HG\^-^e
_ (1M).3679)[]ZO. 1353/^-(1- O.1353)z-2]
_ 1.3680— 0.50332s
~ l-0.1353z_1-0.8647z~2
比)
則鞏習(xí) 一 0.1353刃“力一0.8647嚴(yán)/(習(xí)=1.3680&習(xí)一 0.5033“&習(xí)
上式反變換到時(shí)域,則可得到
//(&)= 1?3680如0- 0.5033心一 1)+ 0.1353訛一 1)+ 0.8647訛一 2)
12?何為振鈴現(xiàn)象?如何消除振鈴現(xiàn)象?
所謂振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出u(k)以接近二分之一的采樣頻率人幅度上下擺動。它對系統(tǒng)的輸出幾 乎是沒有影響的, 61、但會使執(zhí)行機(jī)構(gòu)因磨損而造成損壞。
消除振鈴現(xiàn)象的方法:
(1)參數(shù)選擇法
對于一階滯后對象,如果合理選擇期型閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)TO利采樣周期T,使RAS0,就 沒刈振鈴現(xiàn)象。即使不能使RAS0,也可以把RA減到敲小,瑕人程度地抑制振鈴。
(2)消除振鈴因子法
找出數(shù)字控制器D(z)中引起振鈴現(xiàn)彖的因子(GP z=-l附近的極點(diǎn)),然后人為地令其中的z=l,就消除 了這個(gè)極點(diǎn)。根據(jù)終值定理,這樣做不影響輸出的穩(wěn)態(tài)值,但卻改變了數(shù)字控制器的動態(tài)特性,從而將影 響閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。
13. 前饋控制完全補(bǔ)償?shù)臈l件是什么?前饋和反饋相結(jié)合有什么好處?
前饋控制完全補(bǔ)償?shù)臈l件是G 62、n(s)+ Do(s)G(S)=0。
如果能將擾動I月素測呈出來,預(yù)先將其變化量送到系統(tǒng)中進(jìn)疔調(diào)整,這樣在被調(diào)呈改變之前就能克服這些 擾動的影響。這種擾動的預(yù)先調(diào)整作用就稱為前饋。若參數(shù)選擇得合適,前饋控制可取得良好的控制效果. 但實(shí)際上,前饋控制環(huán)節(jié)的參數(shù)不易選得那么準(zhǔn)確,而J1 一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的擾動也不只一個(gè),因此反饋控制 還足不可少的。主要擾動引起的誤差,由前饋控制進(jìn)行補(bǔ)償;次要擾動引起的誤差,由反饋控制了以抑制. 這樣在不提高開環(huán)增益的情況下,各種擾動引起的誤差均可得到補(bǔ)償,從而冇利丁?同時(shí)兼顧提高系統(tǒng)穩(wěn)定 性和減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求。
14. 與PID控制和直接數(shù)字控制相比,模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)?
與PID控制和直接數(shù)字控制相比,模糊控制的優(yōu)點(diǎn):
(1) 模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動力學(xué)待征的復(fù)雜系統(tǒng)。
(2) 模糊控制不用建立對象精確的數(shù)學(xué)模型。
(3) 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好。
(4) 模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識模型,以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作 為控制算法。
15. 多變量控制系統(tǒng)解耦條件是什么?
多變吊控制系統(tǒng)解耦條件是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣①($)為對角線矩陣.
33
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