微型計算機控制技術(shù)課程答案.doc

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《微型計算機控制技術(shù)》復(fù)習(xí)題綱 1.1 計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 。 1.2 計算機控制系統(tǒng)的典型形式有哪些? 各有什么優(yōu)缺點? （P5） 1.3 實時、在線方式和離線方式的含義是什么? 2.1 采用74LS244和74LS273，設(shè)計與PC總線等工業(yè)控制機的數(shù)字量 (開關(guān)量) 輸入輸出接口，要求: 畫出接口電路原理圖，并采用8086匯編語言編寫數(shù)字量輸入輸出程序。 2.2 用8位A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809與PC總線等工業(yè)控 制機接口，設(shè)計模擬輸入通道以及 數(shù)據(jù)采集程序流程圖。 2.3 采樣信號有何特點? 采樣保持器的作用是什么?是否所有的模擬量輸入通道中都需采樣保持器? 為什么? 2.4 什么是串模干擾和共模干擾? 如何抑制? 2.5 計算機控制系統(tǒng)中地線有哪幾種? 2.6 什么是波反射? 如何消除波反射? 3.1 插補計算程序流程： (1) 直線插補程序； (2) 圓弧插補程序。 3.2 給出一段直線或圓弧。要求： (1) 按逐點比較法插補進行列表計算； (2) 作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進給方向和步數(shù)。 3.3 三相步進電機的工作方式。 3.4 利用8255A設(shè)計x軸步進電機和y軸步進電機的控制電路，要求： (1) 畫出接口電路原理圖； (2) 分別列出x軸和y軸步進電機在三相單三拍、三相雙三拍或三相六拍工作方式 下的輸出字表。 4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計步驟。（P103） 4.2 PID控制器的三個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。 4.3 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計步驟是什么? 4.4 最少拍無紋波控制器的設(shè)計。 4.5 模糊推理的計算。 6.1 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)包括哪些？(185~190) 7.1 什么是現(xiàn)場總線?有哪幾種典型的現(xiàn)場總線? 7.2 分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計原則是什么？DCS系統(tǒng)分為哪幾層？各層實現(xiàn)哪些功能？ 第一章（緒論）作業(yè) 1.1 什么是計算機控制系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？ 答：計算機控制系統(tǒng)就是利用計算機來實現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的系統(tǒng)。、 計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程兩個大部分組成。工業(yè)控制機是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)裝置。計算機控制系統(tǒng)的組成框圖見書本第2頁（圖1.2）。 1.2 計算機控制系統(tǒng)的典型形式有哪些？各有什么優(yōu)缺點？ 答： （1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，安全。 缺點：由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。 （2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDS） 優(yōu)點：實時性好，可靠性高，適應(yīng)性強。 （3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC） 優(yōu)點：生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。 （4）分散控制系統(tǒng)（DCS） 優(yōu)點：分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。 （5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） 優(yōu)點：與DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 1.4 工業(yè)控制機由哪幾部分組成？ 各部分的重要作用是什么？ 工業(yè)控制機的特點是什么？ 答：工業(yè)控制機主要由以下幾部分組成： 1、硬件組成： （1）主機板：進行必要的數(shù)值計算，邏輯判斷，數(shù)據(jù)處理。 （2）內(nèi)部總線：內(nèi)部各部分進行信息傳遞的公共通道，是一組信號線的集合。 （3）外部總線：與其他計算機和智能設(shè)備進行信息傳送的公共通道。 （4）人--機接口 （5）系統(tǒng)支持功能：監(jiān)控定時器、電源掉電檢測、保護重要數(shù)據(jù)的后臺存儲器體、實時日歷時鐘、磁盤系統(tǒng)、通信接口、輸入輸出通道。 2、軟件組成： （1）系統(tǒng)軟件：實時多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序。 （2）支持軟件：匯編語言、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序。 （3）應(yīng)用軟件：過程輸入程序、過程控制程序、過程輸出程序、人—機接口出程序。 工業(yè)控制機的特點如下： （1）可靠性高和克維修性好 （2）環(huán)境適應(yīng)性強 （3）控制的實時性好 （4）晚含的輸入輸出通道 （5）豐富的軟件 （6）適當(dāng)?shù)挠嬎憔群瓦\算速度 第二章（輸入輸出接口與過程通道）作業(yè) 2.1 什么是接口、接口技術(shù)和過程通道？ 答：接口是計算機與外設(shè)交換信息的橋梁，包括輸入接口和輸出接口。 接口技術(shù)是研究計算機與外部設(shè)備之間如何交換信息的技術(shù)。 過程通道是計算機與生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。 2.2 采用74LS244和74LS273與PC總線工業(yè)控制機接口，設(shè)計8路數(shù)字量（開關(guān)量）輸入接口和8路數(shù)字量輸出接口。請畫出接口電路原理圖，并分別編寫數(shù)字量輸入與輸出程序。 答：電路原理圖見書本第19頁（圖2.1和圖2.2）。 數(shù)字量輸入程序（設(shè)片選端口地址為port）： MOV DX，port IN AL , DX 數(shù)字量輸出程序： MOV AL , DATA MOV DX , port OUT DX，AL 2.5 請分別畫出一個有源I/V變換電路和一個無源I/V變換電路圖。并分別說明各個器件的作用。 答：有源變換電路見書本上第32頁（圖2.19）： 同相放大器電路把電阻上的輸入電壓變成標(biāo)準(zhǔn)的輸出電壓（放大倍數(shù)為）； 極性電容C能起到濾波作用，防止高頻的干擾； 為平衡電容。 無源變換電路見書本上第31頁（圖2.18）： 極性電容C起濾波的作用； 二極管D起限幅保護作用（當(dāng)輸出電壓大于5V時 ，D導(dǎo)通減少流過的電流從而降低上的電壓，保證輸出不超過5V）； 2.6 什么是采樣過程？量化，孔徑時間？ 答：采樣過程：按一定的時間間隔T，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成在時刻0，T，2T，、、、、、、kT的一連串脈沖輸出信號的過程稱為采樣過程。 量化：采用一組數(shù)碼來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 孔徑時間：在模擬輸入通道中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量總需要一定的時間，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間稱為孔徑時間。 2.7 采樣保持器的作用是什么？是否所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器？為什么？ 答：為了提高模擬量輸入信號的頻率范圍，以適應(yīng)某些隨時間變化較快的信號的要求，可以采用帶有保持器電路的采樣器。當(dāng)被測信號變化很慢時，若A/D轉(zhuǎn)換器時間足夠短，可以不加采樣保持器。 2.8 一個8位A/D轉(zhuǎn)換器，孔徑時間為100。如果要求轉(zhuǎn)換誤差在A/D轉(zhuǎn)換精度（0.4%）內(nèi)，求允許轉(zhuǎn)換的正弦波模擬信號的最大頻率是多少？ 解： 2.9 試用8255A、AD574、LF398、CD4051和PC總線工業(yè)控制機接口設(shè)計出8路模擬量采集系統(tǒng)，請畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序。 答：原理圖見書本上第36頁（圖2.25）。 數(shù)據(jù)采集程序如下：設(shè)8255A的地址為2C0H—2C3H，主過程已對8255A初始化，且已裝填DS、ES（兩者段基值相同），采樣值村入數(shù)據(jù)段中的采樣值緩沖區(qū)BUF。其8通道數(shù)據(jù)采集的程序見書本上第37（圖2.26）。 AD574A PROC NEAR CLD LEA DI , BUF MOV BL , 00000000B // MOV CX , 8 ADC : MOV DX , 2C2H MOV AL , BL OUT DX , AL NOP NOP OR AL , 01000000B OUT DX , AL AND AL , 10111111B OUT DX , AL MOV DX , 2C0H PULLING: IN AL , DX TEST AL , 80H JNZ PULLING MOV AL , BL OR AL , 00010000B MOV DX , 2C2H OUT DX , AL OR AL , 01000000B OUT DX , AL MOV DX , 2C0H IN AL , DX AND AL , 0FH MOV AH , AL INC DX IN AL , DX STOSW INC BL LOOP ADC MOV AL , 00111000B MOV DX ,2C2H OUT DX , AL RET ADC574A ENDP 2.10 采用DAC0832和PC總線工業(yè)控制機接口，請畫出接口電路原理圖，并編寫D/A轉(zhuǎn)換程序。（ppt） 2.12 請分別畫出D/A轉(zhuǎn)換器的單極性和雙極性電壓輸出電路，并分別推出輸出電壓與輸入數(shù)字兩之間的關(guān)系式。 解：D/A轉(zhuǎn)換器的單極性和雙極性輸出電路見書本上第44頁（圖2.33）。 為單極性輸出，若D為輸入數(shù)字量，為基準(zhǔn)參考電壓，且為n位D/A轉(zhuǎn)換器，則有； 為雙極性輸出，可以推出： 2.13 采用DAC0832、運放、CD4051等元件與PC總線工業(yè)控制機接口，設(shè)計8路模擬量輸出系統(tǒng)，請畫出接口電路原理圖，并編寫8路模擬量輸出的程序。 答：原理圖見書本上第48頁（圖2.40）。 設(shè)8個輸出數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存數(shù)據(jù)段BUF0—BUF7這8個連續(xù)單元中，主過程已經(jīng)填裝DS，輸出子程序如下： DOUT PROC NEAR MOV BX , OFFSET BUF NEXT: MOV AL , [BX] OUT DX , AL INC DX OUT DX , AL CALL DELAY INC AH DEC DX LOOP NEXT RET DOUT ENDP 其中DELAY是一段延時程序。 第四章（常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)）作業(yè) 4.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計步驟是什么？ 答：1、設(shè)計家鄉(xiāng)的連續(xù)控制器D（S） 2、選擇采樣周期T 3、將D（S）離散化為D（Z） 4、設(shè)計由計算機實現(xiàn)的控制算法 5、校驗 4.2 某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計為 試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求出數(shù)字控制器D（Z），并分別給出三種方法對應(yīng)的遞推控制算法。 答：雙線形變換法：由帶入D（s）表達式中得到： 進一步利用得到： 所以： 前向差分法：將代入D（s）中得到： 所以： 后向差分法：將代入D（s）中得到： 所以： 4.3 什么是數(shù)字PID位置控制算法和增量型控制算法？試比較它們的優(yōu)缺點。 答：數(shù)字PID位置控制算法的數(shù)學(xué)表達式為： 數(shù)字PID增量型控制算法的數(shù)學(xué)表達式為： 這種數(shù)字PID算法的比較如下： （1） 增量型算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計算誤差對控制量的計算影響較小。而位置型的算法要用到過去的誤差的累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差。 （2） 增量型算法得出的是控制量的增量；而位置型算法得到的控制兩的全量輸出，誤動作影響很大。 （3） 采用增量型算法，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。 第四章補充題1：求z變換 （1） （2） 解：（1）離散化： （2） 所以： 離散化： 第四章補充題2：求z反變換 （1） （2） 解：（1）因為Z變化的特殊性，所以先要確定收斂域才能進行反變換，從而與一個特定的信號相對應(yīng)起來。對于控制系統(tǒng)中假定信號為因果序列，用部分分式展開發(fā)： （2） 第四章補充題3：求初值和終值。 解： 第四章補充題4：用z變換求差分方程 解： 4.6 采樣周期的選擇需要考慮什么因素？ 答：（1）根據(jù)香農(nóng)定律可以計算出采樣周期的上限，其下限為計算機執(zhí)行控制程序和輸入和輸出及A/D,D/A轉(zhuǎn)換時間。 （2）給定值的變化頻率。 （3）被控對象的特性。 （4）執(zhí)行機構(gòu)的特性。 （5）控制算法的類型。 （6）控制的回路數(shù)。 4.7 試敘述試湊法，擴充臨界比力度法，擴充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。 答： 試湊法： (1) 只整定比例部分，將比例系數(shù)由小變大直至反應(yīng)快，超調(diào)小的曲線； (2) 若（1）步不能滿足設(shè)計要求（靜差），加入積分環(huán)節(jié)，將積分時間由較大值開始調(diào)整，并將（1）步得到的比例系數(shù)調(diào)味原來的左右，見效直至靜差消除； (3) 若動態(tài)過程性能不好，先置微分時間為0，然后增大至其滿意的結(jié)果。 擴充臨界比力度法： （1） 選擇采樣周期為被控對象純滯后的以下； （2） 用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。去掉積分和微分作用，減小比例度直至系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩。記下此時的臨界比例度與臨界振蕩周期； （3） 選擇控制度，以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將DDC的控制效果與之比較 （4） 根據(jù)選定的控制度查表求得的值。 擴充響應(yīng)曲線法： （1） 數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)中，手動將被調(diào)量穩(wěn)定在給定值附近，突然改變給定植，給對象一個階躍信號； （2） 用記錄儀表記錄被調(diào)量在節(jié)約輸入下的整個變化過程的曲線 （3） 在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間，被控對象時間參數(shù)以及它們的比值。查表得到的值。 4.8 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計步驟是什么？ 答：（1）根據(jù)系統(tǒng)性能的指標(biāo)要求和其他約束條件確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) （2）根據(jù)式求出廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) （3）根據(jù)式求得數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù) （4）根據(jù)求取控制器算法的遞推形式 4.9 已知被控對象的傳遞函數(shù)為，采樣周期為，采用零階保持器。要求： （1）針對單位速度輸入信號設(shè)計最小拍無紋波系統(tǒng)的，并計算輸出響應(yīng)、控制信號、誤差序列，畫出它們對時間的波形。 （2）針對單位階躍輸入信號設(shè)計最小拍有紋波系統(tǒng)的，并計算輸出響應(yīng)、控制信號、誤差序列，畫出它們對時間的波形。 解: (1) 廣義對象傳遞函數(shù)： 對于單位速度輸入信號 選擇： 對時間的波形見下圖： （2） 對于單位階躍信號 選擇： 對時間的波形見下圖：