微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程答案.doc

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《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》復(fù)習(xí)題綱 1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 。 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式有哪些? 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)? （P5） 1.3 實(shí)時(shí)、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(jì)與PC總線等工業(yè)控制機(jī)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(jī)接口，設(shè)計(jì)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(hào)有何特點(diǎn)? 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(jì)算機(jī)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(bǔ)計(jì)算程序流程： (1) 直線插補(bǔ)程序； (2) 圓弧插補(bǔ)程序。 3.2 給出一段直線或圓弧。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)。 3.3 三相步進(jìn)電機(jī)的工作方式。 3.4 利用8255A設(shè)計(jì)x軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jì)步驟。（P103） 4.2 PID控制器的三個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。 4.3 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么? 4.4 最少拍無紋波控制器的設(shè)計(jì)。 4.5 模糊推理的計(jì)算。 6.1 測(cè)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(chǎng)總線?有哪幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線? 7.2 分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是什么？DCS系統(tǒng)分為哪幾層？各層實(shí)現(xiàn)哪些功能？ 第一章（緒論）作業(yè) 1.1 什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？ 答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的系統(tǒng)。、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程兩個(gè)大部分組成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對(duì)象、測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)裝置。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖見書本第2頁(yè)（圖1.2）。 1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 答： （1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，安全。 缺點(diǎn)：由人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對(duì)象。 （2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDS） 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)。 （3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC） 優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。 （5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS） 優(yōu)點(diǎn)：與DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實(shí)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(jī)由哪幾部分組成？ 各部分的重要作用是什么？ 工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)是什么？ 答：工業(yè)控制機(jī)主要由以下幾部分組成： 1、硬件組成： （1）主機(jī)板：進(jìn)行必要的數(shù)值計(jì)算，邏輯判斷，數(shù)據(jù)處理。 （2）內(nèi)部總線：內(nèi)部各部分進(jìn)行信息傳遞的公共通道，是一組信號(hào)線的集合。 （3）外部總線：與其他計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道。 （4）人--機(jī)接口 （5）系統(tǒng)支持功能：監(jiān)控定時(shí)器、電源掉電檢測(cè)、保護(hù)重要數(shù)據(jù)的后臺(tái)存儲(chǔ)器體、實(shí)時(shí)日歷時(shí)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(shí)時(shí)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(jí)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(jī)接口出程序。 工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)如下： （1）可靠性高和克維修性好 （2）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) （3）控制的實(shí)時(shí)性好 （4）晚含的輸入輸出通道 （5）豐富的軟件 （6）適當(dāng)?shù)挠?jì)算精度和運(yùn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間如何交換信息的技術(shù)。 過程通道是計(jì)算機(jī)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(jī)接口，設(shè)計(jì)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(qǐng)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(yè)（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(qǐng)分別畫出一個(gè)有源I/V變換電路和一個(gè)無源I/V變換電路圖。并分別說明各個(gè)器件的作用。 答：有源變換電路見書本上第32頁(yè)（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(yè)（圖2.18）： 極性電容C起濾波的作用； 二極管D起限幅保護(hù)作用（當(dāng)輸出電壓大于5V時(shí) ，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(shí)間？ 答：采樣過程：按一定的時(shí)間間隔T，把時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成在時(shí)刻0，T，2T，、、、、、、kT的一連串脈沖輸出信號(hào)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(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 孔徑時(shí)間：在模擬輸入通道中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量總需要一定的時(shí)間，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱為孔徑時(shí)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(hào)的頻率范圍，以適應(yīng)某些隨時(shí)間變化較快的信號(hào)的要求，可以采用帶有保持器電路的采樣器。當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化很慢時(shí)，若A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)間足夠短，可以不加采樣保持器。 2.8 一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器，孔徑時(shí)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(hào)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(jī)接口設(shè)計(jì)出8路模擬量采集系統(tǒng)，請(qǐng)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(yè)（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(duì)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(jī)接口，請(qǐng)畫出接口電路原理圖，并編寫D/A轉(zhuǎn)換程序。（ppt） 2.12 請(qǐng)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(yè)（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(yùn)放、CD4051等元件與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口，設(shè)計(jì)8路模擬量輸出系統(tǒng)，請(qǐng)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(yè)（圖2.40）。 設(shè)8個(gè)輸出數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存數(shù)據(jù)段BUF0—BUF7這8個(gè)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(shí)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(jì)步驟是什么？ 答：1、設(shè)計(jì)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(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法 5、校驗(yàn) 4.2 某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)的遞推控制算法。 答：雙線形變換法：由帶入D（s）表達(dá)式中得到： 進(jìn)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(diǎn)。 答：數(shù)字PID位置控制算法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 數(shù)字PID增量型控制算法的數(shù)學(xué)表達(dá)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(jì)算誤差對(duì)控制量的計(jì)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(dòng)作影響很大。 （3） 采用增量型算法，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖擊切換。 第四章補(bǔ)充題1：求z變換 （1） （2） 解：（1）離散化： （2） 所以： 離散化： 第四章補(bǔ)充題2：求z反變換 （1） （2） 解：（1）因?yàn)閆變化的特殊性，所以先要確定收斂域才能進(jìn)行反變換，從而與一個(gè)特定的信號(hào)相對(duì)應(yīng)起來。對(duì)于控制系統(tǒng)中假定信號(hào)為因果序列，用部分分式展開發(fā)： （2） 第四章補(bǔ)充題3：求初值和終值。 解： 第四章補(bǔ)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(jì)算出采樣周期的上限，其下限為計(jì)算機(jī)執(zhí)行控制程序和輸入和輸出及A/D,D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間。 （2）給定值的變化頻率。 （3）被控對(duì)象的特性。 （4）執(zhí)行機(jī)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(kuò)充臨界比力度法，擴(kuò)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(jì)要求（靜差），加入積分環(huán)節(jié)，將積分時(shí)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(dòng)態(tài)過程性能不好，先置微分時(shí)間為0，然后增大至其滿意的結(jié)果。 擴(kuò)充臨界比力度法： （1） 選擇采樣周期為被控對(duì)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(shí)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(kuò)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(dòng)將被調(diào)量穩(wěn)定在給定值附近，突然改變給定植，給對(duì)象一個(gè)階躍信號(hào)； （2） 用記錄儀表記錄被調(diào)量在節(jié)約輸入下的整個(gè)變化過程的曲線 （3） 在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)間，被控對(duì)象時(shí)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(jì)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(duì)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(duì)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(duì)單位速度輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最小拍無紋波系統(tǒng)的，并計(jì)算輸出響應(yīng)、控制信號(hào)、誤差序列，畫出它們對(duì)時(shí)間的波形。 （2）針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最小拍有紋波系統(tǒng)的，并計(jì)算輸出響應(yīng)、控制信號(hào)、誤差序列，畫出它們對(duì)時(shí)間的波形。 解: (1) 廣義對(duì)象傳遞函數(shù)： 對(duì)于單位速度輸入信號(hào) 選擇： 對(duì)時(shí)間的波形見下圖： （2） 對(duì)于單位階躍信號(hào) 選擇： 對(duì)時(shí)間的波形見下圖：