微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)全套復(fù)習(xí)考試資料-潘新民-第二版

1、(5)微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題答案及相關(guān)復(fù)習(xí)題(潘新民第二版)1. PLC的特點(diǎn)可靠性高( (2)編程容易( (3)組合靈活輸入/輸出功能模塊齊全安裝方便(6)運(yùn)行速度快2.按鍵防抖動(dòng)技術(shù)對(duì)于采用機(jī)械彈性開關(guān)的鍵盤：(1)由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個(gè)按鍵開關(guān)在閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖 動(dòng)。(2)其波形如 圖3-1所示。抖動(dòng)過程的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為1020ms?？梢詮挠布败浖煞矫媾懦秳?dòng)的影響解決。(1)硬件防抖技術(shù)1濾波防抖電路利用RC積分電路對(duì)于干擾脈沖的吸收作用。 只要選擇好時(shí)間常數(shù)，就能在按鍵抖動(dòng)信號(hào) 通過此濾波電路時(shí)，消除抖動(dòng)的影響。濾波防抖電路圖，如圖

2、3 - 2所示。Q + 15VKi5.1 k2OUT2雙穩(wěn)態(tài)防抖電路用兩個(gè)與非門構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器即形成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。741.S06（2）軟件防抖方法當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到有鍵按下時(shí)，先用軟件延時(shí)（10ms20ms）,而后再確認(rèn)該鍵電平是否仍維持 閉合狀態(tài)電平。若保持閉合狀態(tài)電平；則確認(rèn)此 鍵確已按下,從而消除了抖動(dòng)的影響。（3）兩種方法的比較采用硬件防抖：N個(gè)鍵就必須配有N個(gè)防抖電路。 采用硬件防抖:費(fèi)機(jī)時(shí)。3.LED數(shù)碼管的顯示方法 在微型機(jī)控制系統(tǒng)中, 常用的兩種顯示方法：動(dòng)態(tài)顯示 靜態(tài)顯示。（1）動(dòng)態(tài)顯示1作法微型機(jī)定時(shí)地對(duì)顯示器件掃描。 顯示器件分時(shí)工作,每次只能有一個(gè)器件顯示。2特點(diǎn)使用

3、硬件少,因而價(jià)格低。占用機(jī)時(shí)長(zhǎng),只要掃描程序停止,顯示即刻停止。3應(yīng)用在以工業(yè)控制為主的微型機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較少。（2）靜態(tài)顯示 作法 由微型機(jī)一次輸出顯示模型后,就能保持該顯示結(jié)果, 直到下次送新的顯示模型為止。 特點(diǎn) 占用機(jī)時(shí)少,顯示可靠,3應(yīng)用 廣泛應(yīng)用在工業(yè)過程控制中。使用元件多,且線路比較復(fù)雜。 隨著集成電路的發(fā)展,多種功能的顯示器件出世,（鎖存器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、顯示器四位一體）靜態(tài)顯示得到廣泛應(yīng)用。1試簡(jiǎn)述什么是最少拍系統(tǒng)？所謂最少拍系統(tǒng)是指對(duì)典型輸入如單位階躍、單位速度或單位加速度輸入具有最快響應(yīng), 且系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.在采樣控制系統(tǒng)中,通常把一個(gè)采樣周期稱為一拍。（6分）2

4、試簡(jiǎn)述位置式PID和增量式PID適用對(duì)象.若執(zhí)行結(jié)構(gòu)不帶積分部件, 其位置和計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量一一對(duì)應(yīng)時(shí), 則要采用位置式 控制算法（3分） ；若執(zhí)行結(jié)構(gòu)帶積分部件,則可選用增量式PID控制算法（3分）。3試簡(jiǎn)述如何防止積分整量化誤差。1）擴(kuò)大計(jì)算機(jī)運(yùn)算的字長(zhǎng),提高計(jì)算精度。 （3分）PID竿屮）a2）當(dāng)積分項(xiàng)T時(shí)，積分項(xiàng)單獨(dú)累加，直到產(chǎn)生溢出。將溢出值作為積分項(xiàng)的偏差值去進(jìn)行運(yùn)算，余數(shù)仍保留下來，作為下一步累加的基數(shù)值。（3分）4下圖所示為采樣保持電路，試簡(jiǎn)述其工作原理。圖1采樣保持電路模擬開關(guān)AS閉合時(shí)，進(jìn)入采樣狀態(tài)（跟蹤），由于A1輸出阻抗小，A1輸出端快速給電容CH充電，輸出跟隨輸入變

5、化。（4分）模擬開關(guān)AS斷開時(shí)，進(jìn)入保持狀態(tài)，由于A2輸入阻抗大，輸入電流幾乎為0，保證輸出端的電壓值不變。（5分）三、計(jì)算分析題1某溫度測(cè)量?jī)x表的量程為0100C,利用51系列單片機(jī)和ADC0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。在某一時(shí)刻計(jì)算機(jī)采樣并經(jīng)過數(shù)字濾波后的數(shù)字量為24H，求此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值是多少？（設(shè)儀表的量程是線性的）已知A0=0C,Am=100C, Nx=24H=（36）D,（4分）Nm=0FFH=（255）D，所以此時(shí)溫度為：s2U(s) sU(s) =E(s)(3分) 化成微分方程形式得u（t） u（t）二e（t）進(jìn)一步可得u(k) _2u(k _1) +u(k _2) +u(k)_u(k

6、_1)=T2T-e(k)可得差分方程為:NxNm(100 _0)36255=14.11(4分)2用差分變換法求模擬調(diào)節(jié)器D(Sf1的差分方程。D(z)二U(s)E(s)1s(T1S 1)T1(3分)T+2=T2u(k)X(k1)1u(k2)- e(k)T +T,T+可T+可1 2T1T11(k1)一廠二u(k2)e(k)1 T11 T11 T-i(2分)1110.25(1 0.78z )(1 0.2z )(1 0.5z )D(z)二3試判斷控制器1 1z (1 _0.6z )的物理可實(shí)現(xiàn)性。1 2z、z+1.48 +0.646Z+0.078ZD(z)1 -0.6zA，分子中包含正次幕，物理上不

7、可實(shí)現(xiàn).(5分)四、設(shè)計(jì)題1已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為:1十0.15sD(s)=0.05s，現(xiàn)用數(shù)字PID算法來實(shí)現(xiàn)它，試分別寫出其相應(yīng)的位置型和增量型PID算法輸出表達(dá)式,T=1s。解：E(s) 0.05s(2分)0.05sU(s)=E(s) 0.15sE(s)兩邊進(jìn)行拉氏逆變換:0.05u(t)二e(t) 0.15e(t)0.05 u(k)二e(k) 0.15e(k)(3分)u(k)k)(k7址廠屮)-1)u(k) -u(k-1) =23e(k) -3e(k -1)(2分)u(k) =u(k -1)23e(k) -3e(k -1)(2分)2已知某系統(tǒng)廣義被控對(duì)象0.76zl(1+0.04

8、5z)(1+1.14Z)G(z) - J/(1-z )(1-0.135z )(1-0.0183z)，試針對(duì)單位階躍輸入，設(shè)計(jì)最少拍有波紋的脈沖傳遞函數(shù)為數(shù)字控制器D(z)，并寫出系統(tǒng)的輸出響應(yīng)丫(z)并繪制輸出響應(yīng)曲線。解：根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差為零的條件：1-(z) =(1-zjF3(z)(2分)根據(jù)穩(wěn)定條件：1- 門二(1 -z)F2(z)：(z)二z1 1.14z)F1(z)(4分)綜合得:J(z)=(1Z)F2(Z)(Z)=Z+Z)F4(Z)1設(shè)F29+az,R(z)=b，則:1 1：(z) =bz (1 1.14z ) 1 - (z) =(1 _z)(1 az1)也就是1 -bzJ-1.14b

9、z2=1 -(1 -a”比較等式兩邊的系數(shù)，得:b=1 -a1.14b = a1111234Y(z)=(z).R(z) =0.47z (11.14z )0.47z z - z z_.1 -z(3分)Y(n)I 1jp*iHf*94” 1_ 1_ 1_ 1_ 1_ 12345n（2分）五、利用ADC0809和AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路，使他能對(duì)8個(gè)通道的模擬 量（05V）進(jìn)行采集，采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。解得:3 =0.53b =0.47得:z) =0.47zJ(1 1.14z)(4分)故:D(z)xm_1_40.62(1 -0.135z )(1-0.183z )1 1(1 0

10、.045z )(10.53z )6、 采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響。采樣保持器的作用：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換總需要一定的時(shí)間。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí) 間內(nèi)，希望輸入信號(hào)不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在A/D轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。保持電容對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。保持電容值小，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(duì)輸入信號(hào)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，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好，但 跟隨特性差。7、 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

11、么？ 不是，對(duì)于輸入信號(hào)變化很慢，如溫度信號(hào)；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(hào)變化很小，在允許的A/D轉(zhuǎn)換精度內(nèi)，就不必再選用采樣保持器。三章1、鍵盤為什么防止抖動(dòng)?在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)防抖？ 為了使CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次，從而保證系統(tǒng)正常工作，所以必須防止抖動(dòng)？硬 件防抖有濾波防抖電路和雙穩(wěn)態(tài)防抖電路，還可以采用軟件防抖法，即軟件延遲。4、編碼鍵盤和非編碼鍵盤有什么區(qū)別？在接口電路和軟件設(shè)計(jì)的區(qū)別？ 編碼鍵盤能自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，以并行或串行方式發(fā)送給CPU。它使用方便，接口簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，但需要專門的硬件電路。非編碼鍵盤通過軟件來確定按鍵

12、 并計(jì)算鍵值。5、 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為什么有時(shí)采用復(fù)用鍵？復(fù)用鍵是如何實(shí)現(xiàn)的？ 為了節(jié)省按鍵的數(shù)量，所以采用復(fù)用鍵?？梢圆捎迷O(shè)置上下檔開關(guān)的措施來構(gòu)成復(fù)用鍵。6、 什么叫重建？計(jì)算機(jī)如何處理重鍵？ 一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果，這叫做重鍵。為排除重鍵的影響，編制程序時(shí)，可以將鍵 的釋放作為按鍵的結(jié)束，等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能。8、 多位LED顯示器顯示方法有幾種？它們各有什么特點(diǎn)？ 常用的顯示方法有兩種：一種為動(dòng)態(tài)顯示，一種為靜態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示利用人的視覺暫留 產(chǎn)生，優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，線路簡(jiǎn)單。但占用的機(jī)時(shí)長(zhǎng)。靜態(tài)顯示占用機(jī)時(shí) 少，顯示可靠，但是使用元件多，線路復(fù)雜。9

13、、 硬件譯碼和軟件譯碼各有何優(yōu)缺點(diǎn)？ 軟件譯碼優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但顯示速度有所下降。硬件譯碼既能節(jié)省計(jì)算機(jī)的時(shí)間，而且 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。12、薄膜式開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)？ 色彩亮麗；文字說明一目了然；形意圖案使用方便；鍵體美觀；透明視窗。四章1、 工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的報(bào)警方式有幾種？舉例說明各自的應(yīng)用場(chǎng)合？ 有聲、光、語(yǔ)言報(bào)警方式。例子自己想2、 說明硬件報(bào)警和軟件報(bào)警的實(shí)現(xiàn)方法，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)？ 硬件報(bào)警：報(bào)警要求不通過程序比較得到，直接由傳感器產(chǎn)生。軟件報(bào)警：將參數(shù)經(jīng)傳感器、變送器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送到計(jì)算機(jī)，再與規(guī)定的上下限比較， 根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行處理。 實(shí)際上硬件報(bào)警是在軟件報(bào)警基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)化，即將警報(bào)信

14、號(hào)提 前至傳感器那一步驟，而不是需要送到計(jì)算機(jī)比較后才得出。3、光電隔離器有什么作用？ 將被控系統(tǒng)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過光電效應(yīng)連成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制；并且可以屏蔽電磁 干擾等一些不利因素，提高控制精度?？傊?，有耦合、隔離和開關(guān)的作用。4、固態(tài)繼電器控制和繼電器控制有什么區(qū)別？ 在繼電器控制中，采用電磁吸合的方式，而固態(tài)繼電器是帶光電隔離的無觸點(diǎn)開關(guān)。6、說明PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理？ 通過改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機(jī)速度。這種方 法成為PWM。在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度降低。只要按 一定規(guī)律改變通斷電時(shí)間，電機(jī)轉(zhuǎn)速即可得到控制。七章

15、3、數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么優(yōu)點(diǎn)？ 無需增加任何硬件設(shè)備；系統(tǒng)可靠性高；多通道共享，降低成本；對(duì)頻率很低的信號(hào)進(jìn)行 濾波；使用靈活，方便。4、常用的數(shù)字濾波方法？ 程序判斷濾波、算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、RC低通數(shù)字濾波、 復(fù)合數(shù)字濾波。5、Y如何確定，其值越大越好嗎？ 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得，必要時(shí)由實(shí)驗(yàn)得出。太大，會(huì)使系統(tǒng)誤差增大；太小，使計(jì)算機(jī)采樣效 率降低。6、算術(shù)濾波、加權(quán)濾波、滑動(dòng)濾波的區(qū)別是什么?算術(shù)濾波實(shí)際上是求取采樣值的平均值；加權(quán)濾波則是在加權(quán)的基礎(chǔ)上求取平均值；滑動(dòng) 濾波則是每采一個(gè)新數(shù)據(jù)，計(jì)算一個(gè)新的平均值。7、標(biāo)度轉(zhuǎn)換在工程上有什么意義？ 標(biāo)度變換將

16、數(shù)字量變成人們熟悉的十進(jìn)制工程量，便于操作人員對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和管 理。10、為什么采用量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)？ 因?yàn)檫@樣能使A/D轉(zhuǎn)換器滿量程信號(hào)達(dá)到均一化，因而大大提高測(cè)量精度。八章1.、在PID調(diào)節(jié)中，系數(shù)K,等各有什么作用？他們對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？系數(shù)Kp為比例系數(shù)，提高系數(shù)Kp可以減小偏差，但永遠(yuǎn)不會(huì)使偏差減小到零，而且無止 境的提高系數(shù)Kp最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。系數(shù)Ki為積分常數(shù)，Ki越大積分作用越弱，積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)是，只要被調(diào)量存在誤差，其輸出 的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng)，直到偏差為零。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。 系數(shù)Kd為微分常數(shù)，k

17、d越大，微分作用越強(qiáng)。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度， 減小超調(diào)，克服震蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。2、在PID調(diào)節(jié)其中，積分項(xiàng)有什么作用？常規(guī)PID，積分分離與變速積分3中算法有什么 區(qū)別和聯(lián)系？積分項(xiàng)用于消除靜差。 在常規(guī)PID調(diào)節(jié)中，由于系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)線性范圍受到限制，當(dāng)偏 差較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的超調(diào)量，使系統(tǒng)不停的震蕩。為消除這一現(xiàn)象，積分分離法在控制量開始跟蹤時(shí)，取消積分作用，直到被跳量接近給定值時(shí)，才產(chǎn)生積分作用。而變速積 分則是改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對(duì)應(yīng)，偏差大時(shí)，積分作用弱，偏差小 時(shí)，積分作用增強(qiáng)。變速積分和積分分離的控制方法很類似，但調(diào)節(jié)方式不同。積分分離

18、對(duì)積分項(xiàng)采取“開關(guān)”控制，而變速積分則是線性控制。3、在數(shù)字PID中，采樣周期是如何確定的？它與哪些因素有關(guān)？對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)有何影響？ 一種是計(jì)算法，一種是經(jīng)驗(yàn)法。因素：擾動(dòng)頻率的高低；對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型；控制回路數(shù)；控制質(zhì)量。T太小，偏差信號(hào)也過小，計(jì)算機(jī)會(huì)失去調(diào)節(jié)作用；T過大，會(huì)引起誤差。4、位置型PID和增量型PID有什么區(qū)別？他們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？位置型需要?dú)v次的偏差信號(hào)，而增量型只需一個(gè)增量信號(hào)即可。位置型計(jì)算繁瑣，保存E占用很多內(nèi)存，控制不方便。增量型誤動(dòng)作小，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)的無擾動(dòng)切換，不產(chǎn)生積分失控。但是缺點(diǎn)在于積分截?cái)嘈?yīng)大，溢出影響大。5、在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，正、反

19、作用如何判定？在計(jì)算機(jī)中如何實(shí)現(xiàn)？輸出量與被測(cè)量變化一致則為正，否之為反。計(jì)算機(jī)中兩種方法：一是改變偏差的公式實(shí) 現(xiàn)，二是在PID運(yùn)算之后，先將結(jié)果求補(bǔ)，再送到D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換，進(jìn)而輸出。6、積分飽和現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？如何消除？是由于積分項(xiàng)不斷累加引起的。消除方法有遇限削積分法，有效偏差法等。7、是否需要添加手動(dòng)后援，為什么？需要。因?yàn)檫@是系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要保障。a1I36 i i-U11PIOPOOPHPOLP12P02P13PO3P14P04P15PO5P16P05Pl 7PO7P20P21T1P22TOP23P24EA/VPP25P26XIP2722WRPSEN麗INTORESET

20、INTITXDRXDALEcn39寸r-00寸i4r-i=s001736” “1437JL15_S35L1334j19332032I21bb2-S2-7ADD-A2-ADD-B2-5ADD-C2-42-322IW-7msb2-lIN-6m*5STAETIN-4ALErn-32P2E27A0P27IOCISCLK.QDQ10CLOCKADC0EC9o y y y Cf Cf cf 0-XF4=F3-ye=-4Nxy=65F4V0+YF5=F4+xe=0Nxy=56F5=0-XF6=F5-ye=-6Nxy=47F60+YF7=F6+xe=-2Nxy=38F70-XF9=F8-ye=-4Nxy=11

21、0F90+YF10=F9+xe=0Nxy=06.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32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Nxy，每走一步便減1操作，當(dāng)Nxy=0時(shí)，加工到終點(diǎn)，插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束。下圖為插補(bǔ)過程中的走表32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)F0=0 x0=6,y0=0Nxy=121F0=0-XF1= 0-12+1= -11x1=5,y1=0Nxy=112F10+YF2=-11+0+1=-10 x2=5,y2=1Nxy=1

22、03F20+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y3=2Nxy=94F30+YF4=-7+4+仁-2x4=5,y4=3Nxy=85F40-XF6=5-10+1=-4x6=4,y6=4Nxy=67F60-XF8=5-8+1=-2x8=3,y8=5Nxy=49F80-XF10=9-6+1=4x10=2,y10=6Nxy=211F100-XF11=4-4+1=1x11=1,y11=6Nxy=112F110-XF12=1-2+1=0 x12=0,y12=6Nxy=07.三相步進(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。 有三種工作方式：(1) 三相單三拍工作方式各相的通電

23、順序?yàn)锳TBTC,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。TLTLJUULrLAHII _13,：C相- -I圖3.1單三拍工作的電壓波形圖(2雙三拍工作方式各相的通電順序?yàn)锳BTBCTCA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。旳和njuuuuuuuuuuuuuuAhlLI 15_|U比TJ 1 U圖3.2雙三拍工作的電壓波形圖(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。昭冊(cè)irLruLruuuLrLnjuuuLrLc n圖3.3二相六拍丄柞的也k波形圖8.采用三相

24、六拍方式控制X軸走向步進(jìn)電機(jī)。MOVA，#0FH；方向輸入信號(hào)MOVP1，AA，P1JNBACC.7，XM；P1.7=0反轉(zhuǎn)LCALL STEP1；調(diào)正轉(zhuǎn)子程序SJMP XMM本章作業(yè)若加工第二象限直線OA和圓弧AB，已知直線起點(diǎn)O（0，0），終點(diǎn)A（-4，6）。圓弧起 點(diǎn)A（-4，6），終點(diǎn)A（-6，10）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)。 第四章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法 習(xí)題及參考答案1.數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟是什么？?XMM：MOV?XM：LCALLSTP2；調(diào)反轉(zhuǎn)子程序SJMP XMMH 1走步?STEP1：? CLR? +

25、X走步子程序：MOVDPTR，#TAB；指表頭?CJNEMOV?S11：SJMPINCMOVX A，A+DPTR；取數(shù)A,#05H,S11;是否最后單元DPTR，#TAB；S12重置表頭DPTR?S12：?S13：MOVDJNZCLR? MOVX? MOV? RETR0，#7FH；R0，S13；A；A+DPTR；地址加1延時(shí)A，P1，A取數(shù)據(jù)?-X走步子程序：?STEP2：MOVDPTR，?CLR?MOVXA，A+DPTR;?CJNZ?MOV?ADD?SJMP?S21：CLRC?DEC?SJMP?TAB：DB 01H#TABAA，#01H，S21DPTR，#TABDPTR，#0006HS12D

26、PLS12，03H，02H，06H，04H，05H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(duì)應(yīng)的差分方程(5) 根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序。2.某連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為1 +T1sD s - 1 Es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2 z -1s = -雙線形變換法：把T z 1代入，則2 z 11 T1-T z 12 z 11 T2T z+1z-1z =前向差分法：把T代入，則Z -1 s =后向差分法：把Tz代入，則3.在PID調(diào)節(jié)器中系數(shù)kp、ki、kd各有什么作用？它們對(duì)調(diào)節(jié)

27、品質(zhì)有什么影響？系數(shù)kp為比例系數(shù)，提高系數(shù)kp可以減小偏差，但永遠(yuǎn)不會(huì)使偏差減小到零，而且無止境地提高系數(shù) kp最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。系數(shù)ki為積分常數(shù)，越大積分作用越弱，積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)是，只要被調(diào)量存在偏 差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng)，直到偏差為零。在被調(diào)量的偏差消除后，由于 積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，因而能保持靜差為零。但單純的 積分也有弱點(diǎn)，其動(dòng)作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時(shí)，往往使調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)變 壞，過渡過程時(shí)間加長(zhǎng)。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。D(Z)。T 2T1z T-2T1T 2T2z T -2

28、T2D(z)=D(s|匕三1 T1S1 T2S1 T11 T2z -1T1z T -T1T2z T -T2D(z )=D(sg1 T1S1 T2S1 T2z -1Tzz -1TzT1z T -T1jz T -T2系數(shù)kd為微分常數(shù)，kd越大微分作用越強(qiáng)。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的相應(yīng)速度，減小 超調(diào)，克服振蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。4.什么是數(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)過程變量，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(hào)變化周期時(shí)，作如下近似仃足夠小時(shí)，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近)：t0ed

29、t : T e(j)j=0de e(k) -e(k -1) &dtT于是有：T Tdu(k) =Kpe(k)e(j) e(k) -e(k-1)Ti j Tu(k)是全量值輸出，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) )-對(duì)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)，因此輸出的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān)，還與過去歷次采樣偏差有關(guān)，使得u(k)產(chǎn)生大幅度變化，這樣會(huì)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)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是其增量時(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(dòng)調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等

30、具 有保持歷史位置的功能的這類裝置時(shí)，一般均采用增量型PID控制算法。TTdJu(k) =Kpe(k) -e(k -1)e(k) 上e(k) _2e(k -1) e(k -2)TiT與位置算法相比，增量型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)位置型算式每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(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(duì)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(dòng)一一自動(dòng)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uO,若采用增量型算法，其輸出對(duì)應(yīng)于閥門位置的變化部分，即

31、算式中不出現(xiàn)uO項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。(3)采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用， 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(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。5.已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為10.17s1 0.085s試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式，設(shè)采樣周期T=0.2s。1 0.17s1 0.085s則U s 0.085SU s =E s 0.17SEs二u*片0.085嘗)=或戶0.17竽).u k 0.085uk斗k一1匚 e k 017ek k-1把T=0.2S代入得1.425u k - 0.425u k -1 = 4.5e k -3.5e k

32、-1位置型u k i：= 3.1579ek -2.4561ek-10.2982u k -1增量型.：uk =uk -u k -1 = 3.1579s k -2.4561ek -1 -0.7018u k -16.有哪幾種改進(jìn)的數(shù)字PID控制器？有四種：（1）積分分離PID控制算法（2）不完全微分PID控制算法（3）帶死區(qū)的PID控制算法（4） 消除積分不靈敏區(qū)的PID控制7.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)從快速性和抗擾性方面考慮，希望采樣周期盡量短，這樣

33、給定值的改變可以迅速地通過 采樣得到反映，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(zhǎng)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(duì)象的純滯后時(shí)間T較大時(shí)，常選T=(1/41/8)T。(4)從計(jì)算精度方面考慮，采樣周期T不應(yīng)過短，當(dāng)主機(jī)字長(zhǎng)較小時(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(huì)減弱。另外，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低，會(huì)出現(xiàn)這種情況，即新的控制量已輸出，而前一次控制卻還沒完成，這樣采樣周期再短也將毫無意義， 因此T必須大于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)時(shí)間。8.簡(jiǎn)述擴(kuò)充臨界比例度法、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

34、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r作階躍輸入。(2)逐漸加大比例系數(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,并記下此時(shí)的比例系數(shù)Kp，將其記作臨界振蕩增益KS。此時(shí)的比例度為臨界比(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(duì)應(yīng)的過渡過程的誤差平方的積 分之比。根據(jù)控制度，查表求出T、Kp、Ti和Td值。(5)按照求得的整定參數(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。例度，記作1KZ擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟：

35、(1)斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器， 讓系統(tǒng)處于手動(dòng)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(duì)象輸入一個(gè)階躍信號(hào)。(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。在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)間T、被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)Tc,以及它們的比值TC/T。由T、Tc、Tc/T值，查表，求出數(shù)字控制器的T、Kp、Ti和Td。9.數(shù)字控制器直接設(shè)計(jì)步驟是什么？ 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖41所示。圖41計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖由廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，可求得控制器的脈沖傳遞函數(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

36、束條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)。(2)求廣義對(duì)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)D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。10.被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為Gcs1s采樣周期T=1s，采用零階保持器，針對(duì)單位速度輸入函數(shù)，設(shè)計(jì):(1)最少拍控制器D z;畫出采樣瞬間數(shù)字控制器的輸出和系統(tǒng)的輸出曲線。(1)最少拍控制器可以寫出系統(tǒng)的廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)將T=1S代入，有z-11才21 -zGcz = Zs-Ts1 e由于輸入r(t)=t，則1 2GeZ _ZDZ J -GeZ二宀 /V Ge(zG(z)2系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)1-2z =2z -z則當(dāng)輸

37、入為單位速度信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)輸出序列Z變換為1Y z =Rzz - 2z丄一乙奩z2=2Tz 3Tz - 4Tz -: 1 -z丄)11.被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為GcS叮產(chǎn)采樣周期T=1s，要求：(1)采用Smith補(bǔ)償控制，求取控制器的輸出uk；(2)采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器D z，并求取u k的遞推形式。(1)采用Smith補(bǔ)償控制廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為HGCs二HsGcs J y_ss.e 1 -e亠es s亠1 s s 1=HGPis *eDz汶D s_汙1d 1 aiz其中 tF,T=1Sy(0)=0,y(1)=0,y(2)=2T,y(3)=3T,U z -0.3697zU z =0.632

38、1zA-z E zu k =0.6321ek_1 _0.6321ek_20.3679u k _1(2)采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器取T=1S, ,K=1,T1=1,L=/T=1,設(shè)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)T0=0.5S則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為Z21121 -Z飛一廣義被控對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為zJ11 e11_乙才1 _e= z 1_1 -0.3679zp-0.1353)-1 -0.3679 1 -0.1353Z丄0.1353z 1_1.36800.5033z丄_L_21 -0.1353Z-0.8647Z則U z -0.1353zU z -0.8647zU z =1.3680E z

39、-0.5033zE z上式反變換到時(shí)域，則可得到u k =1.3680e k -0.5033e k -1 i亠0.1353u k 1 i亠0.8647u k -212.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大幅度上下擺動(dòng)。它對(duì)系統(tǒng)的輸出幾乎是沒有影響的，但會(huì)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(duì)于一階滯后對(duì)象，如果合理選擇期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)T0和采樣周期T,使RA0,就沒有振鈴現(xiàn)象。即使不能使RA0,也可以把RA減到最小，最大程度地抑制振鈴。(2)消除振鈴因子法卜U (z)0.6321 (z丄2

40、z11 _0.3679z _LTs1 -11-z zZ_S1 s-2z1 1_e_GBz-eA1 de-z甘-z-e/ 1-ze _z1_e2Dz)_HGc(z* _GB(Z$_HGC找出數(shù)字控制器D（z）中引起振鈴現(xiàn)象的因子（即z=-1附近的極點(diǎn)），然后人為地令其中的z=1, 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(dòng)態(tài)特性，從而將影響閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)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GnsDnsGS=O。如果能將擾動(dòng)因素測(cè)量出來，預(yù)先將其變化量送到系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)整，這樣在被調(diào)量改變之 前就能克

41、服這些擾動(dòng)的影響。這種擾動(dòng)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 且一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的擾動(dòng)也不只一個(gè)，因此反饋控制還是不可少的。主要擾動(dòng)引起的誤差， 由前饋控制進(jìn)行補(bǔ)償；次要擾動(dòng)引起的誤差，由反饋控制予以抑制，這樣在不提高開環(huán)增 益的情況下，各種擾動(dòng)引起的誤差均可得到補(bǔ)償，從而有利于同時(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(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng)。（2）模糊控制不用

42、建立對(duì)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(shí)模型，以模糊集合、模糊語(yǔ)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？多變量控制系統(tǒng)解耦條件是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣：s為對(duì)角線矩陣。本章作業(yè)用C語(yǔ)言編寫數(shù)字PID算法、大林算法、施密斯算法通用子程序。第五章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)習(xí)題及參考答案1.簡(jiǎn)述應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)步驟。圖51給出了應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的流程圖，它描述了應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和設(shè)計(jì)過程。(1) 問題定義(2) 程序設(shè)計(jì)(3) 手編程序(4) 差錯(cuò)(5) 測(cè)試(6) 文件編制(7) 維護(hù)和再設(shè)計(jì)2.什么

43、是計(jì)算延時(shí)？當(dāng)采樣信號(hào)送入CPU，按控制算法要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行每條指令均需要 一定時(shí)間，這樣，從數(shù)據(jù)采樣到結(jié)果輸出之間就要產(chǎn)生一定的時(shí)間延遲，稱為計(jì)算延時(shí)。3.如何在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)中減少計(jì)算延時(shí)？在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)過程中，為減少計(jì)算延時(shí)，通常將運(yùn)算分為前臺(tái)運(yùn)算和后臺(tái)運(yùn)算。 前臺(tái)運(yùn)算：為得到當(dāng)前輸出值U(k)，而必須進(jìn)行的運(yùn)算。后臺(tái)運(yùn)算：為得到下一時(shí)刻輸出值U(k +1)以及與當(dāng)前輸出無關(guān)的其他計(jì)算和管理算法。4.標(biāo)度變換在工程上有什么意義？在什么情況下使用標(biāo)度變換程序？微機(jī)控制系統(tǒng)在讀入被測(cè)模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，往往還要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工程值。這是因?yàn)樯a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種工藝參數(shù)

44、量綱不同。例如，壓力的單位為Pa,流量的單位為m3/h，溫度的單位為C。這些參數(shù)A/D轉(zhuǎn)換后得到一系列的數(shù)碼，這些數(shù)碼的值并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，它僅代表參數(shù)值的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的 數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出。這種轉(zhuǎn)換稱為工程量轉(zhuǎn)換，也稱為標(biāo)度變換。標(biāo)度變 換有各種不同類型，它取決于被測(cè)參數(shù)測(cè)量傳感器的類型，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適 當(dāng)?shù)臉?biāo)度變換方法，常用線性參數(shù)標(biāo)度變換。第六章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 習(xí)題及參考答案1.干擾的作用途徑是什么？無論是內(nèi)部干擾還是外部干擾，都是從以下幾個(gè)途徑作用于系統(tǒng)的。(1)傳導(dǎo)耦合靜電耦合(3)電磁耦合(4)公共阻抗耦合2

45、.什么是共模干擾和串模干擾？如何抑制？共模干擾是在電路輸入端相對(duì)公共接地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)的干擾，也稱為共態(tài)干擾、對(duì)地干擾、縱向干擾、同向干擾等。共模干擾主要是由電源的地、放大器的地以及信號(hào)源的地之間的傳輸線上電壓降造成得。消除共模干擾的方法有以下幾種：變壓器隔離；光電隔離；浮地屏蔽；采用具有高共模抑制比的的儀表放大器作為輸入放大器。串模干擾就是指串聯(lián)疊加在工作信號(hào)上的干擾，也稱之為正態(tài)干擾、常態(tài)干擾、橫向干擾等。消除串模干擾的方法有以下幾種：在輸入回路中接入模擬濾波器；使用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器；采用雙絞線作為信號(hào)線；電流傳送，3.數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么特點(diǎn)？數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與

46、模擬濾波器相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好；（2）數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低（如0.01Hz）的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷；（3）數(shù)字濾波器可根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功 能強(qiáng)的特點(diǎn)。4.常用的數(shù)字濾波方法有幾種？它們各自有什么特點(diǎn)？常用的數(shù)字濾波方法有7種。（1）程序判斷濾波法：是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出相鄰兩次采樣信號(hào)之間可能出現(xiàn)得最大偏 差。（2）中值濾波法：它對(duì)于去掉偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的 脈動(dòng)干擾比較有效。（3）算術(shù)平均值濾波法：它適用于一般的具有隨機(jī)干擾信

47、號(hào)的濾波。它特別適合于信號(hào)本 身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動(dòng)的情況。（4）加權(quán)平均值濾波：可以提高濾波效果（5）滑動(dòng)平均值濾波法：采樣時(shí)間短，可以提高檢測(cè)速度（6）慣性濾波法：適用于慢速隨機(jī)變量的濾波（7）復(fù)合數(shù)字濾波：比單純的平均值濾波的效果要好5.算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波以及滑動(dòng)平均濾波三者的區(qū)別是什么？算術(shù)平均值法適用于對(duì)壓力、流量等周期脈動(dòng)信號(hào)的平滑，這種信號(hào)的特點(diǎn)是往往在某一 數(shù)值范圍附近作上、下波動(dòng)，有一個(gè)平均值。這種算法對(duì)信號(hào)的平滑程度取決于平均次數(shù) 當(dāng)N較大時(shí)平滑度高，但靈敏度低；當(dāng)N較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高，應(yīng)該視具體情況選取N值。對(duì)于一般流量，通常取N=12;若為

48、壓力，則取N=4。在算術(shù)平均濾波中，N次采樣值在結(jié)果中所占的比重是均等的，即每次采樣值具有相同的加權(quán)因子1/N。但有時(shí)為了提高濾波效果，往往對(duì)不同時(shí)刻的采樣值賦以不同的加權(quán)因子。 這種方法稱為加權(quán)平均濾波法，也稱滑動(dòng)平均或加權(quán)遞推平均。其算法為 其中。n 10 -a 非確認(rèn)(Unacknowledged)請(qǐng)求/響應(yīng)( (Request/Response)、重復(fù)( (Repeated)、非確認(rèn)重復(fù)(Unacknowledge Repeated)。(f)Lon Talk協(xié)議的介質(zhì)訪問控制子層( (MAC)對(duì)CSMA作了改進(jìn)，采用一種新的稱作Predictive P-Persistent CSMA,

49、根據(jù)總線負(fù)載隨機(jī)調(diào)整時(shí)間槽n(163)，從而在負(fù)載較輕時(shí)使介質(zhì)訪問延遲最小化，而在負(fù)載較重時(shí)使沖突的可能最小化。(3)PROFIBUS(Process Field Bus)過程現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，1991年在DIN佃245中分布了標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS有幾種改進(jìn)型，分別用于不同的場(chǎng)合，例如：(a) PROFIBUS-PA(Process Automation)用于過程自動(dòng)化，通過總線供電，提供本質(zhì)安全型，可用于危險(xiǎn)防爆區(qū)域。(b) PORFIBUS-FMS(Field bus Message Specification)用于一般自動(dòng)化， 適用于紡織、樓宇自 動(dòng)化、可編程控制器、

50、低壓開關(guān)等。(c) PROFIBUS-DP用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域，適用于分散的外圍設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。傳輸速率為9.6Kbps12Mbps,最大傳輸距離在12Mbps時(shí)為100m、1.5Mbps時(shí)為400m, 可用中繼器延長(zhǎng)至10Km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線， 也可以是光纜。最多可掛接127個(gè)站 點(diǎn)。PROFIBUS弓I入功能模塊的概念，不同的應(yīng)用需要使用不同的模塊。在一個(gè)確定的應(yīng)用中，按照PROFIBUS規(guī)范來定義模塊，寫明其硬件和軟件的性能，規(guī)范設(shè)備功能與PORFIBUS通信功能的一致性PROFIBUS為開放系統(tǒng)協(xié)議，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，在德國(guó)建立了FZI信息研究中心，對(duì)制造廠和用戶開放，對(duì)其

51、產(chǎn)品進(jìn)行一致性檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)性檢測(cè)。(4)HART(Highway Addressable Remote Transducer)可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路HART是美國(guó)Rosemount研制，HART協(xié)議參照ISO/OSI模型的第1、2、7層，即物理層、數(shù)據(jù)全連路層和應(yīng)用層，主要有如下特性：(a)物理層：采用基于Bell 202通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK技術(shù)，即在420mA(DC)模擬信號(hào)上疊加FSK數(shù)字信號(hào)，邏輯1為1200Hz、邏輯0為2200Hz，波特率為1200bps洞制信計(jì)為 土0.5mA或0.25VP-P(250 Q負(fù)載) )。用屏蔽雙絞線單臺(tái)設(shè)備距離3000m,而多臺(tái)設(shè)備互連距離1500m。(b

52、)數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度不固定，最長(zhǎng)25個(gè)字節(jié)。可尋地址為015，當(dāng)?shù)刂窞?時(shí)，處于420mA(DC)與數(shù)字通信兼容狀態(tài)；當(dāng)?shù)刂窞?15時(shí)，則處于全數(shù)字通信狀態(tài)。通 信模式為“問答式”或“廣播式”。(c)應(yīng)用層：規(guī)定了三類命令，第1類是通用命令，適用于遵守HART協(xié)議的所有產(chǎn)品；第2類是普通命令，適用于遵守HART協(xié)議的大部分產(chǎn)品；第3類是特殊命令，適用于遵守HART協(xié)議的特殊產(chǎn)品。另外，為用戶提供了設(shè)備描述語(yǔ)言DDL（Device DescriptionLanguage）。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求，并可組成由手持編程器與管理系統(tǒng)主 機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。（5）FF

53、（Foundation Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）現(xiàn)場(chǎng)總線FF現(xiàn)場(chǎng)總線是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)全連路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次， 并在應(yīng)用層上增加了用戶層。用戶層主要針對(duì)自動(dòng)化測(cè)控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的 統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語(yǔ)言規(guī)定了通用的功能塊集。FF現(xiàn)場(chǎng)總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbps,通信距離可 達(dá)佃00m（可加中繼器延長(zhǎng)），可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps兩種，其通信距離分別為750m和

54、500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線，光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼。FF的主要技術(shù)內(nèi)容，包括FF通信協(xié)議；用于完成開放互連模型中第27層通信協(xié)議的通信棧（Communication Stack）;用于描述設(shè)備特征、參數(shù)、屬性及操作接口的DDL設(shè)備描述語(yǔ)言、設(shè)備描述字典；用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、工程量轉(zhuǎn)換等應(yīng)用功能的功能塊；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 組態(tài)、調(diào)度、管理等功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成 技術(shù)。（本題5分）二、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成，并畫出方框圖（本題10分）三、有4位AD轉(zhuǎn)換器，滿刻度為5V，現(xiàn)在輸入4.15V模擬電壓

55、，請(qǐng)分析 采用逐次逼近法逼近的轉(zhuǎn)換過程（本題10分）四、用一階后向差分法求某控制器的傳遞函數(shù) 分方程.T=1s.最小拍有波紋控制器的設(shè)計(jì)步驟，2.寫出根據(jù)性的閉環(huán)傳遞函數(shù)$ （Z）和$e（Z）.（本題10分）六、常用數(shù)字濾波算法有哪幾種？簡(jiǎn)述優(yōu)（本題10分）七、寫出數(shù)字PID控制算法的位置式和增量式兩種標(biāo)準(zhǔn)算法并簡(jiǎn)要回答下 列問題：1.簡(jiǎn)述積分分離法克服位置式PID積分飽和作用的原理。2. PID數(shù)字控制器參數(shù)整定的含義是什么？簡(jiǎn)述工程實(shí)現(xiàn)時(shí)，參數(shù)整定的步驟。3.采樣周期的選擇應(yīng)綜合考慮哪幾個(gè)因素？（本題10分）八、請(qǐng)說明下圖中IO通道的類型，并說明其工作過程。D(S)=%S+1)(S+ 2)

56、的差（本題10分）五、廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為0.368Z&1 0.718Z，)(1 Z)(10.368Z)1,請(qǐng)說明（本題10分）九、請(qǐng)結(jié)合課程的學(xué)習(xí)，談一談如何利用微機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某一加熱爐的 溫度控制。二.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些部分組成，并畫出方框圖。答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成主要是由控制對(duì)象（或生產(chǎn)過程）、執(zhí)行器、測(cè)量變送環(huán)節(jié)、輸入輸出通道和數(shù)字調(diào)節(jié)器等組成。軟件組成主要是由系統(tǒng)軟件和控制軟件。三.有4位AD轉(zhuǎn)換器，滿刻度為5V，現(xiàn)在輸入4.15V模擬電壓，請(qǐng)說明逐次逼近轉(zhuǎn)換原 理。并分析采用逐次逼近法逼近的轉(zhuǎn)換過程。解：先通過置數(shù)邏輯電路將SAR中最高位置1,其余全0，井DA轉(zhuǎn)換

57、成模擬電壓U0與 輸入模擬電壓Ui在電壓比較器下進(jìn)行比較，若UiU0,則保留最高位1,否則清除最高位為0;其次置次高位為1,延續(xù)上述過程，直至確定最低位的狀態(tài)。量化單位為q=5v/24=0.3125V本題目中圖表轉(zhuǎn)換如下：步驟SARU0Ui,U0大小該位去留8421110002.5保留211003.75保留:311104.375去411014.0625保留:結(jié)果1101偏差4.15-4.0625=0.0875圖略。四.+48VP1.0+5VR3:T =1sU(S)E(S)5一 6 5 6 五答案：步驟如下：根據(jù)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)確定廣義傳遞函數(shù)D(Z)根據(jù)性能指標(biāo)和約束條件確定閉環(huán)傳遞函數(shù)(Z

58、),其中性能指標(biāo)包括準(zhǔn)確性、快速性、穩(wěn)定性，約束條件為物理可實(shí)現(xiàn)性。同時(shí)得出閉環(huán)誤差傳遞函數(shù)0e(z)D(Z)根據(jù)G(Z)e(Z)確定控制器的傳遞函數(shù) 將其離散化，編寫算法程序2 10.368Z (1 0.718Z )G (Z)1J(1Z )(10.368Z )對(duì)速度輸入”亦洽EggU(S)E(S)=D (S)=2_(耳1)(2)D(S)(2ZJ)(3 Z)_ 11U(Z) U(Z-1)-匸U(Z-2)：E(Z)663511U(k)=|u(k1)1u(k2) 1E(k)TTd也 5=K（e e）+匚e +=（e 2匚+e“增量式：TiT（1）開始時(shí)不進(jìn)行積分，直至偏差達(dá)到一定閥值后才進(jìn)行積分累

59、積，這樣，一方面防止了 一開始有過大的控制量，另一方面即使進(jìn)入飽和后，因積分累積小，也能較快推出，減少 了超調(diào)。（2）PID數(shù)字控制器參數(shù)整定是指確定PID數(shù)字控制器的參數(shù)T,Ti,Td,K，以使系統(tǒng)輸出 達(dá)到滿意的效果。（3） 滿足采樣定律；抗干擾角度，T應(yīng)小些；快速系統(tǒng)，要求T??；執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣性大時(shí)，T應(yīng)大些；計(jì)算機(jī)工作量和成本考慮，T應(yīng)大些；從計(jì)算機(jī)精確執(zhí)行控制算法，T應(yīng)大些;實(shí)際生產(chǎn)過程中常采用經(jīng)驗(yàn)法獲得采樣周期。八該通道為數(shù)字量輸入通道。當(dāng)48V開關(guān)閉合，光耦導(dǎo)通，經(jīng)反相器P1.0輸出高電平電平。當(dāng)48V開關(guān)打開，光耦阻斷，經(jīng)反相器P1.0輸出低電平。九根據(jù)學(xué)生回答情況酌情給分。重點(diǎn)是

60、繪制出控制系統(tǒng)的框圖。包括數(shù)字給定，溫度測(cè)量反饋AD轉(zhuǎn)換，PID調(diào)節(jié)器輸出DA轉(zhuǎn)換等。四、 簡(jiǎn)答題（本題共4小題，共20分）1.（本題5分）簡(jiǎn)要說明多路開關(guān)的主要特點(diǎn)。2.（本題5分）PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，微分調(diào)節(jié)起何作用？為什麼在有些系統(tǒng)中采用不完全微 分算式，它與常規(guī)算式有哪些區(qū)別？3.（本題5分）PWM控制意味著什么？它有什么作用？微型機(jī)控制系統(tǒng)中是怎樣實(shí)現(xiàn)的？4.（本題5分）說明算術(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波和滑動(dòng)平均濾波之間的區(qū)別以及各自的 用途。五、設(shè)計(jì)題（本題共1小題，共20分）：；(z) =- a2Z)所以：e(z) =(1-z)2(1 f”)六、常用數(shù)字濾波算法有哪幾種？簡(jiǎn)述優(yōu)缺點(diǎn)？(一)B.RAM