微機控制技術復習

1、微機控制技術復習一、基本概念：1、什么是計算機控制系統(tǒng)？它由哪幾個部分組成？各部分的主要作用是什么？ 在計算機控制系統(tǒng)中，計算機的作用主要有三個方面：1.對于復雜控制系統(tǒng)的控制規(guī)律的計算工作量很大，采用模擬解算裝置難以實現(xiàn)，因而需要采用計算機進行處理。 2.用計算機的軟件程序實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的校正以保證控制系統(tǒng)具有所要求的動態(tài)特性。3.由于計算機具有快速完成復雜工程計算的能力，因而可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的最優(yōu)控制、自適應控制等高級控制功能及 多功能計算調節(jié) 。主機、接口電路、過程輸入 /輸出通道、外部設備、操作臺2、計算機 DDC 控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？3、計算機控制系統(tǒng)的典型形式

2、有哪些？各有什么優(yōu)缺點？計算機操作指導控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（ DDC ） 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（ SCC）計算機分級控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）4、 DDC 與模擬控制系統(tǒng)相比有何優(yōu)點？DDC 系統(tǒng)中得計算機參與閉環(huán)控制過程， 它不僅能完全取代模擬控制器， 實現(xiàn)多回路的控制， 而且不 需改變硬件，只通過改變程序就能有效的實現(xiàn)較復雜的控制，如前饋控制，非線性控制，自適應控制，最 優(yōu)控制等。5、 SCC 與 DDC 相比有何區(qū)別？在 DDC 中，對生產過程產生直接影響的被控參數(shù)的給定值是預先設定的，并且存入計算機的內存中， 該給定值不

3、能依據過程條件和生產工藝信息的變化及時修改。而在 SCC中計算機根據原始工藝信息和其 他參數(shù)按照生產過程模型自動的改變模擬控制器或以 DDC 計算機的給定值，從而使生產過程處于最優(yōu)狀 態(tài)。6、 何為 I/O 接口？接口一般具備哪些功能？其作用是什么？ 主機和外設之間交換信息的連接部件，使主機和外設能夠協(xié)調工作，有效的完成信息交換。解決主機 CPU 與慢速外設通信速度和時序； 解決 CPU 和外設之間的數(shù)據轉換和匹配問題， 解決 CPU 負載 能力與外設端口選擇問題7、 何為 I/O 通道？模擬量輸入通道由哪幾部分組成？A/D 轉換器接口電路一般應完成哪些任務？ 計算機與控制對象之間信息傳遞和變

4、換的連接通道主要組成： 信號處理裝置、采樣單元、采樣保持器、數(shù)據放大器、A D 轉換器控制電路8、 微機控制系統(tǒng)輸出通道若為電壓輸出，有幾種輸出形式？一般過程控制采用那種輸出形式？為什么？ 單極性電壓輸出方式 雙極性電壓輸出方式9、 計算機與外圍設備交換信息有哪幾種控制方式？它們各有什么優(yōu)缺點？并行通信 把一個字符的各數(shù)位用幾條線同時進行傳輸 串行通信 數(shù)據按位進行傳送的 其中串行通信又分為 全雙工方式，半雙工方式 同步通信 異步通信全雙工方式 數(shù)據信息能沿相反兩個方 向傳送。 半雙工方式 數(shù)據信息可沿數(shù)據傳輸線的兩個方向傳送，但同一時刻只能沿一個方向傳送。同步 通信 在一組字符前后加同步字符

5、， 標志一組數(shù)據塊的開始與結束， 接收裝置接收到同步字符而開始接收數(shù) 據，直到接收后同步字符，一幀數(shù)據接收結束。異步通信 要傳送的字符代碼前加一起始位，以示該字符代碼開始，在字符代碼后面加一停止位，以示該字符代碼結束。10、簡述采樣 /保持器工作原理，為什么微機控制系統(tǒng)的輸入通道需加采樣/保持器？最簡單的采樣保持器是由開關和電容組成，在電路中當開關閉合時電壓V 經限流電阻向電容充電，使輸出給隨 V 變化即采樣。 當開關斷開， 則由于電容具有一定的容量使輸出保持不變即保持狀態(tài)。電 容的大小決定其的精度。保持模擬量信號不變，以便完成 AD轉換；同時采樣幾個模擬信號，以便進行數(shù)據處理和測量；減少DA

6、 轉換的輸出毛刺，把一個 DA 的輸出分配到幾個輸出點，以保證輸出電壓穩(wěn)定11、 什么是采樣過程、量化、孔徑時間？12、 CPU 對 AD 轉換的數(shù)據讀取方式有幾種？分別是什么？各有何優(yōu)缺點？通過詢問：將 EOC 連到并行接口 8255 的 PA0, CPU 查詢 EOC 由高變低否通過延時：由于 A/D 轉換芯片的轉換時間是已知的，如A/D0809 的標準轉換時間是 100s,因此，當啟動 A/D 后，延時 120（大于標準轉換時間）后，取 A/D 轉換好的數(shù)據即可。中斷方式：將轉換結束信號 EOC 連到 PC 機擴展槽的 IRQ2 端，以便在 ADC0809 轉換結束后，向 CPU 發(fā)中斷

7、請求，CPU 響應中斷后，在中斷服務子程序中，執(zhí)行IN 指令，將轉換好的數(shù)據讀入 AL中。13、 在數(shù)字 PID 控制系統(tǒng)中，采樣周期是如何確定的？采樣周期與那些因素有關？對于響應快、波動大、容易受干擾影響的過程，應該選取較短的采樣周期；反之，則長一些。過程純滯后較明顯，采樣周期可與純滯后時間大致相等1加到被控對象的擾動頻率2 對象的動態(tài)特性3 數(shù)字控制器所使用的算法及執(zhí)行器的類型4控制回路數(shù)5 對象所要求的控制質量14、 何為測量的量程變換？何謂測量系統(tǒng)的標度變換？15、 何為數(shù)字濾波？與模擬濾波相比有何優(yōu)點？數(shù)字濾波，是通過一定的計算程序對數(shù)字信號進行平滑加工，提高其有用信號，消除或減少各

8、種干 和噪音，以保證計算機系統(tǒng)的可靠性。1.不需增加任何硬設備，只要在程序進入數(shù)據處理和控制算法之前，附加一段數(shù)字濾波程序即可。2由于數(shù)字濾波器不需增加硬設備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問題。3模擬濾波器通常是每個通道都有，而數(shù)字濾波器則可以多個通道共用，從而降低成本。4可以對頻率很低的信號進行濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。5 使用靈活、方便，可根據需要選擇不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù)。16、 常用的數(shù)字濾波有幾種？它們有什么優(yōu)缺點？一、程序判斷濾波二、中值濾波三、算術平均濾波四、加權平均濾波五、一階滯后濾波六、復合濾波程序17、 數(shù)字 PID 算法共有幾種

9、形式？它們分別適用何種情況？位置型 PID 控制算式增量型 PID 控制算式實用遞推算式 速度式算式算法的使用與執(zhí)行器的形式和對象特性有關。1、 執(zhí)行器不帶積分部件（如：電液伺服閥），應選位置式算法。2、 執(zhí)行器帶積分部件（如：步進電機或由步進電機帶動電位器輸出），選擇增量式算式。3、執(zhí)行器要求速度設定，選速度式算式18、 在控制系統(tǒng)中，積分飽和現(xiàn)象是如何產生的？微機數(shù)字PID 如何消除積分飽和？控制系統(tǒng)在剛啟動或突然改變給定時，系統(tǒng)輸出會出現(xiàn)較大的偏差。這種偏差不可能在短時間內消除，經過積分項的累加后，可能使控制量很大甚至超過執(zhí)行器由機械或物理性能所決定的極限。抑制方法：積分分離法遇限制削弱

10、積分法19、 什么是串模、差模干擾？如何抑制？20、什么是振鈴現(xiàn)象？如何消除？大林把這種控制量以 1/2 （2 倍采樣周期）采樣頻率振蕩現(xiàn)象稱之為振鈴現(xiàn)象”它對系統(tǒng)的輸出幾乎無影響，但是會使執(zhí)行器頻繁地調整，加速磨損先找出數(shù)字控制器中產生振鈴現(xiàn)象的極點，令其中z =1，這樣就消除了這個極點。根據終值定理，輸出穩(wěn)態(tài)不變。21、簡述計算機控制系統(tǒng)設計的一般步驟。系統(tǒng)總體控制方案設計微型計算機選擇控制算法設計 硬件設計 軟件設計 系統(tǒng)聯(lián)調22、 系統(tǒng)設計時，微型計算機系統(tǒng)構成方案共有那些方案？23、 系統(tǒng)設計時，算法設計應注意的問題是什么？1、被控對象的特性和數(shù)學模型2、系統(tǒng)的控制指標 3、系統(tǒng)的復

11、雜程度24、何為非線性補償？簡述補償方法。無論模擬還是數(shù)字顯示，都要對測量信號加工，即線性化處理，稱非線性補償或校正。誤差修正。模擬補償：通過模擬器件完成，較難。凸輪機構及曲線板；非線性電位計（如對數(shù)或指數(shù)電位器）；二極管陣列（如用多個二極管組成開方器）；運算放大器? 數(shù)字補償：通過軟件完成，較容易查表法 （關系曲線存儲在 ROM 中）；線性或分段線性化 （如 SLPC中十段折線函數(shù)）；非線性曲線擬合（如多項式擬合）；神經網絡補償；等25、何為逐點比較法插補？插補原理。26、步進電機工作原理。27、計算機控制系統(tǒng)有哪些主要干擾渠道？例舉硬件、軟件抗干擾措施。工業(yè)生產中的干擾一般都是以脈沖的形式

12、進入微機，干擾竄入系統(tǒng)的渠道主要有三條：空間干擾（場干 擾），過程通道干擾，供電系統(tǒng)干擾。為了保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓，可以利用交流穩(wěn)壓器，有利于提高整個系統(tǒng)的可靠性；采用分散獨立功能塊供電，即在每塊系統(tǒng)功能模塊上用三 端穩(wěn)壓集成塊組成穩(wěn)壓電源、每個功能塊單獨對電壓過載進行保護。1）光電耦合隔離措施（2）雙絞線傳輸（3）長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ洌?）長線的電流傳輸1 .軟件冗余。 2 .設置當前輸出狀態(tài)寄存單元，當干擾侵入輸出狀態(tài)破壞時，系統(tǒng)能及時查詢寄存 單元的輸出狀態(tài)信息，及時糾正輸出狀態(tài)。3 .設自檢程序二、分析設計計算1、采用 8 位 A/D 轉換器 ADC0809 通過

13、74LS138 及門電路與 Intel8088 總線查詢方式、中斷方式接口，實現(xiàn) 8 路模擬量采集。請畫出接口原理圖，并設計出8 路模擬量的數(shù)據采集程序。2、 采用 DAC1210 通過 74LS138 及門電路與 Intel8088 總線接口，請畫出接口電路原理圖，并編寫 D/A 轉換程序。3、某報警系統(tǒng)如下圖所示，為二個參數(shù)的報警系統(tǒng)圖，試編寫一個能實現(xiàn)下列功能的報警程序。741SPBDFBIPB2PB3S255APE 4PE5PB6PBT電笛RD水隹上限恥水位下限器溫度上限Y1溫度下限Y2正當運行LED*W RD型RD（1） 水位上、下限聲、光報警。（2） 溫度上、下限聲、光報警。（3）

14、 當系統(tǒng)運行正常時，綠燈亮。（5 分）4、在某順序控制系統(tǒng)中，各開關的接線如下圖所示。試編寫一能實現(xiàn)下述邏輯的控制程序。 當開關 A 和 B 閉合，C 和 D 打開時，馬達 1 啟動。 當開關 B、D 閉合，A C打開時，馬達 2 啟動。當開關全部閉合時，兩個馬達均啟動。其余情況則兩個馬達均停止。（設啟動馬達控制信號為“1”，否則為“ 0”）5、 某計算機控制系統(tǒng)需要擴展兩片8255A、兩片 8253,指定兩片 8255A 的地址范圍是 90H93H 和 94H97H,兩片 8253 的地址范圍為 98H9BH 和 9CH9FH，要求采用 74LS138 作譯碼器，試設計接口 地址譯碼電路。6

15、、 試確定下圖所示譯碼電路的輸出地址Y。LS047、一象限直線插補原理說明及程序流程圖。8、步進電機步距角計算，設計三相單三拍步進電機控制系統(tǒng)，包括：硬件選擇，系統(tǒng)原理圖，控制程序流程圖。三、 常用程序及算法1、一階滯后濾波原理及程序框圖。2、位置式 PID 算法原理及程序框圖。3、積分分離數(shù)字 PID 的控制算法原理，并繪出該算法的程序流程圖。4、 試簡述帶死區(qū)的數(shù)字 PID 的控制算法原理，并繪出該算法的程序框圖。四、 計算LS30AENIORLS20LS32AiA01、用 8 位 DAC 組成雙極性電壓輸出電路，其參考電壓為-5V，求對應以下偏移碼的輸出電壓: 10000000 0100

16、0000 11111111 11111110 00000001(10 分)2、某溫度測量系統(tǒng)，假設測量為線性測量，量程范圍為01600 C,經溫度變送器輸出15V，再經ADC0809 轉換(ADC0809 的輸入范圍為 05V)；試計算當采樣數(shù)值為 9BH 時，所對應的溫度是多 少？3、 用一個三相步進電機帶動一個 10 圈的電位器來調整控制系統(tǒng)的給定輸入，假定其調整范圍為 0V10V ,現(xiàn)需要把輸出電壓由 2V 升到 2.5V，設電機轉子齒數(shù)為 40 個，求步進電機轉動步數(shù)。4、 某壓力測量系統(tǒng)，假設測量為線性測量，量程范圍為4001200PA，采用 A/D 轉換器；設某采樣周期計算機中經采樣濾波后的數(shù)字量為ABH，求此時的壓力值。5、某控制系統(tǒng)所設計的控制器傳遞函數(shù)為:1試寫出此調節(jié)規(guī)律的數(shù)字控制器算式;2寫出程序實現(xiàn) D( Z)的表達式。函數(shù)，試：1設計最少拍有波紋數(shù)字控制器D(z)。2校驗所設計的系統(tǒng)是否存在紋波及波紋產生原因。107、設被控對象的傳遞函數(shù)為G