微型計算機控制技術(shù)課程答案88

1、錯誤！未找到引用源。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)o1.2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

2、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

3、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、人一機接口出程序。 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)

4、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。22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）o數(shù)字量輸入程序（設(shè)片選端口地址為port）:MOV DX , portIN AL , DX數(shù)字量輸出程序：MOV AL , DATAMOV DX , p

5、ortOUT DX , AL2.3用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809通過8255A與PC總線工業(yè)控制接口，實現(xiàn)8路模擬量的采集，請畫出接口原理圖，并設(shè)計出8路模擬量的數(shù)據(jù)采集程序。答：原理圖見書本上第 28頁（圖2.15） o8路模擬量采樣程序：ADC0809 PROCMOVNEARCX , 8BL,OOHDI , DA TABUFCLDMOVLEANEXT:MOVDX ,02C2HMOVAL , BLOUTDX , ALINCDXMOVAL , 00000111B/輸入啟動信OUTDX , ALDECDXNOSC:INAL , DXTESTAL , 80HJNZNOSC /NOEOC:INAL

6、 ,DXTESTAL ,80HJZNOEOC / EOC=O，等待MOVDX , 02C0H/讀轉(zhuǎn)換結(jié)果INAL , DXSTOSDATABUFINCBL /修改模擬通道地址LOOPNEXTRETADC0809 ENDP2.5請分別畫出一個有源 N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 R上的輸入電壓變成標(biāo)準(zhǔn)的輸出電壓（放大倍數(shù)為A=1-）；R3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)

7、輸出電壓大于 5V時，D導(dǎo)通減少流過R,的電流從而降低R,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

8、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.-%） 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：= 6.4HZ0.-_622 二 *100*10*10 s2.9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）o數(shù)據(jù)采集程序如下：設(shè) 8255A的地址為2C0H 2C3H，主

9、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）oAD574APROCNEARCLDLEADI , BUFMOVBL , 00000000BMOVCX , 8ADC :MOVDX ,2C2HMOVAL , BLOUTDX , AL/TESTAL,80HJNZPULLINGMOVAL , BLORAL ,00010000BMOVDX ,2C2HOUTDX , ALORAL ,01000000BOUTDX , ALMOVDX ,2C0HINAL , DXANDAL,0FHMOVA

10、H , ALINCDXINAL , DXSTOSWINCBLLOOPADCMOVAL ,00111000BMOVDX ,2C2HOUTDX , ALRETNOPNOPOROUTANDOUTMOVPULLING: INAL ,01000000BDX , ALAL , 10111111BDX , ALDX ,2C0HAL , DXADC574A ENDP并編寫D/A轉(zhuǎn)換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,程序。答：原理圖見書本上第 41頁（圖2.29）o若DAC0832的片選地址為200H,則8位2進制數(shù)6DH轉(zhuǎn)換為模擬電壓的接口程序為:MOV DX ,200

11、HMOV AL , 6DHOUT DX , ALHLT2.12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）。VOuti為單極性輸出，若 D為輸入數(shù)字量，Vref為基準(zhǔn)參考電壓，且為n位D/A轉(zhuǎn)換器,則有V°uT 1*EF 2nVOUT2為雙極性輸出，可以推出:VOUT2R3R3d一（JVref瓦*甌心姑*（刃-1）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

12、。答：原理圖見書本上第 48頁(圖2.40)o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：DOUTPROCNEARMOVBX , OFFSET BUFNEXT:MOVAL , BXOUTDX , ALINCDXOUTDX , ALCALLDELAYINCAHDECDXLOOPNEXTRETDOUTENDP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)計假想的連續(xù)控制器 D (S)2、選擇采樣周期T3、 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

13、驗U(s) 1+Ts4.2某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計為D(S)-E(s) 1+T2sD (Z),并分別給出三試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求出數(shù)字控制器 種方法對應(yīng)的遞推控制算法。2 z T答：雙線形變換法：由帶入D (s)表達(dá)式中得到:T z + 1D(z) =12T z 1 _ (T 2TJ (T-2T1)z=1 2T21 (T 2T2) (T-2T2)z*進一步利用D(z)工U-Z)得到:E(z)U(z)(T 2T2) (T 2T2)zU(z)二 E(z)(T 2T1) (T -2T1)1E(z)所以:"t 2T2(T 2T1)e(k) 仃-2TJe(k-1)-(T-

14、2T2)u(k-1)z 1前向差分法：將s代入D ( s)中得到:TD(z) " TT人(T-TJzD( z)1T2z+T-T2 T2+(T-T2)z1所以：u(k)T1e(k) (T -TJe(k -1) -(T -T2)u(k -1)z 1后向差分法：將s代入D ( s)中得到:TzD(z) =T2 z-1T zTT1 -T1zJ1T T2 -T2Z1所以：u(k)T2u(k -1) (T TJe(k) -t&k -1)T +T24.3什么是數(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(dá)式為：u(k)二 Kpe(k)呂&#

15、39;e(k) Td 來)；1)l| i=0I數(shù)字PID增量型控制算法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：u(k-1 KPe(k -1) £e(i) Td 屮宀嚴(yán)勺T iTu(k)二 u(k) -u(k -1)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。4.4已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：D(s)二四

16、=丄 仝17?，試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算法，設(shè)采樣周E(s) 1+0.085S期T=0.2S并以C語言實現(xiàn)。答：根據(jù) D(s) 3°皿，得到 0.085 u(t 0.17釗 e(t)E(s) 1 +0.085Sdtdt0.085 "k)；%1) u(k) “仃水八:化一1)e(k),T =0.2s令：m=0.085u(k)=亙 u(k-1)嗚屮)-迴 e(k-1)5m+15m+1 5m+1u(k -1) 亜 u(k -2) 10m 1e(k-1)e(2)5m+15m+15m+ 1：u(k) =u(k) -u(k -1)=5m5m 110m +1屮2)寸e(

17、k) e(k-2)-20m 15m 1e(k-1)所以：u(k) =0.298u(k-1)-u(k-2) 1.298e(k) e(k -2) 1.895e(k -1)4.5什么叫積分飽和？它是怎么樣產(chǎn)生的？如何消除？答：(1)由于長時間的偏差或偏差過大，控制量超過執(zhí)行機構(gòu)的極限位置，導(dǎo)致控制量雖然在增大但是執(zhí)行機構(gòu)已無動作的現(xiàn)象稱為積分飽和。(2) 執(zhí)行機構(gòu)的非線性和偏差的長時間存在時導(dǎo)致積分飽和現(xiàn)象的原因。(3) 消除方法：0 u(k)<0對控制量限幅：例如令：u(k)二u1u(k)>ui過限削弱積分PID算法：若u(k-1) u則只有當(dāng)e(k) ：0時才將e(k)計入積分項；若

18、u(k -1 -u1則只有當(dāng)e(k)0時才將其計入積分項。第四章補充題1:求z變換(1)f(t)二eat(2)F(s)=s 3(s 1)(s 2)解：(1 )離散化：f (k)二 e'akT2aTF(z)-2aTz >ee z2aTe z T F(S)"(s 1)(s -2)(1)F(z)二z2 -3z 3(z-0.5)(z-0.8)(2)F(z) =z(z-1)2(z-2)所以：f (t) = 2e 丄-e2tf (k) =2e±T -e'kT離散化：2 1F (z)T,2T J1 -e z1 -e z第四章補充題2 :求z反變換解：（1）因為Z變化

19、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)：F二z2 -3z 3(z-0.5)(z-0.8)19131z3 _15z - 0.5 z - 0.8z > 0.819zJ31 -0.5z，131z151 -0.8z(2)F(z)z1)2(z2)-2z 12(z-1)2 z-2z -2zJ2zJ(1-z )21 -2z第四章補充題3 :求初值和終值。F(z)1.6z2 -z2z -0.8z 0.52解: f (0) =lim F(z) =lim 孚 1.6Z#zf z2f仟"卵-門珥”四賈。;:。0

20、第四章補充題4 :用z變換求差分方程y(k 2) 4y(k 1) 3y(k) =2ky(0) =y(1) = 0解: 第四章補充題5:求脈沖函數(shù)的z變換(1)G(s)Ts1 -e_k(s a)(s b)(2)G(s)=2sk(s a)(s b)=(_es)魚 a(b -a) b(a -b”s s+a s+bkkkG(z) (1ab . a(a _b) b(a - b)】*G(Z) (1 一 Z).aT J . _bT1-z 1 -e z 1-e z（2） G（z）G1（Z）G2（Z）1+G（z）G2（z）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

21、下限為計算機執(zhí)行控制程序和輸入和輸出及A/DQ/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 T|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80%左右，見效TI直至靜差消除；（3）若動態(tài)過程性能不好，先置微分時間TD為0,然后增大至其滿意的結(jié)果。擴充臨界比力度法:1(1) 選擇采樣周期為被

22、控對象純滯后的以下；10(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沖與臨界振蕩周期Tk ；(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 T,Kp，T，Td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) c以及它們的比值。查表得到T,Kp，T，Td的值。4.8數(shù)字控制器的離散

23、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)G(z)B(z)1 _e(2)根據(jù)式G(z)ZH(s)G(S»ZG(s)求出廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)A(z)s(3)根據(jù)式D(z) 1 空 求得數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)G(z) 1 (4) 根據(jù)D(z)求取控制器算法的遞推形式mD二U(z)E(z)、bz亠i £n1、qz丄mnu(z)=送送 azTi (z)i=Qi士mnu(k) be(k-i)-' qu(k -i)i=&i±4.9已知被控對象的傳遞函數(shù)為G(9，采樣周期為T=1s，采用零階保持器。要s(0.1s+1)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D(z)，并計算輸出響應(yīng)y(k)、控制信號u(k)、誤差e(k)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D，并計算輸出響應(yīng)y(k)、控制信號u(k)、誤差e(k)序列，畫出它們對時