微型計算機控制技術(shù)全套復習考試資料-潘新民-第

1、微型計算機控制技術(shù)課后習題答案及相關(guān)復習題（潘新民第二版）1.PLC 的特點 (1)可靠性高(2)編程容易(3)組合靈活(4)輸入輸出功能模塊齊全(5)安裝方便(6)運行速度快2按鍵防抖動技術(shù) 對于采用機械彈性開關(guān)的鍵盤: (1)由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動。 (2)其波形如 圖3-1 所示。抖動過程的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 1020ms?？梢詮挠布败浖煞矫媾懦秳拥挠绊懡鉀Q。（1）硬件防抖技術(shù) 濾波防抖電路 利用 RC 積分電路對于干擾脈沖的吸收作用。 只要選擇好時間常數(shù)，就能在按鍵抖動信號 通過此濾波電路時，消除抖動的影響。 濾

2、波防抖電路圖，如圖3 - 2所示。 雙穩(wěn)態(tài)防抖電路 用兩個與非門構(gòu)成一個 RS 觸發(fā)器 即形成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。（2）軟件防抖方法 當?shù)谝淮螜z測到有鍵按下時，先用軟件延時 （10ms20ms），而后再確認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；則確認此 鍵確已按下，從而消除了抖動的影響。 (3) 兩種方法的比較 采用硬件防抖: N個鍵就必須配有 N個防抖電路。 采用硬件防抖: 費機時。3.LED 數(shù)碼管的顯示方法 在微型機控制系統(tǒng)中， 常用的兩種顯示方法: 動態(tài)顯示 靜態(tài)顯示。（1）動態(tài)顯示 作法 微型機定時地對顯示器件掃描。 顯示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示。 特點 使用

3、硬件少，因而價格低。 占用機時長，只要掃描程序停止，顯示即刻停止。 應用 演示 在以工業(yè)控制為主的微型機控制系統(tǒng)中應用較少。 (2) 靜態(tài)顯示 作法 由微型機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 占用機時少，顯示可靠， 應用 廣泛應用在工業(yè)過程控制中。 使用元件多，且線路比較復雜。 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)動器、顯示器四位一體) 靜態(tài)顯示得到廣泛應用。1 試簡述什么是最少拍系統(tǒng)？所謂最少拍系統(tǒng)是指對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，且系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0.在采樣控制系統(tǒng)中，通常把一個采樣周

4、期稱為一拍。（6分）2 試簡述位置式PID和增量式PID適用對象.若執(zhí)行結(jié)構(gòu)不帶積分部件，其位置和計算機輸出的數(shù)字量一一對應時，則要采用位置式PID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 試簡述如何防止積分整量化誤差。1）擴大計算機運算的字長，提高計算精度。（3分）2）當積分項時，積分項單獨累加，直到產(chǎn)生溢出。將溢出值作為積分項的偏差值去進行運算，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，試簡述其工作原理。ASA1CHA2OUTTIN控制信號圖1 采樣保持電路模擬開關(guān)AS閉合時，進入采樣狀態(tài)（跟蹤），由于A1輸出阻抗小

5、，A1輸出端快速給電容充電，輸出跟隨輸入變化。（4分）模擬開關(guān)AS斷開時，進入保持狀態(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、計算分析題1 某溫度測量儀表的量程為0100，利用51系列單片機和ADC0809進行AD轉(zhuǎn)換。在某一時刻計算機采樣并經(jīng)過數(shù)字濾波后的數(shù)字量為24H，求此時對應的溫度值是多少？（設(shè)儀表的量程是線性的）已知A0=0,Am=100, Nx=24H=(36)D, （4分） Nm=0FFH=(255)D，所以此時溫度為： （4分）2用差分變換法求模擬調(diào)節(jié)器的差分方程。（3分）化成微分方程形式得進一步可得（3分）可得差分方程為：（2分）3 試判斷

6、控制器的物理可實現(xiàn)性。，分子中包含正次冪，物理上不可實現(xiàn).（5分）四、設(shè)計題1已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為：，現(xiàn)用數(shù)字PID算法來實現(xiàn)它，試分別寫出其相應的位置型和增量型PID算法輸出表達式，T=1s。解： （2分）兩邊進行拉氏逆變換：（3分），（2分）（2分）2 已知某系統(tǒng)廣義被控對象的脈沖傳遞函數(shù)為，試針對單位階躍輸入，設(shè)計最少拍有波紋數(shù)字控制器，并寫出系統(tǒng)的輸出響應并繪制輸出響應曲線。解：根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差為零的條件： （2分）根據(jù)穩(wěn)定條件： （4分）綜合得：設(shè)，則：也就是比較等式兩邊的系數(shù)，得：解得： 得 （4分）故： （3分）1Y(n)n12345（2分）五、利用ADC0809和AT89S

7、52單片機設(shè)計一個A/D轉(zhuǎn)換電路，使他能對8個通道的模擬量（05V）進行采集，采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。二章6、采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數(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)換總需要一定的時間。在進行A/D轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，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)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(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

8、、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？為什么？不是，對于輸入信號變化很慢，如溫度信號；或者A/D轉(zhuǎn)換時間較快，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號變化很小，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?在計算機控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)防抖？為了使CPU對一次按鍵動作只確認一次，從而保證系統(tǒng)正常工作，所以必須防止抖動？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)計的區(qū)別？編碼鍵盤能自動識別按下的鍵并產(chǎn)生相應的代碼，以并行或串行方式發(fā)送給CPU。它使用方便，接口簡單，響應速度

9、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并計算鍵值。5、在計算機控制系統(tǒng)中，為什么有時采用復用鍵？復用鍵是如何實現(xiàn)的？為了節(jié)省按鍵的數(shù)量，所以采用復用鍵?？梢圆捎迷O(shè)置上下檔開關(guān)的措施來構(gòu)成復用鍵。6、什么叫重建？計算機如何處理重鍵？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，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？常用的顯示方法有兩種：一種為動態(tài)顯示，一種為靜態(tài)顯示。動態(tài)顯示利用人的視覺暫留產(chǎn)生，優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低，線路簡單。但占用的機時長。靜態(tài)顯示占用機時少，顯示

10、可靠，但是使用元件多，線路復雜。9、硬件譯碼和軟件譯碼各有何優(yōu)缺點？軟件譯碼優(yōu)點是電路簡單，但顯示速度有所下降。硬件譯碼既能節(jié)省計算機的時間，而且程序設(shè)計簡單。12、薄膜式開關(guān)的優(yōu)點？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)中常用的報警方式有幾種？舉例說明各自的應用場合？有聲、光、語言報警方式。例子自己想2、說明硬件報警和軟件報警的實現(xiàn)方法，并比較其優(yōu)缺點？硬件報警：報警要求不通過程序比較得到，直接由傳感器產(chǎn)生。軟件報警：將參數(shù)經(jīng)傳感器、變送器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器送到計算機，再與規(guī)定的上下限比較，根據(jù)比較結(jié)果進行處理。 實際上硬件報警是在軟件報警基礎(chǔ)上的

11、簡化，即將警報信號提前至傳感器那一步驟，而不是需要送到計算機比較后才得出。3、光電隔離器有什么作用？將被控系統(tǒng)與微型計算機控制系統(tǒng)通過光電效應連成系統(tǒng)，實現(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開關(guān)。6、說明PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理？通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機速度。這種方法成為PWM。在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度降低。只要按一定規(guī)律改變通斷電時間，電機轉(zhuǎn)速即可得到控制。七

12、章3、數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么優(yōu)點？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；對頻率很低的信號進行濾波；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、滑動平均值濾波、RC低通數(shù)字濾波、復合數(shù)字濾波。5、Y如何確定，其值越大越好嗎？可根據(jù)經(jīng)驗獲得，必要時由實驗得出。 太大，會使系統(tǒng)誤差增大；太小，使計算機采樣效率降低。6、算術(shù)濾波、加權(quán)濾波、滑動濾波的區(qū)別是什么?算術(shù)濾波實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；滑動濾波則是每采一個新數(shù)據(jù)，計算一個新的平均值。7、標度轉(zhuǎn)換在工程上有什么意義？標度變換將數(shù)字量變成人

13、們熟悉的十進制工程量，便于操作人員對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和管理。10、為什么采用量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)？因為這樣能使A/D轉(zhuǎn)換器滿量程信號達到均一化，因而大大提高測量精度。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，但永遠不會使偏差減小到零，而且無止境的提高系數(shù)Kp最終將導致系統(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)點是，只要被調(diào)量存在誤差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，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)，kd越大，微分作用越強。

14、微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的響應速度，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)行機構(gòu)線性范圍受到限制，當偏差較大時，會產(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，取消積分作用，直到被跳量接近給定值時，才產(chǎn)生積分作用。而變速積分則是改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應，偏差大時，積分作用弱，偏差小時，積分作用增強。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。積分分離對積分項采取“開關(guān)”控制，而變速積

15、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)？對調(diào)節(jié)品質(zhì)有何影響？一種是計算法，一種是經(jīng)驗法。因素：擾動頻率的高低；對象的動態(tài)特性；執(zhí)行機構(gòu)的類型；控制回路數(shù)；控制質(zhì)量。 T太小，偏差信號也過小，計算機會失去調(diào)節(jié)作用；T過大，會引起誤差。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？位置型需要歷次的偏差信號，而增量型只需一個增量信號即可。位置型計算繁瑣，保存E占用很多內(nèi)存，控制不方便。增量型誤動作小，易于實現(xiàn)手動/自動的無擾動切換，不產(chǎn)生積分失控。但是缺點在于積分截斷效應大，溢出影響大。5、在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，正、反作用如何判定？在計算機中如何實現(xiàn)？

16、輸出量與被測量變化一致則為正，否之為反。計算機中兩種方法：一是改變偏差的公式實現(xiàn)，二是在PID運算之后，先將結(jié)果求補，再送到D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換，進而輸出。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、是否需要添加手動后援，為什么？需要。因為這是系統(tǒng)安全可靠運行的重要保障。（12分）畫出主要接線圖即可得分計算機控制系統(tǒng)概述習題及參考答案1.計算機控制系統(tǒng)的控制過程是怎樣的?計算機控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟：(1)實時數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時值進行檢測，并輸入給計算機。(2)實時決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析

17、，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。(3)實時控制：根據(jù)決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。2.實時、在線方式和離線方式的含義是什么？(1)實時：所謂“實時”，是指信號的輸入、計算和輸出都是在一定時間范圍內(nèi)完成的，即計算機對輸入信息以足夠快的速度進行處理，并在一定的時間內(nèi)作出反應并進行控制，超出了這個時間就會失去控制時機，控制也就失去了意義。(2)“在線”方式：在計算機控制系統(tǒng)中，如果生產(chǎn)過程設(shè)備直接與計算機連接，生產(chǎn)過程直接受計算機的控制，就叫做“聯(lián)機”方式或“在線”方式。(3)“離線”方式：若生產(chǎn)過程設(shè)備不直接與計算機相連接，其工作不直接受計算機的控制，而是通過中間記

18、錄介質(zhì)，靠人進行聯(lián)系并作相應操作的方式，則叫做“脫機”方式或“離線”方式。3.微型計算機控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？由四部分組成。圖1.1微機控制系統(tǒng)組成框圖(1)主機：這是微型計算機控制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被控對象的被控參數(shù)進行實時檢測及處理。主機的主要功能是控制整個生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進行各種控制運算(如調(diào)節(jié)規(guī)律運算、最優(yōu)化計算等)和操作，根據(jù)運算結(jié)果作出控制決策；對生產(chǎn)過程進行監(jiān)督，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進行預測和報警；編制生產(chǎn)技術(shù)報告，打印制表等等。(2)輸入輸出通道：這是微機和生產(chǎn)對象之間進行信息交換的橋梁和紐帶。

19、過程輸入通道把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機可以接收的數(shù)字代碼。過程輸出通道把微機輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對生產(chǎn)對象進行控制的信號。過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。(3)外部設(shè)備：這是實現(xiàn)微機和外界進行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包括人機聯(lián)系設(shè)備(操作臺)、輸入輸出設(shè)備(磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機、顯示終端等)和外存貯器(磁盤)。其中操作臺應具備顯示功能，即根據(jù)操作人員的要求，能立即顯示所要求的內(nèi)容；還應有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺還要保證即使操作錯誤也不會造成惡劣后果，即應有保護功能。(4)檢測與執(zhí)行機構(gòu)a.測量變送單元：在微機控制系統(tǒng)中，為了收集和測

20、量各種參數(shù)，采用了各種檢測元件及變送器，其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量轉(zhuǎn)換成電量，例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，這些信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的計算機標準電平信號(05V或420mA)后，再送入微機。b.執(zhí)行機構(gòu)：要控制生產(chǎn)過程，必須有執(zhí)行機構(gòu)，它是微機控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)微機輸出的控制信號，改變輸出的角位移或直線位移，并通過調(diào)節(jié)機構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程符合預定的要求。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，微機根據(jù)溫度的誤差計算出相應的控制量，輸出給執(zhí)行機構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)來控制進入加熱爐的煤氣(或油)量以實現(xiàn)預期的溫度值。常用的執(zhí)行機構(gòu)有電動、液

21、動和氣動等控制形式，也有的采用馬達、步進電機及可控硅元件等進行控制。4.微型計算機控制系統(tǒng)軟件有什么作用？說出各部分軟件的作用。軟件是指能夠完成各種功能的計算機程序的總和。整個計算機系統(tǒng)的動作，都是在軟件的指揮下協(xié)調(diào)進行的，因此說軟件是微機系統(tǒng)的中樞神經(jīng)。就功能來分，軟件可分為系統(tǒng)軟件、應用軟件及數(shù)據(jù)庫。(1)系統(tǒng)軟件：它是由計算機設(shè)計者提供的專門用來使用和管理計算機的程序。對用戶來說，系統(tǒng)軟件只是作為開發(fā)應用軟件的工具，是不需要自己設(shè)計的。系統(tǒng)軟件包括：a.操作系統(tǒng)：即為管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等；b.診斷系統(tǒng)：指的是調(diào)節(jié)程序及故障診斷程序；c.開發(fā)系統(tǒng)：包括各種程序設(shè)計語言、語

22、言處理程序(編譯程序)、服務(wù)程序(裝配程序和編輯程序)、模擬主系統(tǒng)(系統(tǒng)模擬、仿真、移植軟件)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等；d.信息處理：指文字翻譯、企業(yè)管理等。(2)應用軟件:它是面向用戶本身的程序，即指由用戶根據(jù)要解決的實際問題而編寫的各種程序。應用軟件包括：a.過程監(jiān)視程序：指巡回檢測程序、數(shù)據(jù)處理程序、上下限檢查及報警程序、操作面板服務(wù)程序、數(shù)字濾波及標度變換程序、判斷程序、過程分析程序等；b.過程控制計算程序：指的是控制算法程序、事故處理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成調(diào)度、文件管理及輸出、打印、顯示程序等；c.公共服務(wù)程序：包括基本運算程序、函數(shù)運算程序、數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序、格式編碼

23、程序。(3)數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用于資料管理、存檔和檢索，相應軟件設(shè)計指如何建立數(shù)據(jù)庫以及如何查詢、顯示、調(diào)用和修改數(shù)據(jù)等。5.微型計算機控制系統(tǒng)的特點是什么？微機控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動控制系統(tǒng)相比，具有如下特點：a.控制規(guī)律靈活多樣，改動方便b.控制精度高，抑制擾動能力強，能實現(xiàn)最優(yōu)控制c.能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和工況顯示，控制效率高d.控制與管理一體化，進一步提高自動化程度6.操作指導、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？(1)操作指導控制系統(tǒng)：在操作指導控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計算機根據(jù)數(shù)學模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過程

24、參數(shù)進行處理，計算出各控制量應有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計算機就起到了操作指導的作用。其原理框圖如圖1.2所示。圖1.2操作指導控制系統(tǒng)原理框圖(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng))：DDC(Direct Digital Control)系統(tǒng)就是通過檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進行巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機，微機將檢測結(jié)果與設(shè)定值進行比較，再進行控制運算，然后通過輸出通道控制執(zhí)行機構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達到預定的要求。DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應用形式。其原理框圖如圖1.3所示。圖1.3 DDC系統(tǒng)原理框圖(3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SC

25、C(Supervisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實際情況，因為在DDC系統(tǒng)中計算機只是代替模擬調(diào)節(jié)器進行控制，系統(tǒng)不能運行在最佳狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不僅可以進行給定值控制，并且還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應控制等。SCC系統(tǒng)的原理框圖如圖1.4所示。圖1.4 SCC系統(tǒng)原理框圖SCC是操作指導控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。7.計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是什么？大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計算機的可靠性和性能價格比，從而使計算機控制系統(tǒng)的應用也越來越廣泛。為更好地適應生產(chǎn)力的發(fā)展，擴大生產(chǎn)規(guī)模，以滿足對計算機控制系統(tǒng)提出的越來越高的

26、要求，目前計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有以下幾個方面。a.普及應用可編程序控制器b.采用集散控制系統(tǒng)c.研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)第二章 輸入輸出過程通道習題及參考答案1.什么是過程通道？過程通道有哪些分類？過程通道是在計算機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。按信息傳遞的方向來分，過程通道可分為輸入過程通道和輸出過程通道；按所傳遞和交換的信息來分，過程通道又可分為數(shù)字量過程通道和模擬量過程通道。2.數(shù)字量過程通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？數(shù)字量過程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路、并行接口電路和定時計數(shù)電路等組

27、成。數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中：輸入調(diào)理電路將來自控制裝置或生產(chǎn)過程的各種開關(guān)量，進行電平轉(zhuǎn)換，將其通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應的高、低電平，同時還要考慮對信號進行濾波、保護、消除觸點抖動，以及進行信號隔離等問題。3.簡述兩種硬件消抖電路的工作原理。采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用積分電路將抖動的高頻部分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形。采用RS觸發(fā)器的硬件消抖電路，主要是利用RS觸發(fā)器的保持功能實現(xiàn)消抖。4.簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用。光電耦合器由封裝在一個管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如圖2.1所示。輸入電流流過二極管時使其

28、發(fā)光，照射到光敏三極管上使其導通，完成信號的光電耦合傳送，它在過程通道中實現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。圖2.1光電耦合器電路圖5.模擬量輸入通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？模擬量輸入通道一般由I/V變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯電路組成。(1)I/V變換：提高了信號遠距離傳遞過程中的抗干擾能力，減少了信號的衰減，為與標準化儀表和執(zhí)行機構(gòu)匹配提供了方便。(2)多路轉(zhuǎn)換器：用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。(3)采樣保持器：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換總需要一定的時間。在進行A/D轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在A/D轉(zhuǎn)換

29、器之前加入采樣保持器。(4)A/D轉(zhuǎn)換器：模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱為之模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog/Digital Converter，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)。6.對理想多路開關(guān)的要求是什么？理想的多路開關(guān)其開路電阻為無窮大，其接通時的導通電阻為零。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽命長、工作可靠。7.采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數(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)換總需要一定的時間。在進行A/D轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，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

30、對數(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)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(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。8.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？為什么？不是，對于輸入信號變化很慢，如溫度信號；或者A/D轉(zhuǎn)換時間較快，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號變化很小，在允許的A/D轉(zhuǎn)換精度內(nèi)，就不必再選用采樣保持器。9.A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號有什么作用？根據(jù)該信號在I/O控制中的連接方式，A/D轉(zhuǎn)換有幾種控制方式？它們在接口電路和程序設(shè)計上有什么特點？A

31、/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號的作用是用以判斷本次AD轉(zhuǎn)換是否完成。常見的A/D轉(zhuǎn)換有以下幾種控制方式，各自特點如下延時等待法:EOC可不和I/O口連接，程序設(shè)計時，延時大于ADC轉(zhuǎn)換時間后，取數(shù)據(jù)。保持等待法:EOC與READY相連,EOC無效時,自動插入等待狀態(tài)。直至EOC有效時，取數(shù)據(jù)。查詢法: EOC可以和任意I/O口連接，程序設(shè)計時，反復判斷EOC是否有效，直至EOC有效時，取數(shù)據(jù)。中斷響應法: EOC與外部中斷相連，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后,發(fā)中斷申請,在中斷服務(wù)程序中取數(shù)據(jù)。10.設(shè)被測溫度變化范圍為0oC1200oC,如果要求誤差不超過0.4oC,應選用分辨為多少位的A/D轉(zhuǎn)換器？選擇依據(jù)：11.

32、設(shè)計出8路模擬量采集系統(tǒng)。請畫出接口電路原理圖，并編寫相應的8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序。本例給出用8031、DAC0809設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實例。把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H37H單元中。采樣完一遍后停止采集。其數(shù)據(jù)采集的初始化程序和中斷服務(wù)程序如下：初始化程序：MOV R0，#30H ；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針 MOV R2，#08H ；設(shè)置8路采樣計數(shù)值 SETB IT0 ；設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式 SETB EA ；CPU開放中斷SETB EX0 ；允許外部中斷0中斷 MOV DPTR，#FEF8H ；送入口地址并指向IN0LOOP： MOVX DPTR，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)

33、換，A的值無意義HERE： SJMP HERE ；等待中斷中斷服務(wù)程序： MOVX A，DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 MOV R0，A ；存入片內(nèi)RAM單元 INC DPTR ；指向下一模擬通道 INC R0 ；指向下一個數(shù)據(jù)存儲單元 DJNZ R2，INT0 ；8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù) CLR EA ；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷 CLR EX0 ；禁止外部中斷0中斷 RETI ；中斷返回 INT0： MOVX DPTR，A ；再次啟動A/D轉(zhuǎn)換 RETI ；中斷返回 12.模擬量輸出通道由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、功率放大和V/I變換等信號調(diào)理電路組

34、成。(1)D/A轉(zhuǎn)換器：模擬量輸出通道的核心是數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Digital/Analog Converter,簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)。它是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的元件或裝置。(2)V/I變換：一般情況下，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出是電壓信號。在計算機控制系統(tǒng)中，當計算機遠離現(xiàn)場，為了便于信號的遠距離傳輸，減少由于傳輸帶來的干擾和衰減，需要采用電流方式輸出模擬信號。許多標準化的工業(yè)儀表或執(zhí)行機構(gòu)，一般是采用010mA或420mA的電流信號驅(qū)動的。因此，需要將模擬電壓信號通過電壓/電流(V/I)變換技術(shù)，轉(zhuǎn)化為電流信號。13.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，并編寫產(chǎn)

35、生三角波、梯形波和鋸齒波的程序。設(shè)計一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng)。要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測，存儲10組數(shù)據(jù)，輸數(shù)據(jù)為電壓信號（0-5V），檢測精度1%。CPU、AD、DA可任選。第三章 微機數(shù)控系統(tǒng)習題及參考答案1.什么是數(shù)控系統(tǒng)？數(shù)控系統(tǒng)包括哪些？數(shù)控系統(tǒng)是采用數(shù)字電子技術(shù)和計算機技術(shù)，對生產(chǎn)機械進行自動控制的系統(tǒng)，它包括順序控制和數(shù)字程序控制兩部分。2.什么是順序控制系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？微機順序控制方式是指以預先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預先規(guī)定好的動作次序順序地進行工作。一般地，把按時序或事序規(guī)定工作的自動控制稱為順序控制。它包括系統(tǒng)控制器、輸入電路、輸入接口、輸出電路、輸出接口、檢測機

36、構(gòu)、顯示與報警電路。3.微機數(shù)控系統(tǒng)由哪些部分組成？各部分的作用是什么？由五部分組成。(1)輸入裝置：一般指微機的輸入設(shè)備，如鍵盤。其作用是輸入數(shù)控系統(tǒng)對生產(chǎn)機械進行自動控制時所必需的各種外部控制信息和加工數(shù)據(jù)信息。(2)微機：微機是MNC系統(tǒng)運算和控制的核心。在系統(tǒng)軟件指揮下，微機根據(jù)輸入信息，完成數(shù)控插補器和控制器運算，并輸出相應的控制和進給信號。若為閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，則由位置檢測裝置輸出的反饋信息也送入微機進行處理。(3)輸出裝置：一般包括輸出緩沖電路、隔離電路、輸出信號功率放大器、各種顯示設(shè)備等。在微機控制下，輸出裝置一方面顯示加工過程中的各有關(guān)信息，另一方面向被控生產(chǎn)機械輸出各種有關(guān)的開

37、關(guān)量控制信號(冷卻、啟、停等)，還向伺服機構(gòu)發(fā)出進給脈沖信號等。(4)伺服機構(gòu)：一般包括各種伺服元件和功率驅(qū)動元件。其功能是將輸出裝置發(fā)出的進給脈沖轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)機械相應部件的機械位移(線位移、角位移)運動。(5)加工機械：即數(shù)控系統(tǒng)的控制對象，各種機床、織機等。目前已有專門為數(shù)控裝置配套設(shè)計的各種機械，如各種數(shù)控機床，它們的機械結(jié)構(gòu)與普通機床有較大的區(qū)別。4.什么是逐點比較插補法？直線插補計算過程和圓弧插補計算過程各有哪幾個步驟？逐點比較法插補運算，就是在某個坐標方向上每走一步（即輸出一個進給脈沖），就作一次計算，將實際進給位置的坐標與給定的軌跡進行比較，判斷其偏差情況，根據(jù)偏差，再決定下一步的

38、走向（沿X軸進給，還是沿Y軸進給）。逐點比較法插補的實質(zhì)是以階梯折線來逼近給定直線或圓弧曲線，最大逼近誤差不超過數(shù)控系統(tǒng)的一個脈沖當量（每走一步的距離，即步長）。直線插補計算過程的步驟如下： (1)偏差判別：即判別上一次進給后的偏差值Fm是最大于等于零，還是小于零；(2)坐標進給：即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進給方向，并在該方向上進給一步； (3)偏差計算：即計算進給后的新偏差值Fm+1，作為下一步偏差判別的依據(jù)；(4)終點判別：即若已到達終點，則停止插補；若未到達終點，則重復上述步驟。圓弧插補計算過程的步驟如下：(1)偏差判別(2)坐標進給(3)偏差計算(4)坐標計算(5)終點判別5.若加工第二

39、象限直線OA，起點O（0，0），終點A（-4，6）。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，并標明進給方向和步數(shù)。解：由題意可知xe=4,ye=6，F(xiàn)0=0，我們設(shè)置一個總的計數(shù)器Nxy,其初值應為Nxy=|6-0|+|-4-0|=10，則插補計算過程如表31所示。根據(jù)插補計算過程表所作出的直線插補走步軌跡圖如下圖所示。表31步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算終點判別起點F0=0Nxy=101F0=0-XF1=F0-ye=-6Nxy=92F10+YF2=F1+xe=-2Nxy=83F20-XF4=F3-ye=-4Nxy=65F40+YF5=F4+xe=0Nxy=56F5=0-

40、XF6=F5-ye=-6Nxy=47F60+YF7=F6+xe=-2Nxy=38F70-XF9=F8-ye=-4Nxy=110F90+YF10=F9+xe=0Nxy=06.設(shè)加工第一象限的圓弧AB，起點A（6，0），終點B（0，6）。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，并標明進給方向和步數(shù)。解：插補計算過程如表32所示。終點判別仍采用第二種方法，設(shè)一個總的計數(shù)器Nxy，每走一步便減1操作，當Nxy=0時，加工到終點，插補運算結(jié)束。下圖為插補過程中的走步軌跡。表32步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算坐標計算終點判別起點F0=0 x0=6,y0=0Nxy=121F0=0-XF

41、1=0-12+1=-11x1=5,y1=0Nxy=112F10+YF2=-11+0+1=-10 x2=5,y2=1Nxy=103F20+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y3=2Nxy=94F30+YF4=-7+4+1=-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

42、進電機有哪幾種工作方式？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順序為ABC,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。圖3.1單三拍工作的電壓波形圖（2）三相雙三拍工作方式雙三拍工作方式各相的通電順序為ABBCCA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。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式步進電機控制中，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，其通電順序為AABBBCCCA。各相通電的電壓波形如圖3.3所示。圖3.3三相六拍工作的電壓波形圖8. 采用三相六拍方式控制X軸走向步進電機。P1.0P1.1P1.2

43、P1.7非門非門非門光電隔離功率放大步進電機ABC方向控制(“1”正轉(zhuǎn),“0”反轉(zhuǎn))8031主程序: MOV A，#0FH；方向輸入信號 MOV P1，AXMM： MOV A，P1 JNB ACC.7，XM；P1.7=0反轉(zhuǎn) LCALL STEP1；調(diào)正轉(zhuǎn)子程序 SJMP XMMXM： LCALL STP2；調(diào)反轉(zhuǎn)子程序 SJMP XMM+X走步子程序： STEP1： MOV DPTR，#TAB；指表頭 CLR A MOVX A，A+DPTR；取數(shù) CJNE A，#05H，S11；是否最后單元 MOV DPTR，#TAB； 重置表頭 SJMP S12S11： INC DPTR；地址加1 S12

44、： MOV R0，#7FH；延時 S13： DJNZ R0，S13； CLR A； MOVX A，A+DPTR；取數(shù)據(jù) MOV P1，A RET-X走步子程序： STEP2： MOV DPTR，#TAB CLR A MOVX A，A+DPTR； CJNZ A，#01H，S21 MOV DPTR，#TAB ADD DPTR，#0006H SJMP S12S21： CLR C DEC DPL SJMP S12TAB： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H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O（0，0），終點A（-4，6）。圓弧起點A（-4，6），終點A（-6，10

45、）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，并標明進給方向和步數(shù)。第四章 微型計算機控制系統(tǒng)的控制算法習題及參考答案1.數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計步驟是什么？模擬化設(shè)計步驟：（1）設(shè)計假想的模擬控制器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)對應的差分方程（5）根據(jù)差分方程編制相應程序。2.某連續(xù)控制器設(shè)計為試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z)。雙線形變換法：把代入，則前向差分法：把代入，則 后向差分法：把代入，則3.在PID調(diào)節(jié)器中系數(shù)、各有什么作用？它們對調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？系數(shù)為比例系數(shù)，提高系數(shù)

46、可以減小偏差，但永遠不會使偏差減小到零，而且無止境地提高系數(shù)最終將導致系統(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)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)點是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，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，輸出將停留在新的位置而不回復原位，因而能保持靜差為零。但單純的積分也有弱點，其動作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時，往往使調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)變壞，過渡過程時間加長。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。系數(shù)為微分常數(shù)，越大微分作用越強。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的相應速度，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)

47、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。為了實現(xiàn)微機控制生產(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遠小于信號變化周期時，作如下近似(T足夠小時，如下逼近相當準確，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近)：于是有：u(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機構(gòu)的位置(如控制閥門的開度)一一對應，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，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，這樣會引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實際中當執(zhí)行機構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是其增

48、量時，可以采用增量型PID算法。當控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進電機、電動調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位置的功能的這類裝置時，一般均采用增量型PID控制算法。與位置算法相比，增量型PID算法有如下優(yōu)點：(1)位置型算式每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時，計算誤差對控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。(2)為實現(xiàn)手動自動無擾切換，在切換瞬時，計算機的輸出值應設(shè)置為原始閥門開度u0，若采用增量型算法，其輸出對應于閥門位置的變化部分，即算式中不出現(xiàn)u0項，所以易于實現(xiàn)從

49、手動到自動的無擾動切換。(3)采用增量型算法時所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計算機發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會對生產(chǎn)造成惡劣影響。5.已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為試寫出相應數(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。則 把T=0.2S代入得位置型增量型6.有哪幾種改進的數(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)的過渡過程時間內(nèi)，

50、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。(3)從計算機的工作量和回路成本考慮，采樣周期T應長些，尤其是多回路控制時，應使每個回路都有足夠的計算時間；當被控對象的純滯后時間較大時，常選T=（1/41/8）。(4)從計算精度方面考慮，采樣周期T不應過短，當主機字長較小時，若T過短，將使前后兩次采樣值差別小，調(diào)節(jié)作用因此會減弱。另外，若執(zhí)行機構(gòu)的速度較低，會出現(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)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)時間。8.簡述擴充臨界比例度法、

51、擴充響應曲線法整定PID參數(shù)的步驟。擴充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟：(1)選擇一個足夠短的采樣周期T，例如被控過程有純滯后時，采樣周期T取滯后時間的1/10以下，此時調(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的臨界振蕩周期Ts，并記下此時的比例系數(shù)Kp，將其記作臨界振蕩增益Ks。此時的比例度為臨界比例度，記作。(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)器所對應的過渡過程的誤差平方的積分之比。(4)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)運行，觀察控制效果，再適當調(diào)整參數(shù)

52、，直到獲得滿意的控制效果為止。擴充響應曲線法整定PID參數(shù)的步驟：(1)斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(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，即給對象輸入一個階躍信號。(2)用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖所示。(3)在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間、被控對象的時間常數(shù)Tc，以及它們的比值Tc/。(4)由、Tc、Tc/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)計步驟是什么？計算機控制系統(tǒng)框圖如圖41所示。圖41計算機控制系統(tǒng)框圖由廣義對象的脈沖傳遞函數(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

53、的直接設(shè)計步驟如下：(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標要求和其它約束條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)。(2)求廣義對象的脈沖傳遞函數(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算公式。10.被控對象的傳遞函數(shù)為 采樣周期T=1s，采用零階保持器，針對單位速度輸入函數(shù)，設(shè)計： (1)最少拍控制器； (2)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)的廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)將T=1S代入，有由于輸入r(t)=t，則(2)系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)則當輸入為單位速度信號時，系統(tǒng)輸出序列Z變換為y(0)=0,y(1)=0,y(2

54、)=2T,y(3)=3T,11.被控對象的傳遞函數(shù)為采樣周期T=1s，要求：(1)采用Smith補償控制，求取控制器的輸出；(2)采用大林算法設(shè)計數(shù)字控制器，并求取的遞推形式。(1)采用Smith補償控制廣義對象的傳遞函數(shù)為其中則(2)采用大林算法設(shè)計數(shù)字控制器取T=1S,K=1,T1=1,L=1,設(shè)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時間常數(shù)T0=0.5S則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為廣義被控對象的脈沖傳遞函數(shù)為則又則上式反變換到時域，則可得到12.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。它對系統(tǒng)的輸出幾乎是沒有影響的，但會使執(zhí)行機

55、構(gòu)因磨損而造成損壞。消除振鈴現(xiàn)象的方法：（1）參數(shù)選擇法對于一階滯后對象，如果合理選擇期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時間常數(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)，然后人為地令其中的z=1，就消除了這個極點。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)字控制器的動態(tài)特性，從而將影響閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)響應。13.前饋控制完全補償?shù)臈l件是什么？前饋和反饋相結(jié)合有什么好處？前饋控制完全補償?shù)臈l件是。如果能將擾動因素測量出來，預先將其變化量送到系統(tǒng)中進行調(diào)

56、整，這樣在被調(diào)量改變之前就能克服這些擾動的影響。這種擾動的預先調(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。但實際上，前饋控制環(huán)節(jié)的參數(shù)不易選得那么準確，而且一個實際系統(tǒng)的擾動也不只一個，因此反饋控制還是不可少的。主要擾動引起的誤差，由前饋控制進行補償；次要擾動引起的誤差，由反饋控制予以抑制，這樣在不提高開環(huán)增益的情況下，各種擾動引起的誤差均可得到補償，從而有利于同時兼顧提高系統(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？與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制的優(yōu)點：（1）模糊控制可以應用于具有非線性動力學特征的復雜系統(tǒng)。

57、（2）模糊控制不用建立對象精確的數(shù)學模型。（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)驗作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語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)矩陣為對角線矩陣。本章作業(yè)用C語言編寫數(shù)字PID算法、大林算法、施密斯算法通用子程序。第五章 微型計算機控制系統(tǒng)的應用軟件設(shè)計習題及參考答案1.簡述應用軟件的設(shè)計步驟。圖51給出了應用軟件設(shè)計的流程圖，它描述了應用軟件設(shè)計的基本任務(wù)和設(shè)計過程。圖51 應用軟件設(shè)計流程圖（1）問題定義（2）程序設(shè)計（3）手編程序（4）差錯（5）測試（6）文件編制

58、（7）維護和再設(shè)計2.什么是計算延時？當采樣信號送入CPU，按控制算法要求進行數(shù)據(jù)處理時，由于計算機執(zhí)行每條指令均需要一定時間，這樣，從數(shù)據(jù)采樣到結(jié)果輸出之間就要產(chǎn)生一定的時間延遲，稱為計算延時。3.如何在應用軟件設(shè)計中減少計算延時？在應用軟件設(shè)計過程中，為減少計算延時，通常將運算分為前臺運算和后臺運算。前臺運算：為得到當前輸出值U(k)，而必須進行的運算。后臺運算：為得到下一時刻輸出值U(k +1)以及與當前輸出無關(guān)的其他計算和管理算法。 N采樣時刻到？A/D采樣前臺算法D/A輸出Y后臺算法4.標度變換在工程上有什么意義？在什么情況下使用標度變換程序？微機控制系統(tǒng)在讀入被測模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)

59、字量后，往往還要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工程值。這是因為生產(chǎn)現(xiàn)場的各種工藝參數(shù)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。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，也稱為標度變換。標度變換有各種不同類型，它取決于被測參數(shù)測量傳感器的類型，設(shè)計時應根據(jù)實際情況選擇適當?shù)臉硕茸儞Q方法，常用線性參數(shù)標度變換。第六章 微型計算機控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)習題及參考答案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，都是從以下幾個途徑

60、作用于系統(tǒng)的。(1) 傳導耦合(2) 靜電耦合(3) 電磁耦合(4) 公共阻抗耦合2.什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公共接地點同時出現(xiàn)的干擾，也稱為共態(tài)干擾、對地干擾、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線；