鹽城工學(xué)院計(jì)算機(jī)控制原理

一、填空1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下3個(gè)步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)決策、實(shí)時(shí)控制2、總線按功能的分類：地址總線（AB）傳送地址信息、數(shù)據(jù)總線（DB）傳送數(shù)據(jù)信息、控制總線（CB）傳送控制信號(hào)3、端口地址編址方式：統(tǒng)一編址、獨(dú)立編址（8086既能統(tǒng)一又能獨(dú)立、51只能統(tǒng)一編址）4、地址譯碼方法：固定地址譯碼、開關(guān)選擇譯碼5、模擬量輸入通道：模擬信號(hào)一二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)（過程：采樣、量化）6、數(shù)字量輸出誦道組成：輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼電路7、A/D轉(zhuǎn)換三個(gè)方法：逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法8、10位A/D轉(zhuǎn)換器，滿量程為5V，數(shù)字量是3FE_H9、由于計(jì)算機(jī)只能進(jìn)行數(shù)字量輸出，若輸入為模擬量，則進(jìn)行：模/數(shù)轉(zhuǎn)換10、CD4051是八路轉(zhuǎn)換開關(guān)11、S平面虛軸映射到Z平面上是：單位圓（左內(nèi)部穩(wěn)定，右外部不穩(wěn)定）12、數(shù)字控制器設(shè)計(jì)方法：連續(xù)化設(shè)計(jì)方法（間接）、離散化設(shè)計(jì)方法（直接）13、控制系統(tǒng)的分類（三大類）：按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類（經(jīng)濟(jì)型、普及型、高檔型數(shù)控系統(tǒng)）、按控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡分類（點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制）、按對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的控制方式分類（閉環(huán)、開環(huán)數(shù)字程序控制）14、香農(nóng)定理（條件）：如果隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)的最高頻率為Wmax，只要按照采樣頻率Ws三2Wmax進(jìn)行采樣，那么取出的樣品系列f1*（t）,f2*（t）...就足以代表（或恢復(fù)）f（t）15、Z變換的方法：級(jí)數(shù)求和法、部分分式法、留數(shù)計(jì)算法16、三相步進(jìn)電機(jī)幾種工作方式：單三拍工作方式、雙三拍工作方式、三相六拍工作方式17、離散系統(tǒng)穩(wěn)定性：朱利判據(jù)（特征方程、結(jié)構(gòu)圖）3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由哪幾部分組成的？請(qǐng)畫出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖。答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成：硬件組成包括：主機(jī)、輸入輸出通道、外部設(shè)備、檢測與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（測量變送單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、被控對(duì)象。軟件組成包括：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件（過程監(jiān)視程序、過程控制計(jì)算程序、公共服務(wù)程序）L卄口IBI1-3訃算機(jī)用制命扯屮成柿用L卄口IBI1-3訃算機(jī)用制命扯屮成柿用I通用外那設(shè)薛;I血繪押枠剖損打;外那通通1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的總線按功能可分為哪幾類？其作用分別是什么？解：按總線的功能分類有：地址總線；數(shù)據(jù)總線；控制總線。（1）地址總線（AB）用來傳送地址信息；數(shù)據(jù)總線(DB)用來傳送數(shù)據(jù)信息；控制總線(CB)用來傳送各種控制信號(hào)。2-2I/O端口地址譯碼方式通常有哪幾種？解：從尋址方式上看，地址譯碼方法基本可以分為線選法、全譯碼法和部分譯碼法。線選法：除了存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備需要的片內(nèi)地址信號(hào)外，其它地址信號(hào)直接控制存儲(chǔ)器或輸入輸出設(shè)備。(線選法會(huì)造成地址重疊，且各芯片地址不連續(xù)，因此軟件上必須保證這些片選每次尋址只能有一個(gè)部件有效。)全譯碼法：除了存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備需要的片內(nèi)地址信號(hào)外，其它地址信號(hào)全部參加譯碼。(全譯碼的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)芯片的地址范圍是唯一確定，而且各片之間是連續(xù)的；缺點(diǎn)是譯碼電路比較復(fù)雜。)部分譯碼：除了存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備需要的地址信號(hào)外，其它地址信號(hào)未全部參加譯碼。(部分譯碼較全譯碼簡單，但存在地址重疊區(qū)。)I/O端口譯碼方法：固定地址譯碼、開關(guān)選擇譯碼2-3設(shè)8088最大模式系統(tǒng)中，需擴(kuò)展8255A四片，指定各芯片的地址范圍分別是90H~93H、94H~97H、98H~9BH、9CH~9FH，采用74LS138作譯碼器，試設(shè)計(jì)接口地址譯碼電路。解：其中8255(1)的地址：10010000—10010011；其中8255(2)的地址：10010100—10010111；其中8255(3)的地址：10011000—10011011；其中8255(4)的地址：10011100—10011111°(A0Al用于片內(nèi)尋址(端口地址)，低位地2-4數(shù)字量過程通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？解：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(shí)計(jì)數(shù)電路等組成。數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)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(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將其通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高、低電平，同時(shí)還要考慮對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、保護(hù)、消除觸點(diǎn)抖動(dòng)，以及進(jìn)行信號(hào)隔離等問題2-8請(qǐng)分別畫出一路有源I/V變換電路和一路無源I/V變換電路圖，并分別說明各元器件的作用。答：(1)無源I/V變換電路：。圖中R2為精密電阻，通過此電阻可將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)

(2)有源I/V變換電路：利用同相放大電路，把電阻R1上的輸入電壓變成標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓。2-9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。答：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。2-122-12秋樣/理持器的I『艸聞Emqq兒;土期的f"常用的采樣/保持黠常用的采樣/保持鼎奴成電路有戀*ADSBJi、:t'無稗傑持器的廠件:啤肆琉樣/?？疗髦鬣讼驒?quán)擬幵蛙.保持電容f：翩耀沖放尢器粗直，in圖］l卻聽示曲保持器冇漱枠和保持兩種「-作狀番艸挖制烷礙為低電平時(shí)；仁杵狀丟)MF瓷百間合*?A儁磚通過電阻用向電容町快連充電■輯出電IE感拘精人信號(hào)變化=當(dāng)控*1信號(hào)'h庸電押(保持狀?yuàn)θ碎_關(guān)S斷幵*由于電舂€此時(shí)無拠11卜|蹄.存理恿悄況卜■出配JE的值等于電容住土的電隹值-在滾樣期問，不劇助A/D轉(zhuǎn)換謬?一旦迸人*WI■■立甲啟功A/D轉(zhuǎn)找沐從向玄沖VD換的模抱輸人電壓粗泄+攝薦\/D轉(zhuǎn)換的帝酸5求下列函數(shù)的z反變換：10zF(z)=(z-1)(z-2)解:g=垃二皿+型z(z-1)(z-2)(z-1)(z-2)zzF(z)=-10(z-1)+10(z-2)f(kT)=-10+10?2k1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟是什么？2222解：1)設(shè)計(jì)假想的模擬控制器D(s)。正確地選擇采樣周期T。將D(s)離散化為D(z)。求出與D(s)對(duì)應(yīng)的差分方程，即控制算法。根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序。c+5VU(s)T1s+1，試用雙線性變換法、前向差分法、后向差c+5V4-2某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為D(s)==」分法分別求取對(duì)應(yīng)的數(shù)字控制器)(z)，并給出對(duì)應(yīng)的控制算法。解：(1)雙線性變換法：把sD(z)=D(z)分別求取對(duì)應(yīng)的數(shù)字控制器)(z)，并給出對(duì)應(yīng)的控制算法。解：(1)雙線性變換法：把sD(z)=D(z)l2z-1=s=-Tz+12-Z-1代入,Tz+12z-11+廿T?T+T1+T2’(T+2T])z+T-2珀(T+2T2)z+T-2T2u(k)=T+2Tie(k)+T_2T1e(k-1)-T+2T(2)前向差分法：把sT+2T24代入，則TT-2T2u(k-1)T+2T2D(z)=D(s)l1+T1sz-11+T4T1z+T_T11T=U(z)_TU(z)_T+(T-T)z-iE(z)=T+(T-T)z-12T2d代入，則Tzs=T1+T2su(k)=ZLe(k)-T_耳e(k-1)+T-T2u(k-1)TT2D(z)=D(s)l1+Tz-D(z)=D(s)l1+Tz-11z-1s=TzU(z)_T+T-Tz-1E(z)=T+T-Tz-12u(k)=T+T1e(k)-T1T+TT+T1+T2s1+T2Tz=Tiz+及-TiT2z+Tz-T2Tze(k-1)+_T+TT2u(k-1)4-4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)品質(zhì)有什么影響？解：在PID調(diào)節(jié)器中，KP為比例系數(shù)，加大KP可使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，響應(yīng)加快；若系統(tǒng)存在偏差，增大Kp可以減小偏差，提咼穩(wěn)態(tài)精度；若Kp過大，則系統(tǒng)振蕩加強(qiáng)，動(dòng)態(tài)性能變差。比例控制作用能迅速反應(yīng)誤差，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，且Kp的過度加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制主要用于消除靜差，提咼系統(tǒng)的無差度。只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量可以消除誤差，因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差，但積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分環(huán)節(jié)能反映偏差信號(hào)的變化趨勢，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，同時(shí)可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的平穩(wěn)性提咼，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。4-6已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為D(s)=U(s)=1+0.17sD(s)=E(s)_1+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法，設(shè)采用周期T=0.2s。解：D(s)=U(s)=1+017s1+0.085s則U(s)+0.085SU(s)=E(s)+0.17SE(s)u()+0.08如=e()+0.17兇dtdtu(k)+0.085u(k)_u(k-1)=e(k)+0.17e()-e(-1)把T=0.2S代入得1.425u(k)-0.425u(k-1)=1.85e(k)-0.85e(k-1)位置型算式u(k)=1.3e(k)-0.6e(k-1)+0.2982u(k-1)增量型算式Au(k)=u(k)-u(k一1)=1.3e(k)-0.6e(k-1)-0.7018u(k-1)4-9數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)法的步驟是什么？)答：(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和其它約束條件，確定所需要的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)①Z)。求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。由①(z)和G(z)求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。根據(jù)D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。1什么是數(shù)字程序控制？數(shù)字程序控制有哪幾種方式？答：所謂數(shù)字程序控制，就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械(如各種加工機(jī)床)按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)完成工作的自動(dòng)控制。(1)按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)、普及型數(shù)控系統(tǒng)、咼檔型數(shù)控系統(tǒng)；（2）按控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡分類：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制；（3）按對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的控制方式分類：閉環(huán)數(shù)字程序控制、開環(huán)數(shù)字程序控制；5-2什么是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法？直線插補(bǔ)計(jì)算過程和圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程各有哪幾個(gè)步驟？答：所謂逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點(diǎn)在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走。如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點(diǎn)比較插補(bǔ)。直線插補(bǔ)計(jì)算：偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判斷；圓弧插補(bǔ)計(jì)算：偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、坐標(biāo)計(jì)算、終點(diǎn)判斷；5-4三相步進(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。答：單相三拍（單三拍）：通電順序：A-〉B-〉C-〉A(chǔ)...aiir~lI—1_B41I“nr~L雙相三拍（雙三拍）：通電順序：AB-〉BC-〉CA-〉A(chǔ)B...“LILIl_lLII_J~~LJ~~U~~U~~LF三相六拍：通電順序：A-〉A(chǔ)B-〉B-〉BC-〉C-〉CA-〉A(chǔ)...7-3什么是數(shù)字濾波？數(shù)字濾波和模擬濾波相比有何特點(diǎn)？答：所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計(jì)算程序減少干擾信號(hào)在有用的信號(hào)中的比重。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，因而不需要增加硬件設(shè)備，很容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，多個(gè)輸入通道還可以共用一個(gè)濾波程序。（2）由于數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問題。3）數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。

通過改寫數(shù)字濾波程序，可以實(shí)