微型計算機控制技術答案(賴壽宏)

1、.第二章輸入輸出接口技術和輸入輸出通道1.何謂 I/O 接口？在計算機控制系統(tǒng)中為什么要有I/O 接口電路？答：是主機和外圍設備之間交換信息的連接部件。2.一個微處理機（CPU）采用程序控制查詢方式時，管理50 個鍵盤顯示中斷，要求將各終端打入的任一字符在顯示器上立即顯示出來。已知CPU 查詢每個終端并完成每一字符的接收和處理時間需200 s，若程序員以每秒打10 個字符的速度同時連續(xù)打入字符，問CPU 是否能按要求，可靠的管理全部50 個終端？又問CPU 最多能管理多少個這種終端？答： 1000ms/(200us*10)=500,能可靠的管理全部50 個終端3.在本章第二節(jié)，查詢式I/O 方

2、式應用舉例中，假設X 、Y 、 Z 三軸服務子程序的執(zhí)行時間分別為100 s、 150 s、120 s，主程序執(zhí)行時間（執(zhí)行查詢指令等）為80s，試估算不造成控制失誤三軸所能達到的最高速度是多少？（速度以脈沖 /s 計算）答： 27024.某微機實時控制系統(tǒng)有1#、 2#、 3#三個外圍設備。由一個CPU 進行管理，已知各外圍設備的最短響應時間和服務時間分別是：C1=5msS1=300 sC2=8msS2=1.3msC3=1msS3=400 s問若采用查詢方式是否能可靠管理這三個外圍設備？為什么？若不行的話，試提出改進方答：不行?？刹捎弥袛嗲短椎姆绞浇鉀Q。6. 計算機與外圍設備交換信息有哪幾種

3、控制方式？它們各有什么優(yōu)缺點答：見教材7. 某 8086 最大模式系統(tǒng)中，需擴展 8255A 、8253 和 DAC0832 芯片各一片。采用 74LS138 譯碼器，若已指定給各芯片的地址范圍是：8255AE0H 、 E2H 、E4H 、 E6H 、8253E1H 、 E3H 、 E5H、 E7H 、DAC0832F0H試設計接口擴展的譯碼電路（除74LS138 外 , 可增加必要的其他邏輯電路芯片。A1A0A0A 0A2A18255/Y0/CSA1A 18255A/CSA7GAA10A7G/Y 4A0A 0A61/G2AA2A8253/Y11A6/G2AA1A 18255A51/G2B/C

4、S/Y 5A/Y0A5/G2B/CS74LS138/Y0A174LS138/Y 60A4C/Y4AA4CA0A 01 A2A1A3BA1DAC0832/Y 7A1A 18255A/CSA3B/CSA0AA2A2AA0A 0A1A 18255A/CS8 某 8088 最大模式系統(tǒng)中，需擴展8255A 四片，指定各芯片的地址范圍分別是9093H 、9497H 、989BH 、9C9FH,采用 74LS 譯碼器，試設計接口地址譯碼電路。解：9模擬輸入通道中為什么要加采樣保持器？采樣保持器的組成及要求是什么？答：為了保證 A/D轉換精度， 就要在 A/D轉換之前加上采樣保持電路，使得在 A/D轉換期間

5、保持輸入模擬信號不變。10 要求：.（ 1）將下圖中 CPU 換為 89C51 單片機，不改變地址線的連接方式，畫出電路圖；（ 2）確定 8 個通道的端口地址；（ 3）編寫程序，對第 8 通道的模擬量進行轉換，把轉換結果存在30H 存儲器中。+5V+5V接 8259AEOC V CC V REF(+)接 8259AEOC V CC V REF(+)D0D0D0D7數(shù)據(jù) 八D0八D7數(shù)據(jù) D7路路/RD模D7IN0/RD模1IN0擬ADC擬/WRG 1電1電壓/WR1ADCG0808壓A6輸輸CPU/G 2A10808/G2A 1IN1入89C51入IN18088 A7/G 2BP0.6/G2B

6、Y 708090809OEY 7OEP0.7C74LS138時鐘A5時鐘CP0.5STARTA4STARTP0.4ALEA3ALE11.有 4 位 AD轉換器，滿刻度為5V，現(xiàn)在輸入4.15V 模擬電壓，請說明逐次逼近轉換原理。并分析采用逐次逼近法逼近的轉換過程。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轉換成模擬電壓U0 與輸入模擬電壓Ui 在電壓比較器下進行比較，若 Ui U0, 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/2 4=0.3125V本題目中圖表轉換如下：步驟SARU0Ui,U0 大小該

7、位去留8421110002.5保留211003.75保留311104.375去411014.0625保留結果1101偏差 4.15-4.0625=0.0875圖略。12、什么叫做 I/O 接口的獨立編址方式？答：將存儲器的地址空間和I/O接口地址空間分開設置，互不影響。13、在進行數(shù)據(jù)采集時為什么要滿足采樣定理？答：滿足采樣定理，就可以通過理想的低通濾波器，由采樣信號完全恢復出原始信號第三章數(shù)字控制器的模擬化設計1. 數(shù)字控制器與模擬調節(jié)器相比較有什么優(yōu)點？答：（1）數(shù)字調節(jié)器能實現(xiàn)復雜控制規(guī)律的控制（2）計算機具有分時控制能力，可實現(xiàn)多回路控制（3）數(shù)字調節(jié)器具有靈活性，使用簡單方便，可改善

8、調節(jié)品質，提高產品的產量和質量。（4）除實現(xiàn) PID 數(shù)字控制外，還能實現(xiàn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字顯示等其他功能。2. 為什么說增量型 PID 控制器調節(jié)比位置型 PID 調節(jié)效果更好? 二者的區(qū)別是什么 ?答：(1) 計算機只輸出控制增量，即執(zhí)行機構位置的變化部分，因而誤動作影響??；(2)在 i 時刻的輸出ui ，只需用到此時刻的偏差，以及前一時刻，前兩時刻的偏差ei-1，ei-2 和前一次的輸出值ui-1 ，這大大節(jié)約了內存和計算時間；(3)在進行手動 -自動切換時，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡。3. 按一定性能指標要求對某控制系統(tǒng)綜合校正后求得其應加的串聯(lián)-校正裝置為解： ( s2as)U

9、 (s)E(s).即 s2U (s)4sU (s)8E( s) s2U (s)asU ( s)E(s)化成微分方程d 2u(t )a du (t )e(t )dt 2dtQd 2u(t )u(k)2u(k1)u(k2)；dt 2T 2du(t)u(k)u( k1)dtTu(k)2u(k1)u(k2)a u(k) u(k 1)e(k)T 2Tu(k )2aT u(k1)1u(k2)T 2e(k )1aT1aT1aT4已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為T1s答： s 2 1z 11z 12D ( z)n22 n ss2n整理得： D ( z)n2 (12 z 1z 2 )428z 1(4 2 n )z

10、2n2 n6.設被控對象傳遞函數(shù)為(T=1s)D (S)1T1sG(s)1001T2s試用差分變換法（后向差分），求該裝置的遞推輸出序列。 （設輸入為 e(t ) ，輸出為 u(t ) ）U (s)1T1s解：由 D (S)1T2sE(s)得 (1T2 s)U (s)(1T1 s) E( s)U (s)T2sU ( s) E(s)T1sE(s)u(t)T2du(t )e(t )de(t )dtT1當 tkTdtu( kT) T2du(t )t kTe(kT )T1de(t)tkTdtdt近似為：u(k )T2u( k)u(k1)e(k)T1e( k)e(k 1)TTT2T T1T1(40s1)

11、( 0.5s1)(1) 試用“二階工程最佳”設計法確定模擬控制器Gc(s)。(2) 將 Gc(s)用雙線性變換法離散化為數(shù)字控制器D(z) ，并將其轉換為差分方程。解：令k 100,Ts140,Ts20.5設：s 1其中： Ts1 40Gc (s)TI s0 (s)Gc (s)Gp(s)TI1s(Ts1)ks2由：TI2T2K得：TI2kTs2 1002T2Ts22（ 2）D ( z)Gc (s) s2( z 1)31.6z31.6U (z)80z80E(z)T ( z 1)uiui 10.395ei0.395ei 17. 已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為u(k )u(k 1)e(k )e(k 1

12、)T T2TT2T T2D (s)10.17s0.085s5. 已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為2D ( s)n22 n s2sn試用雙線性變換法求出相應的數(shù)字控制的脈沖傳遞函數(shù)，其中 ?，F(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。設采樣周期T1s 。PID 控制算法的模擬表達式為de(t) u(t ) K p e(t)1e(t )dtTDtTI0dt.位置型輸出表達式為ku(k )K p e( k)K p Te( j )K p TD e(k )e( kTI j 0T增量型輸出表達式為：u(k )u( k1)( K pK p TK p TD )e( k

13、)(K pTIT而對模擬表達式u(t) 求拉式變換得u( s)K p 11sTD e(s)TI su(s)1sTD K pK pK pTD se(s)K p 1TIsTI sD (s)10.17s10.170.085s0.085s0.085K P2TI =0.17TD=0其位置表達式為：.ku(k )2e(k)11.765e( j )1)j 0其增量表達式為：u(k ) 13.765e(k)2e(k 1)TD8. 試述采樣周期T 的選擇原則) e(k 1) K pTD2K p TT e(k 2)答： (1)必須滿足香農采樣定理的要求（2）從控制系統(tǒng)的隨動和抗干擾的性能來看，則 T 小些好。 干

14、擾頻率越高， 則采樣頻率越高越好， 以便實現(xiàn)快速跟隨和快速抑制干擾。（3）根據(jù)被控對象的特性，快速系統(tǒng)的T 應取小，反之， T 可取大些。（4）根據(jù)執(zhí)行機構的類型，當執(zhí)行機構動作慣性大時，T 應取大些。否則，執(zhí)行機構來不及反映控制器輸出值的變化。（5）從計算機的工作量及每個調節(jié)回路的計算成本來看，T 應選大些。（6）從計算機能精確執(zhí)行控制算式來看，T 應選大些。1 、 已 知 一 被 控 對 象 的 傳 遞 函 數(shù) 為0.76z1(10. 05z1)(11.065 z1)G (z)z 1 )(10.135z 1 )(10.0185 z 1 )10(1Gc ( s)0.1s)(10.05s)s(

15、1(z)1e ( z)1(11 .065z1)az設采用零階保持器， 采樣周期 T 為 0.2s。試針對單位速度e( z)(1z1)(11輸入函數(shù)設計快速有波紋系統(tǒng)的，計算采樣瞬間數(shù)字控bz)制器和系統(tǒng)的輸出響應并繪制圖形。2在題 1 中，針對單位速度輸入函數(shù)設計快速無波紋系統(tǒng)的 ，計算采樣瞬間數(shù)字控制器和系統(tǒng)的輸出響應并繪( z)1e ( z)az 1(11. 065z 1 )e (z)(1z 1 )(1bz 1 )制圖形。1、 2 題、解G ( s) H 0( s)GC ( s)10(1e 0.2 s )2 (0.1s1)(0.05s 1)s得解得：az 1 (1 1.065z 1 )1(

16、1 z 1 )(1 bz 1 )(1 b) z 1bz 2az 11.065az 2a0.484b0 .516.e (z)(1z 1)(10. 516z 1)1e (z)0.584 z 1 (11.065 z 1 )D( z)1e (z )e( z)G (z)0.636 (1 0.0185 z 1 )(10.135 z 1 )(10. 05z 1 )( 10.516 z 1 )0.484 z11C( z)( z) R( z)(1 1.065 z )1z 10.484 z 1z2z 3U (z)C( z)0.4840.0509z 10.0037 z 20.000186 z 3G (z)C(nT)

17、.Gc (s)K de s 用飛升曲線法測得電阻爐的有關參1Td s數(shù)如下： K d1.16,30s, Td680s 若采用零階保持器，取采樣周期T6s，要求閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)T 350s ，用大林算法求取對電阻爐實現(xiàn)溫度控制的數(shù)字控制器的算式。解Gp (s)K de sTd s 1TG( z)1 e T s K des( N 1) 1 e TdZ K d zTsTd s 11eTd z 1求得大林控制器1.00.5TD ( z)(1e Tc )(1TTK d (1e Td )1e Tc z1.628(1 0.991z 1 )1 0.983z 10.17 z 6TeTd z1 )T1(1e T

18、c )z ( N 1)n0T2T3T3、設被控對象的傳遞函數(shù)為G ( z)3.68 z 1 (1 0.717 z 1)T=1s，輸入單位速度函數(shù)，采用零階保持器，采樣周期(1 z1)(1 0.368z )試按最少拍無波紋要求設計D (z)，并檢驗一下所設計的系統(tǒng)是否滿足快速無波紋的要求。解可見 G( z)零點為 0.717(單位圓內 ), 極點為 1 ( 單位圓上 ),0.368( 單位圓內 ) 。故 u=0, v=0 ( 單位圓上極點不包括 ), m=1, p=1。設 zz1(10.717z1)c0,求得 c0.58( )0D( z)( z)11 z Gz( )( )0.158(1z 1 )(10.368z 1 )10.58z 10.416z 24、某電阻爐，其傳遞函數(shù)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié).5 、 已 知 控 制 系 統(tǒng) 的 被 控 對 象 的 傳 遞 函 數(shù) 為es1s ，若選閉環(huán)系統(tǒng)Gc (s)采樣周期 T(2s 1)( s