微型计算机控制技术答案(赖寿宏)

1、.第二章输入输出接口技术和输入输出通道1.何谓 I/O 接口？在计算机控制系统中为什么要有I/O 接口电路？答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。2.一个微处理机（CPU）采用程序控制查询方式时，管理50 个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上立即显示出来。已知CPU 查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200 s，若程序员以每秒打10 个字符的速度同时连续打入字符，问CPU 是否能按要求，可靠的管理全部50 个终端？又问CPU 最多能管理多少个这种终端？答： 1000ms/(200us*10)=500,能可靠的管理全部50 个终端3.在本章第二节，查询式I/O 方

2、式应用举例中，假设X 、Y 、 Z 三轴服务子程序的执行时间分别为100 s、 150 s、120 s，主程序执行时间（执行查询指令等）为80s，试估算不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？（速度以脉冲 /s 计算）答： 27024.某微机实时控制系统有1#、 2#、 3#三个外围设备。由一个CPU 进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务时间分别是：C1=5msS1=300 sC2=8msS2=1.3msC3=1msS3=400 s问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不行的话，试提出改进方答：不行。可采用中断嵌套的方式解决。6. 计算机与外围设备交换信息有哪几种

3、控制方式？它们各有什么优缺点答：见教材7. 某 8086 最大模式系统中，需扩展 8255A 、8253 和 DAC0832 芯片各一片。采用 74LS138 译码器，若已指定给各芯片的地址范围是：8255AE0H 、 E2H 、E4H 、 E6H 、8253E1H 、 E3H 、 E5H、 E7H 、DAC0832F0H试设计接口扩展的译码电路（除74LS138 外 , 可增加必要的其他逻辑电路芯片。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 最大模式系统中，需扩展8255A 四片，指定各芯片的地址范围分别是9093H 、9497H 、989BH 、9C9FH,采用 74LS 译码器，试设计接口地址译码电路。解：9模拟输入通道中为什么要加采样保持器？采样保持器的组成及要求是什么？答：为了保证 A/D转换精度， 就要在 A/D转换之前加上采样保持电路，使得在 A/D转换期间

5、保持输入模拟信号不变。10 要求：.（ 1）将下图中 CPU 换为 89C51 单片机，不改变地址线的连接方式，画出电路图；（ 2）确定 8 个通道的端口地址；（ 3）编写程序，对第 8 通道的模拟量进行转换，把转换结果存在30H 存储器中。+5V+5V接 8259AEOC V CC V REF(+)接 8259AEOC V CC V REF(+)D0D0D0D7数据 八D0八D7数据 D7路路/RD模D7IN0/RD模1IN0拟ADC拟/WRG 1电1电压/WR1ADCG0808压A6输输CPU/G 2A10808/G2A 1IN1入89C51入IN18088 A7/G 2BP0.6/G2B

6、Y 708090809OEY 7OEP0.7C74LS138时钟A5时钟CP0.5STARTA4STARTP0.4ALEA3ALE11.有 4 位 AD转换器，满刻度为5V，现在输入4.15V 模拟电压，请说明逐次逼近转换原理。并分析采用逐次逼近法逼近的转换过程。解： 先通过置数逻辑电路将SAR中最高位置1，其余全0，井 DA转换成模拟电压U0 与输入模拟电压Ui 在电压比较器下进行比较，若 Ui U0, 则保留最高位1，否则清除最高位为 0；其次置次高位为1，延续上述过程，直至确定最低位的状态。量化单位为 q=5v/2 4=0.3125V本题目中图表转换如下：步骤SARU0Ui,U0 大小该

7、位去留8421110002.5保留211003.75保留311104.375去411014.0625保留结果1101偏差 4.15-4.0625=0.0875图略。12、什么叫做 I/O 接口的独立编址方式？答：将存储器的地址空间和I/O接口地址空间分开设置，互不影响。13、在进行数据采集时为什么要满足采样定理？答：满足采样定理，就可以通过理想的低通滤波器，由采样信号完全恢复出原始信号第三章数字控制器的模拟化设计1. 数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？答：（1）数字调节器能实现复杂控制规律的控制（2）计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制（3）数字调节器具有灵活性，使用简单方便，可改善

8、调节品质，提高产品的产量和质量。（4）除实现 PID 数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。2. 为什么说增量型 PID 控制器调节比位置型 PID 调节效果更好? 二者的区别是什么 ?答：(1) 计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小；(2)在 i 时刻的输出ui ，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差ei-1，ei-2 和前一次的输出值ui-1 ，这大大节约了内存和计算时间；(3)在进行手动 -自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。3. 按一定性能指标要求对某控制系统综合校正后求得其应加的串联-校正装置为解： ( 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已知某连续控制器的传递函数为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.设被控对象传递函数为(T=1s)D (S)1T1sG(s)1001T2s试用差分变换法（后向差分），求该装置的递推输出序列。 （设输入为 e(t ) ，输出为 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当 tkTdtu( kT) T2du(t )t kTe(kT )T1de(t)tkTdtdt近似为：u(k )T2u( k)u(k1)e(k)T1e( k)e(k 1)TTT2T T1T1(40s1)

11、( 0.5s1)(1) 试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器Gc(s)。(2) 将 Gc(s)用双线性变换法离散化为数字控制器D(z) ，并将其转换为差分方程。解：令k 100,Ts140,Ts20.5设：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. 已知某连续控制器的传递函数为u(k )u(k 1)e(k )e(k 1

12、)T T2TT2T T2D (s)10.17s0.085s5. 已知某连续控制器的传递函数为2D ( s)n22 n s2sn试用双线性变换法求出相应的数字控制的脉冲传递函数，其中 。现用数字 PID 算法来实现它， 试分别写出其相应的位置型和增量型PID 算法输出表达式。设采样周期T1s 。PID 控制算法的模拟表达式为de(t) u(t ) K p e(t)1e(t )dtTDtTI0dt.位置型输出表达式为ku(k )K p e( k)K p Te( j )K p TD e(k )e( kTI j 0T增量型输出表达式为：u(k )u( k1)( K pK p TK p TD )e( k

13、)(K pTIT而对模拟表达式u(t) 求拉式变换得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其位置表达式为：.ku(k )2e(k)11.765e( j )1)j 0其增量表达式为：u(k ) 13.765e(k)2e(k 1)TD8. 试述采样周期T 的选择原则) e(k 1) K pTD2K p TT e(k 2)答： (1)必须满足香农采样定理的要求（2）从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则 T 小些好。 干

14、扰频率越高， 则采样频率越高越好， 以便实现快速跟随和快速抑制干扰。（3）根据被控对象的特性，快速系统的T 应取小，反之， T 可取大些。（4）根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T 应取大些。否则，执行机构来不及反映控制器输出值的变化。（5）从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T 应选大些。（6）从计算机能精确执行控制算式来看，T 应选大些。1 、 已 知 一 被 控 对 象 的 传 递 函 数 为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设采用零阶保持器， 采样周期 T 为 0.2s。试针对单位速度e( z)(1z1)(11输入函数设计快速有波纹系统的，计算采样瞬间数字控bz)制器和系统的输出响应并绘制图形。2在题 1 中，针对单位速度输入函数设计快速无波纹系统的 ，计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘( z)1e ( z)az 1(11. 065z 1 )e (z)(1z 1 )(1bz 1 )制图形。1、 2 题、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 用飞升曲线法测得电阻炉的有关参1Td s数如下： K d1.16,30s, Td680s 若采用零阶保持器，取采样周期T6s，要求闭环系统的时间常数T 350s ，用大林算法求取对电阻炉实现温度控制的数字控制器的算式。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、设被控对象的传递函数为G ( z)3.68 z 1 (1 0.717 z 1)T=1s，输入单位速度函数，采用零阶保持器，采样周期(1 z1)(1 0.368z )试按最少拍无波纹要求设计D (z)，并检验一下所设计的系统是否满足快速无波纹的要求。解可见 G( z)零点为 0.717(单位圆内 ), 极点为 1 ( 单位圆上 ),0.368( 单位圆内 ) 。故 u=0, v=0 ( 单位圆上极点不包括 ), m=1, p=1。设 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、某电阻炉，其传递函数可近似为带纯滞后的一阶惯性环节.5 、 已 知 控 制 系 统 的 被 控 对 象 的 传 递 函 数 为es1s ，若选闭环系统Gc (s)采样周期 T(2s 1)( s