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200s ,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 方式应

2、用举例中,假设X 、Y 、Z 三轴服务子程序的执行时间分别为100s 、150s 、120s ,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=5ms S1=300s C2=8ms S2=1.3ms C3=1ms S3=400s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控制方式

3、?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:8255A E0H 、E2H 、E4H 、E6H 、 8253 E1H 、E3H 、E5H 、E7H 、 DAC0832 F0H 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。8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

4、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。 11.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

5、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/24=0.3125V 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

6、便,可改善调节品质,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: (2s E s U as

7、s =+即2(4(8(sU s sU s E s +=(2s E s asU s U s =+化成微分方程(22t e dtt du a dt t u d =+222(2(1(2d u t u k u k u k dt T -+-;(1du t u k u k dt T-(1(2(1(2(2k e T k u k u a T k u k u k u =-+-+- (12(111(12(2k e aTT k u aT k u aT aT k u +-+-+=4.已知某连续控制器的传递函数为121(1T sD S T s+=+ 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

8、,输出为(u t 解:由121(1T sU s D S E s T s+=+ 得21(1(1(T s U s T s E s +=+21(U s T sU s E s T sE s +=+21(du t de t u t T e t T dt dt +=+ 当t kT = 21(t kT t kTdu t de t u kT T e kT T dt dt=+=+近似为:21(1(1(u k u k e k e k u k T e k T T T-+=+ 211222(1(1T T T Tu k u k e k e k T T T T T T +=-+-+5. 已知某连续控制器的传递函数为222

9、2(nn n s s s D += 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 。s T 1=答:11112-+-=z z s2222(nn n s s z D +=整理得:21221224(82421(-+-+=z z z z z D n n n n 6. 设被控对象传递函数为(T=1s(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 设: 其中: 由:得:(2 7. 已知某连续控制器的传递函数为ss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

10、式。设采样周期s T1= 。PID 控制算法的模拟表达式为1(tp DIde t u t K e t e t dt T T dt=+15.0(140(100(+=s s s G s1s2100,40,0.5k T T =c I 1(s G s T s+=s140T =0c p Is21(1s G s G s T s T s k=+Is2T K T =I s22100T kT =2(1c (111z G s z E z u u e e -=+-=-=+-位置型输出表达式为(1kDp ppj IT Tu k K e k K e j K e k e k T T =+-增量型输出表达式为:(1(2(1

11、(2D D D p p p p p p I T T T Tu k u k K K K e k K K e k K e k T T T T=-+-+-+-而对模拟表达式(u t 求拉式变换得1(1(p D I u s K sT e s T s=+(11(p p D p p D I I K u s K sT K K T s e s T s T s=+=+ 085.017=+=s s s s D2=P K T I =0.17 T D =0其位置表达式为:=+=kj j e k e k u 0(765.11(2(其增量表达式为:1(2(765.13(-=k e k e k u8. 试述采样周期T 的选

12、择原则答:(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05.01(1.01(10(s s s s G c +=设采用零阶保持器,采样周期T 为0.2s 。试针对单位速度输入函数

13、设计快速有波纹系统的 ,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制图形。 1、2题、解0185.01(135.01(1(065.11(05.01(76.0(111111-=z z z z z z z G 065.11(1(11-=-=z az z z e 1(1(11-+-=bz z z e 1(1(1065.11(1111-+-=-bz z z az 2121065.11(-+=+-az az bz z b +-=-=-=-1(1(065.11(1(1111bz z z z az z

14、 z e e 得解得:=516.0484.0b a 105.0(11.0(1(10(22.00+-=-s s s e s G s H s G s C 3、设被控对象的传递函数为 采用零阶保持器,采样周期T=1s ,输入单位速度函数,试按最少拍无波纹要求设计(z D ,并检验一下所设计的系统是否满足快速无波纹的要求。 解4、某电阻炉,其传递函数可近似为带纯滞后的一阶惯性环节s d dc e sT K s G -+=1(用飞升曲线法测得电阻炉的有关参数如下:s T s K d d 680,30,16.1=若采用零阶保持器,取采样周期s T 6= ,要求闭环系统的时间常数s T 350= ,用大林算

15、法求取对电阻炉实现温度控制的数字控制器的算式。 解5、已知控制系统的被控对象的传递函数为1(12(+=-s s e s G sc 采样周期s T 1= ,若选闭环系统的时间常数s T 1.0= ,问是否会出现振铃现象?试用大林算法设计数字控制器(z D 。解:6、已知计算机控制系统开环脉冲传递函数(T=1s 试分别作下列双线性变换,然后作伯德图。 解 065.11(584.0(1516.01(1(1111-=-+-=z z z z z z e e 516.01(05.01(135.01(0185.01(636.0(1(1111-+-=-=z z z z z z G z z D e e+=-=-321111484.01065.11(484.0(z z z z z z z R z z C +=(z z z z G z C zU T 2T 3T 011113.68(10.717(1(10.368z z G z z z -+=-11001112(0.717(10.717,0.58(1(1(-可见零点为单位圆内,极点为1(单位圆上,0.368(单位圆内。故=0,=0(单位圆上极点不包括,=1,=1。设求得d d c d d c c d p d (1d