计算机控制技术A卷(参考答案)

1、一、填空每空1分,共20分1、实时是指信号的输入1分、计算1分和输出都要在一定时间范围那完成.在线是指计算机和生产过程相连并受计算机限制.一个在线的系统不一定是1分一个实时系统,但是一个实时系统必定是1分在线系统.2、A/D转换器的主要技术指标有转换时间1分、分辨率1分、线性误差、量程及对基准电源的要求等.3、数字量输出接口元件74LS273的作用是对状态输出信号进行锁存1分.4、在计算机限制系统中,当串模干扰信号的频率比被测信号频率高时,那么采用低通滤波器1分来抑制高频率串模干扰.5、计算机限制系统中,一般有五种地线,分别是模拟地1分、数字地1分、系统地1分、平安地1分和交流地.对它们采用的

2、接地方法是回流法单点接地1分.6、逐点比拟法是以阶梯折线1分来逼近直线和圆弧,它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差是一个脉冲当量.7、在ADC0809中,A、B、C三引脚的组合式用来选择输入通道1分.8、在PID限制中,微分的作用是改善系统的动态性能1分.9、无纹波系统的调整时间要增加假设干拍,增加的拍数等于Gz1分在单位圆内的零点数.D-I+5VR2I10、在右图中R1=100Q,R2=250,当输入电流I为420mA电流时,输出电压V15V1分,|c电容C的作用是滤波1分,二极管D的作用是限幅1分二、问做题共25分6)1、给出典型计算机限制系统原理图并详细阐述计算机限制系统的工作步骤订线

3、考生答题不得超过此线原理图3分实时数据采集：实时检测和输入来自被控量的瞬时值.1分实时限制决策：对采集的被控量进行实时分析和处理,并根据规定的限制规律决策将要采取的限制量.1分实时限制输出：根据作出的限制决策,适时地对执行机构发出限制信号,在线实时完成限制任务.1分2、在实际工程应用中,PID限制器很容易产生积分饱和,阐述产生积分饱和的原因并给出实际应用中抗积分饱和的方法6.答：当系统长时间出现偏差或者偏差较大时,限制器计算出的限制量超出D/A转换器所能表示的范围,如果此时执行机构已经到达极限位置,但是偏差仍然存在,由于积分的作用,PID限制器计算结果继续增大或减小,但执行结构已无相应动作,这

4、就导致积分饱和.4分实际中,消除积分饱和的常见方法时对限制器输出进行限幅,同时把积分作用切除1分.当uk00H时,取uk=00H,当ukFFH时,取uk=FFH3、工业限制过程中常采用的数字滤波主要有哪些？并简单表达它们的思想常见数字滤波方法有以下几种：.1分6.1程序判断滤波：根据现场经验或生产工艺分析确定两次采样输入信号之间可能出现的最大偏差,假设实际采样偏差大于该最大偏差,那么说明信号受到严重干扰,应去掉,反之,该此采样信号有效.分为限幅滤波和限速滤波.1分2算术平均滤波：取N次采样值的算术平均值作为本次采样值.即-1NYnXi2分Nii3加权平均滤波：算术平均滤波中N次采样值在结果中所

5、占的比重是均等的,即加权因子为1/N.加权平均滤波是采用对不同时刻的采样值赋予不同的加权因子.1分n1n1YnaiXni,其中0ai1,且ai1i0i04中值滤波：对某一被测参数连续采样N次N取奇数,N不易太大,一般取3、5即可,然后把N次采样值按从小到大排序,再取中间值作为本次采样值.1分5惯性滤波一阶滞后滤波：将模拟一阶滤波器的传递函数离散化即可得惯性滤波的算法.1分4、采样保持器的电路原理如下图7.1分析其工作原理；2答复下列问题：是否所有模拟量输入通道中都需要采样保持器,假设是,说明理由；假设不是,哪种情况下模拟量输入通道中可以不要采样保持器.1工作原理：采样时,K闭合,V|n通过A1

6、对Ch快速充电,VOUT跟随V|N1,5分；保持期间,K断开,因A2的输入阻抗高,VOUT=VC保持不变1.5分.采样器一旦进入1分保持,马上启动A/D转换器,保证转换期间输入恒定2不是所有的模拟量输入通道都需要采样限制器1分,当被测信号变化缓慢且A/D转换时间足够短时,可以不加采样器.(2分)三、计算题共30分1.求拉氏函数Fss5-的Z变换F(z)(7)(s5)解：FsC11s2C11sC2s5.(2分)c111sm0s2F(s)lj2那么伊年s01-.(1分)5C2lim_(s5)F(s)lim4s5s2.(0.5分)所以:F(s)15s由于Z-s中-1s5ZsTzV-(3分)所以FzT

7、z(z1)25(z1)5(zz5TTe).(0.5分)2.求F(z)11z315z26z一,-的Z反变换(z1)(z2)f(k)(8)解:G(z)F(z)11z215z6ciic12C12(z1)2G(z)-d(z(21)!dz(z1)2(z2)(z1)1(z1)211z21)2G(z)C2(z2)15z62(z1)2(z2)d.11z15z一z1dz(z2)6.2分.1分.1分C2(z2)G(zL(z2)11z215z6(z1)2(z2)20,.(1分)11z215z6故F(z)(z1)2(z2)2(z1)220(z2)2z(z1)29z20z(z2)'订线考生答题不得超过此线由于1

8、(z1)2k,Z11,Z1六2k(3分)故Z1F(z)f(k)3.热处理炉温度变化范围为k2k920201200oC,经温度变送器变换为15V电压送至ADC0809,ADC0809的输入范围为05V.当t=kT时,ADC0809的转换结果为5FH,问此时的炉内温度为多少度？并写出标度转换公式(7)解：A00,Am1200,1N025551,Nm2555NxAx5F(H)95(D)Ao(AmNA0)N9551(12000)25551(1分)(2分).(1分)NoNo(2分)258.8.(1分)4、某系统的连续限制器设计为D(s)制D(z),并给出位置型递推限制算法.解：D(z)U-()D(s)s

9、2£jE(z)sTz11工2"T_j2z11 T2Tz11(T2Ti)(T2T1)z11(T2T2)(T2T2)z1U(s)E(s)(8)11s,试用双线性变换法求数字控1T；s.(2分).(1分)化简得：Uz2T2z2T21U(z)Rz)2Tiz2T21E(z).(2分)(2分)44rT2T2T2Ti/、T2T1故：u(k)u(k1)e(k)e(k1)T2T2T2T2T2T2四、综合设计题共25分1、采用8255的PA端口作为三相步进的限制接口,并用直流SSR驱动三相步进电机,用电阻和电感表示步进电机每相绕组.13分要求：1画出接口电路原理图；2列出步进电机在三相双三拍和

10、三相六拍工作方式下的输出限制字表.3假设该步进电机车t子的齿数为40,求出该步进电机工作在三相六拍方式下的步距角.解：1接口原理图.5分2双三拍工作方式下的限制字表如下：3分存贮地址编号A口输出字AD103HAD206HAD305H三相六拍工作方式下的限制字表如下：.3分存贮地址编号A口输出字AD101H2、某一计算机限制系统中的广义被控对象不含纯滞后环节,且其Z传递函数为11、G(z)3,68Z1(10.718z?,采样周期T=1s,要求针对单位速度输入信号设计最(1z1)(10.368Z1)少拍无纹波限制器D(z).(12分)解：由G(z)的表达式可知,d=0,q=2,v=1,w=1,j=

11、1,且j<q,(1分)要满足无纹波设计的必要条件,故有m=w+d=1n=vj+q=2(1.5分)对单位速度输入信号,选择vj12_1e(z)(1aiz1)(1z1)qF1(z)(1z)(1fuz).(2分)i1w和(z)zd(1biz1)F2(z)(10.718z1)(f21z1f22z2).(2分)i1而e(z)1(z).(1分)所以,有(1z1)2(1fnz1)1(10.718z1)(f21z1f22z2)展开得：f112f2112fli(f220.718f21)f110.718f22解得：30.592f211.408f220.825.(1.5分)从而得：e(z)(1z1)2(10.5