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i胃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 ds，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：5003 .在本章第二节，查询式 I/O方式应用举例中，假设 X、Y、Z三轴服务子程序的执行时间分别为100 d

2、 s、150 ws、120 s,主程序执行时间（执行查询指令等）为 80 s,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

3、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

4、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。G1G2AG2BY7DoD7/RD/WRcpu A68088 A7M而A5A4A.I八路模拟电压输入DoD7/RD/WR89C51Po.6P0.7Po.5Po.4接数据总线|45VEOC V CC V REF(+)D0D7IN0 ADC , T I 0808IN10809 JOESTARTALE八路模拟电压输入11.有4位AD转换器，满刻度为

5、 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 UiU0,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

6、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（单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。2 .为什么说增量型 PID控制器调节比位置型 PID 女?二者的区另I是什么？第三章数字控制器的模拟化设计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（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

7、他功能。调节效果更答：（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2解：(s as)U (s) E(s)即 s2U(s) 4sU(s) 8E(s)s2U(s) asU(s) E(s)化成微分方程d2u(t)dt2a处dte(t)d2u(t)dt2u(k) 2u(k 1) u(k

8、2)T22D(z)dudtu(k)u(k) u(k 1)T2u(k 1) u(k 2)T2au(k) u(k 1)e(k)u(k)2 aT1 aTu(k 1)1 aTu(k 2)T21 aTe(k)4.已知某连续控制器的传递函数为D(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),输出为u(t)解：由U(s)D(S)的得(1T2s)U (s)(1T1s)E(s)U(s)T2sU(s)E(s) T1sE(s)整理得： D(z)- 4n2(1 2z1 z2)n 2 n 8z1(4 2 n )z 26.设被控对象传递函数为G(s)(T=1s)100(40s 1)(0.5s

9、 1)(1)试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器 (2)将Gc(s)用双线性变换法离散化为数字控制器 转换为差分方程。解：令 k设：Gc(s)100,Ts1s 1Tis0(s)Gc(s)Gp(s)Gc(s)oD(z),并将其u丁2等dte(t)(2)D(z)Gc(s)s2(z当t kTu(kT)T2du(t)dtt kTe(kT) T1de(tt)t kT近似为:u(k)T u(k) u(k2 T e(k) Tie(k) e(k 1)u(k)T2T T2u(k1)T TiT T2e(k)TiT T2e(k 1)5.已知某连续控制器的传递函数为D(s)试用双线性变换法求出相应的数字控制的脉冲

10、传递函数T 1s答:s 2%40,Ts20.5其中：T Ts1401)T(z 1)”s2s 1)得：TI 2 kq 10031.6z 31.680z 80U(z)E(z)uiui 1 0.395q 0.395ei 17.已知某连续控制器的传递函数为D(s)1 0.17s0.085s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PID控制算法的模拟表达式为u(t) Kpe(t)位置型输出表达式为u(k) Kpe(k)增量型输出表达式为:u(k) u(k 1)Tit0e(t)dtKpT(Kpke( j)j 0TdKpe(k) e(k 1)KpTiKpT

11、D)e(k) (Kp 2KpTD)(其增量表达式为:而对模拟表达式u(t)求拉式变换得u(s)Kp1sTDe(s)u(s)e(s)1KpKP1STDKP 君 KPTDSD(s)1 0.17s0.085s10.170.085s 0.085KP 2 Ti=0.17 Td=0其位置表达式为：ku(k) 2e(k) 11.765 e(j)j 0u(k) 13.765e(k) 2e(k 1)8.试述采本周期t的选择原则答：(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

12、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Gc(s)10s(1 0.1s)(1 0.05s)11e(z)(1 z 1)(1 0.516z1)111 e(z)0.584z 1(1 1.065z 1)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

13、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D(z)C(z)G(s)H0(s)Gc(s)0.2s、10(1 e )2s (0.1s 1)(0.05s 1)G(z)0.76z 1(1 0.05z 1)(1 1.065z1)(1 z1)(1 O135z 1)(1 0.0185z1)(z) 1 e(z) az 1(1 1.065z1)e(z) (1 z 1)(1bZ)(z) 1 e(z) az 1(1 1.065z 1) e(z) (1 z 1)(1 bz1)az 1(11.065z 1) 1 (1 z 1)(1 bz 1)(1 b)z

14、1 bz 2 az 1 1.065az解得:a 0.484b 0.5161 e(z)G(z) e(z)110.636(1 0.0185z )(1 0.135z )-一 1 IT 1(1 0.05z )(1 0.516z )(z)R(z)-10.484zC(z)U (z) 0.484G(z)110.484z (1 1.065z )10.0509z230.0037z0.000186z3、设被控对象的传递函数为113.68z (1 0.717z )采G蚓T保甘器z金甘周别3682T=2输入单位速度函数，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)

15、零点为0.717(单位圆内)，极点为1 (单位圆上),。368(单位圆内)。故u=0,v=0 (单位圆上极点不包括),m=1,p=1。设(z) z 1(1 0.717z 1)”,求得 Co 0.58D(z)11G110.158(1 z1)(1 0.368z1)1 0.58z1 0.416z24、某电阻炉，其传递函数可近似为带纯滞后的一阶惯性 环节KdsGc(s)e s用飞升曲线法测得电阻炉的有关参1 Tds6、已知计算机控制系统开环脉冲传递函数、0.368z 0.264G(z) z2 1.368z 0.368(T=1s)试分别作下列双线性变换，然后作伯德图。 解 G(w) G(w)(伯德图略)G(z)| zG(z)|数如下：Kd 1.16,30s,Td680s若采用零阶保持器，取采木周期 T 6s ,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)Kd 6eTds 1G(z)7 r1 e sKd叫Z e sTds 1T_ (n 1) 1 e d dzT1 eTd z 1求得大林控制器D(z)TT(1 e Tc)(1eTdz 1)TTTT7TC 1TCX (n i)Kd(1 e d)1 e cz (1 e c)z 11.628(1 0.991z )1 0.983z