机械系统控制技术概论

1、第1章机械系统控制技术概论思考题：1、简述机电一体化的基本概念。机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感器检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并保证整个系统最优化运行的系统工程技术。由此而产生的功能系统，称为机电一体化系统或机电一体化产品。TOC o 1-5 h z2、机电一体化的机械系统的组成包括：、和。执行机构驱动元件检测元件计算机机体3、机电一体化的机械系统的评价基本指标包括

2、：、和。运动参数指标动力参数指标表征运动参数和动力参数的品质指标4、机械系统实现机电一体化的方法包括：、和。取代法融合法组合法5、阐述组合法实现机电一体化的基本原理。在融合法的基础上，将功能部件或模块。像搭积木一样，根据不同的工作要求，组合成不同的机电一体化的机械产品。如设计机器人。可以将机器人的关节驱动元件、检测元件和控制器做成一个驱动功能模块。根据所设计的机器人的运动的轴数要求，选用与其轴数相同数量的驱动功能模块，就可以实现机器人的动作要求，这一方法可以缩短产品的设计与研制周期，节约工装设备费用，保证精度而且便于使用和维修。第2章工业控制计算机思考题：1、简述工业现场计算机控制的特点和要求

3、。高可靠性，以适应工业现场十分恶劣和复杂的工作条件；具有实时响应处理能力，以满足工业生产过程实时控制要求；有丰富的可与工业生产现场信号相连接的专业接口；控制系统结构应能组配灵活，易于扩展；有先进的系统软件与应用软件，便于开发。2、计算机总线是、按总线的规模、用途及应用场合，总线可分为、和三类。计算机模块间传递信息的通道片总线内总线外总线4、总线的性能扌旨标包括：、和。总线宽度标准传输率时钟同步与异步信号线数数据总线与地址总线的多路复用和非多路复用负载能力8、工业控制组态软件(功能)？数据采集动态显示实时计算过程控制数据记录(6)通讯功能(7)报警功能(8)开放结构第3章1、单片机原理思考题：1

4、、单片微机(SingIeChipMicroComputer)简称单片机，是将、和全部集成在一个硅片上。CPURAMROM(EPROM)定时器/计数据I/O接口2、MCS-51中央处理器(CPU)包括：和部件。运算部件控制3、运算部件以算术ALU为核心，包含ACC(简称A)、B寄存器、暂存器、标志寄存器PSW等许多部件，它能实现算术运算、逻辑运算、位运算、数据传输等处理。逻辑运算单元累加器5、控制部件包括哪些部分？如何运行？控制部件是单片机的控制中心，它包括定时和控制电路、指令寄存器、指令译码器、程序计数器PC、堆栈指针SP、数据指针DPTR以及信息传送控制部件等。它先以振荡信号为基准产生CPU

5、的时序，从ROM中取出指令到指令寄存器，然后在指令译码器中对指令进行译码，产生指令执行所需的各种控制信号，送到单片机内部的各功能部件，指挥各功能部件产生相应的操作，完成对应的功能。TOC o 1-5 h z6、MCS-51单片机存储器结构与一般微机的存储器结构不同，分为程序存储器和数据存储器。程序存储器存放、和。数据存储器用作及。ROMRAM程序固定常数数据表格工作区存放数据12、片内数据存储器按功能分成以下几个部分：组区、区、区，其中还包含。工作寄存器位寻址一般RAM堆栈区13、堆栈是按的原则进行管理的一段存储区域。MCS-51单片机中，堆栈是用片内数据存储器的一段区域，在具体使用时应避开工

6、作寄存器、位寻址区，一般设在以后的单元，如工作寄存器和位寻址区未用，也可开辟为堆栈。先入后出、后入先出2FH16、P0口是一个三态双向口，可作为分时复用口，也可作为通用的接口。它包括一个输出锁存器、两个三态缓冲器、输出驱动电路和输出控制电路组成。地址/数据I/O17、当P0口作通用I/O接口时，应注意以下两点：(1)在输出数据时，由于V2截止，输出级是漏极开路电路，要使“1”信号正常输出，必须外接。P0口作为通用I/O口输入使用时，在输入数据前，应先向P0口写a”。拉电阻118、P1口是准双向口，它只能作通用接口使用。I/O19、P2口也是准双向口，它有两种用途：通用I/O接口和地址线。高8位

7、22、PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，电平有效。低23、ALE/PROG（30脚）：信号输出端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。地址锁存24、VCC（40脚）：接+5V电源端；VSS（20脚）：接+5V电源端。正地27、什么是机器周期？机器周期是单片机的基本操作周期，每个机器周期包含S1、S2、S6,6个状态，每个状态包含2拍P1和P2，每一拍为一个时钟周期（振荡周期）。因此，一个机器周期包含12个时钟周期。依次可表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P1、S6P2。9、数据传送指令有29条，是指令系统中数量最多、使用也最频繁的一类指令。这类指令可分为三组：

8、指令、指令、指令。普通传送数据交换堆栈操作15、写出完成下列功能的程序段。（1）将R0的内容送R6中程序为：MOVA，R0MOVR6，A（2）将片内RAM30H单元的内容送片外60H单元中程序为：MOVA，30HMOVR0，#60HMOVXR0，A（3）将片外RAM1000H单元的内容送片内20H单元中程序为：MOVDPTR，#1000HMOVA，DPTRMOV20H，A（4）将ROM2000H单元的内容送片内RAM的30H单元中程序为：MOVA，#0MOVDPTR，#2000HMOVCA，A+DPTRMOV30H，A18、求R3R2-R1。程序为：MOVA，R2CLRCSUBBA，R1MOV

9、R3，A27、若累加器A中的内容为10001011B，CY=0，则执行RLCA指令后累加器A中的内容为，CY=_。00010110B133、条件转移指令有三种：条件转移指令、转移指令、转移指令。累加器A判零比较减1不为零41、如何把片内RAM中位寻址区的20H位的内容传送到30H位？程序：MOVC，20HMOV30H，C42、位逻辑操作指令包括位、和位或，总共10位指令。清0、置1、取反、位与三.3、单片机C语言程序设计3、C51的程序结构与一般C语言的结构相同，以函数为程序入口，程序体中包含若干语句还可以包含若干函数。main()4、根据下列汇编语言清零程序(将2000H20FFH的内容清零

10、)，编写C语言程序：ORG0000HSE01:MOVR0,#00HMOVDPTR,#2000H;(0000H)送DPTRLOO1:CLRAMOVXDPTRjA;0送(DPTR)INCDPTR;DPTR+1INCR0;字节数加1CJNER0,#00H,LOO1;不到FF个字节再清LOOP:SJMPLOOPC51清零程序#includemain()inti;unsignedcharxdata*p=0 x2000;/*指针指向2000H单元*/for(i=0;i0.01秒时，该时钟无法正常使用。25500：0.1秒时钟脉冲。当扫描时间T0.05秒时，该时钟无法正常使用。25501：0.2秒时钟脉冲。

11、当扫描时间T0.1秒时，该时钟无法正常使用。25502：1秒时钟脉冲。8）指令执行出错标志ER，25503当执行指令出错时，出错标志位25503为ON。该位为ON时，当前指令不执行。9）运算标志位25504-25507进位标志位CY，25504:运算结果有进位或借位时，该位为ON。可利用STC指令将该位置为ON;利用CLR指令将该位置为OFF。大于标志位GR，25505：执行比较指令时,若第一个比较数大于第二个比较数时，则该位为0N。相等标志位EQ，25506：执行比较指令时，若两个操作数相等，或执行运算指令时运算结果为0000，则该位为ON。小于标志位LE，25507：执行比较指令时，若第一

12、个比较数小于第二个比较数时，则该位为ON。11、CPM1A共有5个内部时钟标志，周期分别为秒到分钟。0.02113、保持继电器以HR标识，有20个通道HR00HR19。每个通道有16个继电器，编号为，共有个继电器。保持继电器的使用方法同内部辅助继电器一样。001532014、保持继电器既能以位为单位使用，又能以通道为单位使用。其断电保持功能通常有两种用法:以通道为单位使用，用作数据通道，此时断电后数丢失，恢复供电时,数据亦可恢复。以位为单位使用，与指令配合使用，或者用于本身带有自保电路。不会KEEP16、辅助记忆继电器区共有个通道，AR00AR15。辅助记忆继电器区具有断电功能。16保持18、

13、CPM1A共有个定时器和计数器，其TC号为000127。12821、CPM1A定时器断电保持功能，当电源断电时，定时器复位；计数器断电保持功能，计数器保持断电前的状态。无有24、CPM1A的输入时间常数设置范围为：1ms/2ms/4ms/8ms16ms/32ms/64ms/128ms，缺省设置为。8ms26、周期扫描影响输入响应速度，瞬时信号易被。快速响应可不受扫描周期的影响，随时接收瞬间脉冲，最小宽度ms。其内部具有缓冲，将脉冲瞬间记忆下来并在规定的时间内响应。遗漏0.228、CPM1A具有丰富的指令系统，除控制指令、指令、移位寄存器指令外，还有算术运算指令、逻辑运算指令、数据传送指令、数据

14、比较指令、数据转换指令、高速计数器控制指令、脉冲输出控制指令、中断控制指令、子程序控制指令、步进控制指令及故障诊断指令等。基本逻辑定时/计数4.6CPM1A的指令系统（8学时）思考题：1、CPM1A的指令根据功能分为指令和指令两大类。基本应用2、解释基本指令的含义？直接对输入和输出点进行操作的指令。包括输入、输出和逻辑“与”、“或”、“非”基本运算等。5、大部分基本指令_指令码，而应用指令几乎都指令码。没有有6、说明微分、非微分指令的区别？对非微分型指令，只要执行条件为ON,则在每个循环周期都将执行该指令。对微分型指令，仅在执行条件由OFF变为ON时才执行一次；如果执行条件不发生变化，或者从上

15、一个循环周期的ON变为OFF,则该指令是不执行的。7、常开/常闭触点的状态由它对应的继电器的状态决定：继电器为ON,它对应的常开触点为，对应的常闭触点为。ONOFF9、OUT指令输出逻辑运算结果到继电器，OUTNOT指令将逻辑运算结果_后再输出到继电器。取反10、试写出下列梯形图的指令表？TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark128 LD00000 HYPERLINK l bookmark138 OUT01000OUTNOT01001LDNOT00001OUT0100212、试写出下列梯形图的指令表?OOflflOIJIIITOC o 1-5 h z HYPERL

16、INK l bookmark130 LD00000OR00001OUT01000 HYPERLINK l bookmark132 LD00000ORNOT00003OUT0100113、试写出下列梯形图的指令表?0000500002T卜00004T卜HH0000620000解:方法1:分置法LD00000AND00001ORNOT00002LD00003OR00004ANDLDLD00005ORNOT00006ANDLDOUT20000方法2:后置法LD00000AND00001ORNOT00002LD00003OR00004LD00005ORNOT00006ANDLDANDLDOUT2000

17、001UU1Q14、试写出下列梯形图的指令表?DOOOO00UD10000200003TI卜00004OODOS解：方法1:分置法TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark136 LD00000ANDNOT00001LD00002AND00003ORLDLDNOT00004ANDNOT00005ORLDTOC o 1-5 h zOUT01001方法2：后置法LD00000ANDNOT00001LD00002AND00003LDNOT00004ANDNOT00005ORLDORLDOUT0100116、利用指令对如下梯形图编程?000000002opuiio000011

18、p0000300004呼、iiiipO000050000611解：TOC o 1-5 h zLD00000OR00001ANDNOT00002OUT01000LD00003AND00004LD00005ANDNOT00006ORLDOUT01001LD00007OR00008LD00009OR00010ANDLDOUT0100217、利用指令对如下梯形图编程?0000000002I00001OOOOG000040100111010001QQ1J000401000iiFMJIVr-010020100101003厂、+r_iFO10020000501000ti胖杠000040000000004lr

19、H0100301002,o0000101003解：LD00000ANDNOT00002AND00004ANDNOT01001TOC o 1-5 h zOUT01000LD00001ANDNOT00003AND00004ANDNOT01000OUT01001LD01002ANDNOT00005OR00004ANDNOT01000ANDNOT01001ANDNOT01003OUT01002LD00000OR00001OR01003ANDNOT00004ANDNOT01002OUT0100319、请画出下列梯形图指令表执行的时序图，并进行说明。SETDa卜tlanaVTTOC o 1-5 h zLD

20、00000SET20000LD00003RESET20000解aaooD口I(MW财11I2U00Uj当00000由OFF变为ON后，20000被置位为ON,并保持ON,即使00000变为OFF。当00003由OFF变为ON后，20000被复位为OFF，并保持OFF,即使00003变为OFF。21、请画出下列指令表所表示的梯形图？LD00000ANDNOT00001ORNOT00003AND00002OR00005OUT01000END（01）解：i：ii：ii：i：ii：ii：ii：ii：i：i1I：ii：n：i：i2JUjiLiii亓|ii|o00003|EHD0122、请写出下列梯形图的

21、指令表?LD25315DIFU(13)20000LD20000LD00001KEEP(ll)0100024、请将下面梯形图表示为：联锁/联锁解除指令表示的梯形图，并写出指令表。00000AOOOQLA卜1000oiaainrinos00002十0100200003OODCM01003o解：梯形图如下:00000IL02）0000201000100100001卄O010020000300004ILC（03）00005OJ2P3hiOLDIL（02）LDOUTLDNOTOUTLDANDNOTOUTILC（03）LDOUT000000000101000000020100100003000040100

22、2000050100325、请将下面梯形图表示为：联锁/联锁解除指令表示的梯形图，并写出指令表。解:00000000010100000002000030100100004LDIL(02)LDOUTLDIL(02)LDOUTLDTOC o 1-5 h zOUT01002ILC(03)LD00005OUT0100328、定时器的最小定时单位为秒，实际定时时间为SVX0.1秒；定时范围为0秒。0.1999.929、试写出下列梯形图的语句表，继电器00000接通1300s时的时序图。说明总的定时时间。00000-4TIM00101000解：LD00000TIM000#1500(150s)LDTIM00

23、0TIM001#9500(950s)LDTIM001OUT01000上作波形1.TTMOOO11y；Oz1|TIM001jLILlOOs7101总的定时时间为1100s。30、写出如下时序图的梯形图?工作波形00001001解：以上时序图的实现梯形图如下。IIIIIIJlidIII2：0：0_i_弃c200QUTiniD20D0DT(MODO#0111120D0D0L:00断开延时OFF20DO3010：.断幵延肘IV32、请写出如下梯形图的语句表。解：LD00000LD00001CNT004#0150LDCNT004OUT0100533、请写出如下梯形图的语句表，并说明总的计数容量是多少?C

24、NTooaSV1CNTDOISV2D1DOQ解：LD25502LD25315ORCNT000CNT000SV1LDCNT000LD25315CNT001SV2LDCNT001OUT01000总的计数器容量=SVl*SV2。34、下列梯形图每当151S产生1S高电平脉冲，其中25314为常OFF触点。请写出他的语句表？说明可逆循环计数器指令功能。解：LDOROUT000002000020000LDANDLDLDORCNTR2550220000253140000125513001#0150LDOUTCNTR00101000可逆循环计数器指令功能：只要复位端R为ON,计数器即复位为OFF并停止计数，

25、且不论加计数还是减计数当前值PV均为0。从ACP端和SCP端同时输入计数脉冲则不计数（即使复位端为OFF）。当复位端为OFF时，从ACP端输入计数脉冲为加计数；从SCP端输入计数脉冲为减计数；当加/减计数有进借位时，输出ON一个计数脉冲周期。36、根据提示画出失电延时电路。例如：要求编程控制电机使其断电后再继续工作一段时间。0000210000当继电器00002为ON时，其常开触点闭合，输出继电器为ON且保持，但TIM000却未接通。只有00002断开，TIM000开始定时（10s）,定时时间到，其常闭触点为OFF，使得输出10000为OFF。解：MOWIIKLOOULuOUUOHI|TIMI

26、IIrroino37、请写出如下长延时梯形图的语句表。并分析其延时的实现过程。解：语句表如下：LD00000ANDNOTANDNOTTIMTIM001CNT002000#0100LDLDCNTTIM00100001002#0100LDOUTCNT00200201当00000为ON时，TIM000开始定时，时间到TIM000输出为ON,使得CNT001减1计数，同时TIM000的常闭触点为OFF使得TIM000复位，重新开始下一轮定时。依次进行，当CNT001当前值减到0时，其输出为ON，触点00201接通为ON。39、要求按下K1后过30秒，电机开始转动；松开K1后过45秒，电机停止转动。时序

27、图如下。请画出其梯形图。U.K11!jus45sL|7OJCO2解:HEM0001000DTIMU00PriKl001T廿LUC0J40、请根据梯形图写出其指令表，并分析其随时间T输出端2000020003的状态。解：LDTIM00000000#0300(定时30s)CMP(20)TIM000#0200LDOUTLDOUTLDOUTLDOUT功能：255052000025506200012550720002TIM00020003Tv10sT=10sT10sT=30s为ON为ON为ON为ONTIM指令与CMP指令配合，实现一个定时器控制多个输出。注TIM的SV=#0300为减数值定时。41、写出

28、如下梯形图的语句表，并说明00000触点闭合后多长时间01000触点闭rnrnn-IISPIIUUUUlRIL20002IL解LDLDLDSFT(10)LDOUTUMJ1J0J0000025502000012002002000301000第4章7PLC系统设计(4学时)思考题：1、简述PLC控制系统设计原则。、最大限度的满足被控对象和生产过程中的控制要求。、在满足控制要求的前提下，力使系统简单经济、操作方便。、保证控制系统工作安全可靠。、考虑日后发展和工艺改进，留有余量。2、简述PLC控制系统设计的基本步骤。.对控制对象的工艺条件和控制要求作深入的调查研究；.确定系统总体设计方案；根据控制要求

29、确定输入/输出元件，选择PLC机型;确定PLC的输入/输出点分配；设计应用程序的梯形图(核心工作)应用程序的调试(包括模拟调试和现场调试)；.制做电气控制柜和控制盘；.连机整体调试应用系统；.编写技术文件。3、在PLC输入/输出点的选择时，首先弄清楚控制系统点数，按15%-20%留有余量后确定所需的PLC点数。另外注意，一些高密度输入点模块对同时接通的输入点有;PLC每个输出点的驱动能力也有限。I/O限制4、输出点分为、和隔离式三种接法。共点式分组式PLC型号选择之二5、PLC存储容量的选择时，根据经验，功能器件所需存储器字数大致为：开关量输入所需存储器字数二；输入点数X10开关量输出所需存储

30、器字数二;输出点数X8定时器/计数器所需存储器字数二；定时器/计数器数量X2模拟量所需存储器字数二模拟量通道X100；通信接口所需存储器字数二接口个数X300；最后一般按估算容量的留有余量。50%-100%8、对PLC结构形式的选型。整体式比模块式价格；但后者灵活、维修方便。低扩展11、PLC程序逻辑设计法的设计思路，所编写的程序易于，是一种较为实用可靠的程序设计方法。清晰优化12、PLC程序设计有：、及等。逻辑设计法时序图设计法梯形图法经验编程法17、PLC逻辑设计法适用于量控制。开关*18、利用时序图设计法解决红绿灯问题。DO红某十字路口，东西方向的车流量较小、南北方向的车流量较大，则控制

31、:南北方向的放行（绿灯亮）时间为30s,南北方向的放行（绿灯亮）时间为30s，当在东西（或南北）方向的绿灯灭时，该方向的黄灯与南北（或东西）方向的红灯一起以5Hz的频率闪烁5s,以提醒司机和行人注意。闪烁5s之后，立即开始另一个方向的放行要求只用一个控制开关对系统进行启停控制。分析：（1）分析PLC的输入和输出信号，以作为选择PLC机型的依据之一。控制要求：6个输出点，1个输入点。（2）工作时序图。30s30s两北娜灯II5s南北黄灯朮西红灯30s-5sI30s-5s忘西稣灯东西黄灯20sI5s产尹个循环个循环(3)由时序图分析各输出信号之间的时间关系。030s:南北绿灯和东西红灯亮3035s

32、:南北黄灯东西红灯以5HZ闪烁35一55s:东西绿灯南北红灯亮5560s:东西黄灯南北红灯以5HZ闪烁设计：选择PLC机型为CPM1A、I/O点分配输入输出南北编灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯车匹i纟二口000000100001001010020100301004010052.明确定时器的功能各定时器一个循环中的功能明细表定时器T0T1T2T3T4TIM000定时30S开始定时.南北绿、东西红灯开始亮定时到，输出ON且保持.南北绿灯灭;南北黄、东西红灯开始闪ONON开始下一个循环的定时TIM001定时35S开始定时继续定时定时到，输出ON且保持.南北黄、东西红灯灭；东西绿、南北红灯开始亮O

33、N开始下一个循环的定时TIM002定时55S开始定时继续定时继续定时定时到，输出ON且保持东西绿灯灭；东西黄、南北红灯开始闪开始下一个循环的定时TIM003定时60S开始定时继续定时继续定时继续定时定时到，输出ON,随即自复位且开始下一个循环的定时.东西黄、南北红灯南北绿、东西红灯开始亮梯形图设计根据定时器功能明细表和I/O分配，画出的梯形图如下:函.L绿灯高南北二划岂lOsR-J焦北黄厅亲西二灯1可J7T吋南北喙灯、东西厂灯m【血定时南北红灯闪:疣时19、两台电机顺序控制问题。要求：按下启动按钮后，Ml运转10s，停止5s,M2与Ml相反，即Ml停止时M2运行，Ml运行时M2停止，如此循环往复，直至按下停车按钮。选CPM1A型PL