计算机控制技术习题课件

第一章

计算机控制系统概述第一章计算机控制系统概述11、画出典型计算机控制系统的基本框图

典型的计算机控制系统的基本框图1、画出典型计算机控制系统的基本框图典型的计算机控制系统的22、微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？用框图表示

计算机控制系统由①计算机、②外部设备、操作台、③输人通道、输出通道、④检测装置、执行机构、被控对象外部设备操作台计算机输出通道执行机构输入通道检测装置被控对象2、微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？用框图表示计算33、计算机控制系统的控制过程是怎样的?

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。计算机控制系统的控制过程可简单归纳为

、

、

三个过程。3、计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制44、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。4、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓55、计算机控制系统分哪几类？计算机操作指导控制系统

直接数字控制系统（DDC）

监督计算机控制系统（SCC）

计算机分级控制系统

集散控制系统（DCS）

现场总线控制系统(FCS)

计算机集成制造系统(CIMS)5、计算机控制系统分哪几类？计算机操作指导控制系统6另一种分类方法另一种分类方法76、微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度（信息化与自动化的进一步结合）

6、微型计算机控制系统的特点是什么？87、什么是直接数字控制系统？画出其原理框图DDC(DirectDigitalControl)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。外部设备操作台D/A转换计算机执行机构A/D转换被控对象检测装置7、什么是直接数字控制系统？画出其原理框图DDC(Direc9第二章、过程输入输出接口技术第二章、过程输入输出接口技术101.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。过程通道可分为（1）模拟量输入通道、（2）模拟量输出通道、（3）数字量输入通道、（4）数字量输出通道1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和112、什么是信号的采样、量化和编码时间上连续的模拟信号变成一连串时间上不连续的脉冲信号的过程称为采样采样信号不能直接输入计算机，将其整量化后成为数字信号的过程称为量化把量化信号转换为二进制代码的过程称为编码3、什么是香农采样定理只有采样频率大于最高信号频率的2倍，采样信号和连续信号（输入信号）的频谱才是相等的2、什么是信号的采样、量化和编码时间上连续的模拟信号变成一连125、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响

保持模拟量信号不变，以便完成A/D转换；同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量；减少D/A转换器的输出“毛刺”；把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出电压的稳定性。4、采样保持器有什么作用？（1）保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；（2）反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差5、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响保持模拟量信号136、在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。7、设被测温度变化范围为0℃

~1200℃,如果要求误差不超过0.4℃,应选用分辨率为多少位的A/D转换器？选择依据：1200/0.4=30006、在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器148、试用AD7506组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。

数据总线D3～D0作为通道选择信号，D3～D0从0000～1111之间变化，可以选择16个通道，D4用来控制两个多路开关的允许输入端EN。当D4=0时，经反向器变成高电平使上面的多路开关AD7506被选中，可选择模拟输入1～16个中的一个通道。当D4=1时，选中下面的AD7506，选择模拟输入17～32个中的一个通道被选中。8、试用AD7506组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并159、试用AD7506组成64选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。9、试用AD7506组成64选1的多路开关，绘出硬件结构图并1610、下图是一温度信号检测和调理电路，简要说明其工作原理10、下图是一温度信号检测和调理电路，简要说明其工作原理1711、试用CD4051组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。由DE两个译码器输入端分别输入四种不同的状态（00，01，10，11），使得其中之一为低电平，决定一片CD4051工作。由A,B,C三个输入端在某一时刻打开一路开关。因此，这种连接可使4片CD4051分时保证32选一路接通工作。out…S1S8………11、试用CD4051组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图1812、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请问START、ALE、OE、EOC都起什么作用12、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请问START1913、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请写出查询方式下的汇编语言程序，假设地址信号=220H时，图中译码器输出有效，221H时，图中三态门信号有效13、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请写出查询方式20START:

MOV AL，00H

MOV DX，220H

OUT DX，AL；选中IN0模拟通道，启动ADC0809开始启动

MOV DX，221H ；读入EOC状态

L： IN AL，DX

AND AL，01H

JNZ L ；判断EOC为0否，

M： IN AL，DX ；EOC为0，则去判断EOC为1否？

AND AL，01H

JZ M ；EOC仍为0，继续读入EOC

IN AL，220H；EOC为1，说明ADC0809已转换好，读入数据

RET

START:

MOV AL，00H2114、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃，线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率。分辨率=(50-30)/255=0.0784℃15、八位D/A转换芯片，其输出设计为0～5V，试求当CPU分别输出80H、40H、10H时，对应的输出各为多少伏？80H=12840H=6410H=1614、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～502216、某热处理炉的温度变化范围是0~1000℃,要求分辨率为1℃，温度变送器输出范围为0~5V,则A/D转换器的字长N应为多少？如果字长N不变，现通过变送器零点迁移，将信号零点迁移到200℃，此时系统对炉温变化的分辨率是多少？16、某热处理炉的温度变化范围是0~1000℃,要求分辨率为2317、使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？

答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。17、使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？2418、19、

设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V，则该A/D转换器的量化单位是__2.44mV____。18、19、设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V2520、现已知某炉温变化范围为0~1500℃，要求测试时，分辨率为3℃，试确定A/D变换器的字长应选为多少？若A/D字长n不变，通过变送器将测试起点迁移到600℃，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。

21、A/D前采用的某传感器的最大输出为10伏，其精度为0.1%，试选择A/D板的字长位数及精度。答：10位，10V/1024=0.00976V=9.76mV±0LSB12位，10V/4096=0.00244V=2.44mV±1LSB4V—1638q=2.44mV,4V-q*1/2-q~4+q*1/2+q20、现已知某炉温变化范围为0~1500℃，要求测试时，分辨2621、给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。

过程参数PC总线检测信号调理多路转换器采样保持器A/D转换器接口逻辑电路21、给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。过程参数2722、ADC0809EOC信号的作用是什么？计算机读取ADC0809的数据时，有几种方法？21、为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入

。A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。•查询法:EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。•中断响应法:EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。22、ADC0809EOC信号的作用是什么？计算机读取AD2823、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃，线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率和精度。已知ADC0808的精度±1/2LSB

解：分辨率q=（50-30）/255=0.078℃

绝对精度=1/2*q=0.039

℃相对精度=0.039/20=0.196%q=5V/255=19.6mV2V—10223、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～502924、某执行机构的输入变化范围为4～20mA，灵敏度为0．05mA,应选D／A转换器的字长为多少位?解:(20-4)/0.05=320,n≥9,取1024、某执行机构的输入变化范围为4～20mA，灵敏度为0．03025简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能25简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关31第三章常用控制程序设计第三章常用控制程序设计321、数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点：(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好；(2)数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷；(3)数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。1、数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？数字滤波克服了模拟滤波332、常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？

（1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。（4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果（5）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波（6）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好2、常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？（1）程343、什么是标度变换？

把输入计算机的数字量转换成不同的量纲，以便操作人员进行监视和管理生产，就是所谓的标度变换4、什么是数字滤波？就是用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。3、什么是标度变换？把输入计算机的数字量转换成不同的量纲，355、写出一阶滞后滤波的的数学表达式，并说明每个参数的含义5、写出一阶滞后滤波的的数学表达式，并说明每个参数的含义366、某热处理炉温度变化范围为0～1350℃，经温度变送器变换为1～5V电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0～5V。当t=KT时，ADC0809的转换结果为6AH，问此时的炉内温度为多少度?0FFH(5V)1V(33H)1350℃6AH=1066、某热处理炉温度变化范围为0～1350℃，经温度变送器变换377、某管道的流量范围0～100m3/min，经压差变送器变换为1~5V的信号送到ADC0809进行AD转换，在某一时刻计算机采样（8位）并经数字滤波后的数字量为(A9)H，则此时的流量值为

m3/min0A9H=1697、某管道的流量范围0～100m3/min，经压差变送器变换38第四章计算机控制系统的控制策略第四章计算机控制系统的控制策略391、已知系统的差分方程为

输入信号是

初始条件为，试写出输出脉冲序列。

解：1、已知系统的差分方程为

输入信号是

初始条件为402、增量型PID控制算式具有哪些优点？(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)不需要进行误差累加，计算简单(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。2、增量型PID控制算式具有哪些优点？(1)计算机只输出控制413、根据连续PID控制系统的时域表达式推导数字控制系统的位置型控制算法表达式

3、根据连续PID控制系统的时域表达式推导数字控制系统的位置42

4、写出增量型PID的差分控制算式

5、

PID数字控制器参数整定的含义是什么？PID数字控制器参数整定是指确定PID数字控制器的参数，以使系统输出达到满意的效果。4、写出增量型PID的差分控制算式5、PID数字控制436、简述积分分离法克服位置式PID积分饱和作用的原理。

开始时不进行积分，直至偏差达到一定阈值后才进行积分累积，这样，一方面防止了一开始有过大的控制量，另一方面即使进入饱和后，因积分累积小，也能较快推出，减少了超调6、简述积分分离法克服位置式PID积分饱和作用的原理。开始447、简述PID控制器中的P（比例）、I（积分）、D（微分）各调节器的作用，

比例，提高系数可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。积分，积分时间越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。微分，微分时间越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。7、简述PID控制器中的P（比例）、I（积分）、D（微分）各458、在数字PID控制器中，采样周期的选择与哪些因素有关？

在满足采样定理的前提下应考虑一下因素①加到被控对象的扰动频率②对象的动态特性（纯滞后时间和时间常数）③数字控制器D(z)所使用的算法及执行机构的类型（算法的复杂性和执行器的快速性）④控制回路数⑤对象所要求的控制质量8、在数字PID控制器中，采样周期的选择与哪些因素有关？在469、什么是积分饱和？克服积分饱和有哪几种常用方法？

如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就称为积分饱和。（2）积分饱和的抑制

a.积分分离法b.遇限制削弱积分法9、什么是积分饱和？克服积分饱和有哪几种常用方法？4710、已知某连续控制器的传递函数为

现用数字控制器来实现它，试分别写出其相应的位置型和增量型PID算法输出表达式，要有推导过程，采样周期T=0.2s。

10、已知某连续控制器的传递函数为

现用数字控制器来实现4810已知模拟调节器的传递函数为：D(S)=(1+0.13S)/0.065S,试写出相应的数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.1S

10已知模拟调节器的传递函数为：D(S)=(1+0.1349第五章数字控制技术第五章数字控制技术501、采用逐点比较法插补直线OP，起点坐标O(0，0)，终点坐标P(5，-4)，要求以表格形式给出插补计算过程，并画出插补运动轨迹。

步数误差判别坐标进给误差计算终点判别初始化F=0∑=5+|-4|=91F=0+xF=F-|yp|=-4∑=∑-1=82F<0-yF=F-|xp|

=1∑=∑-1=73F>0+xF=F-|yp|

=-3∑=∑-1=64F<0-yF=F-|xp|

=2∑=∑-1=55F>0+xF=F-|yp|

=-2∑=∑-1=46F<0-yF=F-|xp|

=3∑=∑-1=37F>0+xF=F-|yp|=-1∑=∑-1=28F<0-yF=F-|xp|

=4∑=∑-1=19F>0+xF=F-|yp|

=0∑=∑-1=0End1、采用逐点比较法插补直线OP，起点坐标O(0，0)，终点坐51步数误差判别坐标进给误差计算终点判别初始化F=0∑=5+|-4|=91F=0+xF=F-|yp|=-4∑=∑-1=82F<0-yF=F-|xp|

=1∑=∑-1=73F>0+xF=F-|yp|

=-3∑=∑-1=64F<0-yF=F-|xp|

=2∑=∑-1=55F>0+xF=F-|yp|

=-2∑=∑-1=46F<0-yF=F-|xp|

=3∑=∑-1=37F>0+xF=F-|yp|=-1∑=∑-1=28F<0-yF=F-|xp|

=4∑=∑-1=19F>0+xF=F-|yp|

=0∑=∑-1=0Endstep=5+4;F=0;x=5;y=4while(step-->0){If(F>=0){驱动+X方向步进电机；F=F-y；}Else{驱动-Y方向步进电机；F=F-x；}}步数误差坐标误差终点初始F=0∑=5+|-4|=91F=0+522、什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？

逐点比较法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较，判断其偏差情况，根据偏差，再决定下一步的走向（沿X轴进给，还是沿Y轴进给）。逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线，最大逼近误差不超过数控系统的一个脉冲当量（每走一步的距离，即步长）。直线插补计算过程的步骤如下：(1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；(2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步；(3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；(4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。2、什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程533、三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图

（1）三相单三拍工作方式各相的通电顺序为A→B→C,各相通电的电压波形3、三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各相54（2）三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电顺序为AB→BC→CA。各相通电的电压波形（2）三相双三拍工作方式55（3）三相六拍工作方式在反应式步进电机控制中，把单三拍和双三拍工作方式结合起来，就产生了六拍工作方式，其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA。各相通电的电压波形（3）三相六拍工作方式564、用大功率晶体管设计直流伺服电机的PWM功率放大驱动电路，并说明原理。4、用大功率晶体管设计直流伺服电机的PWM功率放大驱动电路，575、采用8255A作为x轴步进电机和y轴步进电机的控制接口，要求：

（１）画出接口电路原理图

（２）分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍和三相六拍工作方式下的输出字表。5、采用8255A作为x轴步进电机和y轴58单三拍·双三拍·三相六拍单三拍·双三拍·三相六拍59第一章

计算机控制系统概述第一章计算机控制系统概述601、画出典型计算机控制系统的基本框图

典型的计算机控制系统的基本框图1、画出典型计算机控制系统的基本框图典型的计算机控制系统的612、微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？用框图表示

计算机控制系统由①计算机、②外部设备、操作台、③输人通道、输出通道、④检测装置、执行机构、被控对象外部设备操作台计算机输出通道执行机构输入通道检测装置被控对象2、微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？用框图表示计算623、计算机控制系统的控制过程是怎样的?

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。计算机控制系统的控制过程可简单归纳为

、

、

三个过程。3、计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制634、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。4、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓645、计算机控制系统分哪几类？计算机操作指导控制系统

直接数字控制系统（DDC）

监督计算机控制系统（SCC）

计算机分级控制系统

集散控制系统（DCS）

现场总线控制系统(FCS)

计算机集成制造系统(CIMS)5、计算机控制系统分哪几类？计算机操作指导控制系统65另一种分类方法另一种分类方法666、微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度（信息化与自动化的进一步结合）

6、微型计算机控制系统的特点是什么？677、什么是直接数字控制系统？画出其原理框图DDC(DirectDigitalControl)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。外部设备操作台D/A转换计算机执行机构A/D转换被控对象检测装置7、什么是直接数字控制系统？画出其原理框图DDC(Direc68第二章、过程输入输出接口技术第二章、过程输入输出接口技术691.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。过程通道可分为（1）模拟量输入通道、（2）模拟量输出通道、（3）数字量输入通道、（4）数字量输出通道1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和702、什么是信号的采样、量化和编码时间上连续的模拟信号变成一连串时间上不连续的脉冲信号的过程称为采样采样信号不能直接输入计算机，将其整量化后成为数字信号的过程称为量化把量化信号转换为二进制代码的过程称为编码3、什么是香农采样定理只有采样频率大于最高信号频率的2倍，采样信号和连续信号（输入信号）的频谱才是相等的2、什么是信号的采样、量化和编码时间上连续的模拟信号变成一连715、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响

保持模拟量信号不变，以便完成A/D转换；同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量；减少D/A转换器的输出“毛刺”；把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出电压的稳定性。4、采样保持器有什么作用？（1）保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；（2）反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差5、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响保持模拟量信号726、在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。7、设被测温度变化范围为0℃

~1200℃,如果要求误差不超过0.4℃,应选用分辨率为多少位的A/D转换器？选择依据：1200/0.4=30006、在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器738、试用AD7506组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。

数据总线D3～D0作为通道选择信号，D3～D0从0000～1111之间变化，可以选择16个通道，D4用来控制两个多路开关的允许输入端EN。当D4=0时，经反向器变成高电平使上面的多路开关AD7506被选中，可选择模拟输入1～16个中的一个通道。当D4=1时，选中下面的AD7506，选择模拟输入17～32个中的一个通道被选中。8、试用AD7506组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并749、试用AD7506组成64选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。9、试用AD7506组成64选1的多路开关，绘出硬件结构图并7510、下图是一温度信号检测和调理电路，简要说明其工作原理10、下图是一温度信号检测和调理电路，简要说明其工作原理7611、试用CD4051组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。由DE两个译码器输入端分别输入四种不同的状态（00，01，10，11），使得其中之一为低电平，决定一片CD4051工作。由A,B,C三个输入端在某一时刻打开一路开关。因此，这种连接可使4片CD4051分时保证32选一路接通工作。out…S1S8………11、试用CD4051组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图7712、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请问START、ALE、OE、EOC都起什么作用12、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请问START7813、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请写出查询方式下的汇编语言程序，假设地址信号=220H时，图中译码器输出有效，221H时，图中三态门信号有效13、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请写出查询方式79START:

MOV AL，00H

MOV DX，220H

OUT DX，AL；选中IN0模拟通道，启动ADC0809开始启动

MOV DX，221H ；读入EOC状态

L： IN AL，DX

AND AL，01H

JNZ L ；判断EOC为0否，

M： IN AL，DX ；EOC为0，则去判断EOC为1否？

AND AL，01H

JZ M ；EOC仍为0，继续读入EOC

IN AL，220H；EOC为1，说明ADC0809已转换好，读入数据

RET

START:

MOV AL，00H8014、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃，线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率。分辨率=(50-30)/255=0.0784℃15、八位D/A转换芯片，其输出设计为0～5V，试求当CPU分别输出80H、40H、10H时，对应的输出各为多少伏？80H=12840H=6410H=1614、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～508116、某热处理炉的温度变化范围是0~1000℃,要求分辨率为1℃，温度变送器输出范围为0~5V,则A/D转换器的字长N应为多少？如果字长N不变，现通过变送器零点迁移，将信号零点迁移到200℃，此时系统对炉温变化的分辨率是多少？16、某热处理炉的温度变化范围是0~1000℃,要求分辨率为8217、使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？

答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。17、使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？8318、19、

设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V，则该A/D转换器的量化单位是__2.44mV____。18、19、设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V8420、现已知某炉温变化范围为0~1500℃，要求测试时，分辨率为3℃，试确定A/D变换器的字长应选为多少？若A/D字长n不变，通过变送器将测试起点迁移到600℃，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。

21、A/D前采用的某传感器的最大输出为10伏，其精度为0.1%，试选择A/D板的字长位数及精度。答：10位，10V/1024=0.00976V=9.76mV±0LSB12位，10V/4096=0.00244V=2.44mV±1LSB4V—1638q=2.44mV,4V-q*1/2-q~4+q*1/2+q20、现已知某炉温变化范围为0~1500℃，要求测试时，分辨8521、给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。

过程参数PC总线检测信号调理多路转换器采样保持器A/D转换器接口逻辑电路21、给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。过程参数8622、ADC0809EOC信号的作用是什么？计算机读取ADC0809的数据时，有几种方法？21、为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入

。A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。•查询法:EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。•中断响应法:EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。22、ADC0809EOC信号的作用是什么？计算机读取AD8723、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃，线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率和精度。已知ADC0808的精度±1/2LSB

解：分辨率q=（50-30）/255=0.078℃

绝对精度=1/2*q=0.039

℃相对精度=0.039/20=0.196%q=5V/255=19.6mV2V—10223、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～508824、某执行机构的输入变化范围为4～20mA，灵敏度为0．05mA,应选D／A转换器的字长为多少位?解:(20-4)/0.05=320,n≥9,取1024、某执行机构的输入变化范围为4～20mA，灵敏度为0．08925简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能25简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关90第三章常用控制程序设计第三章常用控制程序设计911、数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点：(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好；(2)数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷；(3)数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。1、数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？数字滤波克服了模拟滤波922、常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？

（1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。（4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果（5）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波（6）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好2、常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？（1）程933、什么是标度变换？

把输入计算机的数字量转换成不同的量纲，以便操作人员进行监视和管理生产，就是所谓的标度变换4、什么是数字滤波？就是用某种计算方法对输入的信号进行数学处理。以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。3、什么是标度变换？把输入计算机的数字量转换成不同的量纲，945、写出一阶滞后滤波的的数学表达式，并说明每个参数的含义5、写出一阶滞后滤波的的数学表达式，并说明每个参数的含义956、某热处理炉温度变化范围为0～1350℃，经温度变送器变换为1～5V电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0～5V。当t=KT时，ADC0809的转换结果为6AH，问此时的炉内温度为多少度?0FFH(5V)1V(33H)1350℃6AH=1066、某热处理炉温度变化范围为0～1350℃，经温度变送器变换967、某管道的流量范围0～100m3/min，经压差变送器变换为1~5V的信号送到ADC0809进行AD转换，在某一时刻计算机采样（8位）并经数字滤波后的数字量为(A9)H，则此时的流量值为

m3/min0A9H=1697、某管道的流量范围0～100m3/min，经压差变送器变换97第四章计算机控制系统的控制策略第四章计算机控制系统的控制策略981、已知系统的差分方程为

输入信号是

初始条件为，试写出输出脉冲序列。

解：1、已知系统的差分方程为

输入信号是

初始条件为992、增量型PID控制算式具有哪些优点？(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)不需要进行误差累加，计算简单(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。2、增量型PID控制算式具有哪些优点？(1)计算机只输出控制1003、根据连续PID控制系统的时域表达式推导数字控制系统的位置型控制算法表达式

3、根据连续PID控制系统的时域表达式推导数字控制系统的位置101

4、写出增量型PID的差分控制算式

5、

PID数字控制器参数整定的含义是什么？PID数字控制器参数整定是指确定PID数字控制器的参数，以使系统输出达到满意的效果。4、写出增量型PID的差分控制算式5、PID数字控制1026、简述积分分离法克服位置式PID积分饱和作用的原理。

开始时不进行积分，直至偏差达到一定阈值后才进行积分累积，这样，一方面防止了一开始有过大的控制量，另一方面即使进入饱和后，因积分累积小，也能较快推出，减少了超调6、简述积分分离法克服位置式PID积分饱和作用的原理。开始1037、简述PID控制器中的P（比例）、I（积分）、D（微分）各调节器的作用，

比例，提高系数可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。积分，积分时间越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。微分，微分时间越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。7、简述PID控制器中的P（比例）、I（积分）、D（微分）各1048、在数字PID控制器中，采样周期的选择与哪些因素有关？

在满足采样定理的前提下应考虑一下因素①加到被控对象的扰动频率②对象的动态特性（纯滞后时间和时间常数）③数字控制器D(z)所使用的算法及执行机构的类型（算法的复杂性和执行器的快速性）④控制回路数⑤对象所要求的控制质量8、在数字PID控制器中，采样周期的选择与哪些因素有关？在1059、什么是积分饱和？克服积分饱和有哪几种常用方法？

如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就称为积分饱和。（2）积分饱和的抑制

a.积分分离法b.遇限制削弱积分法9、什么是积分饱和？克服积分饱和有哪几种常用方法？10610、已知某连续控制器的传递函数为

现用数字控制器来实现它，试分别写出其相应的位置型和增量型PID算法输出表达式，要有推导过程，采样周期T=0.2s。

10、已知某连续控制器的传递函数为

现用数字控制器来实现10710已知模拟调节器的传递函数为：D(S)=(1+0.13S)/0.065