计算机控制技术试卷及答案

计算机掌握系统试卷一答案一、简答题〔550分〕画出典型计算机掌握系统的根本框图。答：典型计算机掌握系统的根本框图如下：依据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？答：依据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为一般采样。同步采样假设一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期一样且同时进展采样，则称为同步采样。非同步采样假设一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期一样但不同时开闭，则称为非同步采样。多速采样假设一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不一样，则称多速采样。随机采样假设相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。简述比例调整、积分调整和微分调整的作用。答：(1)比例调整器：比例调整器对偏差是即时反响的，偏差一旦消灭，调整器马上产生掌握作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，掌握KP

。比例调整器虽然简洁快速，但对于系统响应为有限值的掌握对象存在静差。加大比例系数KP

可以减小静差，但是K过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系P统不稳定。1/15积分调整器：为了消退在比例调整中的剩余静差，可在比例调整的根底上参加积分调整。积分调整具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响掌握量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T大，则积分作用弱，反之强。增大TI

将减慢消退静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调整的代价是降低系统的快速性。微分调整器：为加快掌握过程，有必要在偏差消灭或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进展掌握，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调整的原理。微分作用的参加将有助于减小超调，抑制振荡，使系统趋于稳定。采样保持器LF398工作原理图如以下图，试分析其工作原理。2答：LF398AS的通断，2ININSA、AC+ - 1 3 H端外接的保持电容充电；ININS断开，外接电+ -容保持S断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至A线性离散掌握系统稳定的充要条件是什么？

。outi根的模｜z｜<1z平面的单位圆内。i为什么会消灭比例和微分饱和现象？PID增量掌握算法中的比例局部和微分局部计算出的掌握增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分局部的增量相比照较小)。假设该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，掌握作用必定不如应有的计算值抱负，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响掌握效果。什么是振铃现象？如何消退振铃现象？答：所谓振铃(Ringing)现象，是指数字掌握器的输出以二分之一采样2/15频率大幅度衰减的振荡。有两种方法可用来消退振铃现象。第一种方法是先找出D(z)中引起振铃现象的因子(z=-1)，然后令其中的z=1，依据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。其次种方法是从保证闭环系统的特性动身，选择适宜的采样周期T及系统闭环时间常数T，使得数字掌握器的输出避开产生猛烈的振铃现象。c什么是嵌入式系统？如何理解嵌入式系统的定义？答：目前国内普遍被认同的嵌入式系统定义是：以应用为中心、以计算机技术为根底，软、硬件可裁剪，适应应用系统对功能、牢靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。通常，从以下几个方面来理解嵌入式系统的定义：以应用为中心是指嵌入式系统是面对用户、面对产品、面对应用的。嵌入式系统以计算机技术为根底，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和Internet网络技术与具体应用对象相结合后的产物。这一点就打算了它必定是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创的学问集成系统。嵌入式系统可以依据实际系统的需要对软、硬件进展剪裁以适应实际系统在功能、牢靠性、本钱、体积、功耗等方面的要求。说明嵌入式系统存在着一个较为通用的软、硬件内核。这个内核往往是几kBkB之间的微内核，正是由于微内核的存在，才使得嵌入式系统能够依据实际应用系统的需要在软、硬件方面得以顺当地裁剪或扩大。简述网络掌握系统的特点。答：网络掌握系统通常具备下述特点：非定常性。数据到达的时刻不再是定常和有规章的,更不能再用简洁的采样时间来刻画。非完整性。由于数据在传输中可能发生丧失和出错，数据不再是完整的，固然数字掌握中也可能有类似的现象，但在网络掌握中发生的可能性要大得多。非有序性。由于网络传输时间的不确定，先产生的数据可能迟于,数据到达的次序可能不再遵守原有的时间挨次。非确定性。由于数据到达的随机性，整个掌握过程已不再是一个确定性的系统,而是一个随机系统。简述故障诊断技术所包含的内容。3/15答：故障诊断主要包括以下几个方面的内容。故障的特征提取通过测量用定量和定性的信息处理技术猎取反映系统故障的特征描述。故障的分别与估量依据获得的故障特征确定系统是否消灭故障以及故障的程度。故障的评价和决策依据故障分别与估量的结论对故障的危害及严峻程度做出评价，近而决策出是否停顿任务的进程以及是否需要修理更换故障元部件。二、系统的差分方程为〔10分〕y(k)y(k1)r(k2)输入信号是

1 k0r(k)0 k0y(0)1y(k)。y(0)1y(2)r(0)y(1)2y(4)r(2)y(3)2y(5)r(3)y(4)1…Gp

K ，在对象前接有零阶保持器，试s(s1)〔10〕解：广义对象传递函数G(s)

1eTs Ks s(s1)4/15对应的脉冲传递函数为G(z)ZG(s)Z

1eTs K s s(s1) 1 Tz1 1 1 K(1z1)Z K(1z1) s2(s1) (1z1)2

1z1

1eTz1K(eT

TeTeT1T1)z11

z1 eT

T1 (1z1)(1eTz1)四、被控对象传递函数为G(s) 20G(s)，并用后向差分法给出c等效的数字掌握器形式。〔10分〕解：经动态校正后系统的开环传递函数为Φ(s)G0 c

(s)G(s)Gc

(s) 20G(s)PI掌握器，其根本形式为cG(s)s1c TsI为使PI掌握器能抵消被控对象中较大的时间常数，可选择8则有Φ(s)G(s)G(s)8s1 20 10 c Ts (8s1)(0.1s1)

s(0.1s1)I I20依据二阶工程最正确设计法则，应有T2TI 2T1 2T2 21 2T2 2解之得

T4I于是得到模拟掌握器的传递函数为G(s)8s1K

1)2(11)c 4s P

Ks 8sIPI掌握器，依据后向差分近似的等效变换方法，得等效的数5/15

D(z)Gc

(s)

sT

(1T)z12 8z1五、广义被控对象:G(s)1eTs 1s s(s1)

(20分),并画出系统的输出波形图。解：由条件，被控对象含有一个积分环节，有力量产生单位斜坡响应。求广义对象脉冲传递函数为G(z)ZG(s)Z

1eTs 1 s s(s1) 1 z1 1 1 (1z1)Z

(1z1)

s2(s1) (1z1)2 1z1 1e1z10.368z1(10.718z1)(1z1)(10.368z1)G(z)-0.718()、极点为1()、0.368(单位圆内)，故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。依据稳定性要求，G(z)中z=1的极点应包含在Φ(z)的零点中，由于系统针对等速输入进展设计，ep=2。为满足准确性条件另有Φ

(z)=(1－z1)2F

(z),明显准确性条件中已e 1满足了稳定性要求，于是可设Φ(z)z1(c0

cz1)1Φ(1)cc10 1解得c0

2, c1

1

Φ”(1)c2c01闭环脉冲传递函数为Φ(z)z1(2z1)2z1z2Φ(z)1Φ(z)(1z1)2e6/15则 D(z)

Φ(z) 5.435(10.5z1)(10.368z1)Φ(z)G(z) (1z1)(10.718z1)ez1Y(z)R(z)Φ(z) (2z1z2)2z23z34z4(1z1)2〔图略〕。工业掌握机是指按生产过程掌握的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成局部。计算机掌握系统中常用的掌握器有可编程序掌握器、工控机、单片机、DSP、智能调整器等。在计算机掌握系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。ADC080988位逐次靠近式A/D转换器。模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。信号接地方式应承受一点接地方式，而不承受多点接地方式。按极点配置设计的掌握器通常有两局部组成，一局部是状态观测器，另一局部是掌握规律。和两种设计方法。线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来挨次存放数据元素。计算机掌握系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mADC4~20mADC。二、名词解释〔305〕采样过程按肯定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。”数字程序掌握就是计算机依据输入的指令和数据，掌握生产机械(如各种加工机床)按规定的工作挨次、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动掌握数据是描述客观事物的数、字符，以及全部能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合。积分饱和假设执行机构已到极限位置，仍旧不能消退偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果连续增大或减小，但执行机构已无相应的动作三、选择题〔153〕1.以下不属于数字掌握方式的是〔C〕A、点位掌握 B、直线掌握C、网格掌握D、轮廓掌握2.8位的A/D转换器区分率为〔C〕A、0.01587 B、0.007874 C、0.003922 D、0.0009775专家掌握系统大致可以分为〔D〕①专家自整定掌握②专家自适应掌握③专家监视掌握④混合型专家掌握⑤仿人智能掌握A、①②③⑤ B、②④⑤ C、②③④⑤D、①③④⑤一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%)，孔径时间3.18µm，假设要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为〔B〕A、5Hz B、50Hz C、100Hz D、500Hz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的电压送至ADC0809，7/15ADC08090~5Vt=KT时，ADC08096A，此时炉温为〔C〕A、588.98℃B、288.98℃C、361.23℃D、698.73℃四、简答题〔205〕什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。逐点比较法插补原理。答：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进展比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而打算下一步的进给方向。简述数字滤波技术，其算法有哪些?答：所谓数字滤波，就是通过肯定的计算或推断程序削减干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。数字掌握器算法的工程实现分为哪六局部？答：包括给定值处理、被控量处理、偏差处理、掌握算法的实现、掌握量处理、自动手动处理。数字掌握器的连续化设计步骤？答：设计假想的连续掌握器、选择TDS离散化一、填空题〔202分〕计算机系统由 和 两大局部组成。计算机、生产过程集散掌握系统〔DCS〕的构造模式为： .操作站—掌握站—现场仪表变送器输出的信号为 或 的统一信号。0~10mA、4~20mA模拟输出通道的构造型式主要取决于 的构成方式。输出保持器数控系统一般由数控装置、 、 和检测装置等。驱动装置、可编程掌握器1.6.设线性定常系统的输出方程为y(t)=Cx(t)，y〔t〕N拍跟踪参考输入r〔t〕，必需满足条件y〔N〕=Cx〔N〕r03种：、、预报观测器、现时观测器、降阶观测器“假设AB，否则C”，用模糊关系表示为R=(ABU(AC)在一些对程序流向起打算作用的指令前插入两条 指令，以保证弹飞的程序快速纳入正确轨道。NOP承受双绞线作信号引线的目的是 削减电磁感应二、选择题〔共15分，每题3分〕假设模拟信号频谱的最高频率为f ，只要依据采样频率〔A〕进展采样，那么采样信号就能max唯一的复观。

max

2

max

D.f≥1f2

max一个10位的A/D转换器〔量化精度0.1%〕，孔径时间10μs，假设要求转换误差在转换精度类，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为〔B〕8/15A.15Hz B.16Hz C.17Hz D.14Hz设加工第一象限直线OA，起点为O〔0,0〕，终点为A〔6,3〕，进展插补计算所需的坐标进给的总步数Nxy为〔C〕A.7 B.8 C.9 D.105.(A)数字滤波方法适用于周期性干扰。平均值滤波法 B.中位值滤波法 C.限幅滤波法 D.惯性滤波法5.偏差e〔k),积分分别阈值β，以下正确的选项是〔B〕A.当e(k)>β时，承受PI掌握 B.当e(k)>β时，承受PD掌握C.当e(k)≤β时，承受PD掌握 D.当e(k)≤β时，承受PI掌握三、名词解释〔共30分，每题6分〕1.接口 过程通道 量化 自动校准 HMI四、简答题〔共20分，每题5分〕什么是计算机掌握系统？它的工作原理是怎样的？什么是共模干扰？如何抑制？直线插补计算过程有哪几个步骤？程序设计通常分为哪五个步骤？如何消退积分饱和？填空题1.计算机、生产过程 2.操作站—掌握站—现场仪表3.0~10mA、4~20mA 4.输出保持器驱动装置、可编程掌握器 6.y〔N〕=Cx〔N〕=r0预报观测器、现时观测器、降阶观测器 8.R=(A×B)U(A×C)9.NOP 10.削减电磁感应名词解释接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁。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。所谓量化，就是承受一组数据来靠近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。自动校准是指在系统开机后或每隔肯定时间自动测量基准参数，然后计算误差模型，获得并存储误差补偿因子。HMI就是使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口。简答题计算机掌握系统就是利用计算机来实现生产过程自动掌握的系统。从本质上看，计算机掌握系统的工作原理可纳为以下三个步骤：实时数据采集、实时掌握决策、实时掌握输出共模干扰时指A/D转换器两个输入端上公有的干扰电压。其抑制方法：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、承受仪表放大器提高共模抑制比。偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点推断问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计对计算出的掌握量u〔k〕限幅，同时，把积分作用切除掉。9/15一、填空题〔201〕1、实时的概念不能脱离具体的过程，一个在线的系统不肯定是一个实时系统，但一个 、实时系统 必定是在线系统。2、典型的工业生产过程可分为：连续过程、离散过程、批量过程3、计算机掌握系统的典型型式：操作指导掌握系统、直接数字掌握系统、监视掌握系统、集散掌握系统、现场总线掌握系统、综合自动化掌握系统。4、计算机掌握系统的进展趋势：掌握系统的网络化、智能化、扁平化、综合化。5、数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。6、在计算机掌握系统中，模拟量输入通道的任务是把系统中检测到的 模拟信号 ，变成 、二进制数字信号 ，经接口送往计算机。7、计算机掌握系统的CPU抗干扰措施常承受看门狗、电源监控〔掉电检测及保护〕、复位等方法。8、对于任意的极点配置，L具有唯一解的充分必要条件是被控对象完全能控。〔反响掌握规律L|zIF+GL|=β()9、香农采样定理：假设模拟信号〔包括噪声干扰在内〕频谱的最高频率为fmax，只要依据采样频率≥率≥max

进展采样，那么采样信号y*(t)就能唯一地复观y(t).105个步骤，即问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计。11所示，V11所示，Vout8D/AD=11100000〔B〕，基准参考电VREF=5V，则Vout为：〔C〕A、4.375V3.75VB、-4.375VC、3.75V D、-2、对于电动组合仪表DDZ-Ⅲ型承受的标准电动信号是：〔B〕A、DC0~10mA、DC0~20VB、DC4~20mA、DC1~5VC、DC0~10mA、DC1~5VD、DC4~20mA、DC0~20V3、某一个输入电路，其共模干扰电压Ucm=100，Ucm转换成串模干扰压为Un=10，则该电路的CMRR(常用共模抑制比)为：〔A〕A、20 B、10 C、200 D、1004、q=20mV时，量化误差为±10mV，0.990~1.009V范围内的采样值，其量化结果都是：〔D〕A、2 B、1 C、100 D、505、软件抗干扰技术包括：〔D〕①数字滤波技术、②开关量的软件抗干扰技术、③指令冗余技术、④软件陷阱A、①②③B、②③④C、①②④D、①②③④306信号调理 有源I/V变换 积分分别 模糊集合 软件陷阱10/15名词解释为了将外部开关量信号输入到计算机、必需将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的规律信号，这些功能称为信号调理。主要是利用有源器件运算放大器、电阻来实现将变送器输出的标准电流信号变换成标电压信号。在PIDe(k)较大时，取消积分作用〔PD掌握〕；当e(k)较小时才将积分作用投入〔承受PID掌握〕。在人类思维中，有很多模糊的概念，如大、小、冷、热等，都没有明确的内涵和外延的集合。就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段特地对程序出错进行处理的程序。2051、什么叫共模干扰，其抑制方法有哪些？A(4,6)0共模干扰也称共态干扰，是指模/A(4,6)02、在计算机掌握系统中，一般有哪几种地线？模拟地、数字地、安全地、系统地、沟通地五种。3、简述逐点比较法插补刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进展比较，看点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而打算下一步的进给方向。假设原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，假设原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走……如此，走一步、看一看，比较一次，打算下一步走向，以便靠近给定轨迹，即形成逐点比较插补。4、设加工其次象限直线OA，起点为O〔0，0〕，终点坐标为A〔-4，6〕，试用直线插补法在图〔2〕上做出走步轨迹图〔标明方向〕。设计题：1、数据存放方式可以承受环形队列构造来实现。设环形队列地址为40H~4FH共16个单元，用R0作队尾指示，其程序流程图如下图。程序清单如下所列。(猜可能会考的编程题目：计算机掌握)FLT30:ACALLINPUTA ;采值放入A中MOV@R0,A ;排入队尾MOVA,R0ANLMOVA,R0ANLA,#4FHMOVR0,AMOVR1,#40FMOVR2,#00HMOVR3,#00HFLT31:MOVA,@R1;建立队尾指针;初始化取一个采样值ADDA,R3 ;R2,R3中R3存本位MOVR3,ACLRA11/15ADDCA,R2 ;R2存进位MOVR2,AINCR1CJNET1,#50H,FLT31 累计完16次FLT32:SWAPA ;(R2,R3)/16XCHA,R3SWAPAADDA,#80H ANLA,#0FHADDCA,R3RET ;结果在A中2、12D/A转换接口电路并写出程序代码1、AD75438031单片机的接口设计：80310(移位存放器方式)，其TXDRXD输出的位数AD7543P1.0产生加载脉冲，由于是低电平有效，从而将AD7543A中的B中，并启动D/AAD7543的消退CLR端，以实现系统的同步。12/15AD7543128031单片机串行口工作于方式0时，其数据是由低字节至高字节串行输出的。因此，在数据输出之前必需重装配，并转变发送挨次，以适应AD7543的时序要求。如表3DBH为高字节存储单元，DBL8位存储单元。改 变 数 据 发 送 顺 序 的 程 序 如 下 ：OUTDA ： MOV A ， DBH ； 取 高 位SWAP；高4位和低4 位交换MOVDBH，AMOV A ，DBL ；取低位ANL A ，＃OFOH ；截取高4 位SWAP ；高4 位和低4 位交换ORL A ，DBH ；合成，(DBH)=D11 D10 D9 D8LCALL ASMBB ； 顺 序

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