盐城工学院计算机控制原理

一、填空1、计算机控制系统的控制过程可归纳为以下3个步骤：实时数据采集、实时决策、实时控制2、总线按功能的分类：地址总线（AB）传送地址信息、数据总线（DB）传送数据信息、控制总线（CB）传送控制信号3、端口地址编址方式：统一编址、独立编址（8086既能统一又能独立、51只能统一编址）4、地址译码方法：固定地址译码、开关选择译码5、模拟量输入通道：模拟信号一二进制数字信号（过程：采样、量化）6、数字量输出诵道组成：输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路7、A/D转换三个方法：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法8、10位A/D转换器，满量程为5V，数字量是3FE_H9、由于计算机只能进行数字量输出，若输入为模拟量，则进行：模/数转换10、CD4051是八路转换开关11、S平面虚轴映射到Z平面上是：单位圆（左内部稳定，右外部不稳定）12、数字控制器设计方法：连续化设计方法（间接）、离散化设计方法（直接）13、控制系统的分类（三大类）：按数控系统功能水平分类（经济型、普及型、高档型数控系统）、按控制对象的运动轨迹分类（点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制）、按对伺服机构的控制方式分类（闭环、开环数字程序控制）14、香农定理（条件）：如果随时间变化的模拟信号的最高频率为Wmax，只要按照采样频率Ws三2Wmax进行采样，那么取出的样品系列f1*（t）,f2*（t）...就足以代表（或恢复）f（t）15、Z变换的方法：级数求和法、部分分式法、留数计算法16、三相步进电机几种工作方式：单三拍工作方式、双三拍工作方式、三相六拍工作方式17、离散系统稳定性：朱利判据（特征方程、结构图）3计算机控制系统是由哪几部分组成的？请画出计算机控制系统的组成框图。答：计算机控制系统主要由硬件和软件两部分组成：硬件组成包括：主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构（测量变送单元、执行机构）、被控对象。软件组成包括：系统软件、应用软件（过程监视程序、过程控制计算程序、公共服务程序）L卄口IBI1-3讣算机用制命扯屮成柿用L卄口IBI1-3讣算机用制命扯屮成柿用I通用外那设薛;I血绘押枠剖損打;外那通通1计算机控制系统中的总线按功能可分为哪几类？其作用分别是什么？解：按总线的功能分类有：地址总线；数据总线；控制总线。（1）地址总线（AB）用来传送地址信息；数据总线(DB)用来传送数据信息；控制总线(CB)用来传送各种控制信号。2-2I/O端口地址译码方式通常有哪几种？解：从寻址方式上看，地址译码方法基本可以分为线选法、全译码法和部分译码法。线选法：除了存储器、输入输出设备需要的片内地址信号外，其它地址信号直接控制存储器或输入输出设备。(线选法会造成地址重叠，且各芯片地址不连续，因此软件上必须保证这些片选每次寻址只能有一个部件有效。)全译码法：除了存储器、输入输出设备需要的片内地址信号外，其它地址信号全部参加译码。(全译码的优点是每个芯片的地址范围是唯一确定，而且各片之间是连续的；缺点是译码电路比较复杂。)部分译码：除了存储器、输入输出设备需要的地址信号外，其它地址信号未全部参加译码。(部分译码较全译码简单，但存在地址重叠区。)I/O端口译码方法：固定地址译码、开关选择译码2-3设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90H~93H、94H~97H、98H~9BH、9CH~9FH，采用74LS138作译码器，试设计接口地址译码电路。解：其中8255(1)的地址：10010000—10010011；其中8255(2)的地址：10010100—10010111；其中8255(3)的地址：10011000—10011011；其中8255(4)的地址：10011100—10011111°(A0Al用于片内寻址(端口地址)，低位地2-4数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？解：数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。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。其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题2-8请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图，并分别说明各元器件的作用。答：(1)无源I/V变换电路：。图中R2为精密电阻，通过此电阻可将电流信号转换为电压信号

(2)有源I/V变换电路：利用同相放大电路，把电阻R1上的输入电压变成标准输出电压。2-9采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。答：采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。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；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。2-122-12秋样/理持器的I『艸闻Emqq儿;土期的f"常用的采样/保持黠常用的采样/保持鼎奴成电路有恋*ADSBJi、:t'无稗傑持器的厂件:啤肆琉样/保苛器主嗨向權拟幵蛙.保持电容f：翩耀冲放尢器粗直，in图］l却听示曲保持器冇漱枠和保持两种「-作狀番艸挖制烷碍为低电平时；仁杵状丟)MF瓷百間合*・A儁砖通过电阻用向电容町快連充电■辑出电IE感拘精人信号变化=当控*1信号'h庸电押(保持狀姦人开关S断幵*由于电舂€此时无拠11卜|蹄.存理恿悄况卜■出配JE的值等于电容住土的电隹值-在滚样期问，不剧助A/D转換謬・一旦迸人*WI■■立甲启功A/D转找沐从向玄沖VD换的模抱输人电压粗泄+摄薦\/D转换的帝酸5求下列函数的z反变换：10zF(z)=(z-1)(z-2)解:g=垃二皿+型z(z-1)(z-2)(z-1)(z-2)zzF(z)=-10(z-1)+10(z-2)f(kT)=-10+10・2k1数字控制器的连续化设计步骤是什么？2222解：1)设计假想的模拟控制器D(s)。正确地选择采样周期T。将D(s)离散化为D(z)。求出与D(s)对应的差分方程，即控制算法。根据差分方程编制相应程序。c+5VU(s)T1s+1，试用双线性变换法、前向差分法、后向差c+5V4-2某系统的连续控制器设计为D(s)==」分法分别求取对应的数字控制器)(z)，并给出对应的控制算法。解：(1)双线性变换法：把sD(z)=D(z)分别求取对应的数字控制器)(z)，并给出对应的控制算法。解：(1)双线性变换法：把sD(z)=D(z)l2z-1=s=-Tz+12-Z-1代入,Tz+12z-11+廿T•T+T1+T2’(T+2T])z+T-2珀(T+2T2)z+T-2T2u(k)=T+2Tie(k)+T_2T1e(k-1)-T+2T(2)前向差分法：把sT+2T24代入，则TT-2T2u(k-1)T+2T2D(z)=D(s)l1+T1sz-11+T4T1z+T_T11T=U(z)_TU(z)_T+(T-T)z-iE(z)=T+(T-T)z-12T2d代入，则Tzs=T1+T2su(k)=ZLe(k)-T_耳e(k-1)+T-T2u(k-1)TT2D(z)=D(s)l1+Tz-D(z)=D(s)l1+Tz-11z-1s=TzU(z)_T+T-Tz-1E(z)=T+T-Tz-12u(k)=T+T1e(k)-T1T+TT+T1+T2s1+T2Tz=Tiz+及-TiT2z+Tz-T2Tze(k-1)+_T+TT2u(k-1)4-4在PID调节器中系数KP、KI、KD各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？解：在PID调节器中，KP为比例系数，加大KP可使系统的动作灵敏，响应加快；若系统存在偏差，增大Kp可以减小偏差，提咼稳态精度；若Kp过大，则系统振荡加强，动态性能变差。比例控制作用能迅速反应误差，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，且Kp的过度加大，会引起系统的不稳定。积分控制主要用于消除静差，提咼系统的无差度。只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累，输出控制量可以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，但积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。微分环节能反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，加快系统的动态响应速度，减小调整时间，同时可以减小超调量，克服振荡，使系统的平稳性提咼，从而改善系统的动态性能。4-6已知模拟调节器的传递函数为D(s)=U(s)=1+0.17sD(s)=E(s)_1+0.085s试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算法，设采用周期T=0.2s。解：D(s)=U(s)=1+017s1+0.085s则U(s)+0.085SU(s)=E(s)+0.17SE(s)u()+0.08如=e()+0.17凶dtdtu(k)+0.085u(k)_u(k-1)=e(k)+0.17e()-e(-1)把T=0.2S代入得1.425u(k)-0.425u(k-1)=1.85e(k)-0.85e(k-1)位置型算式u(k)=1.3e(k)-0.6e(k-1)+0.2982u(k-1)增量型算式Au(k)=u(k)-u(k一1)=1.3e(k)-0.6e(k-1)-0.7018u(k-1)4-9数字控制器的离散化设计法的步骤是什么？)答：(1)根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需要的闭环脉冲传递函数①Z)。求广义对象的脉冲传递函数G(z)。由①(z)和G(z)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。1什么是数字程序控制？数字程序控制有哪几种方式？答：所谓数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的自动控制。(1)按数控系统功能水平分类：经济型数控系统、普及型数控系统、咼档型数控系统；（2）按控制对象的运动轨迹分类：点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制；（3）按对伺服机构的控制方式分类：闭环数字程序控制、开环数字程序控制；5-2什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各有哪几个步骤？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行比较，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，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果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，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。直线插补计算：偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断；圆弧插补计算：偏差判别、坐标进给、偏差计算、坐标计算、终点判断；5-4三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。答：单相三拍（单三拍）：通电顺序：A-〉B-〉C-〉A...aiir~lI—1_B41I“nr~L双相三拍（双三拍）：通电顺序：AB-〉BC-〉CA-〉AB...“LILIl_lLII_J~~LJ~~U~~U~~LF三相六拍：通电顺序：A-〉AB-〉B-〉BC-〉C-〉CA-〉A...7-3什么是数字滤波？数字滤波和模拟滤波相比有何特点？答：所谓数字滤波，就是通过一定的计算程序减少干扰信号在有用的信号中的比重。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优点：（1）由于数字滤波是用程序实现的，因而不需要增加硬件设备，很容易实现。同时，多个输入通道还可以共用一个滤波程序。（2）由于数字滤波不需要硬件设备，因而可靠性高、稳定性好，各回路之间不存在阻抗匹配等问题。3）数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。

通过改写数字滤波程序，可以实