中南大学微型计算机控制技术2014年试卷

中南大学考试试卷2013〜2014学年下学期时间100分钟2014年5月28日计算机控制技术课程48学时2学分考试形式：开卷专业年级：自动化、电气11级总分100分占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、简答题（每题6分，共30分）1、计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么特点？答：操作指导控制系统，优点：结构简单，控制灵活，安全。缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。直接数字控制系统（DDS）,优点：实时性好，可靠性高，适应性强。监督控制系统（SCC）,优点：生产过程始终处于最优工况。分散控制系统DCS），优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。现场总线控制系统（FCS）,优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。2、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。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。3、常用的数字滤波方法有哪些？分别能滤除什么类型的干扰信号？若某计算机测量系统工作性能有时不太稳定，且被测信号受现场电磁干扰影响，应对测量数据作怎样处理才能保证检测数据较为准确？答：常用的数字滤波方法有算术平均值法、中值滤波法、限幅滤波法和惯性滤波法等。算术平均值法能滤除周期性干扰信号；中值滤波法和限幅滤波法能滤除偶然性脉冲干扰信号；惯性滤波法能滤除高频及低频干扰信号。可采用限幅滤波、中值滤波和平均值滤波相结合的方法处理数据。4、RS-485串行通信总线采用什么传输方式？它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？答:RS-485串行通信总线采用的是平衡差分电路传输，区别在于RS-485为半双工工作方式，而RS-422A为全双工工作方式•且RS-422A适用于两点之间进行高速，远距离通信，而RS-485适用于多点之间进行高速，远距离通信5、什么是带死区的PID控制？有何工程意义？答:带有死区的PID控制，即人为设置控制死区e0,当偏差|e（k）|v|e0|时，△u（k）取0，控制器输出保持不变。当偏差|e（k）|>|e0|时，AuCk）以PID规律参与控制。在计算机控制系统中，某些系统为了避免控制动作过于频繁，消除由于频繁动作所引起的系统振荡和设备磨损。在一些精度要求不太高的场合，可以采用带有不灵敏区的PID控制。二、用8位A/D转换器ADC0809与PC/ISA总结工业控制机接口，采用查询方式，实现8路

模拟量采集，请画出接口电路原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序框图。(15分)三、若加工第一象限直线AB,起点A(4,0),终点B(0,4)。要求：按逐点比较法插补进行列表计算。作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数。设X和Y方向分别由两个三相步进电机驱动，而且X和Y方向的步进电机的进给分别由1个8位的输出接口控制，接口的D0、DI、D2控制X方向步进电机的A、B、C三相，接口的D4、D5、D6控制Y方向步进电机的A、B、C三相。X和Y的通电字表(16进制)如下，1表示对应的相通电，0表示对应的相断电。如果加工上述直线AB,表的初始位置X在

XTABLE+5,Y在YTABLE+1,正方向的进给按增址方向，负方向的进给按减址方向，问上述直线插补完成，X和Y方向通电字表的位置？步进电机是什么工作运行方式？（15分）X方向通电字表Y方向通电字表XTABLE+001YTABLE+010XTABLE+103YTABLE+130XTABLE+202YTABLE+220XTABLE+306YTABLE+360XTABLE+404YTABLE+440XTABLE+505YTABLE+550四、某液位测量系统检测范围［0，1000mm］,液位变送器输出信号为［1，5V］，用12位A/D转换器进行采样。该A/D转换模板的输入量程可设定为［-10V,+10V］，［-5V,+5V］，［-2.5V,+2.5V］，［0,2.5V］,［0,5V］,［0,10V］或［0,20V］，应如何选择A/D转换器的输入量程才会有较高的测量精度？计算该量程下的实际分辨率是多少（精确到0.0001mm/bit）?若A/D转换的结果为0400H,对应的液位高度是多少（精确到1mm）?（10分）解：（1）由于变送器输出信号为［1,5V］,因此选择A/D转换模板的输入量程为［0,5V］时测量精度较高。（2分）实际分辨率计算(4分)：九实际分辨率计算(4分)：九=Xmax-Xmin二咖—0二0.3053N-N4095-819maxmin液位高度计算(4分)：y-yy—maxmin(X—N)+yN-Nminmaxmin—63(mm)[mm/bit]min船(1024-819)+0五、已知被控对象的状态方程和输出方程为：1212X(k)+u(k)y(k)—【0l]x(k)试用极点配置方法设计状态反馈控制规律L,将其极点配置到zi——0.2,z2—0.3,并求u（k）。（10分）解：（1）系统能控性检验（2分）rank【GFG］—rank—2_24_矩阵满秩，系统完全能控，能进行任意极点配置，且有唯一解。（2）求增益矩阵L（6分）：11、zI-F+GLz-1zI-F+GLz-121iz+2/-22=z2-(3-2/)Z+21-21+22120(z)=(z一0.3)(z+0.2)=z2-0.1z一0.06令a(z)=0(z)，比较等式两边同次幕系数得11=0.42,〈=145(2)写出“⑷表达式(2分)：u(k)=-Lx(k)=—[o.421.45]x(k)或u(k)=-0.42x(k)-1.45x(k)12六、在题六图所示计算机串级控制系统中，已知采样周期为厂，且有六、在题六图所示计算机串级控制系统中，已知采样周期为厂，且有0.6一0.4z-1+0.05z-20.5一0.3z-1D(z)=，D(z)=11-z-121-z-1试写出计算机串级控制算法。(10分)题六图解：1、计算主回路偏差e(k)=r(k)-y(k)1112、计算主回路控制器D(z)的输出1u(k)=u(k-1)+0.6e(k)-0.4e(k-1)+0.05e(k-2)111113、计算副回路偏差e(k)=u(k)-y(k)2124、计算主回路控制器D(z)的输出2u(k)=u(k一1)+0.5e(k)一0.3e(k一1)2222七、已知被控对象的脉冲传递函数为3.78z-1(1+0.51z-1)(1-z-1)(1-0.14z-1)采样周期T=Is,要求:1、针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的控制器D(z)；(结果保留两位小数)解2、计算输出响应尹(Q,误差e(Q序列，画出它们对时间变化的波形。(10分)解)+bz-11①(z)=(1-z-1)2()+bz-11①(z)=z-1G+0.51z-J©0解得

a=0.4502一a=0.4502一a=b002a一1=0.51b+b=2b=1.55001a=-0.51b011①(z)=(1-z-1)2U+0.45z-J①(z)=z-1G+0.51z-i)G.55-0.89z-J数字控制器脉冲传递函数为①(z)z-1G+0.51z-1)C.55-0.89z-JD(z)==G(z叱(z)3・788-1(1+0・51z-1)(1-z-1)2G+0.45z-J(1-z-1)(1-0.14z-1)(1.55-0.89z-1)(1-0.14z-1)=3.78(1-z-1)(1+0.4