【正文】 制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測及處理。 、在線方式和離線方式的含義是什么？ (1)實(shí)時：所謂“實(shí)時”，是指信號的輸入、計(jì)算和輸出都是在一定時間范圍內(nèi)完成的，即計(jì)算機(jī)對輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在一定的時間內(nèi)作出反應(yīng)并進(jìn)行控制，超出了這個時間就會失去控制時機(jī)，控制也就失去了意義。因?yàn)檫@是系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要保障。計(jì)算機(jī)中兩種方法：一是改變偏差的公式實(shí)現(xiàn)，二是在 PID 運(yùn)算之后，先將結(jié)果求補(bǔ)，再送到 D/A 轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換，進(jìn)而輸出。位置型計(jì)算繁瑣，保存 E占用很多內(nèi)存，控制不方便。 在數(shù)字 PID 中，采樣周期是如何確定的？它與哪些因素有關(guān)？對調(diào)節(jié)品質(zhì)有何影響？ 一種是計(jì)算法，一種是經(jīng)驗(yàn)法。為消除這一現(xiàn)象，積分分離法在控制量開始跟蹤時，取消積分作用，直到被跳量 接近給定值時，才產(chǎn)生積分作用。系數(shù) Kd 為微分常數(shù)， kd越大，微分作用越強(qiáng)。 八章 1.、在 PID 調(diào)節(jié)中，系數(shù) K,??等各有什么作用？他們對調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？ 系數(shù) Kp 為比例系數(shù)，提高系數(shù) Kp 可以減小偏差，但永遠(yuǎn)不會使偏差減小到零，而且無止境的提高系數(shù) Kp 最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 太大，會使系統(tǒng)誤差增大；太小，使計(jì)算機(jī)采樣效率降低。只要按一定規(guī)律改變通斷電時間，電機(jī)轉(zhuǎn)速即可得到控制。 固態(tài)繼電器控制和繼電器控制有什么區(qū)別？ 在繼電器控制中，采用電磁吸合的方式，而固態(tài)繼電器是帶光電隔離的無觸點(diǎn)開關(guān)。 軟件報(bào)警：將參數(shù)經(jīng)傳感器、變送器、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器送到計(jì)算機(jī)，再與規(guī)定的上下限比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行處理。硬件譯碼既能節(jié)省計(jì)算機(jī)的時間，而且程序設(shè)計(jì)簡單。動態(tài)顯示利用人的視覺暫留產(chǎn)生，優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低，線路簡單?？梢圆捎迷O(shè)置上下檔開關(guān)的措施來構(gòu)成復(fù)用鍵。 編碼鍵盤和非編碼鍵盤有什么區(qū)別？在接口電路和軟 件設(shè)計(jì)的區(qū)別？ 編碼鍵盤能自動識別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，以并行或串行方式發(fā)送給 CPU。 保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。 二章 采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響。 )()()()1(1)()()(211sEssUsUsTsTssEsUzD?????（ 3 分） 化成微分方程形式得 )()()( ...1 tetutuT ?? 進(jìn)一步可得 )()1()()2()1(2)( 21 keT kukuT kukukuT ???????? （ 3 分） 可得差分方程為： 控制信號 IN OUTT AS A1 A2 CH )(1 1)2(1)1(1 21)()2()1(2)(11111121111keTkuTTkuTTkeTT TkuTT TkuTT TTku??????????????????（ 2 分） 3 試判斷控制器 )())()(()( 11 111 ?? ??? ? ???? zz zzzzD的物理可實(shí)現(xiàn)性。 圖 1 采樣保持電路 模擬開關(guān) AS 閉合時，進(jìn)入采樣狀態(tài)（ 跟蹤），由于 A1 輸出阻抗小， A1 輸出端快速給電容HC 充電，輸出跟隨輸入變化。 1）擴(kuò)大計(jì)算機(jī)運(yùn)算的字長，提高計(jì)算精度。 隨著集成電路的發(fā)展，多種功能的顯示器件出世， ( 鎖存器、譯碼器、驅(qū)動器、顯示器四位一體 ) 靜態(tài)顯示得到廣泛應(yīng)用。 廣泛應(yīng)用在工業(yè)過程控制中。 演示 使用硬件少，因而價(jià)格低。 微型機(jī)定時地對顯示器件掃描。 當(dāng)?shù)谝淮螜z測到有鍵按下時，先用軟件延時 （ 10ms～ 20ms），而后 再確認(rèn)該鍵電平是否仍維持 閉合狀態(tài)電平。 只要選擇好時間常數(shù)，就能在按鍵抖動信號 通過此濾波電路時，消除抖動的影響。 可以從硬件及軟 件兩方面排除抖動的影響解決。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題答案及相關(guān)復(fù)習(xí)題（潘新民第二版） 的特點(diǎn) (1)可靠性高 (2)編程容易 (3)組合靈活 (4)輸入／輸出功能模塊齊全 (5)安裝方便 (6)運(yùn)行速度快 2．按鍵防抖動技術(shù) 對于采用機(jī)械彈性開關(guān)的鍵盤 : (1)由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動。 （ 1）硬件防抖技術(shù) ① 濾波防抖電路 濾波防抖電路圖，如圖 3 2 所示 。若保持閉合狀態(tài)電平；則確認(rèn)此 鍵確已按下，從而消除了抖動的影響。 采用硬件防抖 : 費(fèi)機(jī)時。 在以工業(yè)控制為主的微型機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用較少。 1 試簡述什么是最少拍系統(tǒng)？ 所謂最少拍系統(tǒng)是指對典型輸入如單位階躍、單位速度或單位加速度輸入具有最快響應(yīng)，且系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為 ，通常把一個采樣周期稱為一拍。（ 3 分） 2）當(dāng)積分項(xiàng) ??)(keTTKIp時，積分項(xiàng)單獨(dú)累加，直到產(chǎn)生溢出。（ 4 分）模擬開關(guān) AS 斷開時，進(jìn)入保持狀態(tài)，由于 A2 輸入阻抗大，輸入電流幾乎為 0，保證輸出端的電壓值不變。 1 )(???? ???? z zzzzD，分子中包含正次冪，物理上不可實(shí)現(xiàn) .（ 5 分） 四、設(shè)計(jì)題 1 已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為： s ssD )( ?? ，現(xiàn)用數(shù)字 PID 算法來實(shí)現(xiàn)它，試分別寫出其相應(yīng)的位置型和增量型 PID 算法輸出表達(dá)式， T=1s。 采樣保持器的作用： A/D 轉(zhuǎn)換器完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換總需要一定的時間。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(shù)也小，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好， 但跟隨特性差。它使用方便，接口簡單，響應(yīng)速度快，但需要專門的硬件電路。 什么叫重建？計(jì)算機(jī)如何處理重鍵？ 一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果，這叫做重鍵。但占用的機(jī)時長。 1薄膜式開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)？ 色彩亮麗；文字說明一目了然；形意圖案使用方便；鍵體美觀；透明視窗。 實(shí)際上硬件報(bào)警是在軟件報(bào)警基礎(chǔ)上的簡化，即將警報(bào)信號提前至傳感器那一步驟，而不是需要送到計(jì)算機(jī)比較后才得出。 說明 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理？ 通過改變電機(jī)電樞電壓接通時間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機(jī)速度。 七章 數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么優(yōu)點(diǎn)？ 無需增加任何硬件設(shè)備；系統(tǒng)可靠性 高；多通道共享，降低成本；對頻率很低的信號進(jìn)行濾波；使用靈活，方便。 算術(shù)濾波、加權(quán)濾波、滑動濾波的區(qū)別是什么 ? 算術(shù)濾波實(shí)際上是求取采樣值的平均值；加權(quán)濾波則是在加權(quán)的基礎(chǔ)上求取平均值；滑動濾波則是每采一個新數(shù)據(jù)，計(jì)算一個新的平均值。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小超調(diào)，克服震蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。而變速積分則是改變積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏差大小相對應(yīng)，偏差大時，積分作用弱，偏差小時，積分作用增強(qiáng)。因素：擾動頻率的高低；對象的動態(tài)特性；執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型；控制回路數(shù)；控制質(zhì)量。增量型誤動作小，易于實(shí)現(xiàn)手動 /自動的無擾動切換，不產(chǎn)生積分失控。 積分飽和現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的 ？如何消除？ 是由于積分項(xiàng)不斷累加引起的。 （ 12 分）畫出主要接線圖即可得分 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述 習(xí)題及參考答案 ? 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟： (1)實(shí)時數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時值進(jìn)行檢測，并輸入給計(jì)算機(jī)。 (2)“在線”方式：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，如果生產(chǎn)過程設(shè)備直接與計(jì)算機(jī)連接，生產(chǎn)過程直接受計(jì)算機(jī)的控制，就叫做“聯(lián)機(jī)”方式或“在線”方式。主機(jī)的主要功能是控制整個生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算 (如調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)算、最優(yōu)化計(jì)算等 )和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出控制決策；對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督，使之處 于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進(jìn)行預(yù)測和報(bào)警；編制生產(chǎn)技術(shù)報(bào)告，打印制表等等。過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。 ：要控制生產(chǎn)過程，必須有 執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)微機(jī)輸出的控制信號，改變輸出的角位移或直線位移，并通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程符合預(yù)定的要求。 軟件是指能夠完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。對用戶來說，系統(tǒng)軟件只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具，是不需要自己設(shè)計(jì)的。 (3)數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用于資料管理、存檔和檢索，相應(yīng)軟件設(shè)計(jì)指如何建立數(shù)據(jù)庫以及如何查詢、顯示、調(diào)用和修改數(shù)據(jù)等。 圖 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)原理框圖 (2)直接數(shù)字控制系統(tǒng) (DDC 系統(tǒng) )： DDC(Direct Digital Control)系統(tǒng)就是通過檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，再進(jìn)行控制運(yùn)算， 然后通過輸出通道控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到預(yù)定的要求。 SCC 系統(tǒng)的 原理框圖如圖 所示。 第二章 輸入輸出過程通道 習(xí)題及參考答案 ？過程通道有哪些分類？ 過程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、輸出口地 址譯碼電路等組成。 采用 RS 觸發(fā)器的硬件消抖電路，主要是利用 RS 觸發(fā)器的保持功能實(shí)現(xiàn)消抖。 圖 光電耦合器電路圖 ？各部分的作用是什么？ 模擬量輸入通道一般由 I/V 變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯電路組成。在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽命長、工作可靠。這樣，就需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。 ？根據(jù)該信號在 I/O 控制中的連接方式， A/D 轉(zhuǎn)換有幾種控制方式？它們在接口電路和程序設(shè)計(jì)上有什么特點(diǎn)？ A/D 轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號的作用是用以判斷本次 AD 轉(zhuǎn)換是否完成。 ?查詢法 : EOC 可以和任意 I/O 口連接，程序設(shè)計(jì)時，反復(fù)判斷 EOC 是否有效，直至 EOC有效時，取數(shù)據(jù)。 本例給出用 803 DAC0809 設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例。 (1)D/A 轉(zhuǎn)換器：模擬量輸出通道的核心是數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (Digital/Analog Converter,簡稱 D/A轉(zhuǎn)換器或 DAC)。許多標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般是采用 0～ 10mA 或 4～20mA 的電流信號驅(qū)動的。 設(shè)計(jì)一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng)。 ？它由哪幾部分組成？ 微機(jī)順序控制方式是指以預(yù)先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好 的動作次序順序地進(jìn)行工作。 (1)輸入裝置：一般指微機(jī)的輸入設(shè)備，如鍵盤。若為 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，則由位置檢測裝置輸出的反饋信息也送入微機(jī)進(jìn)行處理。其功能是將輸出裝置發(fā)出的進(jìn)給脈沖轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)機(jī)械相應(yīng)部件的機(jī)械位移 (線位移、角位移 )運(yùn)動。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是以階梯折線來逼近給定直線或圓弧曲線，最大逼近誤差不超過數(shù)控系統(tǒng)的一個脈沖當(dāng)量（每走一步的距離，即步長）。 解 ： 由 題意 可 知 xe=4,ye=6， F0=0， 我 們 設(shè) 置一 個 總 的計(jì) 數(shù) 器 Nxy, 其初值應(yīng)為Nxy=|60|+|40|=10，則插補(bǔ)計(jì)算過程如表 3— 1 所示。 解：插補(bǔ)計(jì)算過程如表 3— 2 所示。 有三種工作方式： （ 1）三相單三拍工作方式 各相的通電順序?yàn)?A→ B→ C,各相通電的電壓波形如圖 所示。 圖 8. 采用三相六拍方式控制 X 軸走向步進(jìn)電機(jī)。 ? ? sT sTsD 2111??? 試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別 求取數(shù)字控制器 D(Z)。在被調(diào)量的偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，因而能保持靜差為零。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的相應(yīng)速 度，減小超調(diào)，克服振蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。所以實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是其增量時，可以采用增量型 PID 算法。 (3)采用增量型算法時所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會對生產(chǎn)造成惡劣影響。 (2)從快速性和抗擾性方面考慮，希望采樣周期盡量短，這樣給定值的改變可以迅速地通過采樣得到反映，而不致產(chǎn)生過大的延時。 、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID 參數(shù)的步驟。此時的比例度為臨界比例度，記作 ss K1??。 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID 參數(shù)的步驟： (1)斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(tài)。 (4)由τ、 Tc、 Tc/τ值，查表，求出數(shù)字控制器的 T、 Kp、 Ti 和 Td。 (2)求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) G(z)。 (1)最少拍控制器 可以寫出系統(tǒng)的廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) ? ? ? ? ? ?? ? 21 11232 z12 z1zT1111 ? ?? ? ???????? ?????????? ??? sessezG Ts T sc ZΖ 將