【正文】 完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換總需要一定的時間。 (4)A/D 轉(zhuǎn)換器：模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱為之模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog/Digital Converter，簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或 ADC)。 (2)多路轉(zhuǎn)換器：用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。 光電耦合器由封裝在一個管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組 成，如圖 所示。 。 ？各部分的作用是什么？ 數(shù)字量過程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。 ？ 大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計算機的可靠性和性能價格比，從而使計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。其原理框圖如圖 所示。計算機根據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過程參數(shù)進行處理，計算出各控制量應(yīng)有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計算機就起到了操作指導(dǎo)的作用。 (2)應(yīng)用軟件 :它是面向用戶本身的程序，即指由用戶根據(jù)要解決的實際問題而編寫的各種程序。就功能來分，軟件可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫。常用的執(zhí)行機構(gòu)有電動、液動和氣動等控制形式，也有的采用馬達、步進電機及可控硅元件等進行控制。其中操作 臺應(yīng)具備顯示功能，即根據(jù)操作人員的要求，能立即顯示所要求的內(nèi)容；還應(yīng)有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺還要保證即使操作錯誤也不會造成惡劣后果，即應(yīng)有保護功能。過程輸入通道把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機可以接收的數(shù)字代碼。 ？各部分的作用是什么？ 由四部分組成。 (3)實時控制：根 據(jù)決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。 是否需要添加手動后援，為什么？ 需要。 在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，正、反作用如何判定？在計算機中如何實現(xiàn)？ 輸出量與被測量變化一致則為正，否之為反。 位置型 PID 和增量型 PID 有什么區(qū)別？他們各有什么優(yōu)缺點？ 位置型需要歷次的偏差信號，而增量型只需一個增量信號即可。積分分離對積分項采取“開關(guān)”控制，而變速積分則是線性控制。 在常規(guī) PID 調(diào)節(jié)中，由于系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)線性范圍受到限制，當偏差較大時，會產(chǎn)生很大的超調(diào)量，使系統(tǒng)不停的震蕩。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。 為什么采用量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)？ 因為這樣能使 A/D 轉(zhuǎn)換器滿量程信號達到均一化，因而大大提高測量精度。 Y 如何確定，其值越大越好嗎？ 可根據(jù)經(jīng)驗獲得，必要時由實驗得出。在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度降低。總之，有耦合、隔離和開關(guān)的作用。例子自己想 說明硬件報警和軟件報警的實現(xiàn)方法，并比較其優(yōu)缺點？ 硬件報警：報警要求不通過程序比較得到，直接由傳感器產(chǎn)生。 硬件譯碼和軟件譯碼各有何優(yōu)缺點？ 軟件譯碼優(yōu)點是電路簡單，但顯示速度有所下降。 多位 LED 顯示器顯示方法有幾種？它們各有什么特點？ 常用的顯示方法有兩種：一種為動態(tài)顯示，一種為靜態(tài)顯示。 在計算機控制系統(tǒng)中，為什么有時采用復(fù)用鍵？復(fù)用鍵是如何實現(xiàn)的？ 為了節(jié)省按鍵的數(shù)量，所以采用復(fù)用鍵。 三章 鍵盤為什么防止抖動 ?在計算機控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)防抖？ 為了使 CPU 對一次按鍵動作只確認一次，從而保證系統(tǒng)正常工作，所以必須防止抖動？硬件防抖有濾波防抖電路和雙穩(wěn)態(tài)防抖電路，還可以采用軟件防抖法，即軟件延遲。這樣，就需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。 解：根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差為零的條件： )()1()(1 31 zFzz ????? （ 2 分） 根據(jù)穩(wěn)定條件： )()1()(1 21 zFzz ????? )()()( 111 zFzzz ?? ??? （ 4 分） 綜合得： ??? ??? ???????)()1()( )()1()(1 411 21zFzzz zFzz 設(shè) 12 ( ) 1F z az??? ， bzF ?)(1 ，則： )()( 11 ?? ??? zbzz )1)(1()(1 11 ?? ????? azzz 也就是 2121 )1( ???? ?????? zzabzbz 比較等式兩邊的系數(shù)，得： ??? ??? ab 1 解得： ??? ?? 得 )()( 11 ?? ??? zzz （ 4 分） 故： ))(())(()(1 )(.)(1)( 11 11 ?? ?? ?? ??????? zz zzzzzGzD ... 1)()().()( 4321111 ?????????? ??????? zzzzzzzzRzzY （ 3 分） 1 Y(n) n 1 2 3 4 5 （ 2 分） 五、利用 ADC0809 和 AT89S52 單片機設(shè)計一個 A/D 轉(zhuǎn)換電路，使他能對 8 個通道的模擬量（ 0~5V）進行采集，采 用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。在某一時刻計算機采樣并經(jīng)過數(shù)字濾波后的數(shù)字量為 24H，求此時對應(yīng)的溫度值是多少？（設(shè)儀表的量程是線性的） 已知 A0=0℃ ,Am=100℃ , Nx=24H=(36)D, （ 4 分 ） Nm=0FFH=(255)D，所以此時溫度為： )0100(0)( 00 ???????? mxm NNAAAA （ 4 分） 2 用差分變換法求模擬調(diào)節(jié)器 11)(1 ?? sTsD 的差分方程。（ 3 分） 4 下圖所示為采樣保持電路，試簡述其工作原理。 3 試簡述如何防止積分整量化誤差。 ② 特點 占用機時少，顯示可靠， ③ 應(yīng)用 ③ 應(yīng)用 ② 特點 （ 1）動態(tài)顯示 ① 作法 采用硬件防抖 : N 個鍵就必須配有 N 個防抖電路。 （ 2）軟件防抖方法 抖動過程的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 10～ 20ms。 (2)其波形如 圖 31 所示。 利用 RC 積分電路對于干擾脈沖的吸收作用。 ② 雙穩(wěn)態(tài)防抖電路 用兩個與非門構(gòu)成一個 RS 觸發(fā)器 即形成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。 (3) 兩種方法的比較 數(shù)碼管的顯示方法 在微型機控制系統(tǒng)中， 常用的兩種顯示方法 : 動態(tài)顯示 靜態(tài)顯示。 顯 示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示。 占用機時長，只要掃描程序停止，顯示即刻停止。 (2) 靜態(tài)顯示 ① 作法 由微型機一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果， 直到下次送新的顯示模型為止。 使用元件多，且線路比 較復(fù)雜。（ 6 分） 2 試簡述位置式 PID 和增量式 PID 適用對象 . 若執(zhí)行結(jié)構(gòu)不帶積分部件，其位置和計算機輸出的數(shù)字量一一對應(yīng)時，則要采用位置式 PID控制算法（ 3 分）；若執(zhí)行 結(jié)構(gòu)帶積分部件，則可選用增量式 PID 控制算法（ 3 分）。將溢出值作為積分項的偏差值去進行運算，余數(shù)仍保留下來，作為下一步累加的基數(shù)值。（ 5 分） 三、計算分析題 1 某溫度測量儀表的量程為 0~100℃，利用 51 系列單片機和 ADC0809 進行 AD 轉(zhuǎn)換。 解： sssE sUsD )( )()( ???（ 2 分） )()()( ssEsEssU ?? 兩邊進行拉氏逆變換： )()()( .. tetetu ?? )()()( .. kekeku ?? （ 3 分） T kukuku )1()()(. ??? ， T kekeke )1()()(. ??? )()()()( 13231 ????? kekekuku （ 2 分） )()()()( 13231 ????? kekekuku （ 2 分） 2 已 知 某 系 統(tǒng) 廣 義 被 控 對 象 的 脈 沖 傳 遞 函 數(shù) 為)0 1 8 )()(1( ))(()( 111111????????? ??? zzz zzzzG ，試針對單位階躍輸入，設(shè)計最少拍有波紋數(shù)字控制器 )(zD ，并寫出系統(tǒng)的輸出響應(yīng) )(zY 并繪制輸出響應(yīng)曲線。在進行 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。 在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器？為什么？ 不是，對于輸入信號變化很慢，如溫度信號；或者 A/D 轉(zhuǎn)換時間較快，使得在 A/D 轉(zhuǎn)換期間輸入信號變化很小，在允許的 A/D 轉(zhuǎn)換精度內(nèi)，就不必再選用采樣保持器。非編碼鍵盤通過軟件來確定按鍵并計算鍵值。為排除重鍵的影響，編制程序時，可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束，等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能。靜態(tài)顯示占用機時少，顯示可靠，但是使用元件多，線路復(fù)雜。 四章 工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的 報警方式有幾種？舉例說明各自的應(yīng)用場合？ 有聲、光、語言報警方式。 光電隔離器有什么作用？ 將被控系統(tǒng)與微型計算機控制系統(tǒng)通過光電效應(yīng)連成系統(tǒng)，實現(xiàn)控制；并且可以屏蔽電 磁干擾等一些不利因素，提高控制精度。這種方法成為 PWM。 常用的數(shù)字濾波方法？ 程序判斷濾波、算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動平均值濾波、 RC 低通數(shù)字濾波、復(fù)合數(shù)字濾波。 標度轉(zhuǎn)換在工程上有什 么意義？ 標度變換將數(shù)字量變成人們熟悉的十進制工程量，便于操作人員對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和管理。系數(shù) Ki 為積分常數(shù)， Ki 越大積分作用越弱，積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點是，只要被調(diào)量存 在誤差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，直到偏差為零。 在 PID 調(diào)節(jié)其中，積分項有什么作用？常規(guī) PID，積分分離與變速積分 3 中算法有什么區(qū)別和聯(lián)系？ 積分項用于消除靜差。變速積分和積分分離的控制方法很類似，但調(diào)節(jié)方式不同。 T 太小，偏差信號也過小，計算機會失去調(diào)節(jié)作用； T 過大，會引起誤差。但是缺點在于積分截斷效應(yīng)大，溢出影響大。消除方法有遇限削積分法，有效偏差法等。 (2)實時決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。 (3)“離線”方式：若生產(chǎn)過程設(shè)備不直接與計算機相連接，其工作 不直接受計算機的控制，而是通過中間記錄介質(zhì)，靠人進行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式，則叫做“脫機”方式或“離線”方式。 (2)輸入輸出通道：這是微機和生產(chǎn)對象之間進行信息交換的橋梁和紐帶。 (3)外部設(shè)備：這是實現(xiàn)微機和外界進行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包括人機聯(lián)系設(shè)備 (操作臺 )、輸入輸出設(shè)備 (磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機、顯示終端等 )和外存貯器 (磁盤 )。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，微機根據(jù)溫度的誤差計算出相應(yīng)的控制量，輸出給執(zhí)行機構(gòu) (調(diào)節(jié)閥 )來控制進入加熱爐的煤氣 (或油 )量以實現(xiàn)預(yù)期的溫度值。整個計 算機系統(tǒng)的動作，都是在軟件的指揮下協(xié)調(diào)進行的，因此說軟件是微機系統(tǒng)的中樞神經(jīng)。 系統(tǒng)軟件包括： ：即為管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等； ：指的是調(diào)節(jié)程序及故障診斷程序； ：包括各種程序設(shè)計語言、語言處理程序 (編譯程序 )、服務(wù)程序 (裝配程序和編輯程序 )、模擬主系統(tǒng) (系統(tǒng)模擬、仿 真、移植軟件 )、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等； ：指文字翻譯、企業(yè)管理等。 ？ 微機控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動控制系統(tǒng)相比，具有如下特點： ，改動方便 ，抑制擾動能力強，能實現(xiàn)最優(yōu)控制 ，控制效率高 ，進一步提高自動化程度 、 DDC 和 SCC 系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？ (1)操作指導(dǎo) 控制系統(tǒng)：在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 DDC 系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用形式。 圖 SCC 系統(tǒng)原理框圖 SCC 是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和 DDC 系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。 按信息傳遞的方向來分，過程通道可分為輸入過程通道和輸出過程通道；按所傳遞和交換的信息來分，過程通道又可分為數(shù)字量過程通道和模擬量過程通道。其中：輸入調(diào)理電路將來自控制裝置或生產(chǎn)過程的各種開關(guān)量，進行電平轉(zhuǎn)換，將其通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高、低電平，同時還要考慮對信號進行濾波、保護、消除觸點抖動，以及進行信號隔離等問題。 。 (1)I/V 變換：提高了信號遠距離傳遞過程中的抗干擾能力，減少了信號的衰減，為與標準化儀表和執(zhí)行機構(gòu)匹配提供了方便。這樣，就需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。 ？試說明保持電容的大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響。 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。 常見的 A/D 轉(zhuǎn)換有以下幾種控制方式，各自特點如下 ?延時等待法 :EOC 可不和 I/O 口連接，程序設(shè)計 時，延時大于 ADC 轉(zhuǎn)換時間后，取數(shù)據(jù)。 ?中斷響應(yīng)法 : EOC 與外部中斷相連， AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后 ,發(fā)中斷申請 ,在中斷服務(wù)程序中取數(shù)據(jù)。 把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi) RAM的 30H~37H單元中。它是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的元件或裝置。因此，需要將模擬電壓信號通過電壓 /電流 (V/I)變換技術(shù)，轉(zhuǎn)化為電流信號。要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測，存儲 10 組數(shù)據(jù)，輸數(shù)據(jù)為電壓信號（ 05V），檢測精度 1%。一般地，把按時序或事序規(guī)定工作的