【正文】 ② 雙穩(wěn)態(tài)防抖電路 用兩個(gè)與非門構(gòu)成一個(gè) RS 觸發(fā)器 即形成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。 (2)其波形如 圖 31 所示。 采用硬件防抖 : N 個(gè)鍵就必須配有 N 個(gè)防抖電路。 ② 特點(diǎn) ② 特點(diǎn) 占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠， ③ 應(yīng)用 3 試簡(jiǎn)述如何防止積分整量化誤差。在某一時(shí)刻計(jì)算機(jī)采樣并經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波后的數(shù)字量為 24H，求此時(shí)對(duì)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(shí)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。這樣，就需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為什么有時(shí)采用復(fù)用鍵？復(fù)用鍵是如何實(shí)現(xiàn)的？ 為了節(jié)省按鍵的數(shù)量，所以采用復(fù)用鍵。 硬件譯碼和軟件譯碼各有何優(yōu)缺點(diǎn)？ 軟件譯碼優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但顯示速度有所下降?？傊?，有耦合、隔離和開(kāi)關(guān)的作用。 Y 如何確定，其值越大越好嗎？ 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得，必要時(shí)由實(shí)驗(yàn)得出。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。積分分離對(duì)積分項(xiàng)采取“開(kāi)關(guān)”控制，而變速積分則是線性控制。 在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，正、反作用如何判定？在計(jì)算機(jī)中如何實(shí)現(xiàn)？ 輸出量與被測(cè)量變化一致則為正，否之為反。 (3)實(shí)時(shí)控制：根 據(jù)決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。過(guò)程輸入通道把生產(chǎn)對(duì)象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī)可以接收的數(shù)字代碼。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等控制形式，也有的采用馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制。 (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(shí)際問(wèn)題而編寫的各種程序。其原理框圖如圖 所示。 ？各部分的作用是什么？ 數(shù)字量過(guò)程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。 光電耦合器由封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組 成，如圖 所示。 (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(jiǎn)稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或 ADC)。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時(shí)充電時(shí)間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對(duì)輸入信號(hào)的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時(shí)放電時(shí)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。 0oC~1200oC,如果要求誤差不超過(guò) ,應(yīng)選用分辨為多少位的A/D 轉(zhuǎn)換器？ 選擇依據(jù)： g ??????? ??n 8 路模擬量采集系統(tǒng)。 (2)V/I 變換：一般情況下， D/A 轉(zhuǎn)換電路的輸出是電壓信號(hào)。 CPU、 AD、 DA 可任選。 (2)微機(jī)：微機(jī)是 MNC 系統(tǒng)運(yùn)算和控制的核心。目前 已有專門為數(shù)控裝置配套設(shè)計(jì)的各種機(jī)械，如各種數(shù)控機(jī)床，它們的機(jī)械結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床有較大的區(qū)別。 表 3— 1 步數(shù) 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算 終點(diǎn)判別 起點(diǎn) F0=0 Nxy=10 1 F0=0 X F1=F0ye=6 Nxy=9 2 F10 +Y F2=F1+xe=2 Nxy=8 3 F20 +Y F3=F2+xe=2 Nxy=7 1023456123456yxE(4,6)4 F30 X F4=F3ye=4 Nxy=6 5 F40 +Y F5=F4+xe=0 Nxy=5 6 F5=0 X F6=F5ye=6 Nxy=4 7 F60 +Y F7=F6+xe=2 Nxy=3 8 F70 +Y F8=F7+xe=2 Nxy=2 9 F80 X F9=F8ye=4 Nxy=1 10 F90 +Y F10=F9+xe=0 Nxy=0 AB，起點(diǎn) A（ 6， 0），終點(diǎn) B（ 0， 6）。各相通電的電壓波形如圖 圖 雙三拍工作的電壓波形圖 （ 3）三相六拍工作方式 在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來(lái)，就產(chǎn)生了六拍工作方式，其通電順序?yàn)?A→ AB→ B→ BC→ C→ CA。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。 為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程變量，必須將模擬 PID 算式離散化，變?yōu)閿?shù)字 PID 算式，為此，在采樣周期 T 遠(yuǎn)小于信號(hào)變化周期時(shí)，作如下近似 (T足夠小時(shí)，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近 )： TkekedtdejeTedt kjt)1()()(00???? ??? 于是有： )]}1()([)()({)( 0 ????? ?? kekeTTjeTTkeKku kj dip u(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 (如控制閥門的開(kāi)度 )一一對(duì)應(yīng)，所以稱之為位置型 PID 算法。 ? ? ? ?? ? s. sUsD 08501 1701???? 則 ? ? ? ? ? ? ? ? 1700850 ??? ? ? ? ? ? ? ? ?dt 1700850 ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?T 117010850 ???????? 把 T= 代入得 ? ? ? ? ? ? ? ?15354142504251 . ???? 位置型 ? ? ? ? ? ? ? ? ????? kukekeku 增量型 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????????? kukekekukuku PID 控制器？ 有四種： （ 1）積分分離 PID 控制 算法 （ 2）不完全微分 PID 控制算法 （ 3）帶死區(qū)的 PID 控制算法 （ 4）消除積分不靈敏區(qū)的 PID 控制 ？ (1)從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提高控制精度。 (2)逐漸加大比例系數(shù) Kp，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。 (2)用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線，如圖所示。 (4)根據(jù) D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。根據(jù)終值定理，這樣做不影響輸出的穩(wěn)態(tài)值，但卻改變了數(shù)字控 制器的動(dòng)態(tài)特性，從而將影響閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 （ 2）模糊控制不用建立對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。 ？ 在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，為減少計(jì)算延時(shí)，通常將運(yùn)算分為前臺(tái)運(yùn)算和后臺(tái)運(yùn)算。標(biāo)度變換有各種不同類型，它取決 于被測(cè)參數(shù)測(cè)量傳感器的類型，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度變換方法，常用線性參數(shù)標(biāo)度變換。 （ 1）程序判斷濾波法：是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出相鄰兩次采樣信號(hào)之間可能出現(xiàn)得最大偏差。但有時(shí)為了提高濾波效果，往往對(duì)不同時(shí)刻的采樣值賦以不同的加權(quán)因子。 （ 2）低通濾波器 各種干擾信號(hào)一般都有很強(qiáng)的高頻分量，低通濾波器是有效的抗干擾器件，它允許工頻 50Hz電源通過(guò)，而濾掉高次諧波，從而改善供電質(zhì)量。作為直流穩(wěn)壓器件，現(xiàn)在常用的就是三端穩(wěn)壓器 78XX 和 79XX 系列芯片，這類穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，負(fù)載穩(wěn)定度為 15mV，具有過(guò)電流和輸出短路保護(hù)，可用于一般微機(jī)系統(tǒng)。因此，采用同一總線標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家的插件模塊，就可以組成可正常工作的系統(tǒng)。它是構(gòu)成中央處理機(jī)或子系統(tǒng)內(nèi)所用的總線。其特點(diǎn)是可以用幾根信號(hào)線在遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)或信息，主要用 于數(shù)據(jù)通信。通訊距離可達(dá) 15m，傳輸數(shù)據(jù)的速率可任意調(diào)整，最大可達(dá) 20Kb/s。 (b)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣。 RS— 232C 總線的特點(diǎn)。并行總線的特點(diǎn)是能以簡(jiǎn)單的硬件來(lái)運(yùn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸和處理。每個(gè)部件都能通過(guò)共享總線與接在總線上的其他部件相連，但在同一時(shí)刻，卻只允許 2 個(gè)部件共享通信， （ 1 局部總線又稱為芯片總線。這種兼容是指插件的尺寸、插座的針數(shù)及類型、插針的邏輯定義、控制插件工作的時(shí)序及電氣特性等相同。圖中 C1 為平滑濾波電容，常選用幾百～幾千μ F 的電解電容，用以減輕整流橋輸出電壓的脈動(dòng)。該電源采用了雙隔離、雙濾波和雙穩(wěn)壓措施，具10nn i n iiY a X????? 100 1 1niiiaa??? ? ??有較強(qiáng)的抗干擾能力，可用于一般工業(yè)控制場(chǎng)合。對(duì)于一般流量，通常取 N=12；若為壓力，則取 N=4。消除串模干擾的方法有以下幾種：在輸入回路中接入模擬濾波器；使用雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器；采用雙絞線作為信號(hào)線；電流傳送， ？ 數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： N 采樣時(shí)刻到？ A/D采樣 前臺(tái)算法 D/A輸出 Y 后臺(tái)算法 (1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以 可靠性高，穩(wěn)定性好； (2)數(shù)字濾波可以對(duì)頻率很低 (如 )的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷； (3)數(shù)字濾波器可根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。這些參數(shù) A/D 轉(zhuǎn)換后得到一系列的數(shù)碼，這些數(shù)碼的值并不一定等于原來(lái)帶有量綱的參數(shù)值，它僅代表參數(shù)值的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出。 圖 5— 1 給出了應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的流程圖，它描述了應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和設(shè)計(jì)過(guò)程。主要擾動(dòng)引起的誤差，由前饋控制 進(jìn)行補(bǔ)償；次要擾動(dòng)引起的誤差，由反饋控制予以抑制，這樣在不提高開(kāi)環(huán)增益的情況下，各種擾動(dòng)引起的誤差均可得到補(bǔ)償，從而有利于同時(shí)兼顧提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求。即使不能使 RA≤ 0，也可以把 RA 減到最小，最大程度地抑制振鈴。 (2)求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù) G(z)。 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID 參數(shù)的步驟： (1)斷開(kāi)數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)。 、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID 參數(shù)的步驟。 (3)采用增量型算法時(shí)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(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。微分調(diào)節(jié)主要用來(lái)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。 ? ? 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)。 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。 解 ： 由 題意 可 知 xe=4,ye=6， F0=0， 我 們 設(shè) 置一 個(gè) 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(guò)程如表 3— 1 所示。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(dòng)。 (1)輸入裝置：一般指微機(jī)的輸入設(shè)備，如鍵盤。 設(shè)計(jì)一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng)。 (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(jiǎn)稱 D/A轉(zhuǎn)換器或 DAC)。 ?查詢法 : EOC 可以和任意 I/O 口連接，程序設(shè)計(jì)時(shí)，反復(fù)判斷 EOC 是否有效，直至 EOC有效時(shí)，取數(shù)據(jù)。這樣，就需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，希望輸入信號(hào)不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。 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。 第二章 輸入輸出過(guò)程通道 習(xí)題及參考答案 ？過(guò)程通道有哪些分類？ 過(guò)程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。 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(guò)檢測(cè)元件對(duì)一個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將檢測(cè)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(guò)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。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)軟件只是作為開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的工具，是不需要自己設(shè)計(jì)的。 ：要控制生產(chǎn)過(guò)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(hào)，改變輸出的角位移或直線位移，并通過(guò)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(guò)程符合預(yù)定的要求。主機(jī)的主要功能是控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，使之處 于最優(yōu)工作狀態(tài)；對(duì)事故進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警；編制生產(chǎn)技術(shù)報(bào)告，打印制表等等。 （ 12 分）畫(huà)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(guò)程可歸納為以下三個(gè)步驟： (1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)，并輸入給計(jì)算機(jī)。增量型誤動(dòng)作小，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng) /自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換，不產(chǎn)生積分失控。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(duì)應(yīng)，偏差大時(shí)，積分作用弱，偏差小時(shí)，積分作用增強(qiáng)。比例調(diào)節(jié)可以保