【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖的狀態(tài)方程和輸出方程如下：狀態(tài)方程：輸出方程：D1(z)對(duì)應(yīng)直接式2實(shí)現(xiàn)框圖的狀態(tài)方程和輸出方程如下：狀態(tài)方程：輸出方程：1D1(z)串行實(shí)現(xiàn)法的表達(dá)式為：（實(shí)現(xiàn)框圖略。）D1(z)并行實(shí)現(xiàn)法的表達(dá)式為：（實(shí)現(xiàn)框圖略。）（2）對(duì)D2(z)，采用直接式1和直接式2的實(shí)現(xiàn)框圖如下：D2(z)對(duì)應(yīng)直接式1實(shí)現(xiàn)框圖的狀態(tài)方程和輸出方程如下：狀態(tài)方程：輸出方程：D2(z)對(duì)應(yīng)直接式2實(shí)現(xiàn)框圖的狀態(tài)方程和輸出方程如下：狀態(tài)方程：輸出方程：D2(z)串行實(shí)現(xiàn)法的表達(dá)式為：（實(shí)現(xiàn)框圖略。）D2(z)并行實(shí)現(xiàn)法的表達(dá)式為：（實(shí)現(xiàn)框圖略。）第4章 控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)1. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有哪些要求？基于PC機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)其結(jié)構(gòu)與普通PC機(jī)有何不同？[指導(dǎo)信息]: 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)。對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的要求主要體現(xiàn)在其所具有特點(diǎn)：適應(yīng)性、可靠性、實(shí)時(shí)性、擴(kuò)展性等方面?；赑C機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)其結(jié)構(gòu)與普通PC機(jī)不同之處是前者在機(jī)械結(jié)構(gòu)、元器件選用和電源配置等方面比普通PC機(jī)的可靠性更高。2. 工業(yè)控制中的嵌入式系統(tǒng)可選擇哪些設(shè)計(jì)模式？[指導(dǎo)信息]: 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常與其架構(gòu)有關(guān)，通常有基于片上系統(tǒng) (SoC:System on Chip)、系統(tǒng)級(jí)封裝 (SiP:SysteminaPackage)、模塊級(jí)系統(tǒng)(SOB:SystemonBoard)的設(shè)計(jì)模式。3. 通過(guò)查閱資料，了解目前常見(jiàn)的8位和32位微控制器的特點(diǎn)和性能指標(biāo)。[指導(dǎo)信息]: 建議利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱有關(guān)資料。提示：可查閱有關(guān)微控制器廠商的網(wǎng)站，了解目前常見(jiàn)微控制器的特點(diǎn)和性能指標(biāo)。4. 通過(guò)查閱資料，了解某種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的構(gòu)成、性能指標(biāo)和適用場(chǎng)合。[指導(dǎo)信息]: 利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱有關(guān)資料。提示：可查閱某工業(yè)控制計(jì)算機(jī)廠商的網(wǎng)站，了解某種產(chǎn)品的構(gòu)成、性能指標(biāo)和適用場(chǎng)合。5. 接口數(shù)據(jù)傳輸中有哪些定時(shí)和協(xié)調(diào)信號(hào)？[指導(dǎo)信息]: 接口與總線。定時(shí)信號(hào)有：CPU或DMA控制發(fā)出的讀(Read)或?qū)?Write)信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU或存儲(chǔ)器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。協(xié)調(diào)信號(hào)有請(qǐng)求(REQ)和應(yīng)答(ACK)或選通(Strobe)和就緒(Ready)。6. 接口技術(shù)中有哪些數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑扛饔惺裁刺攸c(diǎn)？[指導(dǎo)信息]: 接口與總線。根據(jù)定時(shí)和協(xié)調(diào)的不同要求，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)有直接傳輸、程序查詢、定時(shí)查詢、中斷傳輸和DMA等幾種方式。 接口與總線。7. 接口與總線有哪些分類？[指導(dǎo)信息]: 接口與總線。按接口所連接的功能部件來(lái)分，有過(guò)程通道接口、人機(jī)交互接口、存儲(chǔ)設(shè)備接口和通信接口。按接口的數(shù)據(jù)傳輸特征進(jìn)行分類，有并行接口和串行接口；按接口和總線連接部件的技術(shù)特征可分為芯片級(jí)總線、板級(jí)總線(也稱系統(tǒng)總線)和通信總線(也稱外部總線)。8. RS232C和RS485各有什么特點(diǎn)？[指導(dǎo)信息]: 串行接口。提示：可通過(guò)傳輸方式、傳輸速率、傳輸距離、信號(hào)類型、連接方式、能否組網(wǎng)、應(yīng)用情況等方面來(lái)比較。9. I2C總線和SPI總線各有什么特點(diǎn)？[指導(dǎo)信息]: 串行接口。提示：可通過(guò)總線結(jié)構(gòu)、時(shí)序、傳輸速率、傳輸距離、適用場(chǎng)合等方面來(lái)比較。10. 簡(jiǎn)述Infranet、Intranet、Internet之間的關(guān)系。[指導(dǎo)信息]: 現(xiàn)場(chǎng)總線。FCS中，形成最底層的控制網(wǎng)稱為Infranet。Infranet的網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)包括控制現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、執(zhí)行器以及人機(jī)接口HMI(如安全監(jiān)控器)等。Infranet可與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet相連，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部管理、財(cái)務(wù)、辦公及人事等的信息化。Intranet再與全球信息網(wǎng)Internet相連，實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間的信息交流。最終可構(gòu)成一個(gè)完整的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)三級(jí)體系結(jié)構(gòu)。11. 簡(jiǎn)述現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特征.[指導(dǎo)信息]: 現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線的主要技術(shù)特征有：(1). 數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信；(2). 互操作性和互換性；(3). 傳輸介質(zhì)的多樣化；(4). 適應(yīng)性和可靠性等。12. 畫(huà)出I2C總線上主器件對(duì)地址為1010110的從器件寫(xiě)入2字節(jié)5BH和87H的時(shí)序。[指導(dǎo)信息]: 串行接口。提示：參考圖 4 28 I2C總線的傳輸數(shù)據(jù)格式。13. 畫(huà)出SPI總線上主器件向從器件寫(xiě)入A5H的時(shí)序。[指導(dǎo)信息]: 串行接口。提示：圖 4 30 SPI總線的四種時(shí)鐘工作方式和圖 4 31 SPI總線傳輸數(shù)據(jù)實(shí)例。14. 控制系統(tǒng)中對(duì)人機(jī)交互有哪些要求？[指導(dǎo)信息]: 人機(jī)交互及其要求。主要包括可理解性和易操作性。可理解性包括確定性、關(guān)聯(lián)性、層次性、一致性等要素。易操作性包括方便性、有序性、健壯性、安全性等要素。15. 通過(guò)查閱資料，有哪些嵌入式操作系統(tǒng)？[指導(dǎo)信息]: 系統(tǒng)軟件。提示：利用網(wǎng)絡(luò)資源，查閱相關(guān)資料。第5章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的過(guò)程通道1. 簡(jiǎn)述傳感器與變送器的異同。[指導(dǎo)信息]: 傳感器和變送器。變送器(Transmitter)是從傳感器發(fā)展而來(lái)的，凡能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器通常稱為變送器。變送器有較強(qiáng)的信號(hào)處理能力、能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)信號(hào)。2. 變送器輸出的信號(hào)通常為多少？變送器與輸入通道的連接方式有哪些？請(qǐng)給出連接示意圖。[指導(dǎo)信息]: 傳感器和變送器。通用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為直流電流4～20mA或直流電壓1～5V等。另外，對(duì)智能變送器還能輸出規(guī)范的數(shù)字信號(hào)。變送器信號(hào)的傳輸連接方式通常有四線制、三線制和兩線制傳輸。連接示意圖見(jiàn)圖51。3. IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)所指的變換器(Transducer)、檢測(cè)器(Sensor)和執(zhí)行器(Actuator)之間是什么關(guān)系？[指導(dǎo)信息]: IEEE 1451智能變換器標(biāo)準(zhǔn)。要點(diǎn)：智能變換器(Transducer)可以是一種傳感器或檢測(cè)器(Sensor)，也可以是一種執(zhí)行器(Actuator)，或者是兩種的組合，它可以作為信息系統(tǒng)與外界聯(lián)系的一個(gè)信息節(jié)點(diǎn)。4. 試比較伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的各自特點(diǎn)。[指導(dǎo)信息]: 伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。提示：可通過(guò)結(jié)構(gòu)和工作原理、控制精度、矩頻特性、過(guò)載能力、成本等方面比較。伺服電機(jī)及其構(gòu)成的伺服系統(tǒng)，特別是交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，在控制性能要求不是很高的場(chǎng)合可選用步進(jìn)電機(jī)，而對(duì)控制精度不高，成本更低的場(chǎng)合，可選擇伺服電機(jī)及其簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制驅(qū)動(dòng)器。5. 簡(jiǎn)述在控制系統(tǒng)中變頻器和電動(dòng)執(zhí)行器的作用。[指導(dǎo)信息]: 變頻器與電動(dòng)執(zhí)行器。變頻器主要用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行。電動(dòng)執(zhí)行器(也稱電動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu))接受來(lái)自調(diào)節(jié)器、工控機(jī)、DCS、計(jì)算機(jī)等儀表系統(tǒng)的控制信號(hào)，變成位移推力或轉(zhuǎn)角力矩，完成調(diào)節(jié)的機(jī)械動(dòng)作。變頻器和電動(dòng)執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中完成信息施效的作用。6. 簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)中信號(hào)的類型和處理的要求。[指導(dǎo)信息]: 控制系統(tǒng)中的信號(hào)種類及特點(diǎn)。提示：可參考表 5 2 信號(hào)類型和處理要求。7. 什么是信號(hào)調(diào)理？輸入通道中的信號(hào)調(diào)理包括哪些？[指導(dǎo)信息]: 控制系統(tǒng)中的信號(hào)種類及特點(diǎn)。信號(hào)調(diào)理(Signal Conditioning)是指將敏感元件檢測(cè)到的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換為規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字量輸入通道中的信號(hào)調(diào)理主要包括消抖、濾波、保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換、隔離等。模擬量輸入通道的調(diào)理內(nèi)容有：電流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換、電阻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換、電壓放大以及隔離等，調(diào)理后的信號(hào)通常為一定大小的電壓信號(hào)，然后由A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。8. 什么是格雷(Gray)碼？它有哪些特點(diǎn)？[指導(dǎo)信息]: 數(shù)字量信號(hào)處理方式。格雷(Gray)碼特點(diǎn)是數(shù)值上大小相鄰的編碼，在邏輯上也相鄰。邏輯上相鄰的編碼僅有1位不同，這樣可保證按數(shù)值大小遞增遞減變化時(shí)，輸出邏輯上相鄰的編碼，不會(huì)出現(xiàn)多于1位的碼同時(shí)變化，這樣可避免由于編碼遞增或遞減變化時(shí)造成的干擾。9. 畫(huà)出電阻電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電路示意圖。[指導(dǎo)信息]: 模擬量信號(hào)處理方式?？蓞⒖紙D 522 電流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換。10. A/D轉(zhuǎn)換器有哪些性能指標(biāo)？[指導(dǎo)信息]: 模擬量信號(hào)處理方式。主要性能指標(biāo)有(1). 接口特性(Interfacing)；(2). 量程(Range) ；(3). 分辨率(Resolution) ；(4). 誤差和精度(Erroramp。Accuracy)。(5). 轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)。(6). A/D轉(zhuǎn)換的方法。11. A/D轉(zhuǎn)換的方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？[指導(dǎo)信息]: 模擬量信號(hào)處理方式。提示：參考表 55 各種A/D轉(zhuǎn)換方法比較。12. 某水箱水位正常工作時(shí)的變化范圍為 0cm～100cm，經(jīng)壓力變送器變換為1～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)后送至8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0831，其輸入量程為0～5V。當(dāng)水箱水位的高度為25cm時(shí)，ADC0831 的轉(zhuǎn)換結(jié)果約為多少？[指導(dǎo)信息]: 傳感器和變送器。提示：先求當(dāng)水箱水位的高度為25cm時(shí)，壓力變送器輸出的電壓信號(hào)（2V），然后轉(zhuǎn)換為ADC0831 的輸出結(jié)果（2V/5V*255）。13. 已知某A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為12位bit，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs，誤差為177。1LSB。在沒(méi)有采樣保持的情況下，為保證數(shù)據(jù)精度，則輸入信號(hào)的頻率最高為多少？若采用了采樣保持器后，理論上輸入信號(hào)的頻率最高可為多少？[指導(dǎo)信息]: 數(shù)據(jù)采集的原理和實(shí)現(xiàn)。對(duì)tA/D＝10μs的12位ADC芯片，為保證其量化精度：1/4096，則輸入信號(hào)允許的最大頻率為：理論上輸入信號(hào)的頻率最高可為最大采樣頻率。14. 試畫(huà)出一個(gè)利用多路選擇器構(gòu)成的64X8bit數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。[指導(dǎo)信息]: 數(shù)據(jù)采集的原理和實(shí)現(xiàn)。示意圖如下。15. 試畫(huà)出一個(gè)利用多路開(kāi)關(guān)構(gòu)成的32路模擬信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。[指導(dǎo)信息]: 數(shù)據(jù)采集的原理和實(shí)現(xiàn)。示意圖如下。16. 開(kāi)關(guān)量的功率驅(qū)動(dòng)有哪些器件？各有什么特點(diǎn)？[指導(dǎo)信息]: 輸出通道中的開(kāi)關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng)。開(kāi)關(guān)量的功率驅(qū)動(dòng)可以由晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管或集電極開(kāi)路的TTL電路、漏極開(kāi)路的MOS電路、電磁式繼電器、固態(tài)繼電器、可控硅等功率器件組成。17. D/A轉(zhuǎn)換器有哪些性能指標(biāo)？ [指導(dǎo)信息]: 輸出通道中的模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)。主要性能指標(biāo)有分辨率、線性度、轉(zhuǎn)換精度、建立時(shí)間、溫度系數(shù)、電源抑制比、輸入形式、輸出形式。18. 計(jì)算機(jī)通過(guò)8位D/A轉(zhuǎn)換器控制某三相電加熱器，加熱器的輸出功率范圍為 0～8kW，可接受4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)來(lái)改變其輸出功率，8位D/A轉(zhuǎn)換器的輸出范圍為0～20mA，如計(jì)算機(jī)送給D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)為80H(十六進(jìn)制)時(shí)，加熱器輸出功率約為多少？[指導(dǎo)信息]: 輸出通道中的模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)。提示：先計(jì)算D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)為80H(十六進(jìn)制)時(shí)的輸出電流（10mA），再計(jì)算加熱器接受電流信號(hào)后的輸出功率（(104)/16*8kW）。19. 某8位D/A轉(zhuǎn)換電路如Error! Reference source not ，當(dāng)Vref＝4V時(shí)，B點(diǎn)輸出范圍為－4V至＋4V。若要求B點(diǎn)的輸出電壓為－2V，則輸出到D/A芯片的二進(jìn)制數(shù)為多少？此時(shí)的A點(diǎn)電壓為多少？[指導(dǎo)信息]: 輸出通道中的模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)。輸出到D/A芯片的二進(jìn)制數(shù)為(2V(4V))/(4V(4V))*256=64(D)=01000000(B), 此時(shí)的A點(diǎn)電壓為+1V。20. 畫(huà)出直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路框圖。[指導(dǎo)信息]: 電機(jī)控制。提示：可參考圖 5 63 直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路框圖。21. 畫(huà)出步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路框圖。[指導(dǎo)信息]: 電機(jī)控制。提示：可參考圖 5 66 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路框圖。22. 結(jié)合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器THB6064的應(yīng)用電路，畫(huà)出正轉(zhuǎn)3步和反轉(zhuǎn)4步有關(guān)控制信號(hào)(ENABLE、CLK、MMM3)的時(shí)序(假設(shè)采用半步方式)。[指導(dǎo)信息]: 電機(jī)控制。結(jié)合步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)序，參考表 5 17 THB6064引腳的功能描述和圖 5 71 THB6064的應(yīng)用電路，可畫(huà)出相應(yīng)時(shí)序。ENABLE=1（高電平），CLK8個(gè)脈沖，前3個(gè)脈沖時(shí)，為0（低電平），后4個(gè)脈沖時(shí)，為1（高電平），MMM3=000（均為低電平）。（時(shí)序圖略）第6章 控制系統(tǒng)的可靠性與抗干擾技術(shù)1. 什么是控制系統(tǒng)中的可靠性？其含義有哪些？[指導(dǎo)信息]: 可靠性的概念?？刂葡到y(tǒng)的可靠性通常是指在一定條件下，在規(guī)定時(shí)間段完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘母拍钣袃蓪雍x：一是系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)盡可能減少錯(cuò)誤和故障的發(fā)生；二是發(fā)生了錯(cuò)誤和故障后能迅速進(jìn)行維修，盡快恢復(fù)正常工作。2. 錯(cuò)誤(Error)和故障(Failure)有何區(qū)別？如何正確對(duì)待？[指導(dǎo)信息]: 可靠性的概念。瞬時(shí)性的、功能上出現(xiàn)偏差的異常狀態(tài)，稱之為錯(cuò)誤，錯(cuò)誤不經(jīng)停機(jī)修理也可恢復(fù)到正常工作狀態(tài)；固定性的、功能部件其必要操作能力消失的異常狀態(tài)，稱之為故障，故障只有通過(guò)修理才能恢復(fù)到正常狀態(tài)。錯(cuò)誤和故障往往是不可避免的，這需要有正確的態(tài)度和策略來(lái)對(duì)待。3. 簡(jiǎn)述早期故障、耗損故障、偶發(fā)故障產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)的策略。[指導(dǎo)信息]: 可靠性的概念。早期故障的發(fā)生是由于元器件質(zhì)量差，軟件、硬件設(shè)計(jì)欠完善等“先天不足”原因所造成的。應(yīng)對(duì)的策略有：通過(guò)調(diào)試系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、選擇優(yōu)質(zhì)部件。耗損故障的發(fā)生是由于元器件使用壽命已到所致。應(yīng)對(duì)的策略有：預(yù)先更換壽命將到期的元器件，定期檢查或更換關(guān)鍵元件和部件。偶發(fā)故障是隨機(jī)的，通常發(fā)生于早期故障和耗損故障之間，在故障發(fā)生后，需進(jìn)行應(yīng)急維修。應(yīng)對(duì)的策略有：采取故障診斷、故障恢復(fù)技術(shù)、冗余技術(shù)等。4. 什么是電磁兼容性(EMC)？其含義有哪