【文章內(nèi)容簡介】 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)對應(yīng)直接式2實現(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)串行實現(xiàn)法的表達式為：（實現(xiàn)框圖略。）D1(z)并行實現(xiàn)法的表達式為：（實現(xiàn)框圖略。）（2）對D2(z)，采用直接式1和直接式2的實現(xiàn)框圖如下：D2(z)對應(yīng)直接式1實現(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)對應(yīng)直接式2實現(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)串行實現(xiàn)法的表達式為：（實現(xiàn)框圖略。）D2(z)并行實現(xiàn)法的表達式為：（實現(xiàn)框圖略。）第4章 控制系統(tǒng)中的計算機及其接口技術(shù)1. 工業(yè)控制計算機有哪些要求？基于PC機工業(yè)控制計算機其結(jié)構(gòu)與普通PC機有何不同？[指導(dǎo)信息]: 工業(yè)控制計算機的特點和結(jié)構(gòu)。對工業(yè)控制計算機的要求主要體現(xiàn)在其所具有特點：適應(yīng)性、可靠性、實時性、擴展性等方面。基于PC機工業(yè)控制計算機其結(jié)構(gòu)與普通PC機不同之處是前者在機械結(jié)構(gòu)、元器件選用和電源配置等方面比普通PC機的可靠性更高。2. 工業(yè)控制中的嵌入式系統(tǒng)可選擇哪些設(shè)計模式？[指導(dǎo)信息]: 嵌入式系統(tǒng)與單片機。嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計通常與其架構(gòu)有關(guān)，通常有基于片上系統(tǒng) (SoC:System on Chip)、系統(tǒng)級封裝 (SiP:SysteminaPackage)、模塊級系統(tǒng)(SOB:SystemonBoard)的設(shè)計模式。3. 通過查閱資料，了解目前常見的8位和32位微控制器的特點和性能指標。[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，了解目前常見微控制器的特點和性能指標。4. 通過查閱資料，了解某種工業(yè)控制計算機產(chǎn)品的構(gòu)成、性能指標和適用場合。[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)控制計算機廠商的網(wǎng)站，了解某種產(chǎn)品的構(gòu)成、性能指標和適用場合。5. 接口數(shù)據(jù)傳輸中有哪些定時和協(xié)調(diào)信號？[指導(dǎo)信息]: 接口與總線。定時信號有：CPU或DMA控制發(fā)出的讀(Read)或?qū)?Write)信號，來實現(xiàn)CPU或存儲器與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。協(xié)調(diào)信號有請求(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？[指導(dǎo)信息]: 接口與總線。根據(jù)定時和協(xié)調(diào)的不同要求，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)有直接傳輸、程序查詢、定時查詢、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分，有過程通道接口、人機交互接口、存儲設(shè)備接口和通信接口。按接口的數(shù)據(jù)傳輸特征進行分類，有并行接口和串行接口；按接口和總線連接部件的技術(shù)特征可分為芯片級總線、板級總線(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？[指導(dǎo)信息]: 串行接口。提示：可通過傳輸方式、傳輸速率、傳輸距離、信號類型、連接方式、能否組網(wǎng)、應(yīng)用情況等方面來比較。9. I2C總線和SPI總線各有什么特點？[指導(dǎo)信息]: 串行接口。提示：可通過總線結(jié)構(gòu)、時序、傳輸速率、傳輸距離、適用場合等方面來比較。10. 簡述Infranet、Intranet、Internet之間的關(guān)系。[指導(dǎo)信息]: 現(xiàn)場總線。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)場節(jié)點包括控制現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器以及人機接口HMI(如安全監(jiān)控器)等。Infranet可與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet相連，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部管理、財務(wù)、辦公及人事等的信息化。Intranet再與全球信息網(wǎng)Internet相連，實現(xiàn)企業(yè)之間的信息交流。最終可構(gòu)成一個完整的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)三級體系結(jié)構(gòu)。11. 簡述現(xiàn)場總線的技術(shù)特征.[指導(dǎo)信息]: 現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線的主要技術(shù)特征有：(1). 數(shù)字計算和數(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. 畫出I2C總線上主器件對地址為1010110的從器件寫入2字節(jié)5BH和87H的時序。[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. 畫出SPI總線上主器件向從器件寫入A5H的時序。[指導(dǎo)信息]: 串行接口。提示：圖 4 30 SPI總線的四種時鐘工作方式和圖 4 31 SPI總線傳輸數(shù)據(jù)實例。14. 控制系統(tǒng)中對人機交互有哪些要求？[指導(dǎo)信息]: 人機交互及其要求。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 計算機控制系統(tǒng)中的過程通道1. 簡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)展而來的，凡能輸出標準信號的傳感器通常稱為變送器。變送器有較強的信號處理能力、能輸出標準信號信號。2. 變送器輸出的信號通常為多少？變送器與輸入通道的連接方式有哪些？請給出連接示意圖。[指導(dǎo)信息]: 傳感器和變送器。通用的標準信號為直流電流4～20mA或直流電壓1～5V等。另外，對智能變送器還能輸出規(guī)范的數(shù)字信號。變送器信號的傳輸連接方式通常有四線制、三線制和兩線制傳輸。連接示意圖見圖51。3. IEEE1451標準所指的變換器(Transducer)、檢測器(Sensor)和執(zhí)行器(Actuator)之間是什么關(guān)系？[指導(dǎo)信息]: IEEE 1451智能變換器標準。要點：智能變換器(Transducer)可以是一種傳感器或檢測器(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)系的一個信息節(jié)點。4. 試比較伺服電機和步進電機的各自特點。[指導(dǎo)信息]: 伺服電機和步進電機。提示：可通過結(jié)構(gòu)和工作原理、控制精度、矩頻特性、過載能力、成本等方面比較。伺服電機及其構(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)于步進電機，在控制性能要求不是很高的場合可選用步進電機，而對控制精度不高，成本更低的場合，可選擇伺服電機及其簡單的開環(huán)控制驅(qū)動器。5. 簡述在控制系統(tǒng)中變頻器和電動執(zhí)行器的作用。[指導(dǎo)信息]: 變頻器與電動執(zhí)行器。變頻器主要用于實現(xiàn)電機的變速運行。電動執(zhí)行器(也稱電動力執(zhí)行機構(gòu))接受來自調(diào)節(jié)器、工控機、DCS、計算機等儀表系統(tǒng)的控制信號，變成位移推力或轉(zhuǎn)角力矩，完成調(diào)節(jié)的機械動作。變頻器和電動執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中完成信息施效的作用。6. 簡述控制系統(tǒng)中信號的類型和處理的要求。[指導(dǎo)信息]: 控制系統(tǒng)中的信號種類及特點。提示：可參考表 5 2 信號類型和處理要求。7. 什么是信號調(diào)理？輸入通道中的信號調(diào)理包括哪些？[指導(dǎo)信息]: 控制系統(tǒng)中的信號種類及特點。信號調(diào)理(Signal Conditioning)是指將敏感元件檢測到的各種信號轉(zhuǎn)換為規(guī)范標準信號。數(shù)字量輸入通道中的信號調(diào)理主要包括消抖、濾波、保護、電平轉(zhuǎn)換、隔離等。模擬量輸入通道的調(diào)理內(nèi)容有：電流電壓信號轉(zhuǎn)換、電阻電壓信號轉(zhuǎn)換、電壓放大以及隔離等，調(diào)理后的信號通常為一定大小的電壓信號，然后由A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號。8. 什么是格雷(Gray)碼？它有哪些特點？[指導(dǎo)信息]: 數(shù)字量信號處理方式。格雷(Gray)碼特點是數(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，輸出邏輯上相鄰的編碼，不會出現(xiàn)多于1位的碼同時變化，這樣可避免由于編碼遞增或遞減變化時造成的干擾。9. 畫出電阻電壓信號轉(zhuǎn)換電路示意圖。[指導(dǎo)信息]: 模擬量信號處理方式?？蓞⒖紙D 522 電流電壓信號轉(zhuǎn)換。10. A/D轉(zhuǎn)換器有哪些性能指標？[指導(dǎo)信息]: 模擬量信號處理方式。主要性能指標有(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？[指導(dǎo)信息]: 模擬量信號處理方式。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的變化范圍為 0cm～100cm，經(jīng)壓力變送器變換為1～5V標準電壓信號后送至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，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，壓力變送器輸出的電壓信號（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)換時間為10μs，誤差為177。1LSB。在沒有采樣保持的情況下，為保證數(shù)據(jù)精度，則輸入信號的頻率最高為多少？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)采集的原理和實現(xiàn)。對tA/D＝10μs的12位ADC芯片，為保證其量化精度：1/4096，則輸入信號允許的最大頻率為：理論上輸入信號的頻率最高可為最大采樣頻率。14. 試畫出一個利用多路選擇器構(gòu)成的64X8bit數(shù)字信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。[指導(dǎo)信息]: 數(shù)據(jù)采集的原理和實現(xiàn)。示意圖如下。15. 試畫出一個利用多路開關(guān)構(gòu)成的32路模擬信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖。[指導(dǎo)信息]: 數(shù)據(jù)采集的原理和實現(xiàn)。示意圖如下。16. 開關(guān)量的功率驅(qū)動有哪些器件？各有什么特點？[指導(dǎo)信息]: 輸出通道中的開關(guān)信號驅(qū)動。開關(guān)量的功率驅(qū)動可以由晶體管、場效應(yīng)管或集電極開路的TTL電路、漏極開路的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？ [指導(dǎo)信息]: 輸出通道中的模擬信號驅(qū)動。主要性能指標有分辨率、線性度、轉(zhuǎn)換精度、建立時間、溫度系數(shù)、電源抑制比、輸入形式、輸出形式。18. 計算機通過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的標準電流信號來改變其輸出功率，8位D/A轉(zhuǎn)換器的輸出范圍為0～20mA，如計算機送給D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)為80H(十六進制)時，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驅(qū)動。提示：先計算D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)為80H(十六進制)時的輸出電流（10mA），再計算加熱器接受電流信號后的輸出功率（(104)/16*8kW）。19. 某8位D/A轉(zhuǎn)換電路如Error! Reference source not ，當(dāng)Vref＝4V時，B點輸出范圍為－4V至＋4V。若要求B點的輸出電壓為－2V，則輸出到D/A芯片的二進制數(shù)為多少？此時的A點電壓為多少？[指導(dǎo)信息]: 輸出通道中的模擬信號驅(qū)動。輸出到D/A芯片的二進制數(shù)為(2V(4V))/(4V(4V))*256=64(D)=01000000(B), 此時的A點電壓為+1V。20. 畫出直流伺服電機驅(qū)動電路框圖。[指導(dǎo)信息]: 電機控制。提示：可參考圖 5 63 直流伺服電機驅(qū)動電路框圖。21. 畫出步進電機驅(qū)動電路框圖。[指導(dǎo)信息]: 電機控制。提示：可參考圖 5 66 步進電機的驅(qū)動電路框圖。22. 結(jié)合步進電機驅(qū)動器THB6064的應(yīng)用電路，畫出正轉(zhuǎn)3步和反轉(zhuǎn)4步有關(guān)控制信號(ENABLE、CLK、MMM3)的時序(假設(shè)采用半步方式)。[指導(dǎo)信息]: 電機控制。結(jié)合步進電機驅(qū)動時序，參考表 5 17 THB6064引腳的功能描述和圖 5 71 THB6064的應(yīng)用電路，可畫出相應(yīng)時序。ENABLE=1（高電平），CLK8個脈沖，前3個脈沖時，為0（低電平），后4個脈沖時，為1（高電平），MMM3=000（均為低電平）。（時序圖略）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。控制系統(tǒng)的可靠性通常是指在一定條件下，在規(guī)定時間段完成規(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)定的時間內(nèi)盡可能減少錯誤和故障的發(fā)生；二是發(fā)生了錯誤和故障后能迅速進行維修，盡快恢復(fù)正常工作。2. 錯誤(Error)和故障(Failure)有何區(qū)別？如何正確對待？[指導(dǎo)信息]: 可靠性的概念。瞬時性的、功能上出現(xiàn)偏差的異常狀態(tài)，稱之為錯誤，錯誤不經(jīng)停機修理也可恢復(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，故障只有通過修理才能恢復(fù)到正常狀態(tài)。錯誤和故障往往是不可避免的，這需要有正確的態(tài)度和策略來對待。3. 簡述早期故障、耗損故障、偶發(fā)故障產(chǎn)生的原因和應(yīng)對的策略。[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)計欠完善等“先天不足”原因所造成的。應(yīng)對的策略有：通過調(diào)試系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化設(shè)計結(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，需進行應(yīng)急維修。應(yīng)對的策略有：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