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微型計算機控制技術(shù)全套復(fù)習(xí)考試資料-潘新民-第二版-資料下載頁

2024-10-29 23:42本頁面

【導(dǎo)讀】抖動過程的長短由按鍵的機械特性決定,一般為10~20ms??梢詮挠布败浖煞矫媾懦秳拥挠绊懡鉀Q。·利用RC積分電路對于干擾脈沖的吸收作用。通過此濾波電路時,消除抖動的影響。即形成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。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。·顯示器件分時工作,每次只能有一個器件顯示。·使用硬件少,因而價格低。·占用機時長,只要掃描程序停止,顯示即刻停止。·在以工業(yè)控制為主的微型機控制系統(tǒng)中應(yīng)用較少。由微型機一次輸出顯示模型后,就能保持該顯示結(jié)果,·使用元件多,且線路比較復(fù)雜。·隨著集成電路的發(fā)展,多種功能的顯示器件出世,靜態(tài)顯示得到廣泛應(yīng)用。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試簡述如何防止積分整量化誤差。時,積分項單獨累加,直到產(chǎn)生溢出。

  

【正文】 zUzD ? 則 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?zEzzEzUzzUzzU 121 ??? ???? 上式反變換到時域,則可得到 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? kukukekeku ?如何消除振鈴現(xiàn)象? 所謂振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出 u(k)以接近二分之一的采樣頻率大幅度上下擺動。它對系統(tǒng)的輸出幾乎是沒有影響的,但會使執(zhí)行機構(gòu)因磨損而造成損壞。 消除振鈴現(xiàn)象的方法: ( 1)參數(shù)選擇法 對于一階滯后對象,如果合理選擇期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時間常數(shù) T0 和采樣周期 T,使RA≤ 0,就沒有振鈴現(xiàn)象。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)消除振鈴因子法 找出數(shù)字控制器 D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子 (即 z=1附近的極點 ),然后人為地令其中的 z=1,就消除了這個極點。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 制器的動態(tài)特性,從而將影響閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。 ?前饋和反饋相結(jié)合有什么好處? 前饋控制完全補償?shù)臈l件是 ? ? ? ? ? ? 0SGsDsG nn ?? 。 如果能將擾動因素測量出來,預(yù)先將其變化量送到系統(tǒng)中進行調(diào)整,這樣在被調(diào)量改變之前就能克服這些擾動的影響。這種擾動的預(yù)先調(diào)整作用就稱為前饋。若參數(shù)選擇得合適,前饋控制可取得良好的控制效果。但實際上,前饋控制環(huán)節(jié)的參數(shù)不易選得那么準(zhǔn)確,而且一個實際系統(tǒng)的擾動也不只一個,因此反饋控制還是不可少的。主要擾動引起的誤差,由前饋控制 進行補償;次要擾動引起的誤差,由反饋控制予以抑制,這樣在不提高開環(huán)增益的情況下,各種擾動引起的誤差均可得到補償,從而有利于同時兼顧提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求。 PID 控制和直接數(shù)字控制相比,模糊控制具有哪些優(yōu)點? 與 PID 控制和直接數(shù)字控制相比,模糊控制的優(yōu)點: ( 1)模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng)。 ( 2)模糊控制不用建立對象精確的數(shù)學(xué)模型。 ( 3)模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好。 ( 4)模糊控制是以人的控制經(jīng)驗作為控制的知識模型,以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作 為控制算法。 ? 多變量控制系統(tǒng)解耦條件是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣 ??s? 為對角線矩陣。 本章作業(yè) 用 C 語言編寫數(shù)字 PID 算法、大林算法、施密斯算法通用子程序。 第五章 微型計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計 習(xí)題及參考答案 。 圖 5— 1 給出了應(yīng)用軟件設(shè)計的流程圖,它描述了應(yīng)用軟件設(shè)計的基本任務(wù)和設(shè)計過程。 圖 5— 1 應(yīng)用軟件設(shè)計流程圖 ( 1)問題定義 ( 2)程序設(shè)計 ( 3)手編程序 ( 4)差錯 ( 5)測 試 ( 6)文件編制 ( 7) 維護和再設(shè)計 ? 當(dāng)采樣信號送入 CPU,按控制算法要求進行數(shù)據(jù)處理時,由于計算機執(zhí)行每條指令均需要一定時間,這樣,從數(shù)據(jù)采樣到結(jié)果輸出之間就要產(chǎn)生一定的時間延遲,稱為計算延時。 ? 在應(yīng)用軟件設(shè)計過程中,為減少計算延時,通常將運算分為前臺運算和后臺運算。 前臺運算:為得到當(dāng)前輸出值 U(k),而必須進行的運算。 后臺運算:為得到下一時刻輸出值 U(k +1)以及與當(dāng)前輸出無關(guān)的其他計算和管理算法。 ?在什么情況下使用標(biāo)度變換程序? 微機控制系統(tǒng)在讀入被測模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,往往還要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工程值。這是因為生產(chǎn)現(xiàn)場的各種工藝參數(shù)量綱不同。例如,壓力的單位為 Pa,流量的單位為 m3/h,溫度的單位為℃。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)值后才能運算、顯示或打印輸出。這種轉(zhuǎn)換稱為工程量轉(zhuǎn)換,也稱為標(biāo)度變換。標(biāo)度變換有各種不同類型,它取決 于被測參數(shù)測量傳感器的類型,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度變換方法,常用線性參數(shù)標(biāo)度變換。 第六章 微型計算機控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 習(xí)題及參考答案 ? 無論是內(nèi)部干擾還是外部干擾,都是從以下幾個途徑作用于系統(tǒng)的。 (1) 傳導(dǎo)耦合 (2) 靜電耦合 (3) 電磁耦合 (4) 公共阻抗耦合 ?如何抑制? 共模干擾是在電路輸入端相對公共接地點同時出現(xiàn)的干擾,也稱為共態(tài)干擾、對地干擾、縱向干擾、同向干擾等。共模干擾主要是由電源的地、放大器的地以及信號 源的地之間的傳輸線上電壓降造成得。消除共模干擾的方法有以下幾種 :變壓器隔離;光電隔離;浮地屏蔽;采用具有高共模抑制比的的儀表放大器作為輸入放大器。 串模干擾就是指串聯(lián)疊加在工作信號上的干擾,也稱之為正態(tài)干擾、常態(tài)干擾、橫向干擾等。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,有以下幾個優(yōu)點: N 采樣時刻到? A/D采樣 前臺算法 D/A輸出 Y 后臺算法 (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)字濾波可以對頻率很低 (如 )的信號實現(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)信號的不同,采用不同的濾波方法或濾波參數(shù),具有靈活、方便、功能強的特點。 ?它們各自有什么特點? 常用的數(shù)字濾波方法有 7 種。 ( 1)程序判斷濾波法:是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗,確定出相鄰兩次采樣信號之間可能出現(xiàn)得最大偏差。 ( 2)中值濾波法:它對于去掉偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動干擾比較有效。 ( 3)算術(shù)平均值濾波法:它適用于一般的 具有隨機干擾信號的濾波。它特別適合于信號本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動的情況。 ( 4)加權(quán)平均值濾波:可以提高濾波效果 ( 5)滑動平均值濾波法:采樣時間短,可以提高檢測速度 ( 6)慣性濾波法:適用于慢速隨機變量的濾波 ( 7)復(fù)合數(shù)字濾波:比單純的平均值濾波的效果要好 、加權(quán)平均值濾波以及滑動平均濾波三者的區(qū)別是什么? 算術(shù)平均值法適用于對壓力、流量等周期脈動信號的平滑,這種信號的特點是往往在某一數(shù)值范圍附近作上、下波動,有一個平均值。這種算法對信號的平滑程度取決于平均次數(shù) N,當(dāng) N較大時 平滑度高,但靈敏度低;當(dāng) N較小時,平滑度低,但靈敏度高,應(yīng)該視具體情況選取 N 值。對于一般流量,通常取 N=12;若為壓力,則取 N=4。 在算術(shù)平均濾波中, N 次采樣值在結(jié)果中所占的比重是均等的,即每次采樣值具有相同的加權(quán)因子 1/N。但有時為了提高濾波效果,往往對不同時刻的采樣值賦以不同的加權(quán)因子。這種方法稱為加權(quán)平均濾波法,也稱滑動平均或加權(quán)遞推平均。其算法為 其中。 加權(quán)因子選取可視具體情況決定,一般采樣值愈靠后,賦予的比重越大,這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例,系統(tǒng)對正常變化的靈敏性也可提高,當(dāng) 然對干擾的靈敏性也稍大了些。 滑動平均值濾波法,依次存放 N 次采樣值,每采進一個新數(shù)據(jù),就將最早采集的那個數(shù)據(jù)丟掉,然后求包含新值在內(nèi)的 N 個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值。 ? ( 1)一點接地和多點接地 ( 2)模擬地和數(shù)字地的連接 ( 3)主機外殼接地 ( 4)多機系統(tǒng)的接地 ?各部分的作用是什么? 微機常用的直流穩(wěn)壓電源如圖 6— 1 所示。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??? ? ??有較強的抗干擾能力,可用于一般工業(yè)控制場合。 圖 6— 1 抗干擾直流穩(wěn)壓電源示意圖 ( 1)隔離變壓器 隔離變壓器的作用有兩個:其一是防止浪涌電壓和尖峰電壓直接竄入而損壞系統(tǒng);其二是利用其屏蔽層阻止高頻干擾信號竄入。 ( 2)低通濾波器 各種干擾信號一般都有很強的高頻分量,低通濾波器是有效的抗干擾器件,它允許工頻 50Hz電源通過,而濾掉高次諧波,從而改善供電質(zhì)量。 ( 3)交流穩(wěn)壓器 交流穩(wěn)壓器的作用是保證供電的穩(wěn)定性,防止電源電壓波動對系統(tǒng)的影響。 ( 4) 電源變壓器是為直流穩(wěn)壓電源提供必要的電壓而設(shè)置的。為了增加系統(tǒng)的抗干擾能力,電源變壓器做成雙屏 蔽形式。 ( 5)直流穩(wěn)壓系統(tǒng) 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)包括整流器、濾波器、直流穩(wěn)壓器和高頻濾波器等幾部分,常用的直流穩(wěn)壓電路如圖 6— 2 所示。 圖 6— 2 直流穩(wěn)壓系統(tǒng)電路圖 一般直流穩(wěn)壓電源用的整流器多為單相橋式整流,直流側(cè)常采用電容濾波。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。 C2 為高頻濾波電容,常選用 ~ F 的瓷片電容,用于抑制浪涌的尖峰。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)簡單,使用方便,負(fù)載穩(wěn)定度為 15mV,具有過電流和輸出短路保護,可用于一般微機系統(tǒng)。三端穩(wěn)壓電源的輸出端常接兩個電容 C3 和 C4, C3 主要起負(fù)載匹配作用,常選用幾十~幾百μ F 的電解電容;C4 中抗高頻干擾電容,常選取 ~ F 的瓷片電容。 第七章 總線技術(shù) 習(xí)題及參考答案 ?總線有什么功能?總線標(biāo)準(zhǔn)是怎樣形成的? 總線是一組信號線的集合。這些線是系統(tǒng)的各插件間 (或插件內(nèi)部芯片間 )、各系統(tǒng)之間傳送規(guī)定信息的公共通道,有時也稱數(shù)據(jù)公路,通過它們可以把各種數(shù)據(jù)和命令傳送到各自要去的地方。 在微型計算機的硬件設(shè)計中,許多廠 商設(shè)計和提供了許多具有不同功能的插件 (亦稱“模板” )。用戶為了構(gòu)成計算機應(yīng)用系統(tǒng),希望這些模板能互相兼容。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、控制插件工作的時序及電氣特性等相同。也就是說為了使插件與插件間、系統(tǒng)與系統(tǒng)間能夠正確連接,就必須對連接各插件或各系統(tǒng)的基礎(chǔ) —— 總線,制定出嚴(yán)格的規(guī)約,即總線標(biāo)準(zhǔn),為各廠商設(shè)計和生產(chǎn)插件模塊提供統(tǒng)一的依據(jù)。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)。 、各類總線間的關(guān)系。 途,總線有如下的幾種類型: ( 1 我們將只實現(xiàn)一對物理部件間連接的總線稱為專用總線。專用總線的基本優(yōu)點是其具有較高的流量,多個部件可以同時發(fā)送或接受信息,幾乎不會出現(xiàn)總線爭用的現(xiàn)象。在全互連或部分互連以及環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用的總線就是專用總線。 ( 2 非專用總線可以被多種功能或多個部件所共享,所以也稱之為共享總線。每個部件都能通過共享總線與接在總線上的其他部件相連,但在同一時刻,卻只允許 2 個部件共享通信, ( 1 局部總線又稱為芯片總線。它是微處理器總線的延伸,是微處理器與外部硬件接口的通路,如圖所示。它是構(gòu)成中央處理機或子系統(tǒng)內(nèi)所用的總線。局部總線通常包括地址總線、數(shù) ( 2 塊之間的通信,可用于構(gòu)成分布式多機系統(tǒng),如 Multibus 總線、 STD 總線、 VME 總線、PC 總線等。一般微型機系統(tǒng)總線如圖所示。 ( 3 外總線又稱為通信總線,用 于微處理機與其他智能儀器儀表間的通信。外總線通常通過總 常用的外總線有:連接智能儀器儀表的 IEEE488 通用接口總線; RS232C 和 RS422 串行通信總線等。 3. ( 1 如果用若干根信號線同時傳遞信號,就構(gòu)成了并行總線。并行總線的特點是能以簡單的硬件來運行高速的數(shù)據(jù)傳輸和處理。 ( 2 串行總線是按照信息逐位的順序傳送信號。其特點是可以用幾根信號線在遠距離范圍內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)或信息,主要用 于數(shù)據(jù)通信。 STD 總線的特點。 STD 總線在工業(yè)控制中廣泛采用,是因為它有以下特點: (1)小板結(jié)構(gòu),高度模塊化。 (2)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化,廣泛的兼容性。 (3)面向 I/O 的開放式設(shè)計,適合工業(yè)控制應(yīng)用。 (4)高可靠性。 RS— 232C 總線的特點。 微機系統(tǒng)中最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn),用于實現(xiàn)計算機與計算機之間、計算機與外設(shè)之間的同步或異步通訊。通訊距離可達 15m,傳輸數(shù)據(jù)的速率可任意調(diào)整,最大可達 20Kb/s。 ?有哪幾種典型的現(xiàn)場總線?它們的特點是怎樣的? 現(xiàn)場總線 是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線,它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。所以現(xiàn)場總線既是通信網(wǎng)絡(luò),又是自控網(wǎng)絡(luò)。 ( 1) CAN(Control Area Network)控制器局域網(wǎng)絡(luò) 控制器局域網(wǎng)絡(luò) CAN 是由德國 Bosch 公司的為汽車的監(jiān)測和控制而設(shè)計的,逐步發(fā)展到用于其它工業(yè)領(lǐng)域的控制。 CAN 已成為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)。 CAN 具有如下特性: (a)通信速率為 5Kbps/10km,1Mbps/40m,節(jié)點數(shù) 110 個,傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纖等。 (b)采用點對點、一點對多點及全局廣
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