微型计算机控制技术试卷答案A.pdf
河南理工大学万方科技学院 2008-2009学年第一 学期 微型计算机控制技术试卷（A卷） （本题 25 分）一、填空（每题1 分） 1. 按 照 微 机 的 应 用 方 式 ， 计 算 机 控 制 系 统 可 分 为 ： _ 、 _ _和 _。 2常用的AD转换方法有、。 3. 常用的 AD转换的启动信号有和方式。 4. 8051单片机 IO 接口编码方式为， INTEL8088的 IO 编码方式为。 5. 最少拍有波纹系统的性能指标要求包括、 。 6. 程序设计通常采用和设计法 7.10位 AD 转换器的最低分辨率为: ,当基准电压为36v 时，最小转换电压为 v。 8. 采 样 保 持 器 有和两 种 工 作 状 态 ， 对A1,A2两 个 放 大 器 的 要 求。 9. IO通道的干扰类型包括：和。 10. 大林算法的设计原则 是。 11. 最少拍无波纹系统的设计要求，除了满足最少拍有波纹的一切设计要求外，还必须保证 。 （本题 5 分）二、简述计算机控制系统的组成，并画出方框图. （本题 10 分）三、 有 4 位 AD转换器，满刻度为5V，现在输入4.15V 模拟电压， 请分析采用逐次逼近法逼近的转换过程 （ 本 题10 分 ） 四 、 用 一 阶 后 向 差 分 法 求 某 控 制 器 的 传 递 函 数 2 ( ) (1)(2) D S ss 的差分方程 .T=1s. （本题 10 分） 五、 广义对象的传递函数为 21 11 0.368(1 0.718) ( ) (1)(10.368) ZZ G Z ZZ ： 1 ， 请说明最小拍有波纹控制器的设计步骤，2. 写出根据性的闭环传递函数（Z） 和 e(Z). （本题 10 分）六、常用数字滤波算法有哪几种？简述优 （本题 10 分）七、写出数字PID 控制算法的位置式和增量式两种标准算法并简 要回答下列问题： 1. 简述积分分离法克服位置式PID 积分饱和作用的原理。 2. PID数字控制器参数整定的含义是什么？简述工程实现时，参数整定的步骤。 3. 采样周期的选择应综合考虑哪几个因素？ （本题 10 分）八、请说明下图中IO 通道的类型，并说明其工作过程。 得分 得分 得分 得分 得分 得分 得分 得分 得分 专 业 班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 密 封 线 专 业 班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 密 封 线 +5V R2 R3 C R1+48V P1.0 （本题 10 分）九、请结合课程的学习，谈一谈如何利用微机控制系统实现某一 加热炉的温度控制。 一填空 1 操作指导控制系统直接数字控制系统，监督计算机控制系统，分级计算机控制系统 2. 计数法、双积分法，逐次逼近法 3脉冲方式；电平方式 4. 统一编址；独立编址 5准确性、快速性、稳定性 6. 模块法、结构法 7.1/1024 ；35.16 8. 采样；保持；A2输入阻抗大，A1输出阻抗低 9. 串模干扰；共模干扰 10以大林算法为模型的数字控制器，使闭环系统的特性为时间滞后的一阶惯性环节，且滞 后时间与被控对象的滞后时间相同。 11. 控制器包含广义被控对象所有零点。 二计算机控制系统有哪些部分组成，并画出方框图。 答：计算机控制系统的硬件组成主要是由控制对象（或生产过程） 、执行器、 测量变送环节、 输入输出通道和数字调节器等组成。软件组成主要是由系统软件和控制软件。 三有 4 位 AD转换器， 满刻度为5V，现在输入4.15V 模拟电压， 请说明逐次逼近转换原理。 并分析采用逐次逼近法逼近的转换过程。 解： 先通过置数逻辑电路将SAR中最高位置1，其余全 0，井 DA转换成模拟电压U0与输入 模拟电压Ui 在电压比较器下进行比较，若UiU0,则保留最高位1，否则清除最高位为0； 其次置次高位为1，延续上述过程，直至确定最低位的状态。 量化单位为q=5v/2 4=0.3125V 本题目中图表转换如下： 步骤SAR U0 Ui,U0 大小该位去留 8 4 2 1 1 1 0 0 0 2.5 保留 2 1 1 0 0 3.75 保留 3 1 1 1 0 4.375 去 4 1 1 0 1 4.0625 保留 结果1 1 0 1 偏差 4.15-4.0625=0.0875 图略。 四 11 11 ( )2 ( ) 11( ) (1)(2) 1 ( )2 ( ) ( )(2)(3) 511 ( )(1)(2)( ) 663 511 ( )(1)(2)( ) 663 U S D S ZZE S TT Ts U S D S E SZZ U ZU ZU ZE Z U kU kU kE k 五答案：步骤如下： 一根据被控对象的传递函数确定广义传递函数D(Z) 二根据性能指标和约束条件确定闭环传递函数(Z), 其中性能指标包括准确性、快速 性、稳定性，约束条件为物理可实现性。同时得出闭环误差传递函数e（ z） 三根据 )()( )( )( ZeZG Z ZD 确定控制器的传递函数 四将其离散化，编写算法程序 21 11 0.368(1 0.718) ( ) (1)(1 0.368) ZZ G Z ZZ 对速度输入 1 12 ( ) (1) z R z z .q=2,r=2,v=1,u=0 所以 21 12 121 1 ( )() ( )(1) (1) zzaa z e zzf z 六、常用数字滤波算法有哪几种？简述优缺点？ （一）算术平均值滤波 A 优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。 B 缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用。比较浪费RAM 。 （二）中值滤波A优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰。B缺点：对流量、速 度等快速变化的参数不宜。当信号变化速度和采样周期相比不容忽略时，可能三个数都是正 确的信息，会丢失许多正确信息 （三）一阶滞后滤波A优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用。 B 缺点：相位滞后，灵敏度低。不能消除滤波频率高于采样频率的1/2 的干扰信号。 （四）程序判断滤波A.优点：既照顾了采样的实时性，又照顾了采样值变化的连续性。B. 缺点：最大允许偏差难以确定 （五） 复合滤波 （防脉冲干扰的算术平均值滤波）A优点： 融合了两种滤波方法的优点B 缺 点：浪费内存 七答：位置式： 10 0 () i d iijii ji TT uK eeeeu TT 增量式： 112 ()(2) d iiiiiii i TT uKeeeeee TT （1）开始时不进行积分，直至偏差达到一定阀值后才进行积分累积，这样，一方面防止了 一开始有过大的控制量，另一方面即使进入饱和后，因积分累积小，也能较快推出，减少了 超调。 （2）PID 数字控制器参数整定是指确定PID 数字控制器的参数 , id T T TK ，以使系统输出 达到满意的效果。 （3）满足采样定律；抗干扰角度，T 应小些；快速系统，要求T小；执行机构惯性大时，T 应大些；计算机工作量和成本考虑，T 应大些；从计算机精确执行控制算法，T 应大些；实 际生产过程中常采用经验法获得采样周期。 八该通道为数字量输入通道。当48V 开关闭合，光耦导通，经反相器P1.0 输出高电平电 平。 当 48V 开关打开，光耦阻断，经反相器P1.0 输出低电平。 九根据学生回答情况酌情给分。 重点是绘制出控制系统的框图。包括数字给定，温度测量反馈AD转换， PID 调节器输出DA 转换等。
