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1、实用文档第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1. 计算机控制系统的控制过程是怎样的？计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1) 实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(2) 实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制 过程。(3) 实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么? 由四部分组成。图1.1微机控制系统组成框图(1) 主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对 被控对象的被控参数进行实时
2、检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督， 使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。(2) 输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的 被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对 生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。(3) 外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)
3、、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能， 即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还 要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。(4) 检测与执行机构a. 测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主 要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(05V或420mA后，再送入微机。b. 执行机构：要控制生产过程，必须有执行机
4、构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机 输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产 过程符合预定的要求。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执 行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动 和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。5. 微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点:a. 控制规律灵活多样，改动方便b. 控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c. 能够实现数据统计和工况显示
5、，控制效率高d. 控制与管理一体化，进一步提高自动化程度6. 操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系?(1) 操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制 结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合1.2所示适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图图1.2操作指导控制系统原理框图(2) 直接数字控制系统(DDC系统):DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机
6、，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图1.3所示。图1.3 DDC系统原理框图计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control) 系统比DDC系统更接近生产 变化的实际情况，因为在DDCS统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态， 而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。SCC系统的原理框图如图1.4所示。图1.4 SCC系统原
7、理框图SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展第二章 输入输出过程通道习题及参考答案1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分, 过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。2. 数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路 等组成。数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译
8、码电路等组成。其中：输入 调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低 电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。(1) I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。(2) 多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。(3) 采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行 A/D转换
9、时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。(4) A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/ 数转换器(Analog/Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC。9.A/D转换器的结束信号有什么作用？根据该信号在 I/O控制中的连接方式，A/D转换有几种控制方式？ 它们在接口电路和程序设计上有什么特点？A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次 AD转换是否完成。常见的A/D转换有以下几种控制方式，各自特点如下?延时等待法:EOC可不和I/O 口连接，程序设计时，延时大
10、于 ADC专换时间后，取数据。?保持等待法:EOC与READY目连,EOC无效时，自动插入等待状态。直至 EOCt效时，取数据。?查询法：EO(可以和任意I/O 口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOCt效时，取数据?中断响应法：EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。11. 设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量数据采集程序。本例给出用8031、DAC0809S计的数据采集系统实例把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM勺30H37H单元中。采样完一遍后停止采集。其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：初始化程
11、序：MOV R0 #30H MOV R2 , #08H SETB IT0SETB EA中断MOV DPTR , #FEF8H LOOP MOVX DPTR A HERE SJMP HERE中断服务程序：MOVX A , DPTR MOV R0, AINC DPTRINC R0DJNZ R2 , INT0CLR EACLR EX0RETIINT0 : MOVX DPTR ARETI;设立数据存储区指针;设置8路采样计数值;设置外部中断0为边沿触发方式;允许外部中断0;CPU开放中断SETB EX0;送入口地址并指向IN0;启动A/D转换，A的值无意义;等待中断;读取转换后的数字量;存入片内RAM
12、单元指向下一模拟通道;指向下一个数据存储单元;8路未转换完，则继续;已转换完，则关中断;禁止外部中断0中断;中断返回;再次启动A/D转换;中断返回12. 模拟量输出通道由哪几部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成。(1) D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称D/A转换器或DAC。它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。(2) V/I变换：一般情况下，D/A转换电路的输出是电压信号。在计算机控制系统中，当计算机远离现场， 为了便于信号的远距离传输，减少由于
13、传输带来的干扰和衰减，需要采用电流方式输出模拟信号。许多 标准化的工业仪表或执行机构，一般是采用010mA或 420mA勺电流信号驱动的。因此，需要将模拟电压信号通过电压/电流(V/I)变换技术，转化为电流信号。13. 采用DAC083却PC总线工业控制机接口。请画出接口电路原理图，并编写产生三角波、梯形波和锯 齿波的程序。设计一八路数据采集及其回放系统。要求八路数据巡回检测，存储10组数据，输数据为电压信号(0-5V)， 检测精度1% CPU AD DA可任选。8086CP UM / IOWR地址线吐VCCvrefDI7RfbDI0IOUT1DA C0832CSIOUT2WR2XFERDG
14、NDAG NDWR1O丫0数据总线C+ 5VUo第四章微型计算机控制系统的控制算法习题及参考答案1.数字控制器的模拟化设计步骤是什么? 模拟化设计步骤：（1）设计假想的模拟控制器D（S）（2）正确地选择采样周期T（3）将D（S）离散化为D（Z）（4）求出与D（S）对应的差分方程（5）根据差分方程编制相应程序。2.某连续控制器设计为1 Tis1 T2S试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z)。双线形变换法：把s 2?代入，则D z|s2 z 1 T1?T z 12 z 1 1 T2?T z 1T 2T1 z T-2T1T 2T2 z T 2T2前向差分法：把z乍代入，则
15、D s| z 1 s -T1 T1S1 T2ST1T2z T T1T2Z T T2z 1后向差分法：把s 代入，则TzD s | z 1sTz1S1 T2ST2z TT2Z T T2Tz3. 在PID调节器中系数kp、k、kd各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？系数kp为比例系数，提高系数kp可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数kp 最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。系数ki为积分常数，ki越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的 调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停 留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在 改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质
