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1、、问答题:1、采样过程是什么？答：将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。2、什么叫做量化过程？答：用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转化成数字信号。3、什么要用采样保持器？答：为了保证A/D转换精度，就要在A/D转换之前加上采样保持电路，使得在A/D转 换期间保持输入模拟信号不变。4、在进行数据采集时为什么要满足采样定理？答：满足采样定理，就可以通过理想的低通滤波器，由采样信号f (t )*完全恢复出原始信号入。5、什么叫做I/O接口的独立编址方式？答：将存储器的地址空间和I/O接口地址空间分开设置，互不影响。四、 某8086最大模式系统中，需扩展8255A、8253和DAC
2、0832芯片各一片。采用 74LS138译码器，若已指定给各芯片的地址范围是：8255AE0H、E2H、E4H、E6H、8253E1H、E3H、E5H、E7H、DAC0832 F0H试设计接口扩展的译码电路(除74LS138夕卜，可增加必要的其他逻辑电路芯片。1 某连续控制系统的校正装置的传递函数为8D(S)= 一-试用差分变换法(后向差分)、双线性变换法，求该装置的递推输出序列。 s (s + 4)(设输入为e(t)，输出为u(t)1 + 2 s2. 已知某连续控制器的传递函数为D(S)=现用PID算法来实现它，试分别求其相s应的位置型和增量型PID算法输出表达式。设采样周期T = 1s。1
3、 + T s4.已知某连续控制器的传递函数为D(S) =试用差分变换法(后向差分)，求该装置1 + T s2的递推输出序列。(设输入为e(t)，输出为U (t)1 某连续控制系统的校正装置的传递函数为8s (s + 4)试用差分变换法(后向差分)、双线性变换法，求该装置的递推输出序列。(设输入为e(t), 输出为u(t)，采样周期T -1s ) 解：差分变换法:8s( s + 4)(s2 + 4s)U (s) = 8E(s)即 s2U(s) + 4sU(s)二 8E(s)化成微分方程d 2u (t)” du (t)+ 4= 8e(t)dt 2dtd 2u (t)u (k) - 2u (k -1
4、) + u (k - 2)dt 2T 2du (t)dtu (k) - u (k -1)u(k) 2u(k 1) + u(k 2) + 彳 u(k) u(k 1)$ 仃)T2Tu (k)=2 + 4T1 + 4Tu (k -1)-11 + 4Tu (k 2) +8T 21 + 4Te(k) = 1.2u (k -1) - 0.2u (k - 2) + 1.6e( k)双线性变换法:88T 2 + 16T 2 z-1 + 8T 2 z -22 + 4 z-1 + 2 z -2D(z) = D(s) I =s=21 21-+ 4 8T + 4 一 8 z-1 + (4 一 8T) z -23 一
5、2 z-1 一 z -2T1+z-1 T 1+z-1 T 1+z-121242u (k) = u (k 一 1) + 一 u (k 一 2) + e( k) + e(k 一 1)+ e( k 一 2)3一一 一一2. 已知某连续控制器的传递函数为D( S)=圧s现用PID算法来实现它，试分别求其相应的位置型和增量型PID算法输出表达式。设采样 周期=1s。解：PID控制算法的模拟表达式为u(t) = K e(t) + 丄 J fe(t)dt + Tp T 0D dt位置型输出表达式为u(k) = K e(k) + K 工e(j) + K Tde(k) - e(k -1)pp Tp Ti j=o
6、增量型输出表达式为：u(k) = u(k 一 1) + (K + K + K d)e(k) - (K + 2K Td)e(k 一 1) + K TDe(k 一 2)p p T p Tp p Tp T而对模拟表达式u (t)求拉式变换得1u(s) = K 1+ sT e(s)p T s Di型=K 1+丄 + sT = K + K + KTs e(s) p T s D p T s p Dii丄c本题中，D(S) = 一s = 2 + -ss所以T = 0 , K = 2 , T = 2DpI于是，本题的位置型输出表达式为u (k) = 2e(k) + 工 e( j)j=o增量型输出表达式为：u
7、(k) = u (k -1)+3e(k) - 2e(k -1)一用零阶保持器法求环节D( S) = 1的差分方程。s解:1 - ets 1(1-e-ts )-S 2_1-z-1 Z(1- z-1)Tz-1(1-z-1)2Tz-1 - Tz -21 - 2 z-1 + z -2u(k) 2u(k 1) + u(k 2) Te(k 1) Te(k 2) u(k) 2u(k -1) - u(k - 2) + Te(k -1) - Te(k - 2)4. 已知某连续控制器的传递函数为1 + Ts1 + Ts2试用差分变换法(后向差分)，求该装置的递推输出序列。(设输入为e(t)，输出为u(t)解：由D
8、(S)=1 + Ts1 + Ts2得(1+T s)U(s) (1+Ts)E(s)2 1U ( s ) + T SU ( s ) E (S) + TsE ( s )2 1du (t)de(t)u (t) + T e(t) + T2 dt1 dt当 t kTu(kT) + T 如 |- e(kT) + T 如 |2 dt tkT1 dt tkT即 u (k) + T u (k) e( k) + T e( k)2 1 近似为：u(k) + T u(k)-(k 】)e(k) + T e(k)- e(k】)2 t1 TT?T + T2e( k -1)T + TTu (k -1) +1 e( k)-T +
9、 TT + T2 22)防止积分整量化误差的方法有哪两种？ 答：(1)扩大计算机运算的字长，提高计算精度。(2)当积分项Ke(k) 6时，积分项单独累加，直到产生溢出。将溢出值作为积分项i的偏差值去进行运算，余数仍保留下来，作为下一步累加的基数值。4）增量型PID控制算法与位置型PID控制算法相比较，有哪些优点？答：（1）位置式算法每次输出与整个过去状态有关，容易产生较大的积累误差。而增量式中 只需计算增量，算式中不需要累加，控制增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，当存在 计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小，且较容易通过加权处理获得比较好的控 制效果。（2）由于计算机只输出控制增量
10、，所以误动作时影响小，且必要时可用逻辑判断的方法 去掉，对系统安全运行有利。（3）手动一自动切换时冲击比较小。5）防止积分饱和的方法有哪两种？ 答：积分分离法和遇限削弱积分法。R(S)+1已知系统控制框图如下，被控对象传递函数G（s）=需，采样周期T=025秒，求 单位阶跃输入时的最少拍控制器，并画出U（K）的曲线，说明系统输出有无波纹。解:1 - e-ts1S0.5S +12(S + 2) S已知Z变换表和常数:F(s)F(z)e -0.5 = 0.60611e-1 = 0.368s + a1 一 e - aTz-1a(1 - e -aT ) z-1e -2 = 0.135s (s + a)
11、(1 - z-1)(1 - e-aTz-1)0.394z-11 - 0.606z-1O(Z )G(Z X1 -(Z )2.538 -1.538 z-11 z-12.538 -1.538 z-11 z-1U(z)=D(z)E(z)= D(z) gz)R(z)=2.538+z-1+z-2+U(0)=2.538, U(1)=U(2)=.=1一拍之后控制输出稳定，系统输出无波纹。2已知系统控制框图如下被控对象传递函数孔)=切，采样周期T=0.5秒，求单 位阶跃输入时的最少拍控制器，并画出U(K)的曲线，说明系统输出有无波纹。解:1 - e-ts0.2S0.5S +12(S + 2) S已知Z变换表和常
12、数:F(s)F(z)e -0.5 = 0.60611e-1 = 0.368s + a1 一 e - aTz-1a(1 - e -aT ) z-1e -2 = 0.135s (s + a)(1 - z-1)(1 - e-aTz-1)1.264z-11- 0.368z-1(z) = z-1O(Z )G(Z X1 -(Z )0.791 - 0.291z-11 z-10.791 - 0.291z-1U(z)=D(z)E(z)= D(z)z)R (z)=厂e1 一 z-1=0.791+0.5z-1+0.5z-2+U(0)=0.791, U(1)=U(2)=.=0.5一拍之后控制输出稳定，系统输出无波纹。
13、3. 大林算法适合哪些被控对象，应用该算法可得到什么控制效果？已知被控对象传递函数Ke -G(s) _1，式中，t为纯滞后时间，T1为时间常数，K为放大系数，设t=NT, T为T S十11F(s)F(z)11s - a1 一 eaTz1a(1 e aT ) z 1s (s - a)(1 z 1)(1 e aTz 1)采样周期，试按照大林算法设计数字控制器。已知Z变换表：解：大林算法适合带大纯滞的一阶或二阶惯性环节的被控对象，应用该算法可使得系统的阶 跃响应无超调。e_s设系统闭环传递函数为0(s)=-，闭环脉冲传递函数为T S十121 一 eTs 厂 TS -12被控对象脉冲传递函数0( z) = Z1 一 ets Ke -S TS +11_ (1 一 eT / T2) zN 11 一 et / t2 z1=Kz - n1 1一 eT /T1 一 et / t1 z1控制器脉冲传递函数为：D() _ G(Z X1 -(Z ) = Ket /ti zi)et / t2 z1 e-TIt2 一n I问答题：1. 为何在计算机测控系统中常采用数字滤波程序对采样信号进行处理？2. 写出算术平均滤波的算式，该算法使用于哪些信号滤波？3. 写出一阶滞后滤波的算式，该算法使用于哪些信号滤波？4. 在微机系统中对非线性函数常用线性插值原理作线性化处理，这
