計(jì)算機(jī)控制技術(shù)習(xí)題詳解第一章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述習(xí)題參考答案】計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程是怎樣的？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程可歸納為以下三個(gè)步驟：(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控戢的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)，并輸入給計(jì)第機(jī).(2) 實(shí)時(shí)決策：對(duì)采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過(guò)程。(3) 實(shí)時(shí)控制：根據(jù)決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)岀控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。2實(shí)時(shí)、在線方式和離找方式的含義是什么？(1) 實(shí)時(shí)：所謂實(shí)時(shí)“，圧指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出郁於在一定時(shí)間范用內(nèi)完成的.即計(jì)篦機(jī)對(duì)輸入信息以足夠快的速度 進(jìn)行處理.并在一定的時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)并進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間就會(huì)失去控制時(shí)機(jī)，控制也就失去了總義。(2) “在線“方式：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，如果生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備直接與計(jì)算機(jī)連接，生產(chǎn)過(guò)程直接受計(jì)算機(jī)的控制，就叫做“聯(lián)機(jī)“ 方式或在線”方式。(3) “離線”方式：若生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備不*(接與計(jì)算機(jī)相連接，坯工作不直後受計(jì)算機(jī)的拎制.而肚通過(guò)中間記錄介質(zhì).靠人進(jìn) 行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式.則叫做“脫機(jī)“方式或離線“方式。S微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？山四部分組成.外 乂主機(jī)/ *入鑰岀通迥j生產(chǎn)kllVIW圖11微機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖(1) 主機(jī)：這是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)接口它町以向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種命令，同時(shí)對(duì)被控對(duì)象的被控參數(shù) 進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)及處理主機(jī)的主要功能是控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算(如調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)算、最優(yōu)化計(jì)算 等)和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出控制決策：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)骨，使之處于晟優(yōu)工作狀態(tài)：對(duì)那故進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警：編制生 產(chǎn)技術(shù)報(bào)皆，打印制表等等。(2) 輸入輸出通道：這是微機(jī)和生產(chǎn)對(duì)象Z間進(jìn)彳亍信息交換的橋梁和紐帶。過(guò)程輸入通道把生產(chǎn)對(duì)彖的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī) 可以接收的數(shù)寧代碼.過(guò)程輸出通逍把做機(jī)輸出的控制命令和數(shù)抓，轉(zhuǎn)換成可以對(duì)生產(chǎn)對(duì)級(jí)進(jìn)行控制的信號(hào)。過(guò)程輸入輸出 通道包拾模擬雖輸入輸出通道和數(shù)字雖輸入輸出通道。（3）外部設(shè)備：這是實(shí)現(xiàn)微機(jī)和外界進(jìn)行信息交換的設(shè)備，簡(jiǎn)稱外設(shè)，包括人機(jī)聯(lián)系設(shè)備（操作臺(tái)）、輸入輸出設(shè)備（磁盤驅(qū)動(dòng) 器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等）和外存貯器（磁盤）其中操作臺(tái)應(yīng)具涪顯示功能，即根拯操作人員的要求，能立即顯示所要 求的內(nèi)容：還應(yīng)冇按鈕.完成系統(tǒng)的啟、停等功能：操作臺(tái)還耍保證即使操作借誤也不會(huì)造成惡劣后果，即應(yīng)冇保護(hù)功能.（4）檢測(cè)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)a. 測(cè)雖變送單元：在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了收集和測(cè)命各種參數(shù)，采用了各種檢測(cè)元件及變送器，其主要功能足將被檢測(cè)參 數(shù)的非電戢轉(zhuǎn)換成電屋.例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號(hào)：壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào).這些信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn) 換成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)（05V或420mA）后.再送入微機(jī)。b. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：箜控制生產(chǎn)過(guò)程，必須仃執(zhí)行機(jī)構(gòu)它兄微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能足根據(jù)微機(jī)輸岀的控制店弓，改 變輸出的角位移或直線位移，井通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流呈或能戢，使生產(chǎn)過(guò)程符A預(yù)定的要求。例如，任溫度控制 系統(tǒng)中.微機(jī)根據(jù)溫度的誤星計(jì)算出郴應(yīng)的控制磧，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）來(lái)控制進(jìn)入加熱爐的煤氣（或油）試以實(shí)現(xiàn)預(yù)期 的溫度值.常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)冇電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等控制形式，也冇的采用馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制.4. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件有什么作用？說(shuō)出各部分軟件的作用.軟件足指能夠完成乞種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)作，都足在軟件的指揮下協(xié)調(diào)進(jìn)行的，因此說(shuō)軟件址 微機(jī)系統(tǒng)的中樞神經(jīng).就功能來(lái)分，軟件可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫(kù).（1）系統(tǒng)軟件：它足山計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者提供的專門用來(lái)使用和管理計(jì)算機(jī)的程序。對(duì)用戶來(lái)說(shuō).系統(tǒng)軟件只足作為開發(fā)應(yīng)用軟 件的工具，卅不需要自己設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)軟件包括：a操作系統(tǒng)：即為管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等：b. 診斷系統(tǒng)：指的圧調(diào)節(jié)程序及故障診斷程序：c. 開發(fā)系統(tǒng)：包括各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)汗、語(yǔ)討處理程序（編譯程序）、服務(wù)程序（裝配程序和編輯程序）、模擬主系統(tǒng)（系統(tǒng)模擬、仿貞、移植軟件）、數(shù)據(jù)骨理系統(tǒng)等：d. 信息處理：指文字翻譯、企業(yè)管理等.（2）應(yīng)用軟件:它出面向用戶本身的程序，即指由用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問(wèn)題而編寫的各種程序。應(yīng)用軟件包拆：a. 過(guò)程監(jiān)視程序：指巡回檢測(cè)程序、數(shù)據(jù)處理程序、卜.下限檢資及報(bào)警程序、操作面板服務(wù)程序、數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序. 判斷程序、過(guò)程分析程序等：b. 過(guò)程控制計(jì)見(jiàn)程序：指的是控制算法程序、故處理程序和信息轡理程序，英中信息竹理程序包括信息生成調(diào)度、文件怯 理及輸出、打印、顯示程序等：c. 公共服務(wù)程序：包括基本運(yùn)算程序、函數(shù)運(yùn)算程序、數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序、格式編碼程序。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)陣及數(shù)據(jù)肅管理系統(tǒng)主要用于資料管理、存檔和檢索，郴應(yīng)軟件設(shè)計(jì)指如何建立數(shù)搖庫(kù)以及如何査詢、顯 示、調(diào)用和修改數(shù)據(jù)等。5. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？微機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相比,具有如下特點(diǎn)：a. 控制規(guī)律靈活多樣，改動(dòng)方便b. 控制梢度高，抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)城優(yōu)控制c. 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)則統(tǒng)計(jì)和工況顯示.控制效率高d. 擰制與聳理一體化，進(jìn)一步提高H動(dòng)化程度6. 操作捋導(dǎo)、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？(1) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對(duì)象.屬丁開環(huán)控制纟訂d計(jì)乳機(jī)根抑妝 學(xué)模型、控制算法對(duì)檢測(cè)到的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行處理，計(jì)算出冷控制啟應(yīng)冇的較介適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時(shí)計(jì) 算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用.其原理框圖如圖1.2所示。3圖1.2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)廉理框圖(2) 直接數(shù) 汕 制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng)” DDC(DirectDigitalContro 1)系統(tǒng)就是通過(guò)檢測(cè)元件對(duì)個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)， 經(jīng)輸入通逍送給微機(jī)，微機(jī)將檢測(cè)結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較.再進(jìn)行控制運(yùn)算，然后通過(guò)輸出通道控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)的被 控參數(shù)達(dá)到預(yù)宦的要求。DDC系統(tǒng)足閉環(huán)系統(tǒng)，足微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中啟普遍的-種應(yīng)用形式。其原理框圖如圖1.3所 示.帳I8Q或開)入給遜 #圖1 3DDC系統(tǒng)原理框圖(3) 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(Supenisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近工產(chǎn)變化的實(shí)際惜況，因?yàn)?在DDC系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)只足代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不能運(yùn)行在最建狀態(tài).而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，并 TL還可以進(jìn)行顧序控制、最優(yōu)控制以及門適應(yīng)控制等-SCC系統(tǒng)的原理框圖如圖1.4所示。或開開關(guān)tn金入通is或DDC絨從機(jī)攏仃機(jī)構(gòu)圖1.4 SCC系統(tǒng)原理框圖SCC足操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。7. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趙勢(shì)是什么？大規(guī)模及超大規(guī)欖集成電路的發(fā)展，捉高了計(jì)算機(jī)的可靠性和性能價(jià)格比，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。為 更好地適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模.以滿足對(duì)計(jì)算機(jī)擰制系統(tǒng)提出的越來(lái)越高的要求，冃前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨 勢(shì)有以下幾個(gè)方而。a. 普及應(yīng)用可編程序控制器b. 采用集散控制系統(tǒng)c. 研宛和發(fā)展智能控制系統(tǒng)本章作業(yè)簡(jiǎn)述幾類常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域。第二章輸入輸出過(guò)程通道習(xí)題參考答案1什么是過(guò)程通道？過(guò)程通道有哪些分類？過(guò)程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。按信息傳遞的方向來(lái)分，過(guò)程通逍叮分為輸入過(guò)程通道和輸出過(guò)程通逍：按所傳遞和交換的信息來(lái)分，過(guò)程通道又可分為數(shù) 字最過(guò)程通道和模擬駅過(guò)程通道.2數(shù)字量過(guò)程通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？數(shù)字雖過(guò)程通逍包括數(shù)字就輸入通道和數(shù)字戢輸出通道。數(shù)字邑輸入通逍主要III輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路、井行接口電路和定時(shí)計(jì)數(shù)電路等組成。數(shù)字雖輸出 通道主耍山輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中：輸入調(diào)理電路將來(lái)11控制裝垃或生產(chǎn)過(guò)程的各 種開關(guān)鼠.進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將梵通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高、低電平，同時(shí)還要考慮對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、保護(hù)、消除觸點(diǎn)抖動(dòng)， 以及進(jìn)行信號(hào)隔離等問(wèn)題3.簡(jiǎn)述兩種硬件消抖電路的工作原理.采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用積分電路將抖動(dòng)的高頻部分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形.采用RS觸發(fā)器的硬件消抖電路，主要足利用RS觸發(fā)器的保持功能實(shí)現(xiàn)消抖。4 簡(jiǎn)述光電耦合器的工作原理及在過(guò)程通道中的作用.光電耦合器山封裝在一個(gè)竹殼內(nèi)的發(fā)光二極仔和光敏三極仔組成，如圖2.1所示。輸入電流流過(guò)二極悖時(shí)使其發(fā)光，照射到 光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號(hào)的光電耦合傳送，它在過(guò)程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離.圖2.1光電耦合器電絡(luò)圖3模擬量輸入通道由哪蘭部分組成？各部分的作用是什么？模擬雖:輸入通逍-般山I/V變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、AD轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯電路組成。(1) LV變換：提高了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳遞過(guò)程中的抗干擾能力，減少了信號(hào)的衰減，為與標(biāo)準(zhǔn)化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配提供了方便.(2) 多路轉(zhuǎn)換器：用來(lái)切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵元件。(3) 采樣保持器：AD轉(zhuǎn)換器完成一次AQ轉(zhuǎn)換總需要-定的時(shí)間。在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，冷望輸入信匕不再變化，以免 造成轉(zhuǎn)換誤差.這樣，就需要在AQ轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器.(4JA/D轉(zhuǎn)換器：模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬呈轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱尢上I J數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog Digital Com erter.簡(jiǎn)稱 A D 轉(zhuǎn)換器或 ADC) 6. 對(duì)理想多路開關(guān)的要求越什么？理想的多路開關(guān)其開路電阻為無(wú)窮大，其接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。此外，還希果切換速度快、噪音小、壽命長(zhǎng)、工作可靠.7. 采樣保持器有什么作用？試說(shuō)明保持電容的大小對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響.采樣保持器的作用：AD轉(zhuǎn)換器完成一次AD轉(zhuǎn)換總需要一定的時(shí)間.在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，希望輸入信號(hào)不再變化， 以免造成轉(zhuǎn)換謀墊.這樣，就需要在AQ轉(zhuǎn)換器之曲加入采樣保持器.保持電容對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的楮度有很大彤響.保持電容侑小，則采樣狀態(tài)時(shí)充電時(shí)間常數(shù)小，即保持電容充電快， 輸出對(duì)輸入倡號(hào)的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時(shí)放電時(shí)間常數(shù)也小，即保持電容放電快，故保持性能基：反Z，保持電容值 大，保持性能好，但跟隨特性差.58在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中.是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器？為什么？不是.對(duì)丁輸入信號(hào)變化很慢，如溫度信號(hào)：或者A，D轉(zhuǎn)換時(shí)間較快，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號(hào)變化很小，在允許的AQ轉(zhuǎn)換楮度內(nèi).就不必再選用采樣保持器.9/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號(hào)有什么作用？根據(jù)該信號(hào)在I/O控制中的連接方式，A/D轉(zhuǎn)換有幾種控制方式？它們?cè)诮涌陔娐泛?程序設(shè)計(jì)上有什么特點(diǎn)？AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號(hào)的作用足用以判斷本次AD轉(zhuǎn)換址否完成。常見(jiàn)的AD轉(zhuǎn)換冇以下幾種控制方式，各門特點(diǎn)如下 延時(shí)第待i/EOC可不和I/O 口連接.程序設(shè)計(jì)時(shí).延時(shí)大于ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間后.取數(shù)據(jù) 保持】;待沢EOC與READY相連.EOC無(wú)效時(shí)f |動(dòng)插入等待狀態(tài)。/至EOC有效時(shí)，取數(shù)據(jù)。查詢法:EOC可以和任意I/O 口連接，程序設(shè)計(jì)時(shí)，反復(fù)判斷EOC是否有效,直至EOC有效時(shí),収數(shù)據(jù)。中斷響應(yīng)法:EOC與外部中斷相連，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)中斷申請(qǐng)，在中斯服務(wù)程序中収數(shù)據(jù).10設(shè)被測(cè)溫度變化范圍為<rc1200c如果要求誤差不超過(guò)（M<C應(yīng)選用分辨為多少位的A/D轉(zhuǎn)換器？12,仁 1200)選擇依據(jù)：n > log 1 +吐0.4丿設(shè)計(jì)出8路模擬采集系統(tǒng)。請(qǐng)畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)的8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序.本例給出用8031、DAC0S09設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例。把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字雖按序存丁片內(nèi)RAM的30H-37H機(jī)元中.采咔完一遍后停止采集其數(shù)據(jù)采集的初J始化程序和中 斷服務(wù)程序如下：初始化程序：MO- R0, #30HR2> #08HSETBITOSETBEAMO-DPTR SFEF8HLOOP：MOXX DPTR ASJMP HEREHERE：中斷服務(wù)程序：MOVX A. DPTRMOV R0 AINC DPTR:設(shè)芷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針:設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值:設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式:CPU開放中斷SETB EXO:送入口地址并指向IN0:啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換，A的值無(wú)意義:等待小斷:允許外部中斷0中斷INTO：INC RODJNZR2 INTOCLRCLREXORETIDPTR. AMO-X讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字雖 存入片內(nèi)RAM單元 拆向下一模擬通道 指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù) 已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷 禁止外部中斷0中斷中斷返回再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換中斷返回RETI12模擬量輸出通道由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？模擬雖輸出通道-般山接口電路、D A轉(zhuǎn)換器、功率放大和71變換等信1；調(diào)理電路組成。D/A轉(zhuǎn)換益：模擬戢輸出通道的核心圧數(shù)/模轉(zhuǎn)換(Digital Analog Comerter.簡(jiǎn)稱DA轉(zhuǎn)換器或DAC).它足指將數(shù)字磧 轉(zhuǎn)換成模擬雖的元件或裝貿(mào)。(2)V/I變換：一般情況下，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出足電壓信號(hào)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中.當(dāng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng).為了便丁倍號(hào)的遠(yuǎn) 距離傳輸.減少由于傳輸帶來(lái)的干擾和衰減，需要采用電流方式輸出模擬信號(hào).許多標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般是 釆用010mA或420mA的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)的。肉此，需耍將模擬電圧信號(hào)通過(guò)電壓/電流(V/I)變換技術(shù)，轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。13采用DACI832和PE總線工業(yè)控制機(jī)接口.請(qǐng)畫出接口電路原理圖，并編寫產(chǎn)生三角波、梯形波和鋸齒波的程序.本章作業(yè)設(shè)計(jì)一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng).要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測(cè)，存儲(chǔ)10組數(shù)據(jù)，輸數(shù)據(jù)為電壓信號(hào)(45V),檢測(cè)精度vl% CPU、AD、DA 可任選.7第三章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)習(xí)題參考答案31什么是數(shù)控程序控制？數(shù)字程序控制有哪幾種方式？所謂數(shù)控程序控制是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械(如各種加工機(jī)床)按規(guī)定的工作順序、 運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。數(shù)字程序控制方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制和輪廓的切削控制。32什么是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法？直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程和圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程各有哪幾個(gè)步驟？逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算，就是在某個(gè)坐標(biāo)方向上每走一步(即輸出一個(gè)進(jìn)給脈沖)，就作一次計(jì)算，將實(shí)際 進(jìn)給位置的坐標(biāo)與給定的軌跡進(jìn)行比較，判斷其偏差情況，根據(jù)偏差，再?zèng)Q定下一步的走向(沿X軸進(jìn)給, 還是沿Y軸進(jìn)給)。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是以階梯折線來(lái)逼近給定直線或圓弧曲線，最人逼近誤差不超 過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)脈沖當(dāng)量(每走一步的距離，即步長(zhǎng))。直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下：(1) 偏差判別：即判別上一次進(jìn)給后的偏差值Fm是最人于等于零，還是小于零：(2) 坐標(biāo)進(jìn)給：即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進(jìn)給方向，并在該方向上進(jìn)給一步：(3) 偏差計(jì)算：即計(jì)算進(jìn)給后的新偏差值Fm+1,作為下一步偏差判別的依據(jù)：(4) 終點(diǎn)判別：即若己到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)，則毛復(fù)上述步驟。圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下：(1) 偏差判別(2) 坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算(4) 坐標(biāo)計(jì)算(5) 終點(diǎn)判別5.若加工第一象限直線OA,起點(diǎn)O (0, 0),終點(diǎn)A (11, 7)。要求：(1按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算：(2卅出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。解：由題意可知Xe=ll,y.=7, Fo=O,我們?cè)O(shè)置一個(gè)總的計(jì)數(shù)器Nxy,其初值應(yīng)為Nxy=|7-0|+|ll-0|=18,則插補(bǔ) 計(jì)算過(guò)程如農(nóng)3-1所示。根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程表所作出的直線插補(bǔ)走步軌跡圖如下圖所示。表31步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)Fo=ONy=181Fo=0+xFi=Fo-y=-7Ny=172Fi<0+YF2=Fi+Xt=4Nxy=163F：>0+xF3=F2-yt=-3Nxy=154F3VO+YF4=F3+Xe=8Nxy=145F4>0+xF5=F4-ye=lNxy=136FsX)+xF6=F5-ye6Nxy=127F<0+YF7=F6+Xe=5Nxy=U8F7>0+xF8=F7-y=-2Ny=109Fs<0+YF9=Fs+Xe=9Nxy=910F9>0+xFio=F9-ye=2Nxy=811FioX)+xFn=Fio-ye=-5Nxy=712Fn<0+YFi2=Fii+x<=6Nxy=613F12>0+XF13=F12-ye=-lNxy=514Fb<0+YF14=F13+Xe=10Nxy=415F14>0+XFi5=Fi4-y=3Nxy=316F15>0+xFi6=Fi5-yt=-4Nxy=217F16<0+YF17=F16+X=7N418F17>O+xF18=F16-ye=ONO3.S設(shè)加工第一象限的圓弧AB,起點(diǎn)A (6, 0),終點(diǎn)B (0, 6)。要求：(1)按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算；(2作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)"解：插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程如表32所示。終點(diǎn)判別仍采用第二種方法，設(shè)一個(gè)總的計(jì)數(shù)器Nq每走一步便減1 操作，當(dāng)Nxy=O時(shí)，加工到終點(diǎn)，插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束。下圖為插補(bǔ)過(guò)程中的走步軌跡。y表32步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)Fo=0xo=6,yo=O時(shí)121F0=OXFi=0-12+l11xi=5,yi=0Nxy=ll2Fi<0+YF?二 11+0+1 二 10X2=5,y2=lNxy=103F2<0+YF 尸-10+2+1 二 7x 尸 5 $3=2Nxy=94F?<0+YFT+4+l=-2X4=5,y4=3Nxy=85F4<0+YF5=2+6+l=5X5=5j5=4Nxy=76F5>0-XF6=5-10+l 二 4X6=4,y6=4Nxy=67f6<o+YF?=-4+8+l=5X7=4,y7=5Nxy=58F?>0-XF8=5-8+l2xs=3,ys=5Nxy=49F8<0+YF9=-2+10+l=9X9=3y9=6Nxy=310F5>0-XFio=9-6+1=4xio=2>yio=6Nxy=211Fio>OXFn=4-4+l=lxii=l,yn=6Nxy=l12Fn>0-XFi2=l-2+l=0xi2=O，yi2=6Nxy=o36三相步進(jìn)電機(jī)有哪幾種工作方式？分別畫出每種工作方式的各相通電順序和電壓波形圖. 解：有三種工作方式：（1）三相單三拍工作方式各相的通電順序?yàn)锳tBtC,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。步進(jìn)時(shí)鐘 _n_L_n_n_n_rLAfllBHICAI I圖3單三拍工作的電壓波形圖（2）三相雙三拍工作方式雙三拍工作方式各相的通電順序?yàn)锳BtECtCA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。噸恂 ruuLrLfuuuui_n_njLri_n_n_"U U U U L_ULJUUcwuU uU-圖3.2雙三拍工作的電斥波形圖（3）三相六拍工作方式在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來(lái)，就產(chǎn)生了六拍工作方式，其通電順 序?yàn)锳tABtBtBCtCtCA。各相通電的電壓波形如圖3.3所示。ruuuuwLruuuuuuuL"I I I I LXX v/- J I I I I圖3.3三相六拍工作的電樂(lè)波形圖3.7.采用8255A作為*軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)的控制接口，要求（1）畫出接口電路原理圖；（2）分別列出工軸和y軸步進(jìn)電機(jī)在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍工作方式下的輸出字表。電路原理圖如圖所示三相單三拍控制方式輸出字表”軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表丿軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表11ADX100000001=01HADY100000001=01HADX2OOOOOO1O=O2HADY20000001=02HADX300000100=04HADY300000100=04H三相雙三拍控制方式輸出字表乂軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表丿軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸出字ADX100000011=O3HADY10000001l=03HADX200000110=06HADY200000110=06HADX300000101=05HADY300000101=05H存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸出字三相六拍控制方式輸出字表”軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表7軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸出字ADXl00000001=01HADYl00000001=01HADX200000011=O3HADY200000011=03HADX300000010=02HADY30000001&=02HADX400000110=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX600000101=05HADY600000101=05H13第四章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法習(xí)題參考答案41數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟是什么？模擬化設(shè)計(jì)步驟：(1) 設(shè)計(jì)假想的模擬控制器D(S)(2) 正確地選擇采樣周期T(3) 將D(S)離散化為D(Z)(4) 求出與D(S)對(duì)應(yīng)的差分方程(5) 根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序。2. 某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為冬2 = 口($)1 + 石試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z)。7-1解：雙線形變換法：把$=一代入，則T N+1 2 z-處5= 士孚卉冗化篤 專帀V+2 石)z+7-2 石-T Z+1前向差分法：把Z=y代入，則旳蟲叭廠黑K + 7仝孚+八石T后向差分法：把代入則處叫.霽+心57Tz43什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量型控制算法？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程變最，必須將模擬PID算式離散化，變?yōu)閿?shù)字PID算式，為此，在采樣周 期T遠(yuǎn)小于信號(hào)變化周期時(shí)，作如卜近似(T足夠小時(shí)，如卜逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近):胡/)尸0de-1)dtT15于是有:#u(k)是全最值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如控制閥門的開度)一一對(duì)應(yīng)，所以稱之為位置 型PID算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸岀的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān)，還 與過(guò)去歷次采樣偏差育關(guān)，使得u(k)產(chǎn)生人幅度變化，這樣會(huì)引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實(shí)際中 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不足控制量的絕對(duì)值，而足其增量時(shí)，可以采用增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行 器為步進(jìn)電機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位冒的功能的這類裝置時(shí)，一般均釆用增量型PID 控制算法。“(幻=心久幻-1) + -+與位置算法相比，增屋型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 位宜型算式每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)冇關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì) 算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差 對(duì)控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。(2) 為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)一自動(dòng)無(wú)擾切換，在切換瞬時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門開度14若采用堀最型 算法，其輸出對(duì)應(yīng)于閥門位置的變化部分，即算式中不出現(xiàn)恥項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切 換。(3) 采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都其右寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原 位，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣彫響。4.4 .已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為以$)= 1 + 0.17$s 7 1 + 0.085$試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和増量型控制算式，設(shè)采樣周期TM).2s.則乙($)+ 0.0855Z/($)=刀$)+ 0.173ZV)/. /(/)+ 0.085= /)+ 017心)+ 0.085 心)-少T)= &幻 + 0,)_尹_1)把T=0.2S代入得1.425/U) 0.425,/(/-1) = 4.5&力一 3.5-1)位置型/)= 3.1579&斤)一 2.4561彳一1)+0.2982/(斤-1)増最型"(斤)=加斤)一皿斤一 1)= 3.1579)-2.4561-1)一 0.7018/(-1)(補(bǔ)充題己知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為0.085J試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型PID算法和増量型PID控制算式，設(shè)采樣周期T=0.2so解：因?yàn)槿?1 + 017$ = 2（! +_）=心 1 + J- + 3 0.085J0.17J 卩 邛 八所以Kp=L 7； = 0.17,刀=0。故位置型PID控制器伙）=心心）+ ） +石必）一警T）=2 附）+0.2047A=0=2 心）+0,40J77=0故增量型PID控制器（幻=伙一 1） + （）=伙一 1） +- &一 1）+ KSZ 心&幻-2久彳一 1）+ 久/一 2）=伙一 1） + 2仏（斤）-氏k-1）+氏心XZ 丄，* 伙一 1） +4.35貞幻一 2久斤一 1）4.5.什么叫積分飽和？它是怎么引起的？如何消除？解：（1）如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)己經(jīng)到極限位置，仍然不能消除靜差時(shí)，由于枳分作用，盡管PID差分方 程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增人或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)己無(wú)相應(yīng)的動(dòng)作，這就叫枳分飽和。（2）1,肖偏差產(chǎn)生躍變時(shí)，位置型PID算式的輸出將急劇增大或減小，有可能超過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 上（下限，而此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能工作在上限。2、系統(tǒng)輸出需要很長(zhǎng)時(shí)間才達(dá)到給定值，在這段時(shí)間內(nèi)算式的積分項(xiàng)將產(chǎn)生一個(gè)很大的積累值。3、當(dāng)系統(tǒng)輸出超過(guò)給定值后，偏差反向，但由于人的積分枳累值，控制量需要相當(dāng)一段時(shí)間脫離 飽和區(qū)。囚此引起系統(tǒng)產(chǎn)生人幅度超調(diào)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）常用的改進(jìn)方法：枳分分離法和抗枳分飽和46采樣周期的選擇需要考慮那些因素？（1）從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提高控制精度。通常保證在95%的系統(tǒng) 的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)，采樣6次15次即可。（2）從快速性和抗擾性方面考慮，希望釆樣周期盡最短，這樣給定值的改變町以迅速地通過(guò)釆樣得到反映， 而不致產(chǎn)生過(guò)大的延時(shí)。（3）從計(jì)算機(jī)的工作量和回路成本考慮，采樣周期T應(yīng)長(zhǎng)些，尤其是多回路控制時(shí)，應(yīng)使每個(gè)回路都有足夠 的計(jì)算時(shí)間：當(dāng)被控對(duì)象的純滯后時(shí)間I較大時(shí)，常選T= （1/41/8） T。（4）從計(jì)算楕度方面考龍，釆樣周期T不應(yīng)過(guò)短，當(dāng)主機(jī)字長(zhǎng)鐵小時(shí)，若T過(guò)短，將使前后兩次采樣值差別 小，調(diào)節(jié)作用因此會(huì)減弱。另外，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低，會(huì)出現(xiàn)這種情況，即新的控制量己輸出，而前一次控制卻還沒(méi)完成，這樣采樣周期再短也將亳無(wú)意義，因此T必須大于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)時(shí)間。4.7.簡(jiǎn)述擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟：(1) 選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T,例如被控過(guò)程有純滯后時(shí)，采樣周期T取滯后時(shí)間的1/10以下，此時(shí) 調(diào)節(jié)器只作純比例控制，給定值1作階躍輸入。逐漸加人比例系數(shù)Kp,使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。由臨界振蕩過(guò)程求得相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts,并記卜此時(shí)的比例系數(shù)Kp,將其記作臨界振蕩增益Ksc此時(shí)的比例度為臨界比例度，記作6=丄。(3) 選擇控制度，所謂控制度是數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器所對(duì)應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程的誤差平方的積分之比。(4) 根據(jù)控制度，査表求出T、Kp、Ti和Td值。(5) 按照求得的整定參數(shù)，投入系統(tǒng)運(yùn)行，觀察控制效果，再適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直到獲得滿意的控制效果為止。 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟：(1) 斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處F于動(dòng)操作狀態(tài)。將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近并穩(wěn)定后，然后突然改變給定 值，即給對(duì)象輸入一個(gè)階躍信號(hào)。(2) 用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線，如圖所示。(3) 在曲線最人斜率處作切線，求得滯后時(shí)間T、彼控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)Tc,以及它們的比值Tc/t。(4) 由t、Tc、Tc/t值，查表，求出數(shù)字控制器的T、Kp、Ti和Td。4.8.數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖41所示。圖4-1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖由廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)町得閉壞脈沖傳遞*1數(shù)，可求得控制器的脈沖傳遞兩數(shù)D(z)。 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)步驟如下：(1) 根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要求和其它約束條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)(2) 求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。(3) 求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。(4) 根據(jù)D求取控制算法的遞推計(jì)算公式。4$己知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為q（$）=10S（0.15+ 1）采樣周期THU,采用寒階保持器。要求（1）針對(duì)單位速度輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)的以習(xí)，并計(jì)算輸出響應(yīng)（/）、控制信號(hào)伙）和誤差久幻序列，畫出它們對(duì)時(shí)間變化的波形（2）針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍有紋波系統(tǒng)的Q（z）,并計(jì)算輸出響應(yīng)（幻、控制信號(hào)伙）g = Z（10$（01$+1）和誤差久Q序列，畫出它們對(duì)時(shí)間變化的波形。 解：廣義脈沖傳遞函數(shù)為丁（$+10）lOTz11 , 1 ）（1 M1-z1 （l-ezY0.368z_1（l + 0.717z_1）（1一 2s ）（1 0.3682s）最少拍無(wú)紋波設(shè)計(jì)步驟：1）根據(jù)廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)N （分母多項(xiàng)式的幕次）M （分子多項(xiàng)式的幕次）d=N-M延時(shí)w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無(wú)窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)）V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù)J在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)q舗入類型）己知 N=2, M=2所以d=0、v=l（即分子多項(xiàng)式中的（1 + 0.717Z-1）v=l, j=l：q=2（單位速度輸入）2）確定Fl（z）和F2的農(nóng)次m和!>/= ir+ d=v- y + max（7；q）坷=1 + /刃+人2尹+ + />“ 點(diǎn)=+力2尹+人”Z"0/Z）= l-O（Z）4）確定=尹口（1 一冶）點(diǎn)m- ir+ = 1=7+ max（7，q） = 2 所以：坷=1+店也=n（i-）（1-刊5）坷/=1 =（1-）2（1 +厶十）= l + （/1-l）z-1-Z1z-2+Z1z-3（Z）二廠"fia-Az1）點(diǎn).7=1-= （1 + 0.717屮心十+厶八）=f2Xz-x +（力2 +0.717閃 宀 0.717/才5）根據(jù)關(guān)系N）= l-（z）使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等，解出和刀中的系數(shù)。Zi _2 = -fix 1一2兀=-(厶+0.717無(wú)) 力廠一 0.717231.84 o所以：O/z) = (1-z1)2(1-0.59z1)6）求控制SD（z）= (1+0.717z_ )(1.4 lz"1 - 0.83z_ )(l_zT)(l 0.368才1)0368才1(1 + 0.717才】)v (1 + 0.717)(1.4lz"1 -0.83z2)(1-z_1)2(1-0.59z_1)(1 0368zT)(141 083才1)0.368(1- )(1-0.59Z"1)23#最少拍無(wú)紋波設(shè)計(jì)步驟：1）根據(jù)廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)N （分母多項(xiàng)式的扇次）M （分子多項(xiàng)式的農(nóng)次）d=N-M延時(shí)w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無(wú)窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)） V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù)j在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)q入類型） 2)確定Fl(z)和F2的皋次m和n zzz = w+ d/= v-y + max(y,q)召=i+/刃+人2尹+已知 N=2, M=2所以d=0v=l（即分子多項(xiàng)式中的（1 + 0.717Z-1）v=l, j=l：q=l（單位階躍輸入） fn = >r+ d - 1=r-y+ max(y,q) = 1 所以：幷=1+力才#F"=+ 乙2尹 + + V”3)確定<I>e(z)也= 1-0（2）八）曲心G百=仃(1"E) (1-十嚴(yán)"人/=1 =(1-)2(1 +人十)= l + (A1-l)z-1-Zlz-2#4)確定e(z)O(z) = z如T)爲(wèi)(z)一沖均= (l + 0.717z-1)/1z-15)根據(jù)關(guān)系O#(z) = l-O(z)使等式兩邊同幕次的= /<1 + 0.717/1z-確定Fl(z)和F2的幕次m和n/= + d=v- y+max(y,q)珂=1 +力才+仏尹+ . +心廠耳=+厶Z- +人” z” 確定Oe(z)e,z)= I-0(z)= U(1 一忖(l-z-1)力2Q坷(z)系數(shù)相等，解出川和刀中的系數(shù)。= 解得:= 0,42 4 0.717厶 4 0.58 所以：<D(Z) = (1_Z-I)(l + O.42z1)O(z) = 0.58r1 (1 + 0.717)6)求控制器D(z)%)=需鶉Q(z) =(1-z7)(1-0368zT)0368zJ(1 + 0717zT)058zT(1 + 0717zT)xi.(l-z_1)(l + 0.42z_1) _ 1-0.3682s -1 + 0.42Z-1最少拍有紋波設(shè)計(jì)步驟：1)根據(jù)廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)N (分母多項(xiàng)式的幕次)M (分子多項(xiàng)式的幕次)d=N-M延時(shí)u在z平面的單位圓上或圓外零點(diǎn)的個(gè)數(shù) V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù) j在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)q入類型)已知 N=2, M=2所以d=0u=0(即分子多項(xiàng)式中的(1 + 0.717Z-1)v=l, j=l：q=l(單位速度輸入)/= + d = 0=v-y+max(7，q) = 1 所以：人=1均"h心n(i-/=1 =(1 一以)4）確定e（z）= z*H（i-皆】）均(z) = z* fla-Az1) Fg_ /1=5）根據(jù)關(guān)系臥=1-使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等，解出刀和刀中的系數(shù)。6）求控制器D（z）A) =1 6(z)l-0)(z)解得：Zi = i所以：0 = (1-八)=Z-1(1 七2(1-0.368二)X0.368(1 +0.717Z"1)_(1 - 0.368刃)-0368(1 +0.717Z1)4.10被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為a（f） = -ys采樣周期T=ls,采用零階保持器，針對(duì)單位速度輸入函數(shù)，按以下要求設(shè)計(jì):Q）最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)（N）和以；（2）求出數(shù)字控制器輸出序列“（Q的遞推形式. 解：廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)將T=1S代入，有最少拍無(wú)紋波設(shè)計(jì)步驟：已知 N=2, M=2所以d=0W=1v=2, j=2：q=2(單位階躍輸入)1）根據(jù)廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)N （分母多項(xiàng)式的幕次）M （分子多項(xiàng)式的扇次d=N-M延時(shí)w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無(wú)窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)）在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù)J在1平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù) q（輸入類型）2)確定Fl(z)和F2的幕次m和D/ = + dn= iz-y4-iuax(y,q)召= 1 + /1z-1+/2z2 + - + /w/7= ir+ d = 1=卩一 7+max(y,q) = 2 所以：IS均=/占+厶+/3)確定0>e(z)rn（Z）= 1-（Z）=I*】）（1-尹）右"才+公2 襄=n(i-z)(1-十嚴(yán)曲珂 /=1 =(1-)2(1 +厶十)= 1 + (/1-20 4-(1-2兀)尹 + 店29#4）確定=尹口（1一如為爲(wèi)一少）點(diǎn)=(1 +刃)(厶"+力2尹)#5）根據(jù)關(guān)系/z） = l-O（z）使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等，解出/!和皿中的系數(shù)。Xi_2 = _Zi5 1 - 2X1 = -(工2 +厶) Ui=-z2力1 = 3/4 解得：<711 =5/4也=-3/4所以：#6）求控制器D（z）A) =1 6?)1-(z)<D= (1 0)2(1 + 3/40)(z) = (1 + z_1 )(5 / 4z_1 - 3 / 4z2)(1 + z7)(5/4z7-3/4z)x (1)2(1 + 3/40)_ 10-6z_1一 4 + 3z"#U.被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為如冷采樣周期T=ls,要求：（1）采用Smith補(bǔ)償控制，求取控制器的輸出；（2凍用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器刀（Z）,并求取M）的遞推形式。 采用Smith補(bǔ)償控制 廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為#召G($)=禺($)g($)=$+1l-eJs(s+l)#2(z)=Z($) =其中4=0% =礦】，力=1一 w-】，Z = * = l,7*=l$ 則24學(xué)-單Ez) 1-0.3679Z*1 “習(xí)一0.3697才匕*(習(xí)=0.6321(一 z2 皿) 遞)=0.6321心一 1)- 0.632 以斤一 2)+ 0.3679訛一 1)(2)采用人林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器取T=is,r = 1 ,K=l,Ti=l,L=r/Z=l,i5期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)To=O.5S 則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為尹(1)1尹嚴(yán)=-S爲(wèi)$+1廣義被控對(duì)象的脈沖傳遞皈數(shù)為6(z)=Z-ze召G(z)=ZS 1+G_1_ s 1 + $冋1-G)1-Z-滬31#(z)以=巳3 =z L滬張-廠怙- (1-尸片打(1-0.3679 八)0 0 1353)如(瑋-詢HG-e_ (1M).3679)ZO. 1353/-(1- O.1353)z-2_1.3680 0.50332s l-0.1353z_1-0.8647z2比)則鞏習(xí) 一 0.1353刃“力一0.8647嚴(yán)/(習(xí)=1.3680&習(xí)一 0.5033“&習(xí)上式反變換到時(shí)域，則可得到/(&)= 13680如0- 0.5033心一 1)+ 0.1353訛一 1)+ 0.8647訛一 2)12何為振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？所謂振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出u(k)以接近二分之一的采樣頻率人幅度上下擺動(dòng)。它對(duì)系統(tǒng)的輸出幾 乎是沒(méi)有影響的，但會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)因磨損而造成損壞。消除振鈴現(xiàn)象的方法：(1)參數(shù)選擇法對(duì)于一階滯后對(duì)象，如果合理選擇期型閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)TO利采樣周期T,使RAS0,就 沒(méi)刈振鈴現(xiàn)象。即使不能使RAS0,也可以把RA減到敲小，瑕人程度地抑制振鈴。（2）消除振鈴因子法找出數(shù)字控制器D（z）中引起振鈴現(xiàn)彖的因子（GP z=-l附近的極點(diǎn)），然后人為地令其中的z=l,就消除 了這個(gè)極點(diǎn)。根據(jù)終值定理，這樣做不影響輸出的穩(wěn)態(tài)值，但卻改變了數(shù)字控制器的動(dòng)態(tài)特性，從而將影 響閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。13. 前饋控制完全補(bǔ)償?shù)臈l件是什么？前饋和反饋相結(jié)合有什么好處？前饋控制完全補(bǔ)償?shù)臈l件是Gn（s）+ Do（s）G（S）=0。如果能將擾動(dòng)I月素測(cè)呈出來(lái)，預(yù)先將其變化量送到系統(tǒng)中進(jìn)疔調(diào)整，這樣在被調(diào)呈改變之前就能克服這些 擾動(dòng)的影響。這種擾動(dòng)的預(yù)先調(diào)整作用就稱為前饋。若參數(shù)選擇得合適，前饋控制可取得良好的控制效果. 但實(shí)際上，前饋控制環(huán)節(jié)的參數(shù)不易選得那么準(zhǔn)確，而J1 一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的擾動(dòng)也不只一個(gè)，因此反饋控制 還足不可少的。主要擾動(dòng)引起的誤差，由前饋控制進(jìn)行補(bǔ)償；次要擾動(dòng)引起的誤差，由反饋控制了以抑制. 這樣在不提高開環(huán)增益的情況下，各種擾動(dòng)引起的誤差均可得到補(bǔ)償，從而冇利丁同時(shí)兼顧提高系統(tǒng)穩(wěn)定 性和減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求。14. 與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)？與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)：（1）模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動(dòng)力學(xué)待征的復(fù)雜系統(tǒng)。（2）模糊控制不用建立對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。（3）模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好。（4）模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理作 為控制算法。15. 多變量控制系統(tǒng)解耦條件是什么？多變吊控制系統(tǒng)解耦條件是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣（$）為對(duì)角線矩陣.33