微型計算機控制系統(tǒng)課后題答案第一章 微型計算機控制系統(tǒng)的概述1.Computer在微型控制中的作用？他的信息從何處來？其輸入信息有用于何處？答：1）完成數(shù)據(jù)的采集把生產(chǎn)過程參數(shù)采集，供人為控制和其他控制系統(tǒng)作用2） 將生產(chǎn)過程參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，引進控制程序進行計算把控制經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸入計算機。I從生產(chǎn)過程中來，O都作為控制命令。2.什么是微機控制的實時性？為什么要強調(diào)微機控制的實時性？怎樣才能保證微機實時控制作用？答：1）時間越短越好，不影響控制 2）因為要求用微機能夠在規(guī)定的時間范圍內(nèi)完成規(guī)定操作要使微機控制具有實時性3）在微機方面還是配備具有實時時鐘和優(yōu)先級中斷信息處理電路，在軟件方面應(yīng)具備有完善的時鐘管理，中斷處理的程序，實時時鐘和優(yōu)先級中斷系統(tǒng)這保證微機系統(tǒng)實時的必要性，3.微機在控制系統(tǒng)中的在線操作和離線操作的區(qū)別是什么?答：在線是直接交換信息離線是不直接對生產(chǎn)裝置進行控制。4.微機控制系統(tǒng)的硬件一般有哪幾個主要部分組成？各部分是怎樣互相聯(lián)系的？其中過程通道和系統(tǒng)中起什么作用？他有那幾種類型？ 答：1）生產(chǎn)過程，過程通道，微型計算機，人機聯(lián)系設(shè)備，控制操作臺。2）各部分通道和計算機相連3）過程通道將生產(chǎn)過程參數(shù)轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)接嬎銠C中去，將計算機的控制傳輸?shù)奖豢貙ο笾小?）過程輸入(模擬量，開關(guān)量)過程輸出（模擬量，開關(guān)量）5.直接控制數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？他們的基本功能是什么？直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督控制系統(tǒng)的區(qū)別在哪里？答：1）生產(chǎn)過程，過程通道，計算機接口。2）過程通道：將生產(chǎn)過程的參數(shù)取進來，控制程序計算，結(jié)果送給控制對象。 計算機：信息優(yōu)化將模擬控制器的給定值。 借口：連接輸入端與計算機3）一個直接參與控制，一個不直接參與控制。6.微機控制系統(tǒng)按功能分類主要有哪幾種？按使用的控制規(guī)律分類有主要有哪幾種？答：1）按功能：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 監(jiān)督控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 2）按控制規(guī)律：程序和順序控制 PID控制 復(fù)雜規(guī)律控制 智能控制第二章 過程輸入輸出通道1.微型計算機的對存儲器和I/O接口是如何尋址的？它們各用哪些控制信號線和地址信號線？答：1）用mov X訪問外部接口和RAM 用,mov指令取RAM信號2）讀、寫信號線2.試用兩個CD4051擴展成16路的多路開關(guān)，并說明其工作原理。答：3.在微機控制系統(tǒng)中，保持電路有何意義？是否在任何模擬輸入通道中都要添加保持電路？為什么？答：1）待轉(zhuǎn)換的模擬信號保持住供A/D轉(zhuǎn)換用,模擬輸入輸入通道輸出保持將D/A轉(zhuǎn)換的模擬量保持在電容上替換D/A去做其他工作，模擬輸出通道。4.試說明采樣保持電路中的保持電容大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響？答：偌大充電時間慢跟隨性能不好，保持良好若小跟隨好保持不好。5.從逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD574的引腳功能，說明他與微型計算機的接口主要要解決一些什么信號接口問題，怎樣用程序控制它進行模擬信號的轉(zhuǎn)換？如何讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)？6.A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號有什么作用？根據(jù)該信號在I/O控制中的連接方式。說明A/D轉(zhuǎn)換中有幾種控制，他們個在接口電路和程序設(shè)計上有什么特點。答：1）做聯(lián)絡(luò)信號cpu單片機的信號通知A/D轉(zhuǎn)換器做結(jié)束信號 2）查詢、中斷7.為什么高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器在與有8位I/O借口的微機連接時要采用雙緩沖工作方式？這種雙緩沖工作方式與DAC0832的雙緩沖工作方式在接口連接上有什么不同？答：1）一次傳送8位二次分時傳送一起轉(zhuǎn)換 2）雙緩沖工作方式為保證D/A轉(zhuǎn)換器的高位數(shù)據(jù)與低位數(shù)據(jù)同時送入,將高位與低位的數(shù)據(jù)分別送入各自的輸入寄存器,然后再將它們同時送入 DAC寄存器中，使輸出發(fā)生變化。8.根據(jù)T形R2R電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換原理，試用兩片8位D/A芯片組成16位D/A轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)方案，畫出其MCS-51系列單片機的接口電路工作原理圖。9.鍵盤或撥碼開關(guān)為什么要防止抖動？在微機控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)防抖？答：防抖動主要目的是為了提高按鍵輸入可靠性，由于機械觸點的彈性振動， 按鍵在按下時不會馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時也不能一下子 完全地斷開， 因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會出現(xiàn)一連串的抖動， 這稱為按鍵的抖動干擾。 按鍵的抖動會造成按一次鍵產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)被 CPU 誤讀幾次。 為了使 CPU 能正確地讀取按鍵 狀態(tài)，必須在按鍵閉合或斷開時，消除產(chǎn)生的前沿或后沿抖動。 去抖動的方法有硬件方法和軟件方法兩種。 硬件方法是設(shè)計一個濾波延時電路或單穩(wěn)態(tài)電路 等硬件電路來避開按鍵的抖動時間。 軟件方法是指編制一段時間大于 100ms 的延時程序， 在 第一次檢測到有鍵按下時， 執(zhí)行這段延時子程序使鍵的前沿抖動消失后再檢測該鍵狀態(tài)， 如 果該鍵仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為該鍵已穩(wěn)定按下，否則無鍵按下，從而消除了抖動的 影響。第三章 采集、處理和傳送1.計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般應(yīng)具有那些方面的功能？答：這種系統(tǒng)可以取代大量的常規(guī)顯示和記錄儀表，對整個生產(chǎn)過程進行集中式的實時監(jiān)視。各種數(shù)據(jù)的積累和實時分析，不但可作為指導(dǎo)生產(chǎn)過程的人工操作信息，還能用與生產(chǎn)過程的趨勢分析和預(yù)測。2.為什么要對采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)濾波？數(shù)據(jù)濾波和RC濾波能否互相代替？答：1）有干擾 2）不能RC只能濾波比有用信號高的高頻信號低頻信號不能濾波而數(shù)字濾波都能濾3.從現(xiàn)場采集到計算機的數(shù)據(jù)，為什么要經(jīng)過處理？一般要做哪些處理？答：1）采集的數(shù)據(jù)有干擾當(dāng)干擾濾掉非有效數(shù)據(jù) 2）進行有效性檢查對干擾處理濾波工程量的轉(zhuǎn)換4.限幅濾波是建立在什基礎(chǔ)上的？答：以采集的信號在系統(tǒng)對控制范圍內(nèi)，不能超過控制范圍5.限幅和限速濾波的兩種方法，有哪些共同點？又有那些區(qū)別？6.起止式通信協(xié)議的特點及幀數(shù)據(jù)格式如何？7.面向字符和面向比特通信協(xié)議有什么不同？各自幀數(shù)據(jù)格式怎樣的？8.有一定溫度系統(tǒng)，溫度的最大測量范圍是20+60?，F(xiàn)采用線性的鉑熱電阻測量溫度經(jīng)變送器輸出響應(yīng)的模擬量電壓信號為15V。A/D轉(zhuǎn)換器允許輸入模擬電壓范圍05V輸出的是000H0FFFH的12位數(shù)字量，試列出其工程量轉(zhuǎn)換式。設(shè)某時刻計算機在這通道中采集到的溫度數(shù)字量為0E8EH，試計算其溫度值。答：OFFFH=4096D 0E8EH=3726D x=51第四章 數(shù)字PID控制器設(shè)計1、 PI控制器有什么特點？ 為什么加入積分作用可以消除靜差？答：比例利用偏差進行調(diào)節(jié)，速度快積分對偏差的累積進行控制較比例慢但可以做到無靜差2.PID控制器有什么特點？為什么加入微分作用可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性？答。1）PID控制器綜合了比例、積分、微分三種控制作用，即能加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，減少振蕩，克服超調(diào)，又能有效消除靜差，使系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)得到很大改善。2）加入微分控制作用后，在偏差剛出現(xiàn)或變化的瞬間，不僅可以根據(jù)偏差量做出及時反應(yīng)（即比例控制作用），使偏差得到較好的抑制或消除，這樣可以大大減小系統(tǒng)的動態(tài)偏差和調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)得以改善。3.為什么說增量式PID控制比位置式PID控制更好？兩者有什么區(qū)別？答：1）由于計算機每次只輸出控制增量，即對應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)位置的變化量故機器發(fā)生故障時影響范圍小。從而不會嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程。2)手動-自動切換時沖擊小3）算式中不需要累加4.PID控制器的參數(shù)Kp、Ti、Td 對控制質(zhì)量各有什么影響？答：（1）比例系數(shù)Kp對系統(tǒng)性能的影響：1）對靜態(tài)性能的影響，比例系數(shù)Kp增大使系統(tǒng)動作靈敏，加快調(diào)節(jié)速度，但Kp偏大，容易引起系統(tǒng)振蕩，反而使調(diào)節(jié)時間加長；2）對靜態(tài)性能的影響,在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，加大比例系數(shù)Kp可以減小靜差。（2）積分時間常數(shù)Ti對系統(tǒng)性能的影響 Ui(t)=Kp/Ti;由式可知：Ti增加，Ui(t)減??；所以U（t）減小有利于減小超調(diào).尤其是在T0處，Ti增加，Ui(t)對U（t）的貢獻下降，不由于Ui(t)的加入而產(chǎn)生超調(diào)，從而抑制振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但靜差的消除隨之變慢。 （3）微分時間常數(shù)Td對系統(tǒng)性能的影響 Ud(t)=Td KP de(t)/dt 在t0處，U（t0）=Kpe(t0)+Td Kp de(t)/dt 所以Td越大對U（t0）的貢獻越大，有利于加速系統(tǒng)的響應(yīng)，但由于微分作用時間短，基本不會加大超調(diào)量和影響穩(wěn)定性，對y(t)噪音具有較好抑制能力，從而提高了系統(tǒng)穩(wěn)定.但Td 過大對通道干擾信號也會產(chǎn)生誤動作，因為降低了系統(tǒng)干擾能力。5.在模擬PID控制的數(shù)字實現(xiàn)中，對采樣周期的選擇從理論上和算法的具體實現(xiàn)上各應(yīng)考慮哪些因素？答：1）采樣周期應(yīng)比對象的時間常數(shù)小很多，否則采樣信號無法反應(yīng)瞬變的過程2）采樣周期應(yīng)遠小于對象擾動信號的周期3）考慮執(zhí)行器的響應(yīng)速度4)當(dāng)系統(tǒng)純滯后占主導(dǎo)地位時，應(yīng)按純滯后大小選取并盡可能使純滯后時間接近或等于采樣周期的整倍數(shù)。5)對象所要求的控制任務(wù)6.串級控制系統(tǒng)控制器的參數(shù)整定方式有哪幾種？答：先副回路后主回路先內(nèi)層后外層7.前饋控制與反饋控制各有什么特點？ 在前饋控制中，怎樣才能達到全補償？答：1）反饋控制的被控量在干擾作用下必須先偏離設(shè)定值，然后通過對偏差的控制，測量產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，去抵消干擾的影響。顯然控制作用往往落后于干擾作用。前饋控制：實質(zhì)上是一種直接按照擾動量而不是按照偏差進行矯正的控制方式，即當(dāng)影響被控參數(shù)的干擾一出現(xiàn)，控制器就直接根據(jù)所測量的大小和方向按一定的規(guī)律去控制，以抵消擾動對被控參數(shù)的影響。 2）有精確地數(shù)學(xué)模型 滯后時間與干擾通道的滯后時間一樣長，采用前饋反饋控制系統(tǒng)。