微型计算机控制技术.docx

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1、微型计算机控制技术第一章计算机控制系统概述1、微型控制系统的硬件一般有哪几个主要部分？各部分是怎样相互联系的？其中，过程通道在系统中起什么作用？ 它有几种基本类型？答：微型控制系统的硬件一般包括计算机主机、输入输出（I/O）接口、I/O通道、传感器及变送器、执行机构、 人机联系设备、网络通信接口和电源等。它们主要通过微处理器的系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）构 成一个完整的系统。输入输出通道，又称过程通道。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

2、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。2、计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？典型计算机控制系统优点缺点操作指导控制系统结构简单，控制灵活和安全要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象直接数字控制系统实时性好、可靠性高和适应性强要求计算机控制回路较多，应用软件设计复杂监督控制系统自动改变给定值，使生产过程始终工 作在最优工况结构复杂集散控制系统分散控制、集中操作、分级管理、分 而自治和综合协调成本高并且各厂商的DCS标准不一，不能互联现场总线控制系统二层结构完成了 DCS的三层结构功 能，降低了成本，提高了可靠性是统一现场总线标准十分困难，形成多总

3、线并存的局面3、DDC系统与SCC系统之间有何区别与联系？答：直接数字控制系统（DDC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， 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。计算机监督控制系统（SCC系统）：比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系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是操作指导控制

4、系统和DDC系统的综合与发展。第二章工业控制计算机1、工业控制计算机与普通个人计算机相比较，有何不同？答：工控机由于其应用对象及使用环境的特殊性，与一般通用计算机相比较，具有如下特点：1） 可靠性高；6）系统开放性；2） 实时性好；7）控制软件包功能强；3） 环境适应性强；8）系统通信功能强；4） 过程输入和输出配套较好；9）后备措施齐全；5） 系统扩充性好；10）具有冗余性。2、对于恶劣的现场工作环境，工控机应具有什么要求？答：要求工控机具有很强的环境适应能力，如对温度、湿度变化范围要求高；要有防尘、防腐蚀，防振动冲击的能 力；要具有较好的电磁兼容性和高抗干扰能力以及提高共模抑制的能力。第三

5、章I/O接口技术及I/O通道1、什么是接口和过程通道？答：接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。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。2、采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道都需要采样保持器？答：采样保持器可以消除孔径误差，提高被采样模拟量输入信号的频率范围。在数据采样系统中，不是所有的输入 通道都需要加采样保持器。不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转 换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。3、对图3-1的A/D转换器与PC总线的接口电路，用C语言编写

6、一个循环采集8个通道数据的A/D转换程序，设8255A各端口的地址分别为300H、301H、302H 和 303H。答：参考程序#include #include main()int i,y,x,t,z8;x=0x10;t=8;outportb(0x303,0x92);while(t)outportb(0x302,x+);i=inportb(0x300);while(i=0x80)i=inportb(0x300);outportb(0x302,0x50);y=inportb(0x301);i=inportb(0x300);i=i&0x0f;zt-=y+256*i;return;4、对图3-2的

7、A/D转换器与PC总线的接口电路，用C语言编写一个D/A输出程序，设8255A各端口的地址分别为 304H、305H、306H 和 307H。答：参考程序#include #include main()int i;outportb(0x307,0x80);i=0x50;outportb(0x304,i);outportb(0x305,0x19);outportb(0x305,0x07);outportb(0x305,0x1F);return;第四章 数字控制器的模拟化设计1、在模拟PID控制的数字实现中，对采样周期的选择从理论上和算法的具体实现上各应该考虑哪些因素?答：1）给定制的变化频率；2

8、）被控对象的特性；3）执行机构的类型；4）控制算法的类型；5）控制的回路数。2、试描述PID调节器比例系数Kp，积分时间常数八和微分时间常数T。的变化对闭环系统控制性能的影响。答：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。系数乌为积分常数，乌越大积分作用越弱，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

9、而在改善静态品质的同时，往往使调 节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。系数td为微分常数，td越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除 系统惯性的影响。3、位置式PID算法和增量式PID算法各有些什么样的特点？答：位置式PID算法所需占用的存储单元较多，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量全量值输出不仅与本次 偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得全量值输出产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。 增量式PID算法的算式中不需要累加，计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故 障时影

10、响范围小、不会严重影响生产过程，手动一自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰 动切换。4、什么是积分饱和现象？它是怎样产生的？通常采用什么方法克服积分饱和？答：如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果 继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就称为积分饱和。一般防止积分饱和的方法之一，可对计算出的 控制量u（k）限幅，同时，把积分作用切除掉。第七章计算机控制系统应用软件1、数字滤波与硬件滤波器比较有哪些优点。答：1）节约硬件成本；2）可靠稳定；3）功能强；4）方便灵活；5）不会丢失原始数据。2、有一台智能温度测试仪

11、，量程为0100C，若某时刻，计算机采集到的数字量为0CDH,求此时实际温度是多 少？（设仪表是线性的）【分析】对于一般的线性系统，其标度变换公式为：式中：A被测的工程量值；%被测量对应的数字量；A测量范围的上限值；N.人疽对应的数 字量；A0 测量范围的下限值；N0 A0对应的数字量。解：由题可得：A0 = 0C, A = 100 C, N = 0CDH=（205）D，N = 0FFH=（255）D，N0 = 00H=（0）d。此时的温度为：A = A + （A -A ） Nx -N0 =0 + （100-0）2050 = 80.4Cx 0 m 0 N - N0255 - 0第八章计算机控制

12、系统设计1、试述微型机控制系统设计的一般原则。答：1）安全性与可靠性；2）操作维护方便；3）实时性强；4）通用性好。2、简述微型机控制系统设计的一般步骤。答：1）分析问题和确定任务；2）系统总体设计；3）控制系统的硬件设计；4）控制系统的软件设计。补充资料（填空题）1、计算机控制系统是利用工业控制计算机来实现生产过程自动控制的系统，它由控制计算机本体和受控对象两大 部分组成。2、工业生产中的自动控制系统随控制对象、控制算法和采用的控制器结构的不同而有所差别。其结构形式一般分 为闭环系统和开环系统两种；3、计算机控制系统的发展趋势可以概括为网络化、集成化、智能化和标准化；4、按照所采用的总线标准

13、可将工控机分为以下4类：1） PC总线工控机；2）STD总线工控机；3）VME总线工控 机；4）多总线工控机；5、计算机采集被控对象状态信息的方式常用的有下列几种：查询控制方式、中断控制方式和DMA控制方式。6、在选用多路开关时需要考虑下列参数：1）通道数量；2）泄漏电流；3）切换速度；4）开关电阻；5）参数漂 移及每路电阻的一致性。7、数字控制器在设计方法上可以分为：模拟化设计方法和离散化设计方法。8、为了克服积分饱和作用常使用两种方法：遇限削弱积分法和积分分离法。9、任何控制系统设计，均应满足系统的准确性要求、快速性要求、稳定性要求及在物理上的可实现要求。10、状态空间设计法包括状态反馈设

14、计法和状态观测器设计法。11、最早应用于工业过程的预测控制算法主要有动态矩阵控制（DMC）和模型算法控制（MAC）。12、应用程序根据其功能的不同，主要分为控制程序、数据采集及处理程序、巡回检测程序和数据管理程序。13、应用程序设计通常分为5个步骤：问题定义、程序设计、编码、调试、维护和再设计等。14、程序设计方法是指程序设计的某种规程和准则。通常有模块化程序设计、自顶向下程序设计、结构化程序设计 等几种方法。15、在结构化程序设计方法中，任何程序逻辑都可用顺序、条件和循环3种结构来表示。16、程序判断滤波根据滤波方法不同，可以分为：限幅滤波和限速滤波两种。17、常用的补偿方法有：计算法、插值逼近法、折线近似法。18、查表的方法有：顺序查表法、计算查表法、对分搜索法等。19、故障自诊断主要包括以下几个方面：故障检测、故障定位、故障评定和故障处理。20、集散控制系统由集中管理部分、分散控制监测部分和通信部分组成。集中管理部分可分为操作员工作站、工程 师工作站和管理计算机；分散控制监测部分按功能分为控制站、监测站；通信部分则完成控制指令及各种信息的传 递和数据资源的共享。21、集散控制系统一般可以分为：现场控制级、过程装置控制级、车间操作管理级、全厂优化和调度管理级。