微型计算机控制技术答案.docx

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1、第二章 输入输出接口技术和输入输出通道1. 何谓I/O接口？在计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。2. 一个微处理机（CPU）采用程序控制查询方式时，管理50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示 器上立即显示出来。已知CPU查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200 u s,若程序员以每秒打10个字 符的速度同时连续打入字符，问CPU是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？又问CPU最多能管理多少个这种终 端？答：5003. 在本章第二节，查询式I/O方式应用举例中，假设X、Y、Z三轴服务子程序的执行时间分别为100 us、

2、150 us、 120 us，主程序执行时间（执行查询指令等）为80 us，试估算不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？（速 度以脉冲/s计算）答：27024. 某微机实时控制系统有1#、2#、3#三个外围设备。由一个CPU进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务 时间分别是：C1=5msS1=300gsC2=8msS2=1.3msC3=1msS3=400gs问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不行的话，试提出改进方答：不行。可采用中断嵌套 的方式解决。6. 计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点答：见教材7. 某8086最大模式系统中，需扩

3、展8255A、8253和DAC0832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。A7A6A5A4A3A28某8088最大模式系统中，需扩展8255A四片，指定各芯片的地址范围分别是9093H、9497H、989BH、9C9FH, 采用74LS译码器，试设计接口地址译码电路。解：9.模拟输入通道中为什么要加采样保持器？采样保持器的组成及要求是什么？答：为了保证A/D转换精度，就要在A/D转

4、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。10要求：（1）将下图中CPU换为89C51单片机，不改变地址线的连接方式，画出电路图；（2）确定8个通道的端口地址；(3) 编写程序，对第8通道的模拟量进行转换，把转换结果存在30H存储器中。I/Rdd/WRCPU A68088 A7M/IOA5A4A/G2AG13131DNIN1EOCVccVgADC0808IN1%G1/RD/WR89C51N1EOC VccVref(+)ID7IN0ADC0808ALE0809OESTARTC 74LS138/G2BY731P0.7P0.5P0.6P040809STARTOE11, 有4位

5、AD转换器，满刻度为5V,现在输入4.15V模拟电压，请说明逐次逼近转换原理。并分析采用逐次逼近法逼 近的转换过程。解：先通过置数逻辑电路将SAR中最高位置1，其余全。，井DA转换成模拟电压U0与输入模拟电压Ui在电压比较器 下进行比较，若UiNUO,则保留最高位1,否则清除最高位为0;其次置次高位为1,延续上述过程，直至确定最低位 的状态。量化单位为q=5v/24=0.3125V本题目中图表转换如下：步骤SARU0Ui,U0大小该位去留8421110002.5保留211003.75保留311104.375去411014.0625保留结果1101偏差 4.15-4.0625=0.0875图略。

6、12、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。13、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，由采样信号完全恢复出原始信号第三章数字控制器的模拟化设计1. 数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？答：(1)数字调节器能实现复杂控制规律的控制(2)计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制(3)数字调节器具有灵活性，使用简 单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。(4)除实现PID数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。2. 为什么说增量型PID控制器调节比位置型PID调节效果更

7、好？二者的区别是什么？答：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小；(2)在i时刻的输出ui，只需用到此时刻的偏差，以及前 一时刻，前两时刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的输出值ui-1，这大大节约了内存和计算时间；(3)在进行手动-自动切换时，控制量冲击小， 能够较平滑地过渡。3. 按一定性能指标要求对某控制系统综合校正后求得其应加的串联-校正装置为解：(s2 + as )U (s) = E (s)即 s2U(s) + 4sU(s) = 8E(s) s2U(s) + asU(s) = E(s)化成微分方程d 2u (t)du (t),、dt 2+ a= e(t

8、) dtd 2u (t)u (k) - 2u (k -1) + u (k - 2)qdt 2du (t)u (k) - u (k 一 1)dt Tu (k) - 2u (k -1) + u (k - 2)u (k) - u (k -1)+ a -e(k)整理得：D( z) - 4 + 2+t + (2&) z 一 2 nnn6.设被控对象传递函数为(T=1s)2 + aT1T2u(k) = 1 u(k -1) -1 u(k - 2) +1 e(k)100G (s) =/(40s + 1)(0.5s +1)4. 巳知某连续控制器的传递函数为D (S)=顼Z1 + Ts2试用差分变换法(后向差分)

9、，求该装置的递推输出序列。(设输入为e(t)，输出为u(t)试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器Gc(s)。(2)将Gc(s)用双线性变换法离散化为数字控制器D(z)，并将其 转换为差分方程。解：令 k = 100, T = 40, T = 0.5设：G (s) Ts +1其中；T= 1 = 40c TsS1I解：由D(S)詈牌E (s) 1 + T s0(s) = G (s)G (s)1T 7F s(T s +1)k s2得(1+T2 s)U (s)= (1+T1S)E(s)由：U(s) + T sU(s) = E(s) + TsE(s) 21du(t)“ de(t)u (t) + T

10、e2 dt当 t kTu (kT) + T 虹2 dt(t) + T1 dt=e(kT) + T 些t=kT1 dtt=kT近似为：u(k) - u(k -1)e(k) - e(k -1)u (k) + T= e(k) + T2T1u (k) = T u (k-1) + e(k)-e(k-1)T + T2T + T2T + T2T kk =Ts2得：T = 2kT 2 = 100(2)D(z) = G (s)|c31.6z - 31.6 _ U (z)s=280 z - 80E (z)T (z+1)u u0.395e.- 0.395e, 17.巳知某连续控制器的传递函数为1 + 0.17 sD

11、 (s)0.085s现用数字PID算法来实现它，试分别写出其相应的位置型和增量型PID算法输出表达式。设采样周期T = 1s。PID控制算法的模拟表达式为5. 巳知某连续控制器的传递函数为D( s) = n2s2 + 2 gs + 2试用双线性变换法求出相应的数字控制的脉冲传递函数，其中。T = 1su(t) = K e(t) + I te(t)dt + Tp Ti位置型输出表达式为u(k) = K e(k) + KpT忌T打封 e( j) + 七辛e(k)-e(k -1)i j=0增量型输出表达式为:c1 一 z-1 答：s = 21 + z-1TTTu(k) = u(k -1) + (K

12、+ K + Kd)e(k) - (K + 2Kd)ei而对模拟表达式u (t)求拉式变换得，、 1u(s) = K 1+ + sT e(s)Iu (s)e( s)1K=K 1+ + sT = K +i + K T sp T s D p T s p DD( s)=1 + 0.17 s0.085s10.17+ 0.085s 0.085 Kp = 2 T=0.17 TD=0其位置表达式为：u(k) = 2e(k) +11.765克 e( j)j=0其增量表达式为：Au(k) = 13.765e(k) - 2e(k -1)8.试述采样周期T的选择原则答：(1)必须满足香农采样定理的要求(2)从控制系统

13、的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。干 扰频率越高，则采样频率越高越好，以便实现快速跟随和快速抑制 干扰。(3) 根据被控对象的特性，快速系统的T应取小，反之，T可 取大些。(4) 根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应取 大些。否则，执行机构来不及反映控制器输出值的变化。(5) 从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T应 选大些。(6) 从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。1、已知一被控对象的传递函数为G (s) =10cs(1 + 0.1s)(1 + 0.05s)设采用零阶保持器，采样周期T为0.2s。试针对单位速度 输入函数设计快速有波纹系统的，计算采样瞬间数

14、字控 制器和系统的输出响应并绘制图形。2. 在题1中，针对单位速度输入函数设计快速无波纹系 统的 ，计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘 制图形。1、2题、解(z) = (1 - z-1)(1 + 0.516z-1)1中(z) = 0.584z-1(1 - 1.065z-1)D( z ) = 1 一e (Z )G( z )气(z)0.636(1- 00185z -1)(1 - 0.135z-1)=(1+0.05z -1)(1+0.516z -1)C (z) = 0( z) R( z)=0.484z-1(1-1.065z-1)1 z -1G (s) = H 0( s )Gc( s)=10(

15、1 一 e -0.2 s)s 2(0.1s +1)(0.05 s +1)0.76z -i (1 0.05z -1)(1 1.065z -1)G (z)=(1 - z-1)(1 - 0.135 z -1)(1 - 0.0185 z -1)(z) = 1 一(z) = az -1(1 一 1.065z -1) e中(z) = (1 - z -1)(1+bz -1) e中(z) = 1 一中(z) = az -1(1 一 1.065z -1)e中(z) = (1 - z -1)(1+bz-1) e得az -1(1 -1.065z -1) = 1 - (1 - z-1)(1+bz -1)(1 - b)

16、z -1 + bz -2 = az -1 + 1.065az -2解得：fa = 0.484b = 0.516=0.484z -1 + z -2 + z-3 + A3、设被控对象的传递函数为3.68 z-1(1+ 0.717 z-1)阶保持器刁采样周期T=1s，输入单位速度函数，试按最少拍无波纹要求设计D(z)，并检验一下所设计的系统是否满足快速无波纹的要求。解 G (w) = G (z )1=1+wz=1-w-0.104w2 - 1.056w + 2.5282.736w2 + 5.472w可见G(z)零点为-0.717(单位圆内)，极点为1(单位圆上)，0.368(单位圆内)。故u=0, v

17、=0(单位圆上极点不包括),m=1,p=1。设(z) = z-1(1+ 0.717z-i)c ,求得c = 0.58 00_ (z)1D( z)1 - 0(z) G(z)0.158(1- z-1)(1- 0.368z-1)1 - 0.58 z-1 - 0.416 z -24、某电阻炉，其传递函数可近似为带纯滞后的一阶惯性 环节G (s) = Kd e-0用飞升曲线法测得电阻炉的有关参 c 1 + T s d6、已知计算机控制系统开环脉冲传递函数0.368 z + 0.264z2 -1.368 z + 0.368(T=1s)试分别作下列双线性变换，然后作伯德图。解-0.104w2 - 0.528

18、w + 0.6322.736w2 +1.264w G (w) = G (z )11+Twz = T1- w2(伯德图略)数如下：匕=1.16,t = 30s,气=680s若采用零阶保持器，取采样周期T = 6s，要求闭环系统的时间常数Tt = 350s，用大林算法求取对电阻炉实现温度控制的 数字控制器的算式。解G (s) = -K e-tspTs+1一1 e-tsG (z) = Z sT-K1 - e- tT一e - ts = K z - ( n+1)1 - e t z-1求得大林控制器TT(1-e - Tc)(1-e tz-1)D( z)= TTTK (1-e-t )1- e-tc z-1 - (1-e-tc )z-(n+1)1.628(1- 0.991z-1)1-0.983z-1- 0.17 z -65、已知控制系统的被控对象的传递函数为e - sGc (s) = (2s +1)(s + )采样周期T = 1s，若选闭环系统的时间常数T = 0.1s，问是否会出现振铃现象？试用大 t林算法设计数字控制器D(z)。解：会出现振铃现象。、 (1 - 0.36z-i)(1-0.607z-1)D( z)=0.253(1- z-1 - z -2)