计算机控制技术答案黄勤

第一章1微型计算机控制系统与连续控制系统的主要异同点是什么？答：将续控制系统中的控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机系统。控制系统中引入微型计算机后，控制规律便可由程序实现，微型计算机执行相应的程序，实现对被控参数的控制。在连续控制系统中，系统的控制规律是由硬件电路实现的，改变控制规律就要改变硬件；而在微型计算机控制系统中，控制规律是通过程序实现，改变控制规律只需改变程序。在微型计算机控制系统中，微型计算机的输入和输出都是数字信号，而变换发送单元送出的信号，以及大多数执行机构所能接收的信号，都是模拟信号。因此，系统中需要有 A/D 转换器和 D/ A 转换器。连续控制系统不断地测量，经过反馈及补偿后，对生产过程产生连续不断的控制。微型计算机控制系统是采样控制系统。微型计算机每隔一个采样周期 T 会对被控参数进行一次测量，根据一定控制规律算出控制量后，去控制生产过程。在两次采样时刻之间，微型计算机对被控参数不进行测量，其输出控制量自然也保持不变。当用一台微型计算机控制多个参数时，微型计算机按巡回测量控制方式工作。2.从微型计算机参与控制的方式上，微型计算机控制系统可分为哪几类？各有什么特点？答:可分为数据采集系统（DAS） 、直接数字控制系统（DDC） 、监督算机控制系统（SCC） 、分散型控制系统（DCS） 、现场总线控制系统(FCS)、计算机集成制造系统(CIMS)。数据采集系统（DAS）：数据采集系统中微型计算机通过模拟量、开关量输入通道进行数据采集，将采集到的数据进行分析处理，以实现生产过程中的集中监视及实现生产过程的操作指导。该系统中的微型计算机不直接参与生产过程控制，不会对生产过程产生直接影响。直接数字控制系统（DDC）：微型计算机通过模拟量输入通道、数字量输入通道进行数据采集，然后按照一定的控制规律进行实时决策，最后通过模拟量输出通道、数字量输出通道输出控制信号，实现对生产过程的直接控制。由于该系统中夺得微型计算机直接参与生产过程的控制，故要求微型计算机系统实时性好、可靠性高和环境适应性好。监督计算机控制系统（SCC）：SCC 系统是一种两级微型计算机控制系统，其中 DDC 级微型计算机完成生产过程的直接数字控制；SSC 级微型计算机则根据生产过程的工作状况和已定的数学模型，进行最优化分析计算，产生最优给定值，交由 DDC 级微型计算机执行。分散型控制系统（DCS）：DCS 系统利用多台微型计算机，采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上而下分为过程控制级、控制管理级、生产管理级等若干级，形成分布式控制。现场总线控制系统(FCS):FCS 系统广泛应用于工业生产过程自动化领域的新型计算机控制系统。现场总线控制系统是利用现场总线实现各智能现场设备之间、个现场设备和控制装置之间互联,形成一个数字式、双向传输、多分支结构和多点通信的通信网络。计算机集成制造系统(CIMS):是在信息技术、自动化技术及有关生产技术基础上,建立全企业或全厂的包括经营决策、管理信息、生产调度、监督控制和直接控制在内的管理及控制全部生产活动的中和自动化系统。它将企业的生产、经营、管理、计划、销售等环节和企业人力、财力、设备等生产要素集成起来,进行统一控制,从而求得生产活动的最优化。3微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：微型计算机控制系统的硬件主要由主机(控制器)、过程输入输出通道(设备)、操作设备、常规外部设备、系统支持功能等组成。图 1.1 微型计算机控制系统的基本组成(1)主机：由微机处理器、内存储器和系统总线构成的主机是控制形同的核心。主机根据过程输入通道发送来的、反映生产过程工况的各种信息和已定的控制规律,作出相应的决策,并通过过程输出通道发出控制命令,达到预定的控制目的。主机所产生的控制是按照人们预先安排好的程序进行的。能实现过程输入、控制和输出等功能的程序预先已存放入内存,系统起动后,中央处理器逐条取出并执行,产生预定控制作用。(2)输入输出通道：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。(3)操作设备:是微型计算机控制系统中人机交互的关键设备。操作设备一般由液晶显示器、键盘、开关和指示灯等构成。操作员通过操作设备可以及时了解被控过程的运行状态及相关参数,对控制系统发出各种控制命令,并且通过操作设备修改控制方案和程序。(4)常规外部设备:指键盘、终端、打印机、绘图机、U 盘等微型计算机输入输出设备。(5)通信设备:企业信息化的需求要求生产过程的数据和企业管理信息系统之间的信息需实时交换,基于 DCS 和 FCS 的微型计算机控制系统中,个微型计算之间也需要通信,因此,通信设备已成为微型计算机控制系统的一个重要部分,通过通信设备课完成微型计算机控制系统的信息交换。(6)系统支持功能:包含监控定时器、电源掉电检测、保护重要数据的后背存储体、实时日历钟、总线匹配。4工业控制微型计算机与主要用于科学计算方面的微型计算机有何异同点？答：工业控制微型计算机与主要用于科学计算方面的信息处理机是两类不同用途的计算机。二者都是以微型计算机为核心所构成的装置。与信息处理计算机相比，工控机具有可靠性高、环境适应性强、可维护性好、硬件配置上的可装配性和可扩充性好、丰富的过程输入/输出能力、应用软件丰富等特点。5何谓微型计算机系统的实时性？如何保证微型计算机系统的实时性？答：所谓“实时” ，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。实时性指标涉及一系列时间延迟，如仪表延迟、输入延迟、运算处理延迟、输出延迟等。另外，中断是微型计算机控制系统实现实时控制的一个十分重要的功能。6简述 DDC 和 SCC 系统的工作原理。答：直接数字控制系统(DDC 系统)：DDC(Direct Digital Control)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。其原理框图如下图所示。计算机监督控制系统(SCC 系统)：SCC(Supervisory Computer Control)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。其原理框图如下图所示。7进一步查阅资料，了解计算机控制系统的发展趋势。答：大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面：a.普及应用可编程序控制器 b.采用集散控制系统 c.研究和发展智能控制系统第二章1在模拟量输入输出通道中，采样保持器起何作用？是否在所有的模拟量输入输出通道中都需要采样保持器？为什么？答：采样保持器的作用：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。不是在所有的模拟量输入输出通道中都需要采样保持器。当被测信号变化缓慢时，若 A/D 转换器转换时间足够短，则可以不加采样保持器。2A/D 转换器的转换速度主要根据系统模拟量输入点数和输入模拟量的最高频率来选择。现假设模拟量输入点数为 8，最高信号频率分别为 2kHz 和 10kHz，则 A/D 转换器的转换速度最低各为多少？答：当最高信号频率为 2KHz 时 A/D 转换器的转换速度至少为：sKHz25.312当最高信号频率为 10KHz 时 A/D 转换器的转换速度至少为.6803A/D 转换器的分辨率和线性误差两技术指标含义上有何不同？答：分辨率是衡量 A/D 转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。线性误差是指 A/D 转换器的理想转换特性应该是线性的，但实际转换特性并非如此。在满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差定义为线性误差。4设计一块 PC 总线或其他总线的 32 路单输入 12 位 A/D 转换模板。A/D 转换器选 AD574A，所需的多路开关、运算放大器、采样保持器和其他器件自选，要考虑总线驱动。转换结束后用中断方式通知主机，系统分配给该模板的地址为2C8H2CFH（或另行分配） 。1）设计该模板的硬件原理图。2）设计数据采集程序，系统每隔一个采样周期 T=2s，对 32 路输入巡回采样一遍，采集到得数据送以 BUFE 为首地址的内存缓冲区中。3）计算出该模块的最高数据采集频率（各器件的有关参数可通过查阅手册得到）。解：1）硬件原理图如下图所示：2）AD574 PROC NEARMOV CX,32MOV BL,00000000BLEA SI,BUFNEXTCH:MOV DX,212HMOV AL,BLOUT DX,ALNOPNOPOR AL,01000000BOUT DX,ALNOPAND AL,10111111BOUT DX,ALMOV DX,210HPOLING:IN AL,DXTEST AL,80HJNZ POLINGMOV AL,BLOR AL,00010000BMOV DX,212HOUT DX,ALOR AL,01000000HOUT DX,ALMOV DX,210HIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALINC DXIN AL,DXMOV SI,AXINC SIINC SIINC BLLOOP NEXTCHMOV AL,00111000BMOV DX,212HOUT DX,ALRETAD574 END3）AD574 速度： 25s;AD625 速度： 40nsLF398 速度: 10sCD4051 速度：500 ns故该模块的最高数据采集频率为 40K.5.设 ADC0809 与 CPU 的连接如图 2-45 所示。要求用查询方式采样来自 IN4通道的输入信号，采样 100 点，采样数据存入 ADBUF 缓冲区，试编程实现。解：编程：OUT 84H,ALMOV R1，#64HLOOP: DEC R1WAIT: IN AL,70HTEST AL,01HJZ WAITIN R0,60HDEC R0CJNE R1,#00H,LOOP6.试设计一个数据采集电路，要求该电路能对 8 路模拟信号进行连续巡回检测，电压转换范围 010V，相对精度 0.05%，采样间隔为 1s，按此要求画出巡回检测系统的电路原理图，并回答以下问题：1）在该电路中 A/D 转换器至少应采用多少位的？2）该电路的 A/D 转换器转换完成，采用何种方式了解？3）编写启动 A/D 转换器及读取转换结果的程序段。4）画出实现 8 路巡回采样的程序流程图。解：电路图如下：1）7 位2）STS，A/D 转换器转换结束标志3）启动：OR AL,01000000BOUT DX,ALNOP读转换结果：MOV DX,210HPOLING:IN AL,DXTEST AL,80HJNZ POLINGMOV AL,BLOR AL,00010000BMOV DX,212HOUT DX,ALOR AL,01000000HOUT DX,ALMOV DX,210HIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALINC DXIN AL,DXMOV SI,AX4）程序流程图：7.某热处理炉温度变化范围为 01350，经温度变送器变换为 15V 电压送至 ADC0809.当 T=kT 时，ADC0809 的转换结果为 6AH，问此时的炉内温度为多少度？ 解：炉内温度 CVVT9.58130)6(2588编制一个能完成中值加均值滤波的子程序，设 m=8,8 个采样值排序后，取中间的四个采样值平均。采样值为 12 位 2 进制数。MOVCX,8DECCXLOP