《计算机控制技术》doc版.doc

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e(k-1)/Ta = Tf/(Tf + T) = 0.105/(0.105 + 0.1) = 0.5123u(k) = 0.5123 u(k-1) + (1-0.5123)(e(k) + 0.21(e(k)-e(k-1)/0.1) = 0.5123 u(k-1) + 0.4877(3.1 e(k) - 2.1 e(k-1)因此其PID调节器的增量型算式为：u(k) = au(k-1) + (1-a) u(k)u(k) = Kpe(k)-e(k-1) + KD(e(k) - 2e(k-1) + e(k-2) = e(k) e(k-1) + 0.21/0.1 * (e(k) - 2e(k-1) + e(k-2) = 3.1e(k) 5.2e(k-1) + 2.1e(k-2)u(k) = 0.5123u(k-1) + 0.4877 * (3.1e(k) 5.2e(k-1) + 2.1e(k-2)4、 本章的作业有：1）、数字控制器的连续化设计步骤是什么？2）、什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算法？试比较他们的优缺点。3）、已知模拟调节器的传递函数为 D(S) = U(s)/E(s) = (1 + 0.17s)/(1 + 0.085s) 试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T = 0.2s。4）、采样周期的选择需要考虑那些因素？5）、数字控制器的离散化设计步骤是什么？6）、前馈控制完全补偿的条件是什么？前馈与反馈相结合有什么好处？7）、多变量控制系统解耦的条件是什么？第五章 应用程序设计与实现技术1、 本章学习要求本章应熟悉的内容有：应用软件的概念，数据结构的种类，模块化、结构化程序设计的种类和步骤，数据的查找技术和排序技术；本章应掌握的内容有：工业控制组态软件的内容，顺序数据结构的种类，线形化处理和标度变换方法，数字控制器实现的偏差处理，无平衡无扰动切换的概念和处理方法；本章应熟悉掌握的内容有：计算机控制系统中的误差来源，。2、 本章应重点掌握A/D转换器的字长选择及分辨率的计算，软件抗干扰技术的方法，数字滤波技术的功能和应用方法，难点在于线形化处理和标度变换，以及关于A/D字长选择分辨率的计算，关于数据结构的程序实现，混合编程的实现。3、 本章的典型例题教材198页例。4、 本章的作业有：1）、什么是模块化程序设计和结构化程序设计？程序设计通常分为哪5个步骤？2）、某热处理炉温度变化范围为0到1350，经温度变送器变换为1到5V电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0到5V。当t = KT时，ADC0809的转换结果为6AH，问此时的炉内温度为多少度？3）、为使数字PID控制器实现从手动到自动的无平衡无扰动切换，应采取哪些措施？4）、某炉温度变化范围为0到1500，要求分辨率为3，温度变送器输出范围为0到5V。若A/D转换器的输入范围也为0到5V，则求A/D转换器的字长N1应为多少位？若N1不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到600，此时系统对炉温变化的分辨率是多少？5）、某执行机构的输入变化范围为4到20mA，灵敏度为0.05mA，应选D/A转换器的字长N1为多少位？第六章 分散型测控网络技术1、 本章学习要求本章应熟悉的内容有：串行通讯的目的和种类，开放系统OSI的层次结构，IEEE802标准的内容，工业网络的性能评价，五种典型的现场总线的特点，局部网络常有的拓扑结构及特点；本章应掌握的内容有：异步通讯和同步通讯的实现方法和区别，传输访问控制方式的种类和比较，信息交换技术的种类，分散型控制系统的体系结构和特点，MIS系统的概念和组成；本章应熟悉掌握的内容有：面向位和面向字符的传送应用和区别，平衡与不平衡传输技术的区别和典型应用，差错控制技术的具体内容。2、 本章应重点掌握同步、异步传送的格式比较，平衡与不平衡传输技术的区别和典型应用，传输访问控制方式的种类和比较，面向位和面向字符的传送应用和区别，信息交换技术的种类，分散型控制系统的体系结构和特点，难点在于所涉及的通讯/传输方式较多，如何进行区分和怎样与现实应用相结合。3、 本章重点在于概念的理解和掌握上，无典型例题。4、 本章的作业有：1）、异步传送和同步传送的信息格式是怎样的？面向字符和面向位传送的信息格式又是怎样的？2）、什么是平衡传输方式和不平衡传输方式？试比较两种方式的性能。3）、工业局部网络通常有哪4种拓扑结构？各有什么特点？4）、工业局部网络常用的传输访问控制方式有哪3种？各有什么优缺点？第三部分 综合练习题一、 填空题（20分）1、计算机控制系统是由 和 两大部分组成。2、计算机控制系统的典型形式有 、 、 、 和 五种。3、开关量信号的特征是以二进制 和 出现，模拟量信号以 的方式出现。4、我们常说A/D转换器的 是5微秒， 是3位半， 是1LSB， 是0-5V。5、A/D转换器将模拟信号转化成数字结果的过程参为称为 ，若采样频率为模拟信号频率的1.8倍，则采样信号 复观该模拟信号。6、D/A转换器的主要技术指标有 、 、 。7、采用双绞线作信号引线是为了抑制 干扰，采用终端匹配是为了抑制 干扰。8、计算机控制系统中的地线有 、 、 、 、 五种，通道馈线的接地技术有 、 。9、常规的数控系统常常采用开环程序控制，这种控制的可靠性和精度由 和 来决定。10、若一三相步进电机转子的齿数为6，则它的齿距角为 度，若采用三拍方式，则它的步距角为 度。11、在PID控制系统中，若想增加系统的稳定性，则应增大 ，若想消除系统静差，则应增大 ，若想加快系统的响应，则应增大 。12、测量数据的预处理技术主要有 、 、 。13、软件上消除周期性的干扰应当采用 ，消除高频及低频干扰应当采用 。二、 选择题，请将你认为正确的答案全部选择出来填入空中（20分）1、下列抗干扰措施中属于软件抗干扰技术的有（ ），属于硬件抗干扰技术的有（ ）。采用双积分A/D转换器 采用中位值滤波 采用光耦滤波 采用LC滤波采用限幅滤波 重复书写指令 串行通讯方式2、有一A/D转换器的字长是8位，则它的分辨率为（ ），若一A/D转换器的分辨率为0.0000152，则它的字长应当为（ ）。 0.003921 0.004921 0.005921 14 15 163、量化误差的来源有（ ），数字控制器的给定值处理有（ ）。 SCC控制 偏差处理 上下限报警 舍入 截尾 D/A转换 变化率限制4、 列计算过程属于直线插补的有（ ），属于圆弧插补的有（ ）。偏差计算 终点判断 插补计算 绘直线画圆弧 偏差判别 坐标进给 坐标计算5、 下列各项中，属于工业控制机的支持软件的有（ ），属于应用软件的有（ ）。流量控制程序 MS-DOS程序 C语言程序网卡驱动程序 OFFICE程序 学生管理文档三、 判断题（10分） （注：如果有错误，请改正！）1、I/V转换是模拟量输入通道必须采用的环节。（ ）2、采样奇数次，然后按大小排队，取中间的值为本次采样的有效值称为中位值滤波法。（ ）3、按位传送数据的方法称为异步传送。（ ）4、扰动频率越高，采样周期应该越短。（ ）5、RS-232C是一种内部的串行总线。（ ）四、 问答题（25分）1、 采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。（8分）2、 异步传送和同步传送的信息格式是怎样的/面向字符和面向位的传送的信息格式又是怎样的？（8分）3、 说明数字PID控制器的采样周期的选择过程？（9分）五、 计算及论述题，需写出解题过程（25分）1、某炉温度变化范围为03000，要求分辨率为2，温度变送器的输出范围为0-5V。若A/D转换器的输入范围也是0-5V，求A/D转换器的字长应为多少位？若A/D转换器的字长不变，现通过变送器零点迁移将信号零点迁移到800，此时系统对炉温变化的分辨率为多少？（13分）2、已知模拟调节器的传递函数为D(s) = U(s)/E(s) = (1 + 0.21s)/(1 + 0.105s)，试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T = 0.1s。（12分）综合练习题答案一、 填空题（每空0.5分）1、 工业控制机、生产过程；2、 操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、分散型控制系统、现场总线控制系统；3、 1、0、连续变化量；4、 转换时间，分辨率、线性误差、量程；5、 量化过程， 不能（不可以）；6、 分辨率、建立时间、线性误差；7、 串模，长线传输；8、 模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地，电路一点地基准、电缆屏蔽层的接地；9、 步进电机，传动装置；10、 60，20；11、 微分时间常数，积分时间常数，比例系数；12、 系统误差的自动校准，线性化处理，标度变换；13、 平均值滤波法，惯性滤波法。二、 选择题（每题2分）1、（采用中位值滤波、采用限幅滤波、重复书写指令），（采用双积分A/D转换器、采用光耦滤波、采用LC滤波）。2、（0.003921）,(16)。3、（舍入、截尾、D/A转换），（SCC控制、变化率限制）。4、（偏差计算、终点判断、偏差判别、坐标进给），（偏差计算、终点判断、偏差判别、坐标进给、坐标计算）。5、（C语言程序、OFFICE程序），（流量控制程序、网卡驱动程序、学生管理文档）。三、 判断题（每题2分）1、（X）改为：I/V转换是模拟量输入通道采用的环节。2、（对）。3、（错）改为：异步传送是面向字符的。4、（对）。5、（错）改为：RS-232C是一种外部的串行总线。四、 问答题1、 答：利用74LS245作为开关量的输入，一端接外部开关量信号输入，一端接到PC的8位数据线，利用74LS273作为开关量的输出，一端接到PC的8位数据线，一端接开关量信号输出。程序略。2、 答：异步通信的通信格式为发送的每一个数据字符均带有起始位、停止位和可选择的奇偶位，数据之间没有特殊关系，也没有发送或接收时钟，电平由高到低的起始位通知接收器接收信息，并在所期望的数据间隔期间启动时钟提供锁存脉冲。停止位表示该字符传送结束并返回到标志状态，每个字符的位数可视使用的要求而改变；同步通信需要与数据一起传送时钟信息，数据流中每一个连续不断的数据位均要由一个基本数据时钟控制，并定时在某个特定的时间间隔商；面向字符的传送在空闲或等待状态为高电平，每个字符以一个0位开始，即起始位，随后是8个数据位，随后是1，1个半或2个停止位；面向位的传输协议是使用位置上的定位控制字符，而不是组合编码。3、 答：对于数字PID控制器的周期选择，首先应当清楚被控对象的有效频率的大小，然后根据香农定理确定采样信号的上限角频率（或最低采样频率），需考虑恢复原信号的要求，以及保障一定精度的要求；然后考虑给定值的要求，若给定值的变化频率越高，则应当将采样频率提高；若被控对象变化缓慢，则采样的频率应当降低；若执行机构动作惯性大，相应的采样的频率也应当降低；若系统同时控制的回路数教多，则应当根据回路的多少相应的倍增采样频率；另外还应当考虑控制算法的类型。五、 计算及论述题，需写出解题过程1、 解：Xmax = 3000, Xmin = 0, = 2, 由于A/D转换器的输入电压范围与温度变送器的输出电压范围都为0-5V，所以A/D转换器的字长应为：n = log2 (1 + (Xmax - Xmin)/ ) = log22901 12若A/D转换器字长不变，改变零点偏移，此时Xmax = 3000, Xmin = 800,n = 12，系统对炉温的分辨率为： = （3000 800）/（212 1） 0.5372、解：D(s) = (1 + 0.21s)/(1 + 0.105s) = 1/(1 + 0.105s) * (1 + 0.21s)此模拟调节器为一不完全微分的PID控制，其中Df(s) = 1/(1 + 0.105s)因此其PID调节器的位置型算式为：u(k) = au(k-1) + (1-a)u(k), u(k) = Kpe(k) + TD(e(k) - e(k-1)/Ta = Tf/(Tf + T) = 0.105/(0.105 + 0.1) = 0.5123u(k) = 0.5123 u(k-1) + (1-0.5123)(e(k) + 0.21(e(k)-e(k-1)/0.1) = 0.5123 u(k-1) + 0.4877(3.1 e(k) - 2.1 e(k-1)因此其PID调节器的增量型算式为：u(k) = au(k-1) + (1-a) u(k)u(k) = Kpe(k)-e(k-1) + KD(e(k) - 2e(k-1) +