微型计算机控制技术.doc

一、1. 控制系统一般由控制器（控制装置）和被控对象组成。分为开环控制和闭环控制两种控制方式。开环控制是一种最简单的控制形式，其特点是：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用，没有反馈控制作用。对应于每一个参考输入量，就有一个与之对应的工作状态与输出量。此种系统的控制精度取决于元器件的精度和特性调整的精度，并且没有抑制内部、外部扰扰动引起的控制误差的功能。开环控制系统一般都是稳定的。闭环控制系统的特点是：在控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还有反馈控制作用。将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入量比较的过程称为反馈。闭环控制的实质就是利用负反馈，使系统具有自动修正被控制量（输出量）偏离参考给定量（输入量）的控制功能，因此，闭环控制又称反馈控制，此种系统可以抑制内、外扰引起的误差，达到自动控制并提高控制精度之目的。由于闭环系统可能引起过调，因而带来了系统稳定性的问题。2. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性。(1) 稳定性（稳）一个自动控制系统的最基本的要求是系统必须是稳定的，不稳定的控制系统是不能工作的。如何判断系统是稳定的，有很多科学家发明的稳定判据（如劳斯稳定判据、赫尔维茨稳定判据、奈奎斯特稳定判据、李雅普诺夫稳定判据和伯德定理等）将在本书后续章节中详细介绍。(2) 快速性（快）在系统稳定的前提下，希望控制过程(过渡过程)进行得越快越好，但是有矛盾，如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差(偏差)过大。合理的设计应该兼顾这两方面的要求。(3) 准确性（准）即要求动态误差(偏差)和稳态误差(偏差)都越小越好。当与快速性有矛盾时，应兼顾两方面的要求。3. 反馈控制系统结构框图在反馈控制系统中，通过检测装置（仪表）获取输出变量，将此值与给定值相比较后，由校正装置（控制器）按偏差进行某种控制运算，最后由执行器将控制操作量作用于被控制对象，以消除偏差。4. （1）操作指导控制系统 操作指导控制系统是指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。 （2）直接数字控制系统 直接数字控制系统 是用一台微型机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按PID规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执行机构，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。 （3）计算机监督系统 计算机监督系统是由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值送给模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或者DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最佳工作状态。 （4）分布控制系统 分布控制系统由分散过程控制级、计算机监督控制级和生产管理级组成。是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制系统。 （5）计算机集成制造系统 计算机集成制造系统是在DCS以后发展起来的更高级的控制系统。本系统不但是在编制生产计划、制定控制方案，而是对市场信息、生产规划、销售等进行全面统一的管理。 （6）现场总线控制系统 本系统改变了传统的信息交换方式、信号制式和系统结构，改变了传统的自动化仪表功能概念和结构形式。5. 1) 定义线性定常系统的传递函数，定义为零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。传递函数一般表达式为（2）性质传递函数具有以下性质：传递函数是复变量 的有理真分式函数，具有复变函数的所有性质。 且所有系数均为实数。传递函数是系统或元件数学模型的另一种形式，是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式。它只取决于系统或元件的结构和参数，而与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息。传递函数与微分方程有相通性。只要把系统或元件微分方程中各阶导数用相应阶次的变量 代替，就很容易求得系统或元件的传递函数。传递函数 的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应 。是系统在单位脉冲 输入时的输出响应。对于简单的系统或元件，首先列出它的输出量与输入量的微分方程，求其在零初始条件下的拉氏变换，然后由输出量与输入量的拉氏变换之比，即可求得系统的传递函数。对于较复杂的系统或元件，可以先将其分解成各局部环节，求得环节的传递函数，然后利用结构图变换法则，计算系统总的传递函数。6. 测试信号有温度、压力、流量、物位、成分、位移、速度等7. 系统硬件主要由主机CPU、接口电路及外部设备组成。 （1）主机（cpu）是整个控制系统的指挥部，通过接口及软件向向系统的各个部分发布命令；同时对被测参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、报警处理以及逻辑判断等。 （2）I/O接口 是主机与被控对象进行信息交换的纽带。 （3）通用外部设备 主要是扩大主机的功能。 （4）检测元件及执行机构 检测信号执行控制任务 （5）操作台 人机对话的联系纽带。8. SCC+模拟调节器控制系统可以根据生产工况的变化，不断地改变给定值，以达到实现最优控制目的。SCC+ DDC与SCC+模拟调节器控制系统相比，其控制规律可以改变，用起来更灵活，而且一台DDC可以控制多个回路，使系统比较简单。9 DCS具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点。能够适应工业生产过程的各种需要，提高生产自动化水平和管理水平，提高产品质量。降低能源消耗和原材料消耗，提高劳动生产率，保证生产安全，促进工业技术发展，创造最佳经济效益和社会效益。10. 12/8 数据状态选择 数据格式选择端CS 片选信号CE 片使能信号R/C 读 转换A0字节/地址短脉冲，字节选择端11 .分辨率 2.转换精度 3.转换时间 4.线性度12 e(t)yKp e(t)tte(t)yKp e(t)ttt0t0t0t0给定值e(t)yKp e(t)ttt0t0给定值Kp Ki e(t)Kp Kd e(t)P阶跃响应特性曲线PI阶跃响应特性曲线PID阶跃响应特性曲线13 PI的微分方程为 ，Ti为积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti越大，积分速度越慢，积分作用越弱。由PI的阶跃响应曲线可知，调节作用的输出与偏差存在的时间有关，只要偏差存在，积分调节器的输出就会随时间增长，直至偏差消除，所以积分作用能消除静差。14 位置式PID的输出值是与阀门的位置一一对应的，增量式的PID是只需给一个增量信号就可以。在位置PID中，不仅需要对E(j)进行累加，而且计算机的任何故障都会引起P（k）的大幅度变化，对生产不利。增量控制虽然改动不大，然而带来许多优点： （1）由于计算机输出增量，所以误动作影响小，必要时可以用逻辑判断的方法去掉；（2）在位置型控制算法中，由于手动到自动切换时，必须首先是计算机的输出值等于阀门的原始开度，即P（k-1），才能保证手动自动的无扰动切换，这将给程序设计带来困难。而增量设计只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，因而增量算法易于实现手动自动的切换。 （3）不产生积分失控，所以容易活得较好的调节品质。 增量控制因其特有的优点已得到广泛的应用。但是这钟控制方式也有不足之处； (1)积分截断效应大，有静态误差； （2）溢出影响大。15 在自动调节系统中，由于负载的突变，如开工、停工、或给定值的突变，都会引起偏差的阶跃，即E(k)的绝对值增大。因而位置型PID的输出P（k）将急剧增大或减小，以至于超过阀门极限。此时，系统输出M(K)虽然不断的上升，但由于控制量受到限制，其增加速度减慢，偏差E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在正值，使得积分项累计值很大，还要经过相当一段时间后。控制量P(t)才能脱离饱和区。使系统输出出现明显的超调，称之为积分饱和。 消除积分饱和的方法有遇限消弱积分法、有效偏差法以及积分分离法。16 在模拟系统中，PID 算法的表达式为其中Kp 调节器的比例系数，与输出成正比Ti 调节器的积分时间，与积分环节成反比Td 调节器的微分时间，与微分环节成正比17 采样周期的选择方法又两种，一是计算法，一是经验法。计算法由于比较复杂，特别是被控系统各环节时间常数难以确定，所以工程上用的比较少。经验法是一种凑试法。即根据人们在工作实践中积累的经验以及被控对象的特点、参数，先粗选一个采样周期，送人计算机控制系统进行试验，根据对被控对象的实际控制效果，反复修改采样周期，直到满意为止。18 （1）实时性（2）灵活性和通用性（3）可靠性19 采用模块结构，尽量将公用的程序编制成子程序，设计人员可根据具体要求，将这些功能子程序进行排列组合，使其成为一个完成特定任务的可应用程序，除本控制系统外，也可为其它类似控制系统提供参考。2021. 1 指令冗余2 拦截技术：软件陷阱的设计 陷阱的安排3软件“看门狗”技术22 （1）在满足系统性能指标的前提下，对控制所采用的机型进行选择（2）为了获得较高的性价比，不能盲目追求高指标（3）要对系统进行可靠性设计（4）要考虑系统操作的方便性。总之系统的硬件结构要规范化，软件要模块化。23 （1）控制系统总体方案设计（2）选择各参数检测元件及变送器（3）建立数学模型及确定控制算法（4）选择微型机，并决定是自行设计还是购买成套设备（5）系统硬件设计（6）系统软件设计（7）系统调试及试验2425（1）被控对象参数数量（2）各输入输出通道是串行操作还是并行操作（3）各通道数据的传送速率（4）各通道数据的字长及选择位数（5）对显示、打印有何要求二、计算题1.XrXcG1G2G3G4G5XrXcG1G2G4G5/(1+G3G5)XrXcG1 G2G4G5/(1+G3G5)XrXcG1 G2G4G5/(1+G3G5)(XR-XC)*=XC 所以 2.XrXcG1G2G4G3G5XrXcG1G2G3 G4G5XrXcG1G2G3G4/(1+G3G4 G5) =3.XrXcG1G2G4G3G5XrXcG1G2G3 G4G5XrXcG1 G2G3G4/(1+G3G4 G5)(XR-XC)*=XC 所以 4.XrXcG1G2G3G4G5XrXcG1G2G4G5/(1+G3G5)XrXcG1 G2G4G5/(1+G3G5) =5. 0.0098 v =10MV6. 0.0003 v =0.3 MV7. 0.0049 v =5mv8. 9. Ki=kp * 2* 6/120=0.1 U(i) = kpE(i) - E(i-1)+ ki E(i) =210-7+0.1*10=7 pa10. Ki=kp * 1.6* 5/25=0.32Kd=kp * 1.6* 15/5= 4.8 U(i) = kpE(i) - E(i-1)+ ki E(i) +kdE(i) -2 E(i-1) + E(i+2) =1.65-6+0.32*5+4.85-2*6+8=4.8mm11. d0=kp *(1+ +)=0.125* (1+8/40+16/2)=0.4d1 =- kp *(1+2*)=-0.125*(1+2*16/8)=-0.625d2 =kp *=0.125*16/8=0. 25U(i) =d0ek+d1ek-1+d2ek-2 =0.4*5+(-0.625)*8+0.25*10=2.5mm12. Ki=kp * 0.5* 20/300=1/30Kd=kp * 0.5* 120/20= 3 U(i) = kpE(i) - E(i-1)+ ki E(i) +kdE(i) -2 E(i-1) + E(i+2) =0.5*9-7+1/30*9+3*9-2*7+6=4.313. Ax=(Am-A0)+A0 = (200-0)*(50H-0)/ (A0H-0)+0 =200 *(80-0)/ (160-0) =10014 Ax=(Am-A0)+A0 500=(1300-100)*(NX-0)/(FFH-00H)+100 NX=7FH15. Ax=(Am-A0)+A0 =(500-0)*(64H-0010H)/ (01A0H-0010H)+0=105MM16. 总步数=+=7 开始f0=0序号偏差判别进给偏差计算1F0=0xF1=F0-Ye=0-3=-32F1=-30xF3=F2-Ye=1-3=-24F3=-20xF5=F4-Ye=2-3=-16F5=-10xF7=F6-Ye=3-3=017总步数=+=9 开始f0=0序号偏差判别进给偏差计算1F0=0xF1=F0-Ye=0-5=-52F1=-50-yF2=F1+Xe=-5+4=-13F2=-10xF4=F3-Ye=3-5=-25F4=-20xF6=F5-Ye=2-5=-37F6=-30xF8=F7-Ye=1-5=-49F8=-40-yF9=F8+Xe=-4+4=018. Ax=(Am-A0)+A0 450=（800-100）（Nx-0AH）/(64H-0AH)+100 Nx=37H19. 总步数=+=8 开始f0=0序号偏差判别进给偏差计算1F0=0-xF1=F0-Ye=0-3=-32F1=-30-xF3=F2-Ye=2-3=-14F3=-10-xF5=F4-Ye=4-3=16F5=10-xF6=F5-Ye=1-3=-27F6=-20-xF8=F7-Ye=3-3=020. 总步数=8 开始f0=0因为是第二象限的顺时针轨迹 所以F=0时，F=F-2X+1 X=X-1;F0,F=F+2Y+1,Y=Y+1.序号偏差判别进给偏差计算坐标修正1F0=0xF1=F0-2*4+1X1=-3,Y1=02F1=-70yF2=-7+2*0+1X2=-3,Y2=13F2=-60yF3=-6+2*1+1X3=-3,Y3=24F3=-30xF5=2-2*3+1X5=-2,Y5=36F5=-30xF7=4-2*2+1X7=-1,Y7=48F7=10xF8=1-2*1+1X8=0,Y6=421. 总步数=8 开始f0=0因为是第二象限的顺时针轨迹 所以F=0时，F=F-2X+1 X=X-1;F0,F=F+2Y+1,Y=Y+1.序号偏差判别进给偏差计算坐标修正1F0=0xF1=F0-2*4+1X1=-3,Y1=02F1=-70-yF2=-7+2*0+1X2=-3,Y2=-13F2=-60-yF3=-6+2*1+1X3=-3,Y3=-24F3=-30xF5=2-2*3+1X5=-2,Y5=-36F5=-30xF7=4-2*2+1X7=-1,Y7=-48F7=10xF8=1-2*1+1X8=0,Y6=-422. 中值滤波 ：35H,34H,30H,2FH,2DH, 所以为 30H 算术平方值： (35H+30H+2DH+2FH+34H)/5= 31H三、1.(1) MOV P1, #7FH CPL P1.0 MOV C, P1.0 ANL C, /P1.2 MOV 20H, C MOV C, P1.5 ANL C, P1.2 ORL C, 20H MOV P1.7, C (2) MOV P1, #7FH CPL P1.0 MOV C, P1.0 ANL C, /P1.2 MOV 20H, C MOV C, P1.5 ANL C,/P1.6 ORL C, 20H MOV P1.7, C(3) MOV P1, #7FH CPL P1.0 MOV C, P1.2 ANL C, P1.0 ANL C, P1.5 MOV P1.7,C(4) MOV P1, #7FHMOV C, P1.0ANL C,/P1.2MOV 20H,CMOV C, P1.2ANL C,/P1.0ORL C,20HMOV P1.7, C2. 延时100ms：DELAY: MOV R7,#100 D1: MOV R6,#250 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D1 RET延时1ms：DELAY: MOV R7,#10 D1: MOV R6,#25 DJNZ R6,$ DJNZ R7,D1 RET3. 晶振为12MHZ，所以振荡周期为1/12（S）机器周期为 1（S） ORG 0 CLR CMOV DPTR,#0DFFH MOV A,78H SUBB A,79H JZ D1JC D2 MOV A,78H SJMP D1 D2: MOV A,79HD1: MOVX DPTR,AEND 4. ORG 0LJMP SETUPORG 001BHLJMP INET0SETUP: MOV