计算机控制技术B卷(参考答案)

B 1 广广东东技技术术师师范范学学院院 2006 2007 学年度学年度第第 二二 学期期末考试试卷学期期末考试试卷 参考答案及评分标准参考答案及评分标准 科 目 计算机控制技术 B 卷 卷 考试形式 闭卷考试形式 闭卷 考试时间考试时间 120 分钟分钟 一 填空 1 9 题每空 1 分 10 题 2 分 共 20 分 1 计算机控制系统的工作可归纳为三个步骤 分别是 实时数据采集 1 分 实时控 制决策 1 分 实时控制输出 1 分 2 实时是指信号的 输入 1 分 计算 1 分 和输出都要在一定时间范围那完成 在线是指计算机和生产过程相连并受计算机控制 一个在线的系统 不一定是 1 分 一 个实时系统 但是一个实时系统 一定是 1 分 在线系统 3 在计算机控制系统中 抑制共模干扰的常见方法有 变压器隔离 1 分 光电隔离 1 分 浮地屏蔽 1 分 及采用仪表放大器提高共模抑制比 4 D A 转换器的主要技术指标有 分辨率 1 分 建立时间 1 分 线性误差等 5 数字量输入接口元件 74LS244 的作用是 隔离和缓冲 1 分 6 在 ADC0809 中 A B C 三引脚的组合式用来 选择输入通道 1 分 7 在 PID 控制中 积分的作用是 消除误差 1 分 题题 目目一一二二三三四四总分总分 标准分数标准分数 20 253025100 实得分数实得分数 评卷人评卷人 装 订 线 考 生 答 题 不 得 超 过 此 线 B 2 8 无纹波系统的调整时间要增加若干拍 增加的拍数等于 1 分 在单位圆内的零点 zG 数 9 逐点比较法是以 阶梯折线 1 分 来逼近直线和圆弧 它与规定的加工直线或圆弧之间的 最大误差是一个 脉冲当量 1 分 10 模拟量输入通道中 当 输入信号变化缓慢 A D 转换器转换时间足够短时 1 分 可以不加采样保持器 二 问答题 共 25 分 1 简单分析 RS 232C 接口与 RS 485 接口的特点 5 答 RS 232 点对点 1 发 1 收 最大传输速度 20Kb S 最大传输电缆长度为 15 米 常用于本地设 备之间的通讯 采用的是单端传输 不平衡传输 特点 通信距离较短 速率较低 抗干扰能力差 2 5 分 RS 485 点对多 1 发 32 收 最大传输速度为 10Mb s 最大传输电缆长度为 1200 多米 采用平衡 双端双发的传输方式 需要在传输线上接终端电阻 特点 通信距离较远 速率较高 抗干扰能力 较好 2 5 分 2 由于 PID 控制器原理简单 在实际中应用广泛 阐述实际应用中 针对 PID 控制器的积分 项和微分项分别采取的改进措施及各种措施的基本思想 6 答 实际中针对积分项的改进措施常有 积分分离和抗积分饱和 1 分 对微分项的改进措施有 不完全微分 PID 或微分先行 PID 1 分 1 积分分离法的基本思想是 当偏差较大时 取消积分作用 偏差较小时 投入积分作用 实现方法是引入积分分离系数 其取值情况为 1 分 2 抗积分饱和的基本思想是对输出进行限幅 同时切除积分作用 算法为 1 分 3 不完全微分 PID 的基本思想是在标准 PID 输出后串联一阶惯性环节 如图所示 1 分 4 微分先行 PID 的基本思想是调节器采用 PI 控制算法 将微分作用移到反馈回路上 即是 说只对被控量微分 对给定值无微分作用 从而减少了给定值的升降对系统的直接影响 1 分 i k 控制采用时当 控制采用时 当 PIDke PDke ki 1 0 FFHkuFFHku HkuHku 取时当 取时当 00 00 sDfPID标准 B 3 3 计算机控制系统中一般有那几种地线 简述各自的含义并画出回流法接地示意图 7 解 计算机控制系统中 常见几种地线有 模拟地 数字地 安全地 系统地和交流地 2 分 模拟地 作为传感器 变送器 A D 和 D A 转换器的模拟电路的零电位 0 5 分 数字地 作为计算机中各种数字电路的零电位 0 5 分 安全地 设备机壳与大地等电位 避免机壳带电而影响人身安全 通常称 之为保护地或者机壳地 0 5 分 系统地 上述几种地的最终回流点 直接与大地相连 0 5 分 交流地 计算机交流供电电源地 即为动力线地 在交流地上任意两点之 间往往有几伏至几十伏地电位差存在 因此交流地绝对不能与以上几种 地相连 而且要求交流变压器绝缘非常好 1 分 几种地线的回流法接地示意图如右图所示 2 分 4 如图所示为带光电隔离的继电器 输出驱动负载的电路原理 试阐述其 工作原理并分析图中二极管 VD 的作 用 7 当开关量输出端 PA0 输出高电平时 经反相驱动器 7406 变为低电平 发光二极管发光 从而光敏三极管 导通 使得晶体管 VT 导通 故使 继电器 K 的线圈通电 继电器的触点闭合 使得负载 RL与 220V 电源接通 反之则断开 4 分 图中二极管 VD 保护晶体管 VT 不被击穿 因为当继电器 K 吸合时 二极管截至不影响电路正常 工作 继电器释放时 由于继电器线圈电感的存在 因而储存有电能 此时晶体管 VT 截至 故 在线圈两端产生较高的感应电压 此电压的极性为上负下正 正端加在晶体管 VT 的集电极上 当感应电压和 VCC 之和大于晶体管 VT 的集电极反向电压时 晶体管 VT 就被击穿而损坏 加 入二极管后 晶体管 VT 产生的感应电流由二极管流过 钳住了晶体管集电极端的电压 因而使 晶体管得到保护 3 分 三 计算题 共 30 分 1 求拉氏函数的 Z 变换 7 2 1 3 ss s sF zF 解 2分 21 s B s A sF 装 订 线 考 生 答 题 不 得 超 过 此 线 B 4 2分 1 1 3 lim lim 2 2 3 lim lim 2211 s s sFB s s sFA ssss 因为 2分 2 1 1 2 ss sF TT ez z s Z ez z s Z 2 2 1 2 1 2 则 1分 2 2 2 2 2TT TT TT ezez eezz ez z ez z sFZ 2 求的 Z 反变换 8 2 1 2 2 zz z zF kf 解 2 分 2 1 1 2 1 212 2 11 2 z c z c z c zz z z zF zG 1 分 1 2 1 1 1 1 2 2 1 2 11 z z zz z zzGzc 1 分 2 2 1 12 1 1 1 2 12 z z z z dz d zGz dz d c 1 分 2 2 1 2 2 2 2 2 2 z z zz z zzGzc 则 2 2 1 2 1 1 2 1 22 zzzzz z z zF zG 故 2 2 1 2 1 2 z z z z z z zF 因为 3 分 k z z Z z z Zk z z Z2 2 1 1 1 11 2 1 故 k kkfzFZ222 1 3 热处理炉温度变化范围为 200 1200 C 经温度变送器变换为 1 5V 电压送至 ADC0809 ADC0809 的输入范围为 0 5V 当 t kT 时 ADC0809 的转换结果为 5FH 问此时 B 5 的炉内温度为多少度 并写出标度转换公式 7 解 1分 1200 200 0 m AA 2分 255 51 5 1 255 0 m NN 1分 95 5DHFNx 2分 1分 4 某系统的连续控制器设计为 试用双线性变换法求数字控制 s s sE sU sD 085 0 1 17 0 1 D z 并给出位置型递推控制算法 设采样周期为 T 为 0 2s 8 解 2分 1 12 z z T s sD zE zU zD 1分 1 12 085 01 1 12 17 01 z z T z z T 化简得 1分 1 1 15 0 85 1 7 07 2 15 0 85 1 7 07 2 z z z z zE zU zD 1 1 15 0 85 1 7 07 2 15 0 85 1 7 07 2 z z z z zE zU zD 1分 1分 所以 2分 1 38 0 46 1 1 08 0 1 85 1 7 0 85 1 7 2 1 85 1 15 0 kekeku kekekuku 四 综合设计题 共 25 分 1 设加工第一象限直线 OA 起点 O 的坐标为 0 0 终点 A 的坐标为 9 6 要求 1 按逐点比较法差补进行列表计算 2 作出走步轨迹图 并标明进给方向和步数 13 装 订 线 考 生 答 题 不 得 超 过 此 线 7 615 51255 5195 2001200 200 0 0 00 NN NN AAAA m x mx 1 7 0 7 2 1 15 0 85 1 7 0 7 2 15 0 85 1 7 07 2 15 0 85 1 11 11 kekekuku zEzzEzUzzU zzEzzU B 6 解 进给步数 9 6 15 1分 插补计算过程如表 XY N9 e x6 e y0 0 F 步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断 起点0 0 F15 XY N 1 0 0 F x 6 01 e yFF14 xy N 20 1 F y3 12 e xFF13 xy N 30 2 F x3 23 e yFF12 xy N 4 0 3 F y 6 34 e xFF11 xy N 50 4 F x0 45 e yFF10 xy N 6 0 5 F x 6 56 e yFF9 XY N 7 0 5 F y 3 67 e xFF8 XY N 8 0 7 F x 3 78 e yFF7 XY N 9 0 8 F y 6 89 e xFF6 XY N 10 0 9 F x 0 910 e yFF5 XY N 11 0 10 F x 6 1011 e yFF4 XY N 120 11 F y3 1112 e xFF3 XY N 130 12 F x3 1213 e yFF2 XY N 14 0 13 F y 6 1314 e xFF1 XY N 150 14 F x0 1415 e yFF0 XY N 表中每行 0 5 分 共 8 分 走步轨迹图 4 分 X Y o A 9 6 54321 4 3 2 1 6 5 6 879 B 7 2 已知某一计算机控制系统中的广义被控对象不含纯滞后环节 且其 Z 传递函数为 采样周期 T 1s 要求针对单位速度输入信号设计 368 01 1 718 0 1 68 3 11 11 zz zz zG 最少拍无纹波控制器 D z 12 分 解 由 G z 的表达式可知 d 0 q 2 v 1 w 1 j 1 且 j q 1 分 要满足无纹波设计的必要条件 故有 m w d 1 n v j q 2 1 5 分 对单位速度输入信号 选择 2 分 jv i q ie zFzzaz 1 1 11 1 1 1 1 1 11 21 zfz 和 2分 w i i d zFzbzz 1 2 1 1 718 0 1 2 22 1 21 1 zfzfz 而 1分 1 zz e 所以 有 718 0 1 1 1 1 2 22 1 21 11 11 21 zfzfzzfz 展开得 2111 2ff 718 0 21 212211 fff 2211 718 0 ff 解得 592 0 11 f 408 1 2