西南科技大学微型计算机控制技术复习题答案

一、简答 1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4 答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现 场总线控制系统。 2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pg11 答：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口， 如A/D,D/A 转换接口 ,LED、 LCD 显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。 可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域 网都有用到。 现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。 工业 PC 机，完成 STD 总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打 印、数据处理曲线、工业控制流程图，PID柱形图像处理程序等。 3.A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？ 答：A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行 处理。 D/A的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A的作用正是 用于把数字信号转换为模拟信号。 4.LED 数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81 多位 LED有两种显示方法：动态显示和静态显示。动态显示使用的硬件少，价格低，线路 简单，但是占用机时长。静态显示使用元件多，线路复杂，但是显示占用机时少，显示可靠。 5.在人机接口技术中，键盘设计需解决的问题有哪些？如何实现防抖？Pg55 答：按键的确认，中键与连击的处理，按键防抖动技术。防抖可以用两种方法 1. 硬件防抖：滤波防抖电路，双稳态防抖电路 2. 软件防抖 6.算术平均滤波的具体方案是怎样的？该滤波方法主要适用于什么情况？Pg248 答：算术平均值滤波是要寻找一个Y（k） ，使该值与各采样值间误差的平方和为最小，其中 N i ix N kY 1 )( 1 )(其中)(kY第 k次B个采样值的算术平均值 X(i) 第 i 次采样值 由此可见： 算术平均值滤波的实质就是把一个采样周期内的N 次采样值相加， 然后把所得的数除 以采样次数 N，得到周期的采样值。 7.位置型 PID和增量型 PID有什么区别？它们各有什么优缺点？ 增量型算法与位置型算法比较： （1）增量型算法不需做累加，计算误差后产生的计算精度问题，对控制量的计算影响较小。位 置型算法用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差。 （2）增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小， 必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输 出，不会影响系统的工作。位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。 增量式算法的主要优势体现在对积分环节的处理上，积分作用的累加效果会影响到输出的准确 性。 8.在自动控制系统中饱和效应是如何产生？如何消除的？Pg282 答：饱和现象主要是由积分项引起的，所以也称之为 “积分饱和” 。这种现象是引起大幅度超调， 使系统不稳定。消除积分饱和的方法有以下三种：遇限削弱积分法，有效偏差法，积分分离法。 9.试比较 PID控制参数 Kp、Ti、Td和的大小对系统性能的影响？ PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（ P ）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比 例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error） 。 积分（ I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如 果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error） 。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对 误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会 随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。 因此， 比例 +积分 (PI) 控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（ D ）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动 控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组 件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决 的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。 这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值， 而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器， 就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以 对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分 (PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 10.微型机控制系统中时怎样实现PWM 电机调速的？ Pg141 答：在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加，电机断电时，速度逐渐降低，只要按一定规律， 改变通断时间，即可让电机转速得到控制。 三、计算题 1.设某 12位A/D转换器的输入电压为0-+5V，其分辨率是多少？求当输入模拟量为下列值时的数 字量： （1）1.25V （2）2V（3）2.5V（4）3.75V （5）4V（6）5V 答：分辨率 错误！未找到引用源。 求输出数字量公司为错误！未找到引用源。 eg: 错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 2.用8位DAC 芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V+5V，其分辨率是多少？求对应 以下偏移的输出电压： （1）10000000（2） 01111111 (3)11111110 v0371.0 256 10 2 v10 8 分辨率 先转换为 10进制，然后乘上分辨率 3.一个输出频率为60HZ 的脉冲波电路，请计算其时间周期，并写出时间常数 T=1/f=1/60s 时间常数 4.某温度测量系统，测量仪表的量程为01200度，用一个 12位D/A转换器，某采样周期计算机 经采样后的数字量为90H， 问此时对应的温度为多少度？1000度温度时，测量显示值时多少？ （线 性关系） 答：根据题意， 已知 A0=0度，Am=1200 度，Nx=90H=144D ，这里是 12位D/A，Nm=DFFFH4095， N0=0，根据公式 0 00 42 4095 144 1200)(A N N AAA m x mx 当温度是 1000度时，HDD AA NAA N m mx x 553413 1200 40951000)( 0 0 5.某温度测量系统，测量仪表的量程为4001200度，用一个 8位D/A转换器，某采样周期计算机 经采样后的数字量为80H， 问此时对应的温度为多少度？600度温度时， 测量显示值时多少？（线 性关系） 答：根据题意， 已知 A0=400度，Am=1200 度，Nx=80H=128D ，这里是 8位D/A，Nm=DFFH255， N0=0，根据公式 0 00 402 255 128 )4001200()(A N N AAA m x mx 当温度是 600度时，FHD AA NAA N m mx x 363 800 255200)( 0 0 6.设被测温度变化范围为0 1200，如果求误差不超过0.4 ，应选用分辨率为多少位的A/D 转换器（设 ADC 分辨率和精度一样） 答： 错误！未找到引用源。 DAn n /1212,30002位的，应该选择分辨率为的值为所以 7.某位移微机控制系统使用PID调节方法， 采样周期 T=4ms ，TI=20ms ，TD=8ms ，KP=0.3 ，现场测得： EK=5mm ， EK-1=8mm ，EK-2=7mm ，试求 P（ k）答： )1()()(kPkPkP=)2() 1(2)()()1()( 1 kEkEkEKkEKkEkEK Dp 其中06.0 20 4 3.0 1 T T KK pI 6.0 4 8 3.0 T T KK D PD 代入式中可求)(kP-3 8.若某三相六拍控制的步进电机，其转子齿数为80，步进角为多少（设脉冲当量是0.01mm ）？ 假设用此电机带动滚动丝杠，如果转动48mm ，用 1秒钟，每步需多少时间？ 答 ： 步 进 角 r S NZ Q 0 360 ， 其 中CMN C , 这 里 是 三 相 六 拍 ， 所 以 C M=3 ， C=2， 所 以 0 5.1 406 360 S Q脉冲当量是 0.01mm ，转动 48mm ，共转动了 48/0.01=