微机计算机控制技术课后于海生版习题详解答案

1、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？ 由四部分组成 .图 1.1 微机控制系统组成框图（1）主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分 发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理 . 主机的主要功 能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算 （ 如调节规律运算、最优 化计算等 ） 和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处 于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等 .（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

2、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）外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机 联系设备 （ 操作台 ） 、输入输出设备 （ 磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等 ） 和外存贮器 （ 磁盘）. 其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立 即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保 证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能 .（4）检测与执行机构a. 测量变送单元：在微机控制系统中，为

3、了收集和测量各种参数，采用了各种 检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热 电偶把温度转换成 mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号 经变送器转换成统一的计算机标准电平信号 （0 5V或420mA）后，再送入微机 .b. 执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要 部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并 通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求 . 例如， 在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机1 / 27构(调节阀 )来控制进入加热炉的煤气 (

4、或油)量以实现预期的温度值 . 常用的执 行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅 元件等进行控制 .6.操作指导、 DDC和 SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？(1) 操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生 产对象，属于开环控制结构 . 计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过 程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考， 这时计算机就起到了操作指导的作用 . 其原理框图如图 1.2 所示.图 1.2 操作指导控制系统原理框图(2) 直接数字控制系统 (DDC系统) ：DDC(Direct D

5、igital 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 . 其原理框图如图 1.3 所示.图 1.3 DDC 系统原理框图(3) 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2 / 27拟调节器进行控制，系统不能运

6、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 .SCC 系统的原 理框图如图 1.4 所示 .图 1.4 SCC 系统原理框图 SCC是操作指导控制系统和 DDC系统的综合与发展 .4. 简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用 . 光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图 2.1 所 示. 输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号 的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离 .图 2.1 光电耦合器电路图10. 设被测温度变化范围为 0oC1200oC,如果要求

7、误差不超过 0.4 oC,应选用分辨 为多少位的 A/D 转换器？1200选择依据： n log 1 122 0.411. 设计出 8 路模拟量采集系统 . 请画出接口电路原理图，并编写相应的 8 路模 拟量数据采集程序 .本例给出用 8031、DAC0809设计的数据采集系统实例 .把采样转换所得的数字量按序存于片内 RAM的 30H37H单元中 . 采样完一遍后停 止采集 . 其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：3 / 27初始化程序： MOV R0， #30H；设立数据存储区指针；设置 8 路采样计数值；设置外部中断 0 为边沿触发方式； CPU 开 放 中 断 SETB EX0；

8、送入口地址并指向 IN0启动 A/D转换， A的值无意义等待中断；读取转换后的数字量；存入片内 RAM单元 ；指向下一模拟通道 ；指向下一个数据存储单元 ；8 路未转换完，则继续 ；已转换完，则关中断 ；禁止外部中断 0 中断MOV R2， #08HSETB IT0SETB EA；允许外部中断 0 中断MOV DPTR ， #FEF8HLOOP： MOVX DPTR， A；HERE： SJMP HERE；中断服务程序：MOVX A， DPTRMOV R0， AINC DPTRINC R0DJNZ R2， INT0CLR EACLR EX0RETI；中断返回INT0 ： MOVX DPTR ，A

9、；再次启动 A/D 转换13.RETI 采用 DACPC总线工业控制DI7ILE VCC VREF数据总线D7 D0机接口 .5V；中断返回请画出接口电路原理图， 并编写产8086CPUM / IOWR0 IOU T1DAC0832地址线 地 址 译 码YWR1CSIOU T2WR2XFERDGNDAGNDUo生三角波、梯形波和锯齿波的程序 .本章作业设计一八路数据采集及其回放系统 .要求八路数据巡回检测，存储 10 组数据， 输数据为电压信号（ 0-5V），检测精度 1%.CPU、AD、DA可任选 .5. 若加工第一象限直线 OA，起点 O（0，0），终点 A（11，7）. 要求：（1）按逐

10、点比较法插补进行列表计算；（2）作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数 .解：由题意可知 xe=11,y e=7，F0=0，我们设置一个总的计数器 Nxy, 其初值应为 Nxy=|7-0|+|11-0|=18 ，则插补计算过程如表 31 所示. 根据插补计算过程表所 作出的直线插补走步轨迹图如下图所示表 3 1步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别起点F0=0Nxy=181F0=0+XF1=F0 -y e=-7Nxy=172F10+XF3=F2 -y e=-3Nxy=154F30+XF5=F4-y e=1Nxy=136F50+XF6=F5 -y e=-6Nxy=127F60+XF8=F7-y e=

11、-2Nxy=109F80+XF10=F9-y e=2Nxy=811F100+XF11=F10-y e=-5Nxy=712F110+XF13=F12-y e=-1Nxy=514F130+XF15=F14-y e=3Nxy=316F150+XF16=F15-y e=-4Nxy=217F160+XF18=F16-y e=0Nxy=03.5. 设加工第一象限的圆弧 AB，起点 A(6， 0)，终点 B(0，6). 要求：(1) 按逐点比较法插补进行列表计算；(2) 作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数 .解：插补计算过程如表 32 所示. 终点判别仍采用第二种方法，设一个总的计 数器 Nxy，每走一步

12、便减 1操作，当 Nxy=0时，加工到终点，插补运算结束 . 下图 为插补过程中的走步轨迹 .1 2 3 4 5 6表 3 2步 数偏差判 别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F0=0x0=6,y 0=0Nxy=121F0=0-XF1=0-12+1=-11x1=5,y 1=0Nxy=112F10+YF2=-11+0+1=-10x2=5,y 2=1Nxy=103F20+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y 3=2Nxy=94F30+YF4=-7+4+1=-2x4=5,y 4=3Nxy=85F40-XF6=5-10+1=-4x6=4,y 6=4Nxy=67F60-XF8=5-8+1=-2x8

13、=3,y 8=5Nxy=46 / 279F80-XF10=9-6+1=4x10=2,y 10=6Nxy=211F100-XF11=4-4+1=1x11=1,y 11=6Nxy=112F110-XF12=1-2+1=0x12=0,y 12=6Nxy=03.6 . 三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各相通电顺序 和电压波形图 .解：有三种工作方式： （1）三相单三拍工作方式 各相的通电顺序为 ABC,各相通电的电压波形如图 3.1 所示 .（2）三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电顺序为 ABBCCA.各相通电的电压波形如图 3.2 所 示.图 3.2 双三拍工作的电压波形

14、图（3）三相六拍工作方式 在反应式步进电机控制中，把单三拍和双三拍工作方式结合起来，就产生 了六拍工作方式，其通电顺序为 AABBBCCCA. 各相通电的电压波形如 图 3.3 所示 .7 / 27图 3.3 三相六拍工作的电压波形图3.7. 采用 8255A作为 x 轴步进电机和 y 轴步进电机的控制接口，要求（1）画出接口电路原理图；（2）分别列出 x 轴和 y 轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍和三相六拍工作 方式下的输出字表 .电路原理图如图所示三相单三拍控制方式输出字表x 轴步进电机输出字表y 轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字 存储地址标号高八位输出字ADX10000000

15、1=01H ADY100000001=01HADX200000010=02H ADY200000010=02HADX300000100=04H ADY300000100=04H三相双三拍控制方式输出字表x 轴步进电机输出字表 y 轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字 存储地址标号高八位输出字ADX100000011=03H ADY100000011=03HADX200000110=06H ADY200000110=06HADX300000101=05H ADY300000101=05H三相六拍控制方式输出字表x 轴步进电机输出字表 y 轴步进电机输出字表存储地址标号 低八位输出字 存储地

16、址标号 高八位输出字ADX100000001=01H ADY100000001=01H8 / 27ADX200000011=03H ADY200000011=03HADX300000010=02H ADY300000010=02HADX400000110=06H ADY400000110=06HADX500000100=04H ADY500000100=04HADX600000101=05H ADY600000101=05H2. 某系统的连续控制器设计为U(s)1 T1s1 T2sDsE(s)试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z).解： 双线形变换法：把 s T2

17、zz 11代入，则D z D z|sT2 zz112 z 11 T11 T z 12 z 1 1 T22 T z 1T 2T1 z T-2T1T 2T2 z T 2T2前向差分法：把z zT-1 代入，则z1D z D s|s zT1 11 TT12ssz1T1z T T1T2z T T2后向差分法：把 s z 1 代入，则TzD z D s|s zsTz1 T1s1 T2sz1Tzz1TzT1z T T1T2z T T24.3 什么是数字 PID 位置型控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟 PID 算式离散化，变为数字 PID 算式，为此，在采

18、样周期 T 远小于信号变化周期时，作如下近似 （T 足够小 时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分接近 ） ： / 27tk0 edt T e(j)0 j 0de e(k) e(k 1)dt T于是有：T kTdu(k) K pe(k)e(j) de(k) e(k 1)Ti j 0Tu(k) 是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置 ( 如控制阀门的开度 ) 一一对应，所以称之为位置型 PID 算法.在这种位置型控制算法中， 由于算式中存在累加项， 因此输出的控制量 u(k) 不仅与本次偏差有关， 还与过去历次采样偏差有关， 使得 u(k) 产生大幅度变化， 这样会引起系统冲击，甚至

19、造成事故 . 所以实际中当执行机构需要的不是控制量 的绝对值，而是其增量时，可以采用增量型 PID算法. 当控制系统中的执行器为 步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时， 一般均采用增量型 PID控制算法 .TTdu(k) Kp e(k) e(k 1) e(k) d e(k) 2e(k 1) e(k 2)TiT与位置算法相比，增量型 PID 算法有如下优点：(1) 位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加 值，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从 而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较

20、小， 容易取得较好的控制效果 .(2) 为实现手动自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始 阀门开度 u0，若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式 中不出现 u0 项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换 .(3) 采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生 故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响 .4.4 . 已知模拟调节器的传递函数为D s 1 0.17s1 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.U s 1 0.17sDsE s 1 0.085s10 / 27则U s 0.085

21、SU s E s 0.17SE su t 0.085 du t et 0.17 det dt dtu k 0.085 u k Tu k 1 ek 0.17 e k Tek 1把 T=0.2S 代入得1.425u k 0.425u k 1 4.5ek 3.5e k-1位置型 u k 3.1579e k 2.4561e k 1 0.2982u k 1增量型 u k u k u k 1 3.1579e k 2.4561e k 1 0.7018u k 1补充题)已知模拟调节器的传递函数为1 0.17sDs0.085s试写出相应数字控制器的位置型 PID 算法和增量型 PID 控制算式，设采样周 期 T

22、=0.2s.解：因为 D s 10.008.157ss112(1 0.117s) K p(1 T1is Tds)所以 K p 2，Ti 0.17， Td 0.故位置型 PID 控制器u(k)K P e(k) TTIk e(i) TD e(k) e(k 1)i 0 T0.170.2ke(i)i02e(k)0.40.17ke(i)i0故增量型 PID 控制器u(k) u(k 1) u(k)u(k 1) K P e(k) e(k 1) K Ie(k) K D e(k) 2e(k 1) e(k 2)u(k 1) 2 e(k) e(k 1) 0.4 e(k)0.17u(k 1) 4.35e(k) 2e(

23、k 1)4.7. 简述扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定 PID参数的步骤 . 扩充临界比例度法整定 PID 参数的步骤：(1) 选择一个足够短的采样周期 T，例如被控过程有纯滞后时，采样周期 T 取滞 后时间的 1/10 以下，此时调节器只作纯比例控制，给定值 r 作阶跃输入 .11 / 27 (2) 逐渐加大比例系数 Kp，使控制系统出现临界振荡 . 由临界振荡过程求得相应 的临界振荡周期 Ts，并记下此时的比例系数 Kp，将其记作临界振荡增益 Ks. 此 时的比例度为临界比例度，记作 s 1 .s K s(3) 选择控制度，所谓控制度是数字调节器和模拟调节器所对应的过渡过程的误 差平方

24、的积分之比 .(4) 根据控制度，查表求出 T、Kp、Ti 和 Td 值.(5) 按照求得的整定参数，投入系统运行，观察控制效果，再适当调整参数，直 到获得满意的控制效果为止 .扩充响应曲线法整定 PID 参数的步骤：(1) 断开数字调节器，让系统处于手动操作状态 . 将被调量调节到给定值附近并 稳定后，然后突然改变给定值，即给对象输入一个阶跃信号 .(2) 用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图所示 .(3) 在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间 、被控对象的时间常数 Tc，以 及它们的比值 Tc/ .(4) 由 、Tc、Tc/ 值，查表，求出数字控制器的 T、Kp、Ti 和

25、 Td.4.8. 数字控制器的离散化设计步骤是什么？ 计算机控制系统框图如图 41 所示.图 41 计算机控制系统框图 由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得控制器的脉冲传递 函数 D(z).数字控制器的直接设计步骤如下：(1) 根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函 数 (z).12 / 27(2) 求广义对象的脉冲传递函数 G(z).(3) 求取数字控制器的脉冲传递函数 D(z).(4) 根据 D(z) 求取控制算法的递推计算公式4.9 已知被控对象的传递函数为10Gc s cs(0.1s 1)采样周期 T=0.1s ，采用零阶保持器 . 要求(1

26、)针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的 D z ，并计算输出响 应 y(k) 、控制信号 u( k)和误差 e(k )序列，画出它们对时间变化的波形 .(2)针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的 D z ，并计算输出响应 y(k) 、控制信号解：广义脉冲传递函数为1 e TsG(z) Z( s10Tz 1 1(k)和误差 e(k )序列，画出它们对时间变化的波形10s(0.1s 1) (1 z 1)Z(100 )2) s2(s 10)(1 z 1)2 1 z 1 (1 e 10T z110.368z 1(1 0.717z 1) 11(1 z 1)(1 0.368z 1)最少拍无纹波

27、设计步骤：1) 根据广义对象的传递函数确定参数N(分母多项式的幂次)M (分子多项式的幂次) d=N-M延时 w在所有零点的总数(不包括无穷远的 零点)v 在 z 平面的单位圆上或圆外极点的个 数j 在 z 平面的单位圆上极点的个数 q(输入类型)已知 N=2， M=2所以 d=0w=1(即分子多项式中的 (1 0.717z 1) v=1，j=1 ；q=2( 单位速度输入 )2) 确定 F1(z) 和 F2(z) 的幂次 m和 nm w d 1n v j max( j ,q) 213 / 27mwdn v j max(j,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz m1 2 n所以

28、：F1(z) 1 f11z 1F2 (z) f21z 1 f22z 23) 确定 e(z)vje(z) 1 (z) (1 aiz1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)vje(z)(1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i11 2 1(1 z 1)2(1 f11z 1)1 ( f11 1)zf11zf11z4）确定 （z）w(z) z d (1 biz 1) F2(z)i1(z) z d (1 bi z 1) F2 (z) i1(1 0.717 z 1() f21z 1 f 22z 2)f21z 1 (f22 0.717 f21)z 2 0.717 f 22 z 35

29、）根据关系 e（z） 1 （z） 使等式两边 同幂次的系数相等， 解出 F1和 F2中的 系数.f11 2 f211 2f11 (f22 0.717 f21) f11 0.717 f 22f11 0.59解得： f 21 1.41f 22 0.83所以：e(z) (1 z 1)2(1 0.59z 1)6）求控制器 D（z）D(z)1 (z)G(z)1 (z)最少拍无纹波设计步骤：(z) (1 0.717z 1)(1.41z 1 0.83z 2)11D(z) (1 z 1)(1 0.368z 1)D(z) 0.368z 1(1 0.717z 1)(1 0.717 z 1)(1.41z 1 0.8

30、3z 2)(1 z 1)2(1 0.59z 1)(1 0.368z 1)(1.41 0.83z 1)0.368(1 z 1)(1 0.59z 1)已知 N=2， M=21）根据广义对象的传递函数确定参数所以 d=0N（分母多项式的幂次）M （分子多项式的幂次）d=N-M延时w在所有零点的总数（不包括无穷远的w=1( 即 分 子 多 项 式 中 的 (1 0.717z 1)v=1，j=1 ； q=1（ 单位阶跃输入 ）F2(z) f21z 1 f22z 2f2n z n14 / 27零点）v 在 z 平面的单位圆上或圆外极点的个 数j 在 z 平面的单位圆上极点的个数q（输入类型）2) 确定 F

31、1(z) 和 F2(z) 的幂次 m和 nmwdn v j max( j,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz mF2(z) f21z 1 f22z 2f2n z n3) 确定 e(z)vje(z) 1 (z) (1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q) F1(z)4) 确定 (z)d w 1(z) z d (1 bi z 1) F2(z)i1mwd1n v j max( j ,q) 1所以：1F1(z) 1 f11z 1F2 (z) f21z 1vje(z)(1 ai z 1) (1 z 1)max( j,q) F1(z)i1(1 z 1)2(1 f11z 1)12

32、1 ( f11 1)zf11zd w 1(z) z d (1 bi z 1) F2(z)i1(1 0.717z 1)f21z 1f21z 1 0.717 f 21 z 25）根据关系 e（z） 1 （z） 使等式两边 同幂次的系数相等， 解出 F1 和 F2 中的 系数.6）求控制器 D（z）D(z)1 (z)G(z)1 (z)最少拍有纹波设计步骤：1）根据广义对象的传递函数确定参数N（分母多项式的幂次）f 1ff11 1f21 解得：f11 0.717 f21所以：11f21e(z) (1 z 1)(1 0.42z 1)(z) 0.58z 1(1 0.717z 1)D(z) (1 z 1)(

33、1 0.368z 1)D(z) 0.368z 1(1 0.717 z 1)110.58z 1(1 0.717z 1) 11(1 z 1)(1 0.42z 1)1 0.368z 11 0.42z 1 已知 N=2， M=2 所以 d=00.420.58u=0（ 即 分 子 多 项 式 中 的15 / 27(1 0.717z 1) v=1，j=1 ； q=1( 单位速度输入 )2)确定 F1(z) 和 F2(z) 的幂次 m和 nmudn v j max( j ,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz mF2(z) f21z 1 f22z 2f2n z n3)确定 e(z)e(z)

34、 1 (z) (1 aiz1) (1 z 1)max(j,q)F1(z) e i 1 i 14) 确定 (z)mud0n v j max( j ,q) 1所以：F1(z) 1F2 (z) f21z 1vje(z)(1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i1(1 z 1)u(z) z d(z) z1) F2(z)(1 bi z 1i1(z)f21z 15)根据关系 e(z) 1 (z) 使等式两边解得：f21 1同幂次的系数相等， 解出 F1 和 F2 中的 系数.6)求控制器 D(z)D(z)1 (z)G(z)1 (z)所以：e(z) (1 z 1)(z) z 1D(z)

35、(1 z 1)(1 0.368z 1) z 1D(z) 0.368z 1(1 0.717z 1) (1 z 1)(1 0.368z 1)0.368(1 0.717z 1)M (分子多项式的幂次) d=N-M延时 u 在 z 平面的单位圆上或圆外零点的个 数v 在 z 平面的单位圆上或圆外极点的个 数j 在 z 平面的单位圆上极点的个数 q(输入类型)4.10 被控对象的传递函数为Gc s 12 s采样周期 T=1s，采用零阶保持器， 针对单位速度输入函数， 按以下要求设计：16 / 27（1） 最少拍无纹波系统的设计方法，设计 （z）和D z ；（2） 求出数字控制器输出序列 u（k） 的递推

36、形式 . 解：广义对象的脉冲传递函数Gc z -Ts1 e 12s2e Tss13T2z-11 z 11221 z 1 2将 T=1S 代入，有Gc zz-11 z 121 z 1 2最少拍无纹波设计步骤：1）根据广义对象的传递函数确定参数N（分母多项式的幂次）M （分子多项式的幂次） d=N-M延时 w在所有零点的总数（不包括无穷远的 零点）v 在 z 平面的单位圆上或圆外极点的个 数j 在 z 平面的单位圆上极点的个数 q（输入类型）已知 N=2， M=2所以 d=0w=1v=2，j=2 ； q=2（ 单位阶跃输入 ）2) 确定 F1(z) 和 F2(z) 的幂次 m和 nmwdn v j

37、 max( j,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz mF2(z) f21z 1 f22z 2 f2n z nmwd1n v j max( j ,q) 2 所以：F1(z) 1 f11z 1F2(z) f21z 1 f22z 23) 确定 e(z)vje(z) 1 (z) (1 aiz1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i1vje(z)(1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i11 2 1(1 z 1)2(1 f11z 1)1 (f11 2)z 1 (1 2f11)z 2 f11z 317 / 274)确定 (z)(z)d w 1z d (1 b

38、iz 1) F2(z) i1(z) z di1(1 biz 1) F2(z)1 1 2(1 z 1)(f21z 1 f22z 2)f21z ( f21 f22 )z5)根据关系 e(z) 1 (z) 使等式两边 同幂次的系数相等， 解出 F1和 F2中的 系数.f11 2 f 211 2f11 (f22 f 21)f11 f 22f11 3/4 解得： f21 5/4f 22 3/4所以：e(z) (1 z 1)2(1 3/4z 1)(z) (1 z 1)(5 / 4z 1 3/4z 2)6)求控制器 D(z)D(z) 1 (z)G(z)1 (z)1D(z) z2-111 zz 1z 1 z1

39、 1 2 (1 z 1)(5/4z 1 3/4z 2)(1 z 1)2(1 3/4z 1)10 6z 14 3z 111. 被控对象的传递函数为Gc s s11e s采样周期 T=1s，要求：(1) 采用 Smith 补偿控制，求取控制器的输出 u k ；(2) 采用大林算法设计数字控制器 D z ，并求取 u k 的递推形式 .(1) 采用 Smith 补偿控制 广义对象的传递函数为Ts s s1ee1 eHGC sH0sGCs1ee1 ee sHGPs e sb1z 11 a1z 1ss1ss 1D z Z D s Z s1 se1 1 e s 1 z L其中 a1 e T1 e 1,b1

40、 1 e 1,L1,T 1StU z 0.6321 z 1 z 2则 D z1E z 1 0.3679z 118 / 27U z 0.3697z 1U z 0.6321 z 1 z2 E z u k 0.6321e k 1 0.6321e k 2 0.3679u k 1(2) 采用大林算法设计数字控制器GB z Z1 e Tss取 T=1S, 1,K=1,T 1=1,L= /T =1, 设期望闭环传递函数的惯性时间常数 T0=0.5S 则期望的闭环系统的脉冲传递函数为e LTs z 2 1 e 2T0s 1 1 z 1e 2广义被控对象的脉冲传递函数为1 e sTHGC z Z sKe1 T1

41、sLTs1 z1 z-1Z 1s 11s z1-21z1ee11DzGB zHGC z 1 GB zz 21 e2HGC z 1 z 1e 2 z 2 1 e 21 z 1e 1 1 e 21 e1 1 z1e2 1 e2 z 21 0.3679 z 1 1 0.13531 0.3679 1 0.1353z 1 1 0.1353 z 211.3680 0.5033z 11 0.1353z 1 0.8647 z 2z21 e 2z 1 1e1 1 z1e2 z 21 e 21 z e又DzUzEz则 U z 0.1353z 1U z 0.8647z 2U z 1.3680E z 0.5033z

42、1E z上式反变换到时域，则可得到u k 1.3680e k 0.5033e k 1 0.1353u k 1 0.8647u k 2 1、一台三相步进电机， 设计由单片微机输出口控制步进电机的接口原理框图， 并说明控制步 进电机正反转工作原理19 / 272 设 A/D 转换电路如图 1 所示，（1）说明图中 A/D 转换方式 .（3 分）（2）写出图中 8255A 的地址 .（4分）（3）画出实现该 A/D 转换的流程图 .（5 分）（4）编写完成 A/D 转换的程序 .（8 分） 答：（1）图中 A/D 转换为查询方式（ 3 分）（2）写出图中8255A 的地址 .（4 分）G1G2AG2

43、BCBAP2.7P2.6P2.50P2.4P2.3P2.2P2.1 P2.011 10110X XY6所以,8255A 的地址是 :F800HFB00H（或 :F8FFH6BFFH）（3）画出实现该 A/D 转换的流程图如下（ 5 分）20 / 27? A/D 转换程序（ 8 分）START：MOV A ，#82H；8255 初始化 2分MOV DPTR， #0FB00HMOVX DPTR.，AMOV A，#09H；启动 A/D 2 分MOVX DPTR.，AMOV DPTR， #0F900HLOOP：MOV DPTR，#0FA00HMOVX A， DPTR ；判断转换是否结束 2 分ANL

44、A ，#01HJZ，LOOPDEC DPHMOVX A ，DPTR；读 A/D 转换结果 2 分END START已知电机控制系统如图 2所示，图中 LD 为马达运行指示灯（不运行时熄灭） . （1）说明图中芯片 4N25的作用（ 2分）（2）说明图中电机的控制原理（ 4 分）（ 3）画出电动机控制程序流程图（ 4 分）（4）根据流程图编写电机控制程序（设 8255的地址为 80008003H）（8 分）（5）图中有否需要改动的地方？原因是什麽？（ 2 分）答：（1）芯片 4N25用来隔离（ 2分）（2）说明图中电机的控制原理（ 4 分）图中，开关 K0K7 为给定值，用来给定马达的转速， V

45、=Vmax N/256，开关 K 用来控制停 止（0）/启动（1）.当 PC4输出为 1时，光电隔离器导通，发光二极管亮，光敏三极管导通， 马达开始转动 .通过转动 N，再停止 N 脉冲宽度调制技术，即可控制马达的速度 .（ 3）画出电动机控制程序流程图（ 4 分）21 / 27（4）根据流程图编写电机控制程序（ 8 分）MAIN ：MOV A，#81H；8255 初始化2分MOV DPTR， #8003HMOVX DPTR.，ALOOP：MOV DPTR，#8002HMOVX A， DPTR；判断是否停止马达 2 分ANL A ，#02HJZ，STOP START：MOV A，#90H ；启

46、动马达，指示灯亮2 分（MOV DPTR，#8002H）MOVX DPTR.，AAJMP LOOPSTOP：MOV A，#00H ；停止马达，指示灯灭2 分（MOV DPTR，#8002H） MOVX DPTR.，AAJMP LOOP（5）图中 4N25发光三极管的电源应单独供电？（ 2 分）六、设计题（本题共 1 小题，共 20 分） 设某压力报警系统如图所示 .图中，开关 K0 为报 警屏蔽开关， K0=0 时，系统被屏蔽 .开关 K1 为压力报警开关， K1 闭合时，表示报警；开关 K1 打开时为正常状态 .系统正常时， 绿色指示灯 LD 亮,；报警时使红色指示灯 HD0 亮.并要求 系统能连续工作 .1. 写出 8255A 各口的地址 .（4