研究生微机控制及接口技术试题VIP

1、山东科技大学20132014学年第二学期研究生课程微机控制与接口技术考试试卷班级姓名学号题号一二三四五总得分评卷人审核人得分、问答题：（共35分）1、何谓计算机控制系统？简单介绍其基本构成。利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分、软件部分。硬件部分包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台、执行机构；软件部分包括系统软件和应用软件。此外还包括通信网络，主要包括现场控制网络和主干控制网络。2、比较说明经典控制理论和现代控制理论的特点。经典控制理论以单输入单输出系统为研究对象，所用数学模型为高阶微分方程，采用传递函数法（

2、外部描述法）和拉普拉斯变换，来作为研究方法和研究工具。分析方法和设计方法主要运用频域（复域）、频率响应、根轨迹法和PID控制及校正网络。现代控制论理论以多输入多输出系统为研究对象，采用一阶微分方程作为数学模型。研究问题时，以状态空间法（内部描述）为研究方法，以线性代数矩阵为研究工具。同时，分析方法采用了复域、实域，可控和可观测，设计方法采用了状态反馈和输出反馈。另外，经典控制理论中，频率法的物理意义直观、实用，难于实现最优控制，现代控制理论则易于实现最优控制和实时控制。3、简述信号采样和采样定理，采样周期的选择需要考虑哪些因素？信号采样：采样也称抽样，是信号在时间上的离散化，即按照一定时间间隔

3、at在模拟信号x（t）上逐点采取其瞬时值。它是通过采样脉冲和模拟信号相乘来实现的。采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时（fs.max>2fmax）,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍。采样周期的选择应考虑的因素：采样周期应远小于对象的扰动信号周期、采样周期应远远小于对象时间常数、考虑执行器的响应速度、考虑对象所要求的调节品质、考虑控制系统的性能价格比、考虑计算机所承担的工作量。4、实时、在线方式、离线方式各自的含义是什么？实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一

4、定的时间范围内完成。在线方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。离线方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。5、何谓量化误差？试分析其来源。量化误差：由采样信号转化成数字信号的过程中（量化过程）引起的误差称为量化误差来源：第 9 页/共 9页数字运算过程中的有效字长效应数字运算过程中为限制位数而进行尾数处理,防止溢出而产生的有效字长效应.输入信号经A/D变换产生的量化误差即A/D变换器将模拟输入信号变为一组离散电平时产生的量化误差.滤波器的系数量化误差即把系统系系用有限二进制制表示时产生的量化误差,6、何谓总线？工业控制中常用的系统总线

5、和外部总线主要有哪些？十笄机,小我至司耳机等詹"牛W间迸彳亍彳言,&传泰的合共通三章.通俗上也说，就是连接计算机多导产件台句一组公共信号刀系统总线力与总线扩展槽连接的总线，如ISA和EISA总线力外部总线才主机匕外设之间的总线，如USB和IEEE1394部总线有IEEE-488并行总线、RS-232c串行总线和RS485通信总线。系统总线：PCI总线、AT总线、PC总线7、什么是接口、接口技术和过程通道？接口：完成计算机和外设之间的信息变换和缓冲功能的部件。是计算机和外设之间联系的桥梁，每个外设都要通过接口和主机系统相连接。接口技术：专门研究CPU和外设之间的数据传送方式、接

6、口电路的工作原理和使用方法的一项技术。过程通道：在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括AI、AO、DI、DO。、设计计算题：(共25分)1 .有一个伺服执行机构，需要的控制输入信号为05V模拟电压，采用计算机对其进行控制，需要设计一套D/A转换接口，要求D/A转换器的输出分辨率为2.5mV电压，试确定所需D/A转换器的位数，给出相应的计算过程和必要的说明。解：D/A转换器的输出分辨率为2.5mV电压，且用来控制输入信号为05V模拟电压，则其所需D/A转换器的位数为:5VN2-12.5mV推导出x=11,则d/A转换器的位数为11位。2 .计算机控制系统需要对一个传感器信号

7、进行采样，该信号经过信号调理后输出变化范围为0+10V的模拟电压，试设计一个接口电路对此信号进行采样:(1)采样分辨率00.05%,确定所采用A/D转换器的位数。解：其采样分辨率w0.05%,则100.05%2x则所采用A/D转换器的位数为15位。(2)假设该接口的孔径时间为100us,为了保证0.1%的量化精度，问被采样信号的频率最大为多少？根据公式得：,00.1f=&-1.59Hz2二tA/D1002二10010010即采样信号的频率最大为1.59Hz。3 .对某轧钢加热炉的炉温进行检测，采用红外温度传感器，已知传感器的温度检测范围是6001500C,采用420mA电流输出；监控计

8、算机采用12位A/D转换器，输入为03.3V电压信号(1)针对上述要求，画出从传感器到 A/D转换器的信号传输和变换 框图，说明如何将传感器输出的电流信号转换为与 A/D转换器输入所匹 配的电压信号，给出具体的参数以及必要的计算；传感器将加热炉内的温度转变成4-20mA的电流信号，经过电流/电压转换(采样电阻和减法电路)，将电流信号转变成A/D转换器所需的电压信号，再由A/D转换器进行模数转换，从而实现对数据的采集。其中采样电阻的大小为3.3V206c(20-4)mA传感器将加热炉内的温度转变成4-20mA的电流信号，经采样电阻，转变为:(4-20mA)206-(0.824-4.12)V转变后

9、的电压信号不满足A/D转换器的输入电压的要求，此时需要添加一个减法电路来实现A/D转换器的输入电压的要求。如下图所示：+5VR要满足A/D转换器输入电压的要求，则在反相端的输入电压达到0.82V,计算得：5V:R4=0.82V1000R4得至UR4=196.17,经减法电路得到输出电压为(0.8244.12)V-0.82V=(0.0043.3)V：(03.3V)满足条件。(2)为了实现温度的显示，如何从A/D转换器的采样数据得到实际的温度数据，建立相应的数学表达式，并给出必要的说明。由于监控计算机采用12位A/D转换器，假设实际的温度数据为T,A/D转换器的采样数据为D,则数学表达式为：150

10、0 -600212D 600 = T由此数学表达式，通过在监控计算机上获得的采样数据D,就可以得到加热炉中的实际温度。三、综合设计：(共30分)1 .某系统的连续控制器设计为D(s)=U(s) 1 T1s E(s) -1 T2s分别使用双线性变换法、前向差分法求取数字控制器D(z),分别求出两种方法对应的递推控制算法。2 .为了得到尽可能准确的采样数据，往往需要采用数字滤波对采样数据进行处理:(1)请以MCS-51汇编语言子程序或C语言函数的形式编写针对3个采样数据的中值滤波程序，要求程序简洁运算量尽可能的少；PUSHPSWPUSHASORT:MOVR0,DATA;数据存储区单元首址MOVR7

11、,TIME;读比较次数CLRFLAG;清交换标志位LOOP:MOVA,R0;取第一个数MOVFIRST,A;保存第一个数INCR0MOVSECOND,R0;保存第二个数CLRCSUBBA,R0;两数比较JCNEXT;第一数小于第二数，不交换MOVR0,FIRSTDECR0MOVR0,SECOND;交换两数INCR0SETBFLAG;置交换标志位NEXT:DJNZR7,LOOP;进行下一次比较JBFLAG,SORT;进行下一轮比较DECR0CLRCMOVA,TIMERRCAMOVR7,ACONT:DECR0DJNZR7,CONTMOVSAMP,R0;取中值POPAPOPPSWRET#define

12、N3charfilter。charvalue_bufN;Icharcount,i,j,temp;for(count=0;count<N;count+)value_bufcount=get_ad();delay()；for(j=0;j<N-1;j+)|for(i=0;i<N-j;i+)if(value_bufi>value_bufi+1)temp=value_bufi;value_bufi=value_bufi+1;value_bufi+1=temp;returnvalue_buf(N-1)/2;(2)为了解决平滑性和灵敏度之间的矛盾，且减少采样频率，可以采用滑动加权平均

13、值滤波法，请以MCS-51汇编语言子程序或C语言函数的形式编写一个滑动加权平均值滤波程序，对最近4个周期的采样值进行加权平均，设当前周期为i,其采样值的权值为0.5,第i-1周期的采样值权值为0.25,第i-2和i-3周期的采样值权值均为0.125,要求程序简洁运算量尽可能的少。#defineN12charcodecoeN=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12;charcodesum_coe=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;charfilter()|charcount;charvalue_bufN;intsum=0;for(count=0,count<N;count+)value_bufcount=get_ad();delay();for(count=0,count<N;count+)sum+=value_bufcount*coecount;return(char)(sum/sum_coe);3. PID控制是应用最为广泛的一种控制律，计算机数字