微型计算机控制技术考试重点

1、1.1计算机控制系统的结构。外部世黯|M机|输入愉山通道|竺产过程装置（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，

2、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）检测与执行机构测量变送单元：在微机控制系统中，为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

3、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（05V或420mA）后，再送入微机。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，输出给执行机构（调节阀）来控制进入加热炉的煤气（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。1.2计算机控制系统的典型

4、形式有哪些？各有什么优缺点？计算机控制系统的典型形式：（1）操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限 制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是 生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS）， 降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构1.3实时、在线方式和离线方式的含义是什么？实时：所谓“实时”是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度 进行处理，并在一

5、定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联 机”方式或“在线”方式。“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人 进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。2.1采用74LS244和74LS273，设计与PC总线等工业控制机的数字量(开关量)输入输出接口，要求画 出接口电路原理图，并采用8086汇编语言编写数字量输入输出程序。74LS27374I.S244珏，D2SD4D

6、5玖的1CSlowRESETi_3-数字量输入程序(设片选端口地址为port)：MOV DX, portIN AL , DX数字量输出程序：MOV AL ,DATAMOV DX , portOUT DX, AL流程图。量的数据采集程序。答七、接ri原理图EOC； H,转换结束，CS1 对应 PORT1CS27PORT2+5V5M(+)XD0-7NOISA总线OWI CLKEOCOESTARTALE心CLKL GTTDNT+2.2用8位A/D转换器ADC0809与PC总线等工业控制机接口，设计模拟输入通道以及数据采集程序I11果样蕴瞿冲区口址 ;洵丑号却i+暨髭町绡造:审jj号，启JAD：1侦芯

7、STS、 转陕圣京否;_ I厂其雄果.存乳粮冲国供改到i（i号牝计既器修改采洋值墩;中工咕袖-官通完否南ADCcfioS KICK- MiAR ，匕!_担：.拜0H问；i中且用过程CLD;。1口凡：1抻上)，地化用1LtA m. wfMOV BL, DOH J h： n-ir LMOV CX- 8A DC： K)V DX POftTlMDV AL. BLOUT DX. AL.ADC-m-T井自;：.1& 房MDV DX. PtJkUND5Cj AL, DXKESI AL SOMJNZ POLLING l-OC-l,耒F比昴左.号泞NDEOC： IN AL. DXTEST AL SOHJZ MO

8、EQC.EW fl.正世牌换,二寺MOV DK PORT IIN AL DX5TOS HUFINC BLLOOP ADCKETMKflSJW ENDP2.3采样信号有何特点？采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器? 为什么？（1）采样信号在时间上是离散的，但在幅值上仍是连续的。（2）采样保持器作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。（3）不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允

9、许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。2.4什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？（1）所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。也称为常态干扰。串模干扰的抑制方法采用低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。若干扰信号是周期性的而积分 时间又为信号周期或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的 目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。从选择器件入手，利用逻辑器件的特性来

10、抑制串模干扰。采用双绞线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线， 且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。（2）共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。共模干扰的抑制方法变压器隔离光电隔离浮地屏蔽采用仪表放大器提高共模抑制比2.5计算机控制系统中地线有哪几种？在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。巨模拟地 作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。数字地作为计算机中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。安

11、全地 的目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。通常安全地又称为保护地或机壳 地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。众所周知，地球是导体而且体积非常大，因而其静电容量也 非常大，电位比较恒定，所以人们把它的电位作为基准电位，也就是零电位。旧交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位很不稳定。2.6什么是波反射？如何消除波反射？波反射现象：阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必

12、须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。3.1插补计算程序流程：(1)直线插补程序；偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步；偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；终点判别：即若巳到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。(2)圆弧插补程序。偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别3.2给出一段直线或圆弧。要求：按逐点比较法插补进行列表计算；作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。设加工第一象限的圆弧AB，起点A(6, 0)，终点

13、B(0，6)。要求:按逐点比较法插补进行列表计算;作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F=00 x0=6,y0=0Nxy=121F=0 0-XF=0-12+1=-11 1x,=5,y,=0Nxy=112F10+YF=-11+0+1=-102x5,y1Nx=103F20+YF=-10+2+1=-7 3x3=5,y3=2Nxy=94F30+YF=-7+4+1=-24x4=5,y4=3Nx =85F40-XF=5-10+1=-46x6=4,y6=4N =67F60-XF=5-8+1=-28x8=3,y8=5Nxy=49F 0-XF10=9-6+1=4

14、x10=2,y10=6N.=211F100-XF,=4-4+1=1x,=1,y,=6Nxy =112F110-XF =1-2+1=0 12x =0,y =6 1212Nxy=0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。3.3三相步进电机的工作 方式。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A-B-C,各相通电的电压波形如图3.1所示。*岛脚 n n n n n n图3. 1单三拍工作的电压波形图三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电顺序为AB-B

15、CCA。各相通电的电压波形如图3.2所示。JU-TUUUULL 二 UJJLf LJ _U _LJ _U _1_I _I 1I II II Il_LU1_图3.2双三拍工作的电压波形图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A-AB-B- BC-C-CA。各相通电的电压波形如图3.3所示。队听 r. n ,i r r r. n n r r . i i i . i . i图3.3三相六拍工作的电压波形图3.4利用8255A设计x轴步进电机和j轴步进电机的控制电路，要求：画出接口电路原理图；分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、

16、三相双三拍或三相六拍工作方式下的输出字表。X桃步进电机赣出字表Y轴珍逐电机输出字表存加堆址标号PA 口输出宇徉襟地址标号PEI输出宇ADX1000001=01HAnn00000001=0IHAEJ7C2OOOOOOIO-OZHADV2OOOOOOJO=Q2HADX300000100=04H0000010004HC2)输出字表3)=相单三始一工作方式:下的输出字表X轴步遥电机编出宇表丫轴*进电-血较出宇在存储地址标号PAU赖出宇存储地址标号PE 口输出宇ADX10000QQJl=03HAD XI0QQQ001=Q3HADX2aoooo i i0=06HADX2000001ADX3au-oooiO

17、i=oJHADX300000101=05Hb)工相双一拍工作方式下的输出兰表(C)二相六拍工作方式下的输出字表X轴步进电机辂出宁表Y轴步进电机输出字表存储地址标号PA 口输出字存储地址标号PB 口输出字ADX10000000k 01HADX100000001 -D1HADX20000001l=03HADX20000001=03HADX300000010=02HADX300000010=02HADX400000110=06HADX400000110=06HADX500000100=04HADX500000100=04HADX600000101=05HADX600000101 =05H4.1数字控

18、制器的连续化设计步骤。模拟化设计步骤：设计假想的模拟控制器D(S)正确地选择采样周期T将D(S)离散化为D(Z)求出与D(S)对应的差分方程根据差分方程编制相应程序。4.2 PID控制器的三个参数对系统性能的影响。系数kp为比例系数，提高系数kp可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数kp最终将导致系统 不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。系数ki为积分常数，ki越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间 不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保 持静差为零。但

19、单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过 程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。系数kd为微分常数，kd越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性 的影响。4.3数字控制器的离散化设计步骤是什么？模拟化设计步骤：设计假想的模拟控制器D(S)正确地选择采样周期T将D(S)离散化为D(Z)求出与D(S)对应的差分方程根据差分方程编制相应程序。最少拍无纹波控制器的设计。(1)(2)(3)(4)(5)4.410.被控对象的传递函数为G (s)= -1采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，设计: (1)最少拍控制器D(2)画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输出曲线。(1)最少拍控制器 -)斗由可以写出系统的广义对象的脉冲传递函数/G (z)=/1 - e-Ts1 )=Z将T=1S代入有()z-1 + zy) G )=由于输入r(t)=t，则G(z)=(-z-i)海)1- G (z)z-i ( + z-i)D(z )=2一(2)系统闭环脉冲传递函数 山(z )