计算机控制系统

1、 采用PC（ISA或PCI）总线和8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制接口，要求：（1）画出接线电路原理图；（2）分别列出x轴y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍和三相六拍方式下的输出字表。答：（1）接线电路原理图两台三相歩进电机控制接线示意便（2）输出字表答:接线电路原理图U两台三相歩进电机控制接线示意便（2）输出字表答:接线电路原理图U冊屉电抿PCL-7JArtlJS.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从位输出字ADX00000001=01HADYl00000001=O1HADX.00000010=Q2Hady200000010=02H

2、ADX.00000100=O4Hady300000100=04H扎三相更三拍控制方式输出字表乩三相霰三拍控制方式输出字表就轴步进电机输出字表y轴歩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丿.1值输出字ADX.00000011=03HADYj00000011.=03HADXl00000110=06H00000110=06Hadx300000101=05HAD00000101.=O5HC.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岀字存储地址标号高八位输岀字ADXx00000001=O1HADi00000001=DIMADX,00000011

3、=Q3HADV.0000001l.=Q3HADX.00000010=O2Hady300000010=02HADX,00000110=O6HADY400000110=O6Hadx500000100=04Hady500000100=04Hadx500000101=O5Hady5000QO101=O5H第4章常规及复杂控制技术数字控制器的连续化设计步骤是什么？答：设计步骤为：(1)设计假想的连续控制器D(s)选择采样周期T(3)将D(s)离散化为D(Z)(4)设计由计算机实现的控制算法(5)校验8.数字控制器的离散化设计步骤是什么？答：设计步骤为：(1)根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定

4、所需的闭环脉冲传递函数(2)根据式求广义对象的脉冲传递函数(3)根据式求取数字控制器的脉冲传递函数4）根据式求取控制量的递推传递函数计算公式9.数字控制器的工程实现包括那几个部分？主要是指：给定值和被控量，偏差处理，控制算法的实现，控制量处理以及手动自动切换。10.选择采样周期要考虑哪些因素？答:（1）首要要考虑的因素：香农采样定理给出了采样周期的上限。采样周期的下限为计算机执行控制程序和输入输出所耗费的时间，系统的采样周期只能在和之间选择。（2）其次要考虑以下给方面的因素：1）给定值的变化频率；2）被控对象的特性；3）执行机构的类型；4）控制算法的类型；5）控制的回来数11数字PID增量型控

5、制算法答：由于：u=啓如*罠0+冒悶_产珂（此式由数字四増量型控制算法得出），则可得到咻一1）=瓦壬.輙+坊心一竽菽一,弔两式相减则得到数字PID増量型控制算法为以光=以*）锐（在_1）=贰比_1）_庄声庆）_恳口咸匕）2窗*_1）咸上2）（式中心=i占称新比例增益为比例带辽.=m称为积分系数kd=kt称为徹分系数），为了编程方便，可将上式整理为，Au（k）=qXA）十葩成Ar-1）亠e（/c-2）（式中，%=心1斗二十，巒=心（1+也込=心）、注：上述过程中岀现得為采样周期，砂采样序号忌珥为积疥时间常数霞打问微分时间常数增量式算法与位置式算法相比的优点是：增量算法不需要累加，控制量增量的确定

6、仅与最近几次误差采样值有关，计算误差或者计算精度问题，对控制量的计算影响较小。而位置算法要用到过去的误差的累加值，容易产生大的累加误差。增量式算法得出的是控制量的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。而位置算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响较大。采用增量算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。为消除积分不灵敏区，通常采用以下措施：答：措施为：增加D/A和A/D转换位数，加长运算字长，这样可以提高运算精度。当积分项连续几次出现输出精度的情况时，不要把它们作为“零”舍掉，而是把它们一次次累加起来，即，直到累加值大于时，才输出，同时把累加单元清零。例：

7、传递喲数为D=-二例：传递喲数为D=-二,采样周朗为7=0.试用后差分法计算O.lz解；叱=D-=：普=半|OAzJ73j3-2z-1巫打=諾韭悶=讥比-0-%的-2冷第7章计算机控制系统软件设计5某炉温度变化范围为01500，要求分辨率为5,温度变送器输出范围为05V。若A/D转换器的输入范围为05V，则求A/D转换器的字长应为多少位？若A/D转换器的字长不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到800，此时系统对炉温变化的分辨率为多少？解：.1)k,hg(l-)=log；(1+-)=log,301-8.23,取叫=10(叫取大于等于8都对(2)=L2_-Lj_=io7C(P226-P2

8、37:尸一110236某执行机构的输入变化范围为420mA,灵敏度为005mA，应选D/A转换器的字长为多少位？解：hen（l=log,（1=log,321=8.33,取叫=的（一般情20.05亠况下$可选DZA转换器的字长小于或等于心九字长）（P227）7温度-20+50,温度变送器变换为15V电压，送至12位A/D转换器AD574（05V）,计算：（1）若AD574的转换结果为800H时，对应的系统温度为多少？解；.800/7=8x256=20482V204S厂勺f2523-12.5-17-(-20)5-150-(-20)2.5-17-(-20)5-150-(-20)=7=&：丄竺=jL-

9、n打=3=匚刘H52-18.中位值滤波法是怎样的？该滤波法适用于什么情况？答：中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次（）且是奇数，并按大小顺序排列；再取中间值作为本次采样的有效数据。中位值滤波法和平均值滤波法结合起来使用，滤波效果更好。即在每个采样周期，先采用中位值滤波法得到m个滤波值，再对这m个滤波值进行算术平均，得到可用的被测参数第8章分布式测控网络技术1.工业局部网络通常有哪4种拓补结构？各有什么特点？答：4种拓补结构：星形、环形、总线型和树形。各自特点：（1）星形：1）网络结构简单，便于控制和管理，建网容易2）网络延迟时间短，传输错误率较低3）网络可靠性较低，一旦中央节点出现故障将

10、导致全网瘫痪4）网络资源大部分在外围点上，相互之间必须经过中央节点中转才能传送消息5）通信电路都是专业线路，利用率不高，故网络成本较高（2）环形：1）信息流在网络中式沿固定的方向流动，故两节点之间仅有唯一的通路，简化了路径选择控制2）环路中每个节点的收发信息均由环路口控制，因此控制软件较简单环路中，当某节点故障时，可采用旁路环的方法，提高了可靠性环结构其节点数的增加将影响信息的传输效率，故扩展受到一定的限制总线型：1)结构简单灵活，扩展方便可靠性高，网络响应速度快共享资源能力强，便于广播式工作设备少，价格低，安装和使用方便由于所有节点共用一条总线，因此总线传送的信息容易发生冲突和碰撞，故不易用

11、在实时性要求高的场合(4)树形：树形结构是分层结构，使用与分级管理和控制系统。与星形结构相比，由于通信线路总长度较短，故它的连网成本低，易于维护和扩展，但结构较星形复杂。网络中除叶节点及其连线外，任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。工业局部网络常用的传输访问控制方式有哪三种？各有什么优缺点？答：3种控制方式：冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)、令牌环(TokenRing)、令牌总线(TokenBus)各自的优缺点：(1)冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)：CSMA/CD方式原理较简单，且技术上较易于实现。网络中各节点出于同等地位，无需集中控制，但不能提供优先

12、级控制，所有节点都有平等竞争的能力，在网络负载不重情况下有较高的效率，但当网络负载增大时，发送信息的等待时间加长，效率显著降低。(2)令牌环(TokenRing)：优点是能够提供可调整的访问控制方式，能提供优先权服务，有较强的实用性。缺点是需要对令牌进行维护，且空闲令牌的丢失将会降低环路利用率；控制电路复杂。(3)令牌总线(TokenBus)：优点：1)吞吐能力大，吞吐量随数据传输速率的提高而增加控制功能不随电缆线长度的增加而减弱不需冲突检测，故信号电压可以有较大的动态范围具有一定的实时性缺点是节点获得令牌的时间开销较大，一般一个节点都需要等待多次无效的令牌传送后才能获得令牌。什么是现场总线？

13、有哪几种典型的现场总线？它们的特点怎样的？答：现场总线是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络，与控制系统和现场仪表联用，组成现场总线控制系统。5种典型的现场总线：CAN、Lonworks、ProfiBUS、HART、FF。各自的特点：CAN(控制器局域网络)：CAN通信速率为、，节点数110个，传输介质为双绞线或光纤等CAN采用点对点、一点对多点及全局广播几种方式发送接收数据CAN可实现全分布式多机系统且无主、从机之分，每个节点均主动发送报文，用此特点可方便的构成多机备份系统。CAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术，当两个节点同时向网络上发送信息时，优先级低的

14、节点主动停止发送数据，而优先级高的节点可不受影响地继续发送信息；按节点类型分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。CAN支持4类报文帧：数据帧，远程帧，出错帧，超载帧。采用短帧结构，每帧有效字数为8个。这样传输的时间短，受干扰的概率低，且具有较的检错效果。CAN采用循环冗余检验CRC(CyclicRedundancyCheck)及其它检错措施，保证了极低的消息出错率CAN节点具有自动关闭功能，当节点错误严重时的情况下，则自动切断与总线的联系，这样不影响总线正常工作。CAN单片机：Motorola公司生产的带CAN模块的MC68HC05x4,Philips公司生产82C200，Intel公司生

15、产带CAN模块的P8XC592CAN控制器：Philips公司生产的82C200，Intel公司生产的82527CANI/O器件：Philips公司生产的82C150，具有数字和模拟I/O接口LONWORKS(局部操作网络)：LONWORKS通信速率为，节点数为32000个，传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤、电源线等LONWORKS采用LonTalk通信协议，该协议遵守国际标准化组织ISO定义的开放系统互连OSI(OpenSystemInterconnection)全部7层模型LONWORKS的核心是Neuron(神经元)芯片，内含了3个8位的CPU：第1个CPU为介质访问控制处理器，实现Lo

16、nTalk协议的第1层和第2层；第2个CPU为网络处理器，实现LonTalk协议的第3层至第6层；第3个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第7层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务Neuron芯片的编程语言为NeuronC，它是从ANSIC派生出来的。LONWORKS提供了一套开发工具LonBuilder和NodeBuilderLonTalk协议提供了5种基本类型的报文服务：确认(Acknowledged),非确认(U“acknowledged)，请求/响应(Request/Response),重复(Repeated)，非确认重复(UnacknowledgedRepea

17、ted)LonTalk协议的介质访问控制子层(MAC)对CSMA作了改进，采用一种新的称作PredictiveP-PersistentCSMA，根据总线负载随机调整时间槽n(163),从而在负载较轻时使介质访问延迟最小化，而在负载较重时使冲突的可能最小化(3)PROFIBUS(过程现场总线)PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)用于过程自动化，通过总线供电，提供本质安全型，可用于危险爆炸区域PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)用于一般自动化PROFIBUS-DP用于工业自动化，适用于分散的外围设备PROFIBUS引入功能模块

18、的概念，不同的应用需要使用不同的模块。在一个确定的应用中，按照PROFIBUS规范来定义模块，写明其硬件和软件的性能，规范设备功能与PROFIBUS通信协议的一致性。PROFIBUS为开放系统协议，为了保证产品质量，在德国建立了FZI信息研究中心，对制造厂和用户开放，对其产品进行一致性检测和实验性检测。HART(可寻址远程传感器数据通路)：可寻址远程传感器数据通路HART是美国Rosemount研制，HART协议参照ISO/OSI模型的第1、2、7层，即物理层、数据链路层和应用层，主要有如下特性：物理层采用基于Bell202通信标准的FSK技术，即在420mADC模拟信号上叠加FSK数字信号，逻辑1为1200Hz,逻辑0为2200Hz，波特率为1200b/s，调制信号为或025(250为负载)。用屏蔽双绞线单台设备距离为3000m，而多台设备互连距离为1500m数据链路层数据帧长度不固定，最长25个字节。可寻地址为015，当地址为0时，处于420mADC与数字通信兼用状态；当地址为115时，则出入全数字通信状态。通信模式为“问答式”或“广播式”。应用层规定了3类命令；第一类