中南大学微型计算机控制技术2014年试卷

中南大学考试试卷2013~2014学年下学期 时间100分钟2014年5月28日计算机控制技术 课程48学时3学分考试形式：开专业年级：自动化、电气11级 总分100分占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、简答题（每题6分，共30分）1、计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么特点？，优点：生产过程始终处于最优工况。分散控制系统，优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。现场总线控制系统（，优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。2、采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。A/DA/D转换时间内A/D转换器之前加入采样保3、常用的数字滤波方法有哪些？分别能滤除什么类型的干扰信号？若某计算机测量系统工作数据较为准确？答：常用的数字滤波方法有算术平均值法、中值滤波法、限幅滤波法和惯性滤波法等。惯性滤波法能滤除高频及低频干扰信号。可采用限幅滤波、中值滤波和平均值滤波相结合的方法处理数据。4、RS-485串行通信总线采用什么传输方式？它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？答:RS-485RS-485为半双工工作方式，RS-422ARS-422ARS-485适用于多点之间进行高速，远距离通信5、什么是带死区的PID控制？有何工程意义？PID│e(k)│＜│e0│0，│e(k)│≥│e0│以PID规律参与控制。在计算机控制PID控制。二、用8位A/D转换器ADC0809与PC/ISA总结工业控制机接口，采用查询方式，实现8路模拟量采集，请画出接口电路原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序框图（15分）三、若加工第一象限直线AB，起点A(4，0)，终点B(0，4)。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X和Y方向分别由两个三相步进电机驱动，而且X和Y18位的输出接口控制，接口的D0D1D2控制X方向步进电机的ABC三相，接口D4D5D6控制Y方向步进电机的ABCX和Y（16进制如下，1表示对应的相通电，0表示对应的相断电。如果加工上述直线AB，表的初始位置X在X方向通电字表Y方向通电字表XTABLE+0 01 YTABLE+0 10XTABLE+1 03 YTABLE+1 30XTABLE+2 02 YTABLE+2 20XTABLE+3 06 YTABLE+3 60XTABLE+4 04 YTABLE+4 40XTABLE+5 05 YTABLE+5 50在X方向通电字表Y方向通电字表XTABLE+0 01 YTABLE+0 10XTABLE+1 03 YTABLE+1 30XTABLE+2 02 YTABLE+2 20XTABLE+3 06 YTABLE+3 60XTABLE+4 04 YTABLE+4 40XTABLE+5 05 YTABLE+5 50四、某液位测量系统检测范围[0，1000mm]，液位变送器输出信号为[1，5V]，用12位A/D转换器进行采样。该A/D转换模板的输入量程可设定为[-10V，+10V]，[-5V，+5V]，[-2.5V，+2.5V]，[0，2.5V]，[0，5V]，[0，10V]或[0，20V]A/D转换器的输入量程才精确到0.0001mm/bit)？若A/D转0400H(1mm)？(10分)解：[1，5V]，因此选择A/D[0，5V]（2分）实际分辨率计算4分：x= maxNmax

xminNmin

10000 0.3053[mm/bit]4095819液位高度计算4分：yymax

ymin

(X

)

10000 (1024819)0Nmax

Nmin

min

min

409581963(mm)五、已知被控对象的状态方程和输出方程为：1 1 00 2 x(k1) x(k)u(k0 2 y(k)1x(k)试用极点配置方法设计状态反馈控制规律z1

0.2,z2

0.3u(k)。（10分）解：系统能控性检验分） rankFGrank0 2 2 4 矩阵满秩，系统完全能控，能进行任意极点配置，且有唯一解。求增益矩阵（6分：设Ll1 2

z1 1(z)zIFGL2l1

z2l 22z2(32l2

)z2l1

22(z)(z0.2)z20.06令(z(zl1

0.42,l2

1.45（2）写出u表达式2分： u(k)Lx(k)

0.42

x(k)u(k)0.42x1

(k)1.45x2

(k)六、在题六图所示计算机串级控制系统中，已知采样周期为T，且有0.60.4z10.05z2D(z) ，

(z)0.50.3z11 1z1 2 1z1试写出计算机串级控制算法（10分）解：1、计算主回路偏差e(k)r(k)y

题六图(k)1 1 12、计算主回路控制器D(z)的输出1u(k)u(k1)0.6e(k)0.4e(k1)0.05e(k2)1 1 1 1 13、计算副回路偏差e2

(k)u1

(k)y2

(k)4、计算主回路控制器D2

(z)的输出u(k)u2 2

(k1)0.5e2

(k)0.3e2

(k1)七、已知被控对象的脉冲传递函数为3.78z1(10.51z1)G(z)

(1z1)(10.14z1)采样周期T，要求：1、针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的控制器D（结果保留两位小数）2y(k)e(k)序列，画出它们对时间变化的波形（10分）解：

(z)(1z1)21a

z11、 e

(z)z11z解得

bbz10 12a b a 0.452a 010 bb 01.55 0.51 0 0

bb0a 0.89

(z)(1z1)210.45z1 e (z)z110.5z1 1.550.89z1数字控制器脉冲传递函数为D(z) (z)

z1

10.51z1

1.550.89z1G(z)e

(z) 3.78z1(10.51z1(1z1)(10.14z1)

(1z1

10.45z11.550.89z1

(10.14z1)2、输出

z1

10.45z1