微型计算机控制技术

1.何谓

I/O

第二章输入输出接口技术和输入输出通道接口？在计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？答：是主机和外面设备之间交换信息的连接部件。2.一个微办理机（CPU）采用程序控制盘问方式时，管理50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上马上显示出来。已知CPU盘问每个终端并完成每一字符的接收和办理时间需200μs，若程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打入字符，问CPU可否能按要求，可靠的管理全部50个终端？又问CPU最多能管理多少个这种终端？答：1000ms/(200us*10)=500,能可靠的管理全部50个终端3.在本章第二节，盘问式I/O方式应用举例中，假设X、Y、Z三轴服务子程序的执行时间分别为100μs、150μs、120μs，主程序执行时间（执行盘问指令等）为80μs，试估计不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？（速度以脉冲/s计算）答：2702某微机实时控制系统有1#、2#、3#三个外面设备。由一个CPU进行管理，已知各外面设备的最短响应时间和服务时间分别是：C1=5msS1=300μsC2=8msS2=C3=1msS3=400μs问若采用盘问方式可否能可靠管理这三个外面设备？为什么？若不能够的话，试提出改进方答：不能够。可采用中断嵌套的方式解决。计算机与外面设备交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点》答：见教材7.某8086

最大模式系统中，需扩展

8255A

、8253

和

DAC0832芯片各一片。采用

74LS138

译码器，若已指定给各芯片的地址范围是：8255A8253

E0HE1H

、E2H、E4H、E6H、、E3H、E5H、E7H、DAC0832F0H试设计接口扩展的译码电路（除

74LS138

外,

可增加必要的其他逻辑电路芯片。8某8088最大模式系统中，需扩展8255A四片，指定各芯片的地址范围分别是90~93H、94~97H、98~9BH、9C~9FH,采用74LS译码器，试设计接口地址译码电路。解：9．模拟输入通道中为什么要加采样保持器？采样保持器的组成及要求是什么？答：为了保证A/D变换精度，就要在A/D变换从前加上采样保持电路，使得在10要求：

A/D

变换时期保持输入模拟信号不变。1）将以下列图中CPU换为89C51单片机，不改变地址线的连接方式，画出电路图；2）确定8个通道的端口地址；（3）编写程序，对第8通道的模拟量进行变换，把变换结果存在30H储藏器中。+5V+5V接8259AEOCVCCVREF(+)接8259AEOCVVD0CCREF(+)D0D0D7数据总线八0八IN0路D7数据总线D7路模/RDD7IN0模ADC拟/RDD≥1拟/WRG10808电G1≥1电IN1压/WRIN1压CPUA6/G2A≥1输≥1输0809入2A入/GOEA7/G2BY7OE/G2BY7C74LS138C时钟A5B时钟STARTSTARTA4ALEIN7ALEIN7A3有4位AD变换器，满刻度为5V，现在输入模拟电压，请说明逐次逼近变换原理。并解析采用逐次逼近法逼近的变换过程。解：先经过置数逻辑电路将SAR中最高地址1，其他全0，井DA变换成模拟电压U0与输入模拟电压Ui在电压比较器下进行比较，若Ui≥U0,则保留最高位1，否则除去最高位为0；其次置次高位为1，连续上述过程，直至确定最低位的状态。量化单位为q=5v/24=本题目中图表变换以下：步骤SARU0Ui,U0大小该位去留842111000保留21100保留31110去41101保留结果1101偏差图略。12、什么叫做I/O接口的独立编址方式？答：将储藏器的地址空间和I/O接口地址空间分开设置，互不影响。13、在进行数据采集时为什么要满足采样定理？答：满足采样定理，就可以经过理想的低通滤波器，由采样信号完好恢复出原始信号第三章

数字控制器的模拟化设计1.数字控制器与模拟调治器对照较有什么优点？答：（1）数字调治器能实现复杂控制规律的控制（2）计算机拥有分时控制能力，可实现多回路控制（3）数字调治器拥有灵便性，使用简单方便，可改进调治质量，提高产品的产量和质量。（4）除实现PID数字控制外，还能够实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。为什么说增量型PID控制器调治比地址型PID调治收效更好?二者的差异是什么?答：(1)

计算机只输出控制增量，即执行机构地址的变化部分，所以误动作影响小；

(2)在i

时辰的输出

ui，只需用到此时辰的偏差，以及前一时辰，前两时辰的偏差

ei-1

，ei-2

和前一次的输出值

ui-1

，这大大节约了内存和计算时间；

(3)在进行手动

-自动切换时，控制量冲击小，能够较圆滑地过渡。3.按必然性能指标要求对某控制系统综合校正后求得其应加的串通

-校正装置为解：

(s2

as)U(s)

E(s)即s2U(s)4sU(s)8E(s)s2U(s)asU(s)E(s)化成微分方程d2u(t)adu(t)e(t)dt2dtQd2u(t)u(k)2u(k1)u(k2)；dt2T2du(t)u(k)u(k1)dtTu(k)2u(k1)u(k2)au(k)u(k1)e(k)T2Tu(k)2aTu(k1)1u(k2)T2e(k)1aT1aT1aT4．已知某连续控制器的传达函数为D(S)1T1s1T2s试用差分变换法（后向差分），求该装置的递推输出序列。（设输入为e(t)，输出为u(t)）U(s)1T1s解：由D(S)1T2sE(s)得(1T2s)U(s)(1T1s)E(s)U(s)T2sU(s)E(s)T1sE(s)

设被控对象传达函数为(T=1s)(1)试用“二阶工程最正确”设计法确定模拟控制器Gc(s)。(2)将Gc(s)用双线性变换法失散化为数字控制器D(z)，并将其变换为差分方程。解：令设：其中：由：得：2）已知某连续控制器的传达函数为u(t)T2du(t)e(t)T1de(t)

D(s)

10.17s0.085sdtdt当tkTu(kT)T2du(t)tkTe(kT)T1de(t)tkTdtdt近似为：u(k)T2u(k)u(k1)e(k)T1e(k)e(k1)TTu(k)TT2u(k1)TT1e(k)TT1e(k1)T2TT2T2已知某连续控制器的传达函数为2D(s)n2s2s2nn试用双线性变换法求出相应的数字控制的脉冲传达函数，其中。T1s答：s21z11z12D(z)n2s2s2nn22z1z2)整理得：D(z)n(1428z1(42n)z2n2n

现用数字PID算法来实现它，试分别写出其相应的地址型和增量型PID算法输出表达式。设采样周期T1s。PID控制算法的模拟表达式为u(t)Kp[e(t)1e(t)dtTDde(t)]tTI0dt地址型输出表达式为u(k)Kpe(k)KpTke(j)KpTD[e(k)e(k1)]TIj0T增量型输出表达式为：u(k)u(k1)(KpKpTKpTD)e(k)(Kp2KpTD)eTITT而对模拟表达式u(t)求拉式变换得u(s)1sTD]e(s)Kp[1TIsu(s)1sTD]KpKpe(s)Kp[1KpTDsTIsTIs10.17s10.17D(s)0.085s0.0850.085s

扰频率越高，则采样频率越高越好，以便实现快速跟平易快速控制搅乱。（3）依照被控对象的特点，快速系统的T应取小，反之，T可KP2TI=TD=0取大些。其地址表达式为：（4）依照执行机构的种类，当执行机构动作惯性大时，T应取k大些。否则，执行机构来不及反响控制器输出值的变化。u(k)2e(k)11.765e(j)（5）从计算机的工作量及每个调治回路的计算成本来看，T应j0选大些。其增量表达式为：（6）从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。u(k)13.765e(k)2e(k1)试述采样周期T的选择原则答：(1)必定满足香农采样定理的要求（2）从控制系统的随动和抗搅乱的性能来看，则T小些好。干1、已知一被控对象的传达函数为Gc(s)

10s(10.1s)(10.05s)设采用零阶保持器，采样周期T为。试针对单位速度输入函数设计快速有涟漪系统的，计算采样刹时数字控制器和系统的输出响应并绘制图形。2．在题1中，针对单位速度输入函数设计快速无涟漪系统的，计算采样刹时数字控制器和系统的输出响应并绘制图形。1、2题、解C(nT)得nT0T2T3T3、设被控对象的传达函数为解得：采用零阶保持器，采样周期T=1s，输入单位速度函数，试按最少拍无涟漪要求设计D(z)，并检验一下所设计的系统可否满足快速无涟漪的要求。解（T=1s）试分别作以下双线性变换，尔后作伯德图。解4、某电阻炉，其传达函数可近似为带纯滞后的一阶惯性环节Gc(s)Kdes用飞升曲线法测得电阻炉的有关参1Tds数以