微机控制与接口技术形成性考核

《微机控制与接口技术》

课程形成性考核册称名号级名称名号级名学姓学班江苏开放大学《微机控制与接口技术》课程作业1第1章1・微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？微型计算机控制系统的硬件由四部分组成。主机：是微型计算机控制系统的核心，主机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。输入输出通道：是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。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。输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。外部设备：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)、输入输出设备和外存贮器等。检测与执行机构测量变送单元：将被检测参数的非电量转换成电量，经变送器转换成统一的计算机标准电平信号后，再送入微机。执行机构：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。.微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：控制规律灵活多样，改动方便；控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制；能够实现数据统计和工况显示，控制效率高；控制与管理一体化，进一步提高自动化程度。.常用的工业控制机有几种？它们各有什么用途？常用的工业控制机有：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。P11可编程逻辑控制器(PLC):主要用在单机自动化、工厂自动化、柔性制造系统、机器人、工业局部网络等。现场可编程门阵列(FPGA)：FPGA能完成任何数字器件的功能。工业PC机：大型工业控制系统中使用。什么是DDC系统？DDC(DirectDigitalControl)是直接数字控制系统。DDC系统是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(DirectDigitalControl)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(SupervisoryComputerControl)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。什么是PLC?PLC控制系统有什么特点？PLC是可编程逻辑控制器，是早期继电器逻辑控制系统与微型计算机技术相结合的产物。PLC采用微处理器作为主控制器，采用大规模集成电路作为I/O接口。PLC控制系统主要特点：可靠性高编程容易组合灵活输入/输出功能模块齐全安装方便运行速度快第2章.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。采样保持器的作用：在A/D转换中，要求输入到A/D转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，以免造成转换误差。但转换之后，又要求A/D转换器的输入信号能够跟随模拟量变化。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？在数据采样系统中，并不是所有的输入通道都需要加采样保持器。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，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。3..对理想多路开关的要求是什么？理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外，还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。4.A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？在工业生产过程中，被测参数，如温度、流量、压力、液位和速度等，都是连续变化的量，称为模拟量。而微型计算机处理的数据，只能是数字量，所以数据在进入微型计算机之前，必须把模拟量转换成数字量，即A/D转换。由于大多数执行机构都只能接收模拟量，为了控制执行机构，经微型计算机处理后的数据，必须再转换成模拟量，即D/A转换。可见，A/D和D/A转换时微型计算机接收、处理、控制模拟量参数过程中不可缺少的环节。《微机控制与接口技术》课程作业2第3章键盘为什么要防止抖动？在计算机控制系统中如何实现防抖？对于采用机械弹性开关的键盘，由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合及断开的瞬间必然伴随有一连串的抖动。抖动过程的长短由按键的机械特性决定，一般为10〜20ms。为了使CPU对一次按键动作只确认一次，从而保证系统正常工作，必须防止抖动。计算机控制系统中可以从硬件及软件两方面排除抖动的影响解决。硬件防抖技术有滤波防抖电路和双稳态防抖电路。软件防抖方法一一软件延迟当第一次检测到有键按下时，先用软件延时(10ms〜20ms)，而后再确认该键电平是否仍维持闭合状态电平。若保持闭合状态电平；则确认此键确已按下，从而消除了抖动的影响。.编码键盘和非编码键盘有什么区别？编码键盘能自动识别按下的键并产生相应的代码，以并行或串行方式发送给CPU。它使用方便，接口简单，响应速度快，但需要专门的硬件电路。非编码键盘通过软件来确定按键并计算键值。.在计算机控制系统中，为什么有时采用复用键？复用键是如何实现的？为了节省按键的数量，所以采用复用键。可以采用设置上下档开关的措施来构成复用键。什么叫重键？计算机如何处理重键？一次按键产生多次击键的效果，这叫做重键。为排除重键的影响，编制程序时，可以将键的释放作为按键的结束，等键释放电平后再转去执行相应的功能。多位LED显示器显示方法有几种？它们各有什么特点？常用的显示方法有两种：一种为动态显示，一种为静态显示。动态显示利用人的视觉暂留产生，优点是使用硬件少，因而价格低，线路简单。但占用的机时长。静态显示占用机时少，显示可靠，但是使用元件多，线路复杂。.硬件译码和软件译码各有何优缺点？软件译码优点是电路简单，但显示速度有所下降。硬件译码既能节省计算机的时间，而且程序设计简单。.薄膜式开关的优点？薄膜式开关色彩亮丽；文字说明一目了然；形意图案使用方便；键体美观；透明视窗。第4章工业控制系统中常用的报警方式有几种？工业控制系统中常用的报警方式有声、光、语言报警方式。.说明硬件报警和软件报警的实现方法，并比较其优缺点？硬件报警：报警要求不通过程序比较得到，直接由传感器产生。软件报警：将参数经传感器、变送器、模/数转换器送到计算机，再与规定的上下限比较，根据比较结果进行处理。实际上硬件报警是在软件报警基础上的简化，即将警报信号提前全传感器那一步骤，而不是需要送到计算机比较后才得出。.光电隔离器有什么作用？光电隔离器将被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连成系统，实现控制；并且可以屏蔽电磁干扰等一些不利因素，提高控制精度。光电隔离器有耦合、隔离和开关的作用。4.固态继电器控制和继电器控制有什么区别？在继电器控制中，采用电磁吸合的方式，而固态继电器是带光电隔离的无触点开关。.说明PWM调速系统的工作原理？通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种方法称为PWM。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度降低。只要按一定规律改变通断电时间，电机转速即可得到控制。《微机控制与接口技术》课程作业3第6章1.什么叫总线？总线分哪两大类？分别说出它们的特点和用途？总线是一组信号线的集合。这些线是系统的各插件间(或插件内部芯片间)、各系统之间传送规定信息的公共通道，有时也称数据公路，通过它们可以把各种数据和命令传送到各自要去的地方。根据总线传送信号的形式，总线又可分为两种。并行总线：数据各位同时传送。并行总线的特点是能以简单的硬件来运行高速的数据传输和处理，但需要多位数据线。一般用于近程数据通信。串行总线：串行总线是按照信息逐位的顺序传送。其特点是不论数据有多少位只、需要一对传输线，不足之处是传送速度较慢。主要用于远程数据通信。简述RS—232C总线的特点。RS-232C是微机系统中最常用的串行接口标准，用于实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的同步或异步通讯。通讯距离可达15m，传输数据的速率可任意调整，最大可达20Kb/s。什么是RS—232C?在实际应用中主要有哪些接线方式？RS-232-C是用来定义数据终端设备DTE与数据通信设备DCE之间接口的连接标准。在实际应用中，主要有两种连接方式：两台计算机(DTE)之间直接相连。通过调制解调器(DCE)，将两台计算机远程相连。波特率是什么单位？它的意义如何？波特率是信号传输速率的一种度量单位。在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率，其单位是波特(3aud,symbol/s)0波特率是传输通道频宽的指标。5.什么是现场总线？有哪几种典型的现场总线？现场总线是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。所以现场总线既是通信网络，又是自控网络。下面是几种典型的现场总线。CAN(ControlAreaNetwork)控制器局域网络LONWORKS(LocalOperatingNetwork)局部操作网络PROFIBUS(ProcessFieldBus)过程现场总线HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)可寻址远程传感器数据通路FF(FoundationFieldbus现场总线基金会)现场总线第7章1.数字滤波与模拟滤波相比有什么优点？数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点：数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好;数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。数字滤波无需增加任何硬件设备；系统可靠性高；多通道共享，降低成本；能对频率很低的信号进行滤波；使用灵活，方便。13-6考题所用答案2.常用的数字滤波方法有哪些？常用的数字滤波方法有：程序判断滤波算术平均值滤波加权平均值滤波滑动平均值滤波RC低通数字滤波复合数字滤波。常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？常用的数字滤波方法有6种。程序判断滤波：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。算术平均值滤波：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。加权平均值滤波：可以提高滤波效果。滑动平均值滤波：采样时间短，可以提高检测速度。RC低通数字滤波：适用于慢速随机变量的滤波。复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好。程序判断滤波方法中，.Y如何确定，其值越大越好吗？可根据经验获得，必要时由实验得出。.Y太大，会使系统误差增大；.Y太小，使计算机采样效率降低。.算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波的区别是什么?算术平均滤波实际上是求取采样值的平均值。N次采样值在结果中所占的比重是均等的，即每次采样值具有相同的加权因子1/N。加权平均滤波则是在加权的基础上求取平均值。即对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子。加权因子选取可视具体情况决定，提高了滤波效果。滑动滤波则是每采一个新数据，计算一个新的平均值。每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，然后求包含新值在内的N个数据的算术平均值或加权平均值。.标度转换在工程上有什么意义？在什么情况下使用标度变换程序？标度变换将数字量变成人们熟悉的十进制工程量，便于操作人员对生产过程进行监视和管理。A/D转换后得到一系列的数码，这些数码的值并不一定等于原来带有量纲的参数值，它仅代表参数值的大小，故必须把它转换成带有量纲的数值后才能运算、显示或打印输出。这种转换称为工程量转换，也称为标度变换。这些参数标度变换有各种不同类型，它取决于被测参数测量传感器的类型，设计时应根据实际情况选择适当的标度变换方法，常用线性参数标度变换。为什么采用量程自动转换技术？采用量程自动转换技术能使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。《微机控制与接口技术》课程作业4第8章在PID调节中，系数KP、KI、KD各有什么作用？他们对调节品质有什么影响？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，而且无止境的提高系数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，只要被调量存在误差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。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响应速度，减小超调，克服震荡，消除系统惯性的影响。在PID调节器中，积分项有什么作用？常规PID、积分分离与变速积分3中算法有什么区别和联系？在PID调节器中，积分项用于消除静差。在常规PID调节中，由于系统的执行机构线性范围受到限制，当偏差较大时，会产生很大的超调量，使系统不停的震荡。为消除这一现象，积分分离法在控制量开始跟踪时，取消积分作用，直到被控量接近给定值时，才产生积分作用。而变速积分则是改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差大时，积分作用弱，偏差小时，积分作用增强。变速积分和积分分离的控制方法很类似，但调节方式不同。积分分离对积分项采取“开关”控制，而变速积分则是线性控制。在数字PID中，采样周期是如何确定的？它与哪些因素有关？对调节品质有何影响？在数字PID中，采样周期的确定一种是计算法，一种是经验法。其因素有：扰动频率的高低；对象的动态特性；执行机构的类型；