西南科技大学微型计算机控制技术复习题答案

一、简答

1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现

场总线控制系统。

2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pgll

答：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。一般用于扩展接口，

如A/D,D/A转换接口，LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。

可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域

网都有用到。

现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。

工业PC机，完成STD总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打

印、数据处理曲线、工业控制流程图，PID柱形图像处理程序等。

3.A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？

答：A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行

处理。

D/A的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A的作用正是

用F把数字信号转换为模拟信号。

4』,ED数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81

多位LED有两种显示方法：动态显示和静态显示。动态显示使用的硬件少，价格低，线路

简单，但是占用机时长。静态显示使用元件多，线路复杂，但是显示占用机时少，显示可靠。

5.在人机接口技术中，键盘设计需解决的问题有哪些？如何实现防抖？Pg55

答：按键的确认，中键与连击的处理，按键防抖动技术。防抖可以用两种方法

1.硬件防抖：滤波防抖电路，双稳态防抖电路

2.软件防抖

6.算术平均滤波的具体方案是怎样的？该滤波方法主要适月于什么情况？Pg248

答：算术平均值滤波是要寻找一个Y(k),使该值与各采样值间误差的平方和为最小，其中

Y(k)=I次Hi)其中歹(幻一一第k次B个采样值的算术平均值

N,­=1

x(i)一一第i次采样值

由此可见：算术平均值滤波的实质就是把一个采样周期内6JN次采样值相加，然后把所得的数除

以采样次数N,得到周期的采样值。

7.位置型PID和增量型P1D有什么区别？它们各有什么优缺点？

增量型算法与位置型算法比较：

(1)增量型算法不需做累加，计算误差后产生的计算精度问题，对控制量的计算影响较小。位

置型算法用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差。

(2)增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输

出，不会影响系统的工作。位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。

增量式算法的主要优势体现在对积分环节的处理上，积分作用的累加效果会影响到输出的准确

性。

8.在自动控制系统中饱和效应是如何产生？如何消除的？Pg282

答：饱和现象主要是由积分项引起的，所以也称之为“积分饱和”。这种现象是引起大幅度超调，

使系统不稳定。消除枳分饱和的方法有以下三种：遇限削弱积分法，有效偏差法，积分分离法。

9.试比较PID控制参数Kp、1、。和的大小对系统性能的影响？

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例(P)控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比

例控制时系统输出存在桎态误差(Steady-stateerror)<,

积分(I)控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如

果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System

withSteady-stateError)o为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对

误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大，这样，即便误差很小，积分项也会

随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，

比例+积分(PD控制器，可以使系统在进入税态后无稳态误差。

微分(D)控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动

控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚令.失稳。其原因是由于存在有较大惯性组

件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决

的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时.，抑制误差的作用就应该是零。

这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，

而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，

就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以

对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

10.微型机控制系统中时怎样实现PWM电机调速的？Pgl41

答：在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加，电机断电时，速度逐渐降低，只要按一定规律,

改变通断时间，即可让电机转速得到控制。

三、计算题

1.设某12位A/D转换器的输入电压为0-+5V,其分辨率是多少？求当输入模拟量为下列值时的数

字量：(1)1.25V(2)2V(3)2.5V(4)3.75V(5)4V(6)5V

答：分辨率错误!未找到引用源。

求输出数字量公司为错误!未找到引用源。eg:错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。

2.用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V—+5V,其分辨率是多少？求对应

以下偏移的输出电压:(1)10000000(2)01111111(3)11111110

分辨率=?=工=0.037母

28256

先转换为10进制，然后乘上分辨率

3.一个输出频率为60Hz的脉冲波电路，请计算其时间周期，并写出时间常数

T=l/f=l/60s

时间常数

4.某温度测量系统，测量仪表的量程为0—1200度，用一个12位D/A转换器，某采样周期L算机

经采样后的数字量为90H,问此时对应的温度为多少度？1000度温度时，测量显示值时多少？(线

性关系)

答：根据题意，己知A0=0度，Am=1200度，Nx=90H=144D,这里是12位D/A,Nm=FFFH=40957),

N144八

N0=0,根据公式A,=(4-4)二广+A)=1200X——=42°

N”,4095

当温度是I。。。度时'凡=里*=磔雳=刈3八3"

5.某温度测量系统，测量仪表的量程为400—1200度，用一个8位D/A转换器，某采样周期计算机

经采样后的数字量为80H,问此时对应的温度为多少度？600度温度时，测量显示值时多少？(线

性关系)

答:根据题意，已知A0=400度，Am=1200度，Nx=80H=128D,这里是8位D/A,Nm==255D,

N0=0,根据公式A,=(A,”-4))祟十&=(1200-400)x^-=402o

当温度是600度时，M=(A4)XN,“=200x255=0D=3FH

4-4800

6.设被测温度变化范围为02—1200℃,如果求误差不超过0.4℃,应选用分辨率为多少位的A/D

转换器(设ADC分辨率和精度一样)

答：错误!未找到引用源。2">=3000,所以〃的值为12,应该选择分辨率为12位的A/O

7.某位移微机控制系统使用PID调节方法，采样周期T=4ms,»=20ms,T产8ms,K,.=0.3,现场测得:

EK=5mm,EKi=8mm,EK2=7mm,试求AP(k)答：

△P(Q=P(k)-P(k-1)=Kp[E(k)-E(k-\)]+K、E(k)+KD[E(k)~2E(k-\)+E(k-2)]

T40.06&)=勺区=0.3x»=0.6

其中K/=&—=0.3x—

/27；20"「T4

代入式中可求AP（幻=-3

8.若某三相六拍控制的步进电机，其转子齿数为80,步进角为多少（设脉冲当量是0.01mm）?

假设用此电机带动滚动丝杠，如果转动48nlm,用1秒钟，每步需多少时间？

答：步进角Qs=矍，其中N=Mc。，这里是三相六拍，所以Mc=3,C=2,所以

屈2_