1、重點習題和思考題 第1章 計算機控制習題概述1、計算機控制系統中實時性、離線方式、在線方式的含義？答：生產過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式為在線方式；生產過程不和計算機連接，且不受計算機控制、而是靠人進行聯系并作相應操作的方式為離線方式。實時：信號的輸入、計算、輸出都要在一定的時間范圍內完成。2、計算機控制系統由哪幾部分組成？答：硬件組成：主機、IO接口、通用外部設備、檢測元件和執行機構、操作臺。軟件組成：系統軟件和應用軟件。3、計算機控制技術的主要發展趨勢是什么？答：（1）綜合自動化，包括CIMS和CIPS；（2）網絡化；（3）智能化；（4）虛擬化；（5）綠色低碳化。&#

2、160;第2章 工業控制計算機1、什么是總線、內部總線、外部總線答：總線是一種接口信號的標準和協議，提供通用的電平信號來實現各種電路信號的傳遞。內部總線指微機內部各功能模塊間進行通信的總線。外部總線指用于計算機與計算機之間或計算機與其他智能外設之間的通信線路2、哈佛結構和馮諾伊曼結構的區別答：馮諾伊曼結構，程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起的存儲結構；哈佛結構程序指令存儲和數據存儲分開的存儲結構。3、工控機和普通PC的區別答：機箱加固、防塵；工業電源，有時雙電源；無源母板；一體化主板 第3章 IO接口和過程通道1、什么是接口、接口技術和過程通道？答：接口是計算機和外部設備交換信息的

3、橋梁，包括輸入和輸出接口；接口技術是研究計算機和外部設備之間如何交換信息的技術；過程通道指在計算機和生產過程之間設置的信息傳送和交換的連接通道。2、模擬輸入通道中信號調理的作用，為什么需要量程變換，為什么需要I/U變換？答：現場過來的信號經過放大、量程自動轉換、電流/電壓轉換、濾波、線性化、隔離等措施轉換成計算機能接收的邏輯信號。多參數信號采集時，各路信號電流信號經過長距離傳輸到計算機接口電路，經過I/U變換成電壓信號才能進行A/D轉換進入計算機被處理。3、利用8255A、AD574、LF398、CD4051和51單片機接口，設計出8路模擬量采集系統，畫出接口電路原理圖，并編寫相應的程序。&#

4、160;Org 1000HMOV   DPTR   #2000H(數據首地址)MOV   R7    #08H(8個通道)MOV    R0   #7EH（C口地址）MOV    R2   #C0H（通道0開始地址）MAIN：MOV    A    R2MOVX    R0    A

5、60;   (啟動A/D)MOV    R1     #7CH   （A口）LOOP1:MOVX   A    R1ANL      A    #80H    （檢測STS）JNZ      LOOP1MOV    A  

6、0; #10HORL    A    R2MOVX   R0    AMOVX    A    R1ANL     A      #0FHMOVX     DPTR    AINC    DPTRINC   

7、R1MOVX   A   R1MOVX   DPTR   AINC   R2DJNZ    R7    MAINRET4、采樣保持器的作用是什么？是否所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器？（1）為了保證A/D轉換的精度，需要應用采樣保持器；（2）同時采樣幾個模擬量，以便進行數據處理和測量；（3）減少D/A轉換器的輸出毛刺，從而消除輸出電壓的峰值及縮短穩定輸出值的建立時間；（4）把一個D/A轉換器的輸出分配到幾個輸出點，以保證輸出的穩定

8、性。當被測信號變化緩慢時，若A/D轉換器轉換時間足夠短，可以不加采樣保持器。5、分別畫出DA轉換器的單極性和雙極性電壓輸出電路，分別推導輸出電壓和輸入數字量之間的關系式。 6、什么是串模干擾和共模干擾？如何抑制？    串模干擾指疊加在被測信號上的干擾噪聲。方法：（1）采用硬件濾波器抑制串模干擾是一種常用的方法。（2）對于電磁感應產生的串模干擾，應對被測信號盡可能早的進行信號放大，以提高電路中的信號噪聲比；或者盡可能早的完成A/D轉換再進行長線傳輸；或者采用隔離和屏蔽等措施。（3）從選擇元器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。（4）利用數字濾波技術

9、對進入計算機的串模干擾進行數據處理，可以有效濾去難以抑制的串模干擾。    共模干擾是指模/數轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。方法：（1）利用雙端輸入的放大器作前置放大器；（2）利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負載和數字信號隔離，即“模擬地”與“數字地”斷開，被測信號通過變壓器或光電耦合器獲得通路，而共模干擾不能形成回路而得到抑制；（3）采用雙層屏蔽浮地輸入方式。7、數字信號通道一般采取哪些抗干擾措施？答：數字信號負邏輯傳輸；提高數字信號的電壓等級；通過光電耦合隔離；提高輸入端的門限電壓。 8、推導下面儀用放大器電路的放大倍數，并簡述該電路的特點，注意

10、要寫出推導過程。 解：                                                  

11、;                                     則：該電路最大優點是輸入阻抗高，共模抑制作用強，增益調節方便，并由于結構對稱，失調電壓和溫度漂移小，在傳感器微弱信號放大系統中得到廣泛應用。第四章 順序控制和數字控

12、制技術1、什么是順序控制？順序控制系統有何特點？指以預先規定好的時間或條件為依據，按預先規定好的動作次序，對控制過程各階段順序地進行自動化。1）順序控制系統的輸入、輸出信號以開關量信號為主2）邏輯關系復雜 3）控制程序客觀4）可靠性要求高2、什么是逐點比較法？原理：每當畫筆或刀具向某一方向移動一步，就進行一次偏差計算和偏差判別，也就是到達新的點位置和理想線型上對應點的理想位置坐標之間的偏離程度，然后根據偏差的大小確定下一步的移動方向，使畫筆或刀具始終緊靠理想線型運動，起到步步逼近的效果。特點：1）逐點逼近，以直線或折線(階梯狀的)來逼近直線或圓弧等曲線的，它與給定軌跡之間的最大誤差為一個脈沖當

13、量；2）只要把運動步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達到精度的要求。 3、假設給定的加工曲線為第二象限的順時針圓弧AB，該圓弧所屬圓的圓心坐標為(-1,2)，如圖所示，試進行插補計算（步長為1），完成下面表格。       F0：+x，F=F+2x+3F0：+y，F=F+2y-3序號偏差判別進給方向偏差計算終點判別0  F0=0，x= -5，y=2nxy=81F0=0+xF1= F0+2x+3= -7，x= -4，y=2nxy=72F1= -70+yF2= F1+2y-3= -6，x=

14、-4，y=3nxy=63F2= -60+yF3= F2+2y-3= -3，x= -4，y=4nxy=54F3= -30+yF4= F3+2y-3= 2， x= -4，y=5nxy=45F4= 2 0+xF5= F4+2x+3= -3，x= -3，y=5nxy=36F5= -30+yF6= F5+2y-3= 4， x= -3，y=6nxy=27 F6= 4 0+xF7= F6+2x+3= 1，x= -2，y=6nxy=18F7= 1 0+xF8= F7+2x+3= 0，x= -1，y=6nxy=09    10   

15、  3、簡述反應式步進電機的步進原理。答：給處于錯齒狀態的相通電，轉子在電磁力作用下，將向磁導率最大的位置轉動，趨于對齒狀態轉動。 第五章 數字控制器1、數字控制器模擬化設計方法有哪些步驟？設計假想的連續控制器 D(s)選擇采樣周期 T將D(s)離散化為D(z)設計由計算機實現的控制方法校驗2、寫出數字PID控制器的位置算式、增量算式，并簡述增量式優點。(1) 計算機輸出增量，所以誤動作影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉；(2) 在位置型控制算法中，由手動到自動切換時，必須首先使計算機的輸出值等于閥門的原始開度，即P(k-1)，才能保證手動/自動無擾動切換，這將

16、給程序設計帶來困難。而增量設計只與本次的偏差值有關，與閥門原來的位置無關，因而增量算法易于實現手動/自動無擾動切換。在位置控制算式中，不僅需要對E(j)進行累加，而且計算機的任何故障都會引起P(k)大幅度變化，對生產產生不利。 不產生積分失控，所以容易獲得較好的調節品質。3、采樣周期的選擇需要考慮哪些因素？（1）作用于系統的擾動信號頻率f n。通常f n越高，要求采樣頻率f s也要相應提高，即采樣周期(T2f s )縮短。（2）對象的動態特性。當系統中僅是慣性時間常數起作用時，s10m，m為系統的通頻帶；當系統中純滯后時間占有一定份量時，應該選擇T/10；當系統中純滯后時間占主導作用時，可選擇

17、T。（3）測量控制回路數。測量控制回路數N越多，采樣周期T越長。若采樣時間為，則采樣周期TN。（4）與計算字長有關。計算字越長，計算時間越多，采樣頻率就不能太高。反之，計算字長較短，便可適當提高采樣頻率。3、簡述離散化設計方法的設計步驟？（1）由H0(s)和G(s)求取廣義對象的脈沖傳遞函數HG(z)；（2）根據控制系統的性能指標及實現的約束條件構造閉環脈沖傳遞函數Gc(z)；（3）確定數字控制器的脈沖傳遞函數D(z)；（4）由D(z)確定控制算法并編制程序。第六章 控制系統的數據處理技術1、何謂系統誤差？如何實現系統誤差的全自動校準？答：系統誤差是指在相同條件下，經過多次測量，誤差的數值(包

18、括大小符號)保持恒定，或按某種已知的規律變化的誤差。       2、某電阻爐溫變化范圍為0-1600，經溫度變送器輸出電壓為1-5V，再經AD574A轉換，AD574A輸入電壓范圍為0-5V，當采樣值為3D5H時，電阻爐溫是多少？解：   3D5H=981; 。3、數字濾波和模擬濾波相比有哪些優點？    （1）由于數字濾波采用程序實現，所以無需增加任何硬設備，可以實現多個通道共享一個數      

19、60;  字濾波程序，從而降低了成本。    （2）由于數字濾波器不需增加硬設備，所以系統可靠性高、穩定性好，各回路間不存在阻抗            匹配問題。    （3）可以對頻率很低(如0.01Hz)的信號實現濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。    （4）可根據需要選擇不同的濾波方法，或改變濾波器的參數。較改變模擬濾波器的硬件電    路或元件參數靈活、方便。4

20、、如何實現對輸入數字量和輸出數字量的軟件抗干擾？輸入數字量：（1）干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一特點，對于輸入的數字信號，可以通過          重復采集的方法，將隨機干擾引起的虛假輸入狀態信號濾除掉。（2）若多次數據采集后，信號總是變化不定，則停止數據采集并報警；或者在一定采集時     間內計算出現高電平、低電平的次數，將出現次數高的電平做為實際采集數據。對每     次采集的最高次數限額或連續采樣次數可按照實際情況適

21、當調整。輸出數字量：（1）當系統受到干擾后，往往使可編程的輸出端口狀態發生變化，因此可以通過反復對這       些端口定期重寫控制宇、輸出狀態字，來維持既定的輸出端口狀態。（2）重復周期盡可能短，外部設備受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作出有效的反     應，一個正確的，輸出信息又來到了，就可及時防止錯誤動作的發生。（3）對于重要的輸出設備，最好建立反饋檢測通道，CPU通過檢測輸出信號來確定輸出結果     的正確性，如果檢測到錯誤及時修正。5、什么是指令冗

22、余，如何實現。 答：在關鍵地方人為地插入一些單字節指令如NOP，或將有效單字節指令重復書寫，稱之為指令冗余。（1）在一些對程序流向起決定作用的指令和某些對工作狀態起重要作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證跑飛的程序能迅速納入正常軌道。（2）在一些對程序流向起決定作用的指令和某些對工作狀態起重要作用的指令的后面重復書寫這些指令，以確保這些指令的正確執行。6、什么是軟件陷阱，如何實現。答：當跑飛程序進入非程序區(如EPROM未使用的空間)或表格區時，可以利用軟件陷阱技術攔截跑飛程序。    軟件陷阱一般安排在以下五種地方：（1）未使用的中斷向量區；（2）未使用的大片ROM區；（3）表格（4）運行程序區（5）中斷服務程序區第十章 控制網絡技術1、工業局域網常用的傳輸訪問控制方式有哪三種？各自有什么優缺點？