1、-. z.計算機控制技術習題解答第一章1.1什么是計算機控制系統？計算機控制系統由哪幾局部組成？答：計算機控制系統就是利用計算機通常稱為工業控制計算機，簡稱工業控制機來實現生產過程自動控制的系統。計算機控制系統的組成：計算機控制系統由計算機工業控制機和生產過程兩大局部組成。1.2、微型計算機控制系統的特點是什么？微機控制系統與常規的自動控制系統相比，具有如下特點：a.控制規律靈活多樣，改動方便b.控制精度高，抑制擾動能力強，能實現最優控制c.能夠實現數據統計和工況顯示，控制效率高d.控制與管理一體化，進一步提高自動化程度1.3 計算機控制系統構造有哪些分類？指出這些分類的構造特點和主要應用場合

2、。答：1操作指導控制系統 優點：構造簡單，控制靈活，平安。 缺點：由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。2直接數字控制系統DDS 優點：實時性好，可靠性高，適應性強。3監視控制系統SCC 優點：生產過程始終處于最優工況。4分散控制系統DCS 優點：分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協調。5現場總線控制系統FCS 優點：與DCS相比，降低了本錢，提高了可靠性。國際標準統一后，可實現真正的開放式互聯系統構造。1.4.計算機控制系統的控制過程是怎樣的計算機控制系統的控制過程可歸納為以下三個步驟：(1)實時數據采集：對被控量的瞬時值進展檢測，并輸入給計算機。(2)實時決策：對采集到的表

3、征被控參數的狀態量進展分析，并按已定的控制規律，決定下一步的控制過程。(3)實時控制：根據決策，適時地對執行機構發出控制信號，完成控制任務。1.5.實時、在線方式和離線方式的含義是什么？答：所謂實時，是指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間圍完成，亦即計算機對輸入信息，以足夠快的速度進展控制，超出了這個時間，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。在計算機控制系統中，生產過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯機方式；生產過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進展聯系并做相應操作的方式稱為離線方式或脫機方式。1.6 操作指導、DDC和SCC系統的工作原理如何？它們之

4、間有何區別和聯系？(1)操作指導控制系統：在操作指導控制系統中，計算機的輸出不直接作用于生產對象，屬于開環控制構造。計算機根據數學模型、控制算法對檢測到的生產過程參數進展處理，計算出各控制量應有的較適宜或最優的數值，供操作員參考，這時計算機就起到了操作指導的作用。其原理框圖如圖1.2所示。圖1.2操作指導控制系統原理框圖(2)直接數字控制系統(DDC系統)：DDC(Direct Digital Control)系統就是通過檢測元件對一個或多個被控參數進展巡回檢測，經輸入通道送給微機，微機將檢測結果與設定值進展比擬，再進展控制運算，然后通過輸出通道控制執行機構，使系統的被控參數到達預定的要求。D

5、DC系統是閉環系統，是微機在工業生產過程中最普遍的一種應用形式。其原理框圖如圖1.3所示。圖1.3 DDC系統原理框圖(3)計算機監視控制系統(SCC系統)：SCC(Supervisory puter Control)系統比DDC系統更接近生產變化的實際情況，因為在DDC系統中計算機只是代替模擬調節器進展控制，系統不能運行在最正確狀態，而SCC系統不僅可以進展給定值控制，并且還可以進展順序控制、最優控制以及自適應控制等。SCC系統的原理框圖如圖1.4所示。圖1.4 SCC系統原理框圖SCC是操作指導控制系統和DDC系統的綜合與開展。計算機控制系統的開展趨勢是什么？計算機控制將在以下方面得到開展

6、：1推廣應用成熟的先進技術，普及應用可編程序控制器PLC，廣泛使用智能調節器，采用新型的DCS和FCS；2大力研究和開展智能控制系統。當前最流行的控制系統有：分級遞階智能控制系統，模糊控制系統，專家控制系統，學習控制系統，神經控制系統。以工業PC 為根底的低本錢工業控制自動化將成為主流PLC在向微型化、網絡化開展面向測控管一體化設計的DCS系統控制系統正在向現場總線FCS方向開展計算機控制軟件正向先進控制方向開展第二章2.1 什么是過程通道？過程通道有哪些分類？過程通道是在計算機和生產過程之間設置的信息傳送和轉換的連接通道。按信息傳遞的方向來分，過程通道可分為輸入過程通道和輸出過程通道；按所傳

7、遞和交換的信息來分，過程通道又可分為數字量過程通道和模擬量過程通道。2.2 數字量過程通道由哪些局部組成？各局部的作用是什么？數字量過程通道包括數字量輸入通道和數字量輸出通道。數字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調理電路、輸入地址譯碼電路、并行接口電路和定時計數電路等組成。數字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅動電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中：輸入調理電路將來自控制裝置或生產過程的各種開關量，進展電平轉換，將其通斷狀態轉換成相應的高、低電平，同時還要考慮對信號進展濾波、保護、消除觸點抖動，以及進展信號隔離等問題。2.3 簡述兩種硬件消抖電路的工作原理。采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用

8、積分電路將抖動的高頻局部濾出，其次利用施密特觸發器整形。采用RS觸發器的硬件消抖電路，主要是利用RS觸發器的保持功能實現消抖。2.4 簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用。光電耦合器由封裝在一個管殼的發光二極管和光敏三極管組成，如以下圖所示。輸入電流流過二極管時使其發光，照射到光敏三極管上使其導通，完成信號的光電耦合傳送，它在過程通道中實現了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。光電耦合器電路圖2.5 模擬量輸入通道由哪些局部組成？各局部的作用是什么？模擬量輸入通道一般由I/V變換、多路轉換器、采樣保持器、A/D轉換器、接口及控制邏輯電路組成。(1)I/V變換：提高了信號遠距離傳遞過程中的抗干

9、擾能力，減少了信號的衰減，為與標準化儀表和執行機構匹配提供了方便。(2)多路轉換器：用來切換模擬電壓信號的關鍵元件。(3)采樣保持器：A/D轉換器完成一次A/D轉換總需要一定的時間。在進展A/D轉換時間，希望輸入信號不再變化，以免造成轉換誤差。這樣，就需要在A/D轉換器之前參加采樣保持器。(4)A/D轉換器：模擬量輸入通道的任務是將模擬量轉換成數字量，能夠完成這一任務的器件，稱為之模/數轉換器(Analog/Digital Converter，簡稱A/D轉換器或ADC)。2.6 對理想多路開關的要什么？理想的多路開關其開路電阻為無窮大，其接通時的導通電阻為零。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽

10、命長、工作可靠。2.7 采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數據采集系統的影響。采樣保持器的作用：A/D轉換器完成一次A/D轉換總需要一定的時間。在進展A/D轉換時間，希望輸入信號不再變化，以免造成轉換誤差。這樣，就需要在A/D轉換器之前參加采樣保持器。保持電容對數據采集系統采樣保持的精度有很大影響。保持電容值小，則采樣狀態時充電時間常數小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的跟隨特性好，但在保持狀態時放電時間常數也小，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好，但跟隨特性差。2.8 在數據采樣系統中，是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器？為什么？不是，對于輸入信號

11、變化很慢，如溫度信號；或者A/D轉換時間較快，使得在A/D轉換期間輸入信號變化很小，在允許的A/D轉換精度，就不必再選用采樣保持器。2.9 A/D轉換器的完畢信號有什么作用？根據該信號在I/O控制中的連接方式，A/D轉換有幾種控制方式？它們在接口電路和程序設計上有什么特點？A/D轉換器的完畢信號的作用是用以判斷本次AD轉換是否完成。常見的A/D轉換有以下幾種控制方式，各自特點如下延時等待法:EOC可不和I/O口連接，程序設計時，延時大于ADC轉換時間后，取數據。保持等待法:EOC與READY相連,EOC無效時,自動插入等待狀態。直至EOC有效時，取數據。查詢法: EOC可以和任意I/O口連接，

12、程序設計時，反復判斷EOC是否有效，直至EOC有效時，取數據。中斷響應法: EOC與外部中斷相連，AD轉換完畢后,發中斷申請,在中斷效勞程序中取數據。2.10 假設被測溫度變化圍為0oC1200oC，如果要求誤差不超過0.4oC，應選用分辨率為多少位的A/D轉換器？選擇依據：2.11 設計8路模擬量采集系統。請畫出接口電路原理圖，并編寫相應的8路模擬量數據采集程序。本例給出用8031、DAC0809設計的數據采集系統實例。把采樣轉換所得的數字量按序存于片RAM的30H37H單元中。采樣完一遍后停頓采集。其數據采集的初始化程序和中斷效勞程序如下：初始化程序：MOV R0，#30H ；設立數據存儲

13、區指針 MOV R2，#08H ；設置8路采樣計數值 SETB IT0 ；設置外部中斷0為邊沿觸發方式 SETB EA ；CPU開放中斷SETB E*0 ；允許外部中斷0中斷 MOV DPTR，#FEF8H ；送入口地址并指向IN0LOOP： MOV* DPTR，A ；啟動A/D轉換，A的值無意義HERE： SJMP HERE ；等待中斷中斷效勞程序： MOV* A，DPTR ；讀取轉換后的數字量 MOV R0，A ；存入片RAM單元 INC DPTR ；指向下一模擬通道 INC R0 ；指向下一個數據存儲單元 DJNZ R2，INT0 ；8路未轉換完，則繼續 CLR EA ；已轉換完，則關中

14、斷 CLR E*0 ；制止外部中斷0中斷 RETI ；中斷返回 INT0： MOV* DPTR，A ；再次啟動A/D轉換 RETI ；中斷返回2.12 模擬量輸出通道由哪幾局部組成？各局部的作用是什么？模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A轉換器、功率放大和V/I變換等信號調理電路組成。(1)D/A轉換器：模擬量輸出通道的核心是數/模轉換器(Digital/Analog Converter,簡稱D/A轉換器或DAC)。它是指將數字量轉換成模擬量的元件或裝置。(2)V/I變換：一般情況下，D/A轉換電路的輸出是電壓信號。在計算機控制系統中，當計算機遠離現場，為了便于信號的遠距離傳輸，減少由于傳輸帶

15、來的干擾和衰減，需要采用電流方式輸出模擬信號。許多標準化的工業儀表或執行機構，一般是采用010mA或420mA的電流信號驅動的。因此，需要將模擬電壓信號通過電壓/電流(V/I)變換技術，轉化為電流信號。2.13 采用74LS138、DAC0832運算放大器和CD4051等設計D/A轉換接口電路，設定DAC0832的端口地址為200H，CD4051的端口地址為201H。要求：1畫出D/A轉換接口電路；2編寫D/A轉換程序。解 (1) D/A轉換接口電路；地址線A9 A8A1 A0=1000時端口地址0200H，選通DAC0832地址線A9 A8A1 A0=1001時端口地址0201H 選通CD4

16、051 (2) 編寫D/A轉換程序。DOUT PROC NEAR MOV D*,200H MOV C*,8 MOV AH,0 MOV B*,OFFSET BUF NE*T: MOV AL,B* OUT D*,AL INC D* MOV AL,AH OUT D*,AL CALL DELAY INC AH DEC D*INC B*LOOP NE*TRETDOUT ENDP第三章3.1試求以下函數的z變換1解 由位移定理2解：3 由Z變換的性質 4解：5解 將F(S)展開成部份分式將上式進展z反變換并整理即得6 解： 將上式進展Z反變換得。3.2、試求以下函數的z反變換1解：查表可得 k=0,1,2,.2答： k=0,1,2,.3解：將F(z)/z展開為以下部份分式之和 留數法于是 z反變換即得： k=0,1,2,.4解： 用長除法可得 用局部分式法5 解：Z反變換得：3.3 求以下函數的終值。1解 2答： 3.4.用z變換法求解以下差分方程其中為單位階躍序列，系統輸出的初始條件為。解：對系統的差分方程進展Z變換，于是有由上式，系統的Z域表示式為 將以及初始條件代入并進展部份分式展開得對他們取Z反變換則可求得：系統的零輸入響應系統的零狀態響應故在輸入信號作用下，系統的時間響應為：3.5.線性離散系統的方框圖