第三章習題數線據總0E數據總線數據輸入程序，設芯片端口地址為300H#include<dos.h>;{}數據輸出程序，設向地址為300H的端口輸出64H的數據#include<stdio.h>{}3答：為了提高模擬量輸入信號的頻率范圍，以適應某些隨時間變化較快的信號的要求，可采用帶有保持電路的采樣器，即采樣保持器。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。4答：{outportb(0x303,0x92);//8255控制字10010010{return;{//取高8位初始化8255A,使8255A的A、B和C口都為輸出口。//為D/A準備數據。數據鎖存到第一級鎖存器。數據鎖存到第二級鎖存器。退出鎖存狀態。return;6答：無源I/U變換電路二極管限流、輸出保護，電容濾波，電阻R2將電流轉換為電壓。有源I/U變換電路電容濾波，電阻R1將電流轉換為電壓，同相放大電路將電壓轉為標準電壓。第四章習題1答：零階保持器法后向差分法得：y(k)=0.03e(k)+1.83y(k-1)-0.83y(雙線性變換法得(1)后向差分整理可得(2)雙線性變換法整理可得(3)需根據不同被控對象，結果不同。5答：由于微型計算機控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差值計算控制量，因此在微型計算機控制系統中，PID控制規律的實現只能采用數值逼近的方法。當采樣周期相當短時，用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID控制算法離散化，變為差分方程，以便于實現。要有相當短的采樣周期。采樣周期越小，離散后的數字控制器性能越接近原來的模擬調節器。6答：根據香農(Shannon)采樣定理，采樣周期必須滿足，其中為被采樣的連續信號的最高頻率。因此香農(Shannon)采樣定理給出了選擇采樣周期的上限。從理論上講，采樣周期越小，失真越小。但是從控制器本身而言，大都是依靠偏差信號e(k)進行調節計算的。當采樣周期T太小時，偏差信號e(k)也會過小，此時計算機將會失去調節作用，采樣周期T過長又會引起誤差。因此，采樣周期T的確定必須綜合考慮。影響采樣周期T的因素有：(1)加至被控對象的擾動頻率：擾動頻率愈高，采樣頻率也應相應提高，即采樣周期縮短。(2)對象的動態特性：根據被控對象的特性，快速系統的T應取小，反之取大些。(3)執行機構的類型：執行機構慣性大，采樣周期相應要大一些，否則，執行機構來不及反應控制(4)控制算法的類型：從計算機能精確執行控制算式來看，T應選大些。因為計算機字長有限，T過小，偏差e(k)可能很小，甚至為0,調節作用減弱，各微分、積分作用不明顯。7答：加上積分調節的目的主要用于消除靜差，提高系統的無差度。PI調節器對偏差的階躍響應除按比例變化的部分外，還有積分累計的部分。只要偏差不為零，則積分環節有累計輸出，以減小偏差，直至使偏差為零，系統達到穩態。積分作用的強弱取決于積分時間常數TI,TI越大，積分作用越弱，反之則越強。8答：積分調節作用的加入，雖然可以消除靜差，但卻降低了響應速度。為了加快響應速度，有必要在偏差出現或變化的瞬間，不但對偏差量作出及時反應(即P作用),而且對偏差量的變化速率作出反應，即按偏差變化的趨勢進行控制，使偏差消滅于萌芽狀態。PI控制。10答：(1)比例系數Kp對系統動態及穩態性能的影響增大比例系數Kp,將增強比例作用，一般將加快系統的響應，在系統有靜差的情況下，有利于減小靜差；但Kp過大時會使系統有較大的超調，并產生振蕩，使系統的穩定性變壞。值得說明的是，增大Kp只是減小靜差，卻不能完全消除靜差。(2)積分時間常數TI對系統動態及穩態性能的影響減小積分時間常數I,將增強積分作用，加快消除系統靜差，提高系統的控制精度；但TI太小，將會產生超調、并產生振蕩，使系統的穩定性變壞。(3)微分時間常數7D對系統動態及穩態性能的影響增大微分時間常數7D,將增強微分作用，減小超調量，縮短調節時間，改善動態性能。11答：(1)增量型算法不需做累加，計算誤差后產生的計算精度問題，對控制量的計算影響較小。位置型算法用到過去的誤差的累加，容易產生較大的累加誤差。(2)增量型算法得出的是控制的增量，誤動作影響小，必要時通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會影響系統的工作。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動作影響大。(3)采用增量型算法，易于實現手動到自動的無沖擊切換。12答：13答：根據數字PID控制器公式，整理可得14答：增大比例系數Kp,將增強比例作用，一般將加快系統的響應，在系統有靜差的情況下，有利于減小靜差；但Kp過大時會使系統有較大的超調，并產生振蕩，使系統的穩定性變壞。值得說明的是，增大Kp只是減小靜差，卻不能完全消除靜差。15答：在自動調節系統中，由于負載的突變，如開工、停工、或給定值的突變等，都會引起偏差的階躍，即|e(k)|增大。因而，計算出的位置式PID輸出u(k)將急驟增大或減小，以至超過閥門全開(或全關)時的輸入量umax(或umin)。此時的實際控制量只能限制在umax(或umin),而不是實際計算值。此時，雖然系統輸出u(k)在不斷上升，但由于控制量受到限制，其增加速度減慢，偏差e(k)將比正常情況下持續更長的時間保持在正值，使積分項有較大的積累值。當被控量超過給定值r(t)后，開始出現負偏差，但由于積分項累計值很大，還要經過相當一段時間之后，控制量u(k)才能脫離飽和區。這樣就使系統的輸出出現明顯的超調。很明顯，在位置式PID算法中，飽和現象主要是由積分項引起的，所以稱之為“積分飽和”。這種現象引起大幅度的超調，使系統不穩定。克服方法：遇限消弱積分法、積分分離法。16答：湊試法、實驗經驗法、歸一參數整定法等。湊試法：湊試法是通過模擬實驗或系統閉環運行(允許的條件下)記錄觀察系統對典型輸入信號的響應曲線，如階躍響應曲線。然后根據控制效果及各參數對系統的控制影響，反復湊試參數，以達到滿意的系統響應，從而確定PID控制參數。實驗經驗法：用湊試法確定PID參數，必須進行多次模擬或現場實驗，過程繁瑣。為了減少湊試次數，我們可以利用在PID參數選擇過程中取得的經驗，并根據一定的控制要求先做一些實驗，以獲得相應的基本參數，然后按照經驗公式，由這些基本參數推導計算出PID參數的經驗值。歸一參數整定法：只要整定一個參數Kp。改變Kp,觀察控制效果，直到滿意為止。該方法為實現簡易的自整定控制帶來方便17答：用差分法離散可得：u(k)=u(k-1)+a?e(k)-a?e(k-1)+a?e(k-2),,1答：數字控制器的模擬化設計步驟：第一步設計近似認為的模擬控制器D(s);第二步選擇采樣周期T;第三步將D(s)離散化為D(z);第四步設計由微型計算機實現的控制算法；第五步校驗。特點是這種方法在被控對象的特性不太清楚的情況下，人們可以充分利用技術成熟的連續控制系統設計技術(如PID控制器的設計技術),并把它移植到微型計算機上予以實現，以達到滿意的控制效果。但是模擬化設計技術要求相當短的采樣周期，因此只能實現較簡單的控制算法。數字控制器的直接設計步驟：第一步根據控制系統的性能指標要求和其它約束條件，確定所需的閉環脈沖傳遞函數φ(z);第二步求廣義對象的脈沖傳遞函數G(z);第三步求取數字控制器的脈沖傳遞函數D(z);第四步根據D(z),求取控制算法的遞推計算公式。特點是當所選擇的采樣周期比較大或對控制質量要求比較高時，必須從被控對象的特性出發，直接根據計算機控制理論(采樣控制理論)來設計數字控制器，這類方法稱為數字控制器的直接設計方法，或稱離散化設計方法。直接設計方法比模擬化設計方法具有更一般的意義，它完全是根據采樣系統的特點進行分析與綜合，并導出相應的控制規律。2答：所謂最少拍控制，就是要求閉環系統對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內達到無靜差的穩態。應滿足系統的準確性要求、快速性要求、穩定性要求及在物理上的可實現要求。3答：4答：5答：6答：(3)有波紋=0.54z-1-0.32z-2+0.40z3-0.12z?+0無波紋=0.38z-1+0.02z-2+0.09z-3+0.09z?+.(4)有波紋無波紋8答：10答：11答：系統滿足無紋波設計的必要條件，12答：13答：缺點：對不同輸入類型的適應性差、對被控對象參數變化過于敏感、控制作用易超出限定范圍。14答：如果φ。(z)的極點在z平面的負實軸上，且與z=一1點相近，那么數字控制器的輸出序列u(k)中將含有這兩種幅值相近的瞬態項，而且瞬態項的符號在不同時刻是不相同的。當兩瞬態項符號相同時，數字控制器的輸出控制作用加強，符號相反時，控制作用減弱，從而造成數字控制器的輸出序列大幅度波動。振鈴現象會增加執行機構的磨損。先找出D(z)中引起振鈴現象的因子(z=一1附近的極點),然后令其中的z=1,根據終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩態值。有振鈴現象，消除振鈴可得16答：對象是一階的，根據書上公式整理可得無振鈴現象。17答：對象是一階的，根據書上公式整理可得無振鈴現象。1答：設計一種能夠自動地補償在模型階次、參數和輸入信號方面非預知變化的控制器。這就是自適應控制的任務。自適應控制系統需要不斷地測量系統的狀態性能或參數，利用系統當前的運行指標與期望的指標相比較，進而作出決策以改變控制器的結構、參數或根據自適應律來改變控制作用，以保證系統運行在某種意義下的最優或次最優狀態。2答：模型參考自適應控制系統：在這個系統中，采用了一個稱為參考模型的輔助系統。加到可調系統的參考輸入r同時也加到這個參考模型輸入端，參考模型的輸出或狀態可以用期望的性能指標設計。為了比較期望的性能指標和可調系統實測的性能指標，可用減法器將參考模型和可調系統的輸出或狀態直接相減，得到廣義誤差信號e。自適應機構按一定的規則利用廣義誤差信號來修改可調系統的調節器參數，或產生一個輔助輸入信號，使廣義誤差的某個泛函指標達到極小。當可調系統特性與參考模型特性漸近逼近，廣義誤差就趨于極小或下降為零，調節過程結束。自校正控制系統：這類系統的特點是必須對過程或被控對象進行在線辨識(遞推參數估計),然后用過程參數的估計值和事先規定的性能指標，在線地綜合出調節器的控制參數，并根據此控制參數產生的控制作用對被控對象進行控制。經過多次的辨識和綜合調節參數，使系統的性能指標漸近地趨于最優。3答：與PID控制相比，模糊控制的優點：(1)模糊控制可以應用于具有非線性動力學特征的復雜系統。(2)模糊控制不用建立對象精確的數學模型。(3)模糊控制系統的魯棒性好。(4)模糊控制是以人的控制經驗作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法。4答：模糊控制器的設計步驟如下。模糊控制器的結構、定義輸入、輸出模糊集、定義輸入、輸出隸屬函數、建立模糊控制規則、建立模糊控制表、模糊推理、精確化過程。5答：自適應PID控制其控制效果的好壞取決于辨識模型的精確度，這對于復雜系統是非常困難的。模糊自適應PID控制運用模糊數學的基本理論和方法，把規則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規則及有關信息(如評價指標、初始PID參數等)作為知識存入計算機知識庫中，然后計算機根據控制系統的實際響應情況(即專家系統的輸入條件),運用模糊推理，即可自動實現對PID參數的最佳調整。1答：問題定義、程序設計、手編程序、查錯、測試。2答：節約硬件成本、可靠穩定、功能強、方便靈活、不會丟失原始數據。4答：為了保證測量參數能有線性輸出，需要引入非線性補償，將非線性關系轉化成線性的，這種轉化過程稱為線性化處理。方法有：計算法、插值逼近法、折線近似法。當參數間的非線性關系可以用數學方程式來表示時，采用計算法。當參數間的非線性關系以某種數據表格給出，采用插值逼近法。當參數間的非線性關系以某種曲線描述出來，采用折線近似法。//函數名：ComplexFilter//出口參數：濾波值//描述：先排序，后求和，再取平均{{//定義臨時中間變量//6次循環//如果前一個數大于后一個數，則相互交換數值temp=temp+*(X+i)//求中間3個采樣值的累加和returntemp;//返回平均值6答：//入口參數：Xn-過去采樣值，Yn1-當前采樣值，Zn1-當前采樣值//出口參數：濾波值//描述：按公式計算濾波值，并返回doubleFilter(doubleYn1,doubl{//函數名：Line//入口參數：U-輸入量//出口參數：線性化值//描述：按公式線性化，并返回doubleLine(doubleU){是否否否是是是//入口參數：*Y-采樣值地址//出口參數：遇限削弱PID算法的結果//比例系數//積分系數//微分系數//控制器輸出上限//控制器輸出下限//設定值//前一次計算控制量輸出doubleWeakenedPID(doubledoubleresul//求取偏差//k時刻的比例項//k時刻的積分項result=PPk+PIk+PDk;//計算積分項}(2)MCGS(MonitorandControlGen循C/VB語言規范。它與編程語言相關，6答：用來分配、管理和監控用戶對WinCC組態系統和運行系統的訪問權限。第九章習題1答：安全性與可靠性、操作維護方便、實時性強、通用性好。2答：分析問題和確定任務、系統總體設計、硬件設計、軟件設計。3答：(1)模擬信號輸人范圍、被采集信號的分辨率。(3)模擬輸入信號的特性是什么,是否經過濾波，信號的最高頻率是多少。4答：/*編譯環境：Keil7.50Ac51*//**********************************************/*********************************包含頭文件********************************//*********************************數碼管表格********************************//******************************************************************函數功能：延時子程序入口參數：出口參數:*******************************************************************}入口參數:i{}入口參數：出口參數：voidkeyscan(voi//掃描第一行{//掃描第四行{函數功能：主程序入口參數：出口參數:第十章習題1答：固有可靠性、工作可靠性、可靠度、失效率、平均壽命、平均修復時間和利用率。2答：構成電磁干擾必須同時具備三個要素：電磁干擾源、電磁干擾的耦合途徑、電磁干擾的敏感設備4答：(1)DCS是個大系統，其控制器功能強，而且在系統中的作用十分重要，數據公路更是系統的關鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理2~5次，提高到FCS的每秒10~20次，從而改善調節性能。(7)與(6)同樣理由，FCS可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等，同時也節省了設計、安裝和維護費用，有專家認為可以節省6