微型計算機控制技術復習題答案

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9.9 積分

1. 微型計算機控制系統有哪些？ Pg4答：操作指導控制系統，直接數字控制系統，計算機監督系統，嵌入式系統， 物聯網系統，現場總線控制系統。2. 常用的工業控制機有幾種？它們各有什么作用？ Pgll答：單片微型計算機：是工業控制和智能化系統中應用最多的一種模式。一 般用于擴展接口，如A/D，D/A轉換接口，LED、LCD顯示接口擴展，再幵發一些應 用軟件，便可以用于工t控制。可編程邏輯控制器：目前從單機自動化到工廠自動化，從柔性制造系統、機 器人，到工業局域網都有用到。現場吋編程門陣列：可以實現動態配置，在線系統重構及硬件軟化，軟件硬 化等功能。工業PC機，完成STD總線工業控制機的檢測，控制，使程序設計變 得史加簡單，各種報表程序打印、數據處理曲線、工業控制流程閣，P1D柱形閣 像處理程序等。3. A/D和D/A轉換器在微型計算機控制系統中有什么作用？答：A/D的作用主要是把傳感器檢測到的模擬電信號轉換為數字電信號，方 便用于單片機屮進行處理。D/八的作用，在單片機處理完畢的數字量，冇時需要轉換為模擬信號輸出，D /A的作用正是川于把數字信號轉換為模擬信號。4. LH)數碼管的顯示方法有哪兩種？各有什么特點？ Pg81多位LED冇兩種顯示方法：動態顯示和靜態顯示。動態顯示使用的硬件少，價格低，線路簡單，但是占用機時長。靜態顯示使用元件多，線路復雜，但是顯示占用機時少，顯示可靠。5. 在人機接口技術中，鍵盤設計需解決的問題有哪些？如何實現防抖？ Pg55 答：按鍵的確認，屮鍵與連擊的處理，按鍵防抖動技術。防抖可以用兩種方法1. 硬件防抖：濾波防抖電路，雙穩態防抖電路2. 軟件防抖6. 算術平均濾波的具體方案是怎樣？該濾波方法主要適用于什么情況？ Pg248芥：算術平均值濾波是要尋找一個Y (k),使該值與各采樣值間誤差的平方和為最小，即：S=min (z)n 22L[y(0-X0]_ 1 N求得秘其中yot)-第k次N個采樣值的算術平均值；x(o-第i次采樣值；N-采樣次數。由此吋見:算術平均值濾波的實質就是把一個采樣周期內的N次采樣值相加, 然后把所得的數除以釆樣次數N，得到周期的采樣值。7. 位置型PID和增量型PID有什么區別？它們各有什么優缺點？答：(1)堉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，必要吋通過邏輯判 斷限制或禁止木次輸出，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。增量式算法的主要優勢體現在對積分環節的處理上，積 分作用的累加效果會影響到輸出的準確性。8. 在自動控制系統中飽和效應是如何產生？如何消除的？ Pg282答：飽和現象主要是由積分項引起的，所以也稱之為“積分飽和”。這種現 象是引起大幅度超調，使系統不穩定。消除積分飽和的方法冇以K三種：遇限削 羽積分法，有效偏差法，積分分離法。9. 試比較PID控制參數Kp、Ti、I'd和的大小對系統性能的影響？P1D控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行 控制的。比例(P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與 輸入誤差信號成比例關系。當僅冇比例控制吋系統輸出存在穩態誤差(Steady- state error) o積分(I)控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自 動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差 的或簡稱有差系統(System with Steady-state Error)。力了消除穩態誤差， 在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的 增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著吋間的增加而加大， 它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積 分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態盾無穩態誤差。微分(D)控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成 正比關系。自動控制系統在克服誤差的調節過程屮可能會出現振蕩甚至失穩。 其原因是由于存在有較大慣性組件(環節)或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，M:變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變 化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器屮僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是 放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢, 這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚 至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象, 比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程屮的動態特性。10. 微型機控制系統中時怎樣實現PWM電機調速的？ Pgldl答：在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加，電機斷電時，速度逐漸降低,只耍按一定規律，改變通斷時間，即可讓電機轉速得到控制。三、計算題1. 設某12位A/D轉換器的輸入電壓為0-+5V,其分辨率是多少？求當輸入模擬 量為下列值時的數字量：(1) 1.25V (2) 2V (3) 2. 5V (4) 3. 75V (5) 4V (6) 5V 解：分辨率=+=^^=0.001量化單位g = 貝IJ = 1 +數字量= ir 212 2'2 D 212 " q代入和應模擬量即可算出對應的數字量。2. 用8位DAC芯片組成雙極性電壓輸出電路，其參考電壓為-5V—+5V,其分辨 率是多少？求對應以下偏移的輸出電壓：(1) 10000000 (2) 01111111 (3)11111110解：分辨率=4 = 1=0.0371，先將偏移轉換為10進制，然后乘上分辨率，即 28 256可得到相應的輸出電壓。3. —個輸出頻率為60HZ的脈沖波電路，請計算其時間周期，并寫出時間常數解：T=l/f=l/60s4. 某溫度測量系統，測量儀表的量程為0—1200度，用一個12位D/A轉換器， 某采樣周期計算機經采樣后的數字量為90H，問此時對應的溫度為多少度？ 100 0度溫度時，測量顯示值時多少？(線性關系)答：根據題意，已知A0=0度，Ahf1200度，Nx=90H=144D,這里是12位D/八，N 144Nm=FFFHM095D, N0=0,根據公式A =(A -Ao)^ = 1200x = 42°v ° N/h 4095 當溫度是1000度時，N(Av-A0)Nw 1000x4095 (Aw-A0) = 12003413D = D55H5. 某溫度測量系統，測量儀表的量程為400—1200度，用一個8位D/A轉換器, 某釆樣周期計算機經采樣后的數字量為80H，問此時對應的溫度為多少度？ 600 度溫度時，測量顯示值時多少？(線性關系)解：略6. 設被測溫度變化范圍為0°C — 1200'C,如果求誤差不超過0.4°C,應選用分辨率為多少位的A/D轉換器(設ADC分辨率和精度一樣)=3000,2"2 3000所以11的值為12,應該選擇分辨率為12位的答：A/D轉換器0.41200-07. 某位移微機控制系統使用PID調節方法，采樣周期T=4ms, TI=20ms, TD=8ms, KP=0. 3,現場測得：EK=5mm, EK-l=8mm, EK_2=7mm,拭求 AP (k)答：AP(々)=P(k)-P(k-\) = Kp[￡(々)-￡(々一 1)] + &￡(幻 + 心)[E(k)-2￡(々-1) + 郵-2)jT 4其中^T o^ = /C^ = 0.3x- = 0.6代入式中可求AP(幻二-38.若某三相六拍控制的步進電機，其轉子齒數為80,步進角為多少(設脈沖當 量是0.01mm) ?假設用此電機帶動滾動絲杠，如果轉動48mm,用1秒鐘，每步 需多少時間？答：步進角Q360cNZ,其中/V = McC,這里是三相六拍，所以MC=3, C=2,3606x40=1.5°0 脈沖當量是 0.01mm，轉動 48mm,共轉動了 48/0. 01=4800次共用了 Is,所以每步的時問是1000000/4800=208us9.某A/D轉換器的轉換時間TCOrw=15us,問其最大采樣速率等于多少？對應的 輸入信號最高頻率為多少？答：最大釆樣速率=1/T次/us=66666次/s,對應輸入信號最高頻率是66. 66KHZ四、綜合題1. 微機控制系統電路原理圖之類的題型2. 綜合某系統說明該計算機控制的設計步驟 關?鍵?詞： 微型 計算機控制 技術 復習題 答案

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總結

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