計(jì)算機(jī)控制思考題

1、重點(diǎn)習(xí)題和思考題第 1 章 計(jì)算機(jī)控制習(xí)題概述1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性、離線方式、在線方式的含義答：生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式為在線方式；生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)連接，且不受計(jì)算機(jī)控制、而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式為離線方式。實(shí)時(shí)：信號的輸入、計(jì)算、輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成。2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由哪幾部分組成答：硬件組成：主機(jī)、IO 接口、通用外部設(shè)備、檢測元件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、操作臺。軟件組成：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。3、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是什么答：（1）綜合自動化，包括CIMS和CIPS; （2）網(wǎng)絡(luò)化；（3）智能化； （ 4）虛擬化；（5）綠色低碳化。第 2 章

2、 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)1、什么是總線、內(nèi)部總線、外部總線答： 總線是一種接口信號的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，提供通用的電平信號來實(shí)現(xiàn)各種電路信號的傳遞。內(nèi)部總線指微機(jī)內(nèi)部各功能模塊間進(jìn)行通信的總線。外部總線指用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其他智能外設(shè)之間的通信 線路2、哈佛結(jié)構(gòu)和馮諾伊曼結(jié)構(gòu)的區(qū)別答：馮諾伊曼結(jié)構(gòu)，程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲結(jié)構(gòu)；哈佛結(jié)構(gòu)程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲結(jié)構(gòu)。3、工控機(jī)和普通PC的區(qū)別答：機(jī)箱加固、防塵；工業(yè)電源，有時(shí)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(shù)和過程通道答：接口是計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備交換信息的橋梁， 包括輸入和

3、輸出接口；接口 技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間如何交換信息的技術(shù)；過程通道指在計(jì)算機(jī)和 生產(chǎn)過程之間設(shè)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(diào)理的作用，為什么需要量程變換，為什么需要I/U 變換答：現(xiàn)場過來的信號經(jīng)過放大、量程自動轉(zhuǎn)換、電流 /電壓轉(zhuǎn)換、濾波、線 性化、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的邏輯信號。多參數(shù)信號采集時(shí)，各路信號電流信號經(jīng)過長距離傳輸?shù)接?jì)算機(jī)接口電路， 經(jīng)過I/U變換成電壓信號才能 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入計(jì)算機(jī)被處理。3、利用8255A、AD574 LF398、CD4051和51單片機(jī)接口，設(shè)計(jì)出 8路模 擬量采集系統(tǒng)，畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)的程序。曰一

4、drOrg 1000HMOVDPTR#2000H（數(shù)據(jù)首地址）MOVR7#08H（8個通道）MOVR0#7EH （C 口地址）MOVR2#C0H （通道0開始地址）MAINMOVAR2MOVXR0A（啟動A/D）MOVR1#7CH（ A 口）LOOP1:MOVXAR1ANLA#80H（檢測STS）JNZLOOP1MOVA#10HORLAR2MOVXR0AMOVXAR1ANLA#0FHMOVX DPTRAINCDPTRINCR1MOVXA 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/

5、D 轉(zhuǎn)換的精度，需要應(yīng)用采樣保持器；（ 2）同時(shí)采樣幾個模擬量，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和測量；（3）減少D/A轉(zhuǎn)換器的輸出毛刺，從而消除輸出電壓的峰值及縮短穩(wěn)定輸出值的建立時(shí)間；（4）把一個D/A轉(zhuǎn)換器的輸 出分配到幾個輸出點(diǎn)，以保證輸出的穩(wěn)定性。當(dāng)被測信號變化緩慢時(shí)，若A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間足夠短，可以不加采樣保持5、分別畫出DA轉(zhuǎn)換器的單極性和雙極性電壓輸出電路，分別推導(dǎo)輸出電 壓和輸入數(shù)字量之間的關(guān)系式?！?282x128 _Vg-Viht藜口 »爐-D «°6、什么是用模干擾和共模干擾如何抑制用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 波器抑制用

6、模干擾是一種常用的方法。（2）對于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的用模干擾，應(yīng) 對被測信號盡可能早的進(jìn)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(zhuǎn)換再進(jìn)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用模干擾。（4）利用數(shù)字濾波技術(shù)對 進(jìn)入計(jì)算機(jī)的用模干擾進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以有效濾去難以抑制的用模干擾。共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)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(fù)載和數(shù)字信號隔離，即“模擬地”與“數(shù)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

7、而得到抑制；（3）采用雙層屏蔽一浮地輸入方式。7、數(shù)字信號通道一般采取哪些抗干擾措施答：數(shù)字信號負(fù)邏輯傳輸；提高數(shù)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(dǎo)下面儀用放大器電路的放大倍數(shù)，并簡述該電路的特點(diǎn)，注意要寫 出推導(dǎo)過程。=解：UlU-U.-IL % ¥1tl - %UfltUg&=Jt £V -uR,UB = -r4 RM_ U«-11fflU口二41roi-u慎一 x,則：狐一 令該電路最大優(yōu)點(diǎn)是輸入阻抗高，共模抑制作用強(qiáng)，增益調(diào)節(jié)方便，并由于結(jié) 構(gòu)對稱，失調(diào)電壓和溫度漂移小，在傳感器微弱信號放大系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。第四

8、章順序控制和數(shù)字控制技術(shù)1、什么是順序控制順序控制系統(tǒng)有何特點(diǎn)指以預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間或條件為依據(jù)， 按預(yù)先規(guī)定好的動作次序，對控制過 程各階段順序地進(jìn)行自動化。1）順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量信號為主2）邏輯關(guān)系復(fù)雜3）控制程序客觀4）可靠性要求高2、什么是逐點(diǎn)比較法原理：每當(dāng)畫筆或刀具向某一方向移動一步，就進(jìn)行一次偏差計(jì)算和 偏差判別，也就是到達(dá)新的點(diǎn)位置和理想線型上對應(yīng)點(diǎn)的理想位置坐標(biāo)之 間的偏離程度，然后根據(jù)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(yùn)動，起到步步逼近的效果。特點(diǎn)：1）逐點(diǎn)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

9、的最大誤差為一個脈沖當(dāng)量；2）只要把運(yùn)動步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達(dá)到精 度的要求。3、假設(shè)給定的加工曲線為第二象限的順時(shí)針圓弧AB,該圓弧所屬圓的圓心坐標(biāo)為（-1,2）,如圖所示，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算（步長為1）,完成下面表格。F>0: +Ax, F' =F+2x+3F<0: +Ay, F' =F+2y-3序 號偏差判 別進(jìn)給 方向偏差計(jì)算終點(diǎn) 判別0F0=0, x= -5 , y=2nxy=81F0=0+AxF1= F0+2x+3= -7 , x= -4 , y=2nxy = 72F1= -7<0+AyF2= F1+2y-3= -6 , x= -

10、4 , y=3nxy=63F2= -6<0+AyF3= F2+2y-3= -3 , x= -4 , y=4nxy = 54F3= -3<0+AyF4= F3+2y-3= 2 , x= -4 , y=5nxy=45F4= 2>0+AxF5= F4+2x+3= -3 , x= -3 , y=5nxy = 36F5= -3<0+AyF6= F5+2y-3= 4 , x= -3 , y=6nxy=27F6= 4>0+AxF7= F6+2x+3= 1 , x= -2 , y=6nxy=18F7= 1>0+AxF8= F7+2x+3= 0, x= -1 , y=6nxy

11、=09103、簡述反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)原理答：給處于錯齒狀態(tài)的相通電，轉(zhuǎn)子在電磁力作用下，將向磁導(dǎo)率最大的位 置轉(zhuǎn)動，趨于對齒狀態(tài)轉(zhuǎn)動。第五章數(shù)字控制器1、數(shù)字控制器模擬化設(shè)計(jì)方法有哪些步驟L設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器D(s)2 .選擇采樣周期T3 .將D(s)離散化為D(z)4 .設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制方法5 .校驗(yàn)2、寫出數(shù)字PID控制器的位置算式、增量算式，并簡述增量式優(yōu)點(diǎn)。T tTL)阻*)= &-總信一胡+m。0+kd e® -工£(上一 D4項(xiàng)上一切(1)計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動作影響小，必要時(shí)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

12、換時(shí)，必須首先使計(jì)算機(jī) 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， 這將給程序設(shè)計(jì)帶來困難。而增量設(shè)計(jì)只與本次的偏差值有關(guān)，與閥門原 來的位置無關(guān)，因而增量算法易于實(shí)現(xiàn)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(jìn)行累加，而且計(jì)算機(jī)的任何故障都會引起 P(k) 大幅度變化，對生產(chǎn)產(chǎn)生不利。不產(chǎn)生積分失控，所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。3、采樣周期的選擇需要考慮哪些因素(1)作用于系統(tǒng)的擾動信號頻率f no通常f n越高，要求采樣頻率 f s也要相應(yīng)提高，即采樣周期(T=2：t/fs )縮短。(2)對象的動態(tài)特性。當(dāng)系統(tǒng)中僅是慣性時(shí)間常數(shù)起作用時(shí)，

13、s>10CD mm, CDm為系統(tǒng)的通頻帶；當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時(shí)間P占有一定份量時(shí)， 應(yīng)該選擇T= T /10 ；當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時(shí)間T占主導(dǎo)作用時(shí)，可選擇T= T(3)測量控制回路數(shù)。測量控制回路數(shù) N越多，采樣周期T越長。若 采樣時(shí)間為r ,則采樣周期T> Nro(4)與計(jì)算字長有關(guān)。計(jì)算字越長，計(jì)算時(shí)間越多，采樣頻率就不能 太高。反之，計(jì)算字長較短，便可適當(dāng)提高采樣頻率。3、簡述離散化設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)步驟(1)由H0(s)和G(s)求取廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) HG(z)；(2)根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)的約束條件構(gòu)造閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) G(z)；(3)確定數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù) D

14、(z)；(4)由D(z)確定控制算法并編制程序。第六章 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)1、何謂系統(tǒng)誤差如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的全自動校準(zhǔn)答：系統(tǒng)誤差是指在相同條件下，經(jīng)過多次測量，誤差的數(shù)值(包括大小符號)保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差。2、某電阻爐溫變化范圍為0-1600 C,經(jīng)溫度變送器輸出電壓為 1-5V,再 經(jīng)AD574A專換,AD574A俞入電壓范圍為0-5V,當(dāng)采樣值為3D5H時(shí)，電阻爐溫 是多少解：3D5H=981;9814055-0x(5-O> = lJ2Ov1600 -05-1xQJM-p+0= $0+100 =8D3、數(shù)字濾波和模擬濾波相比有哪些優(yōu)點(diǎn)(1)由于數(shù)字濾波采用程

15、序?qū)崿F(xiàn)，所以無需增加任何硬設(shè)備, 可以實(shí)現(xiàn)多個通道共享一個數(shù)字濾波程序，從而降低了成本。(2)由于數(shù)字濾波器不需增加硬設(shè)備，所以系統(tǒng)可靠性高、 穩(wěn)定性好，各回路間不存在阻抗匹配問題。(3)可以對頻率很低(如的信號實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器 的缺陷。(4)可根據(jù)需要選擇不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù)。較改變模擬濾波器的硬件電路或元件參數(shù)靈活、方便。4、如何實(shí)現(xiàn)對輸入數(shù)字量和輸出數(shù)字量的軟件抗干擾輸入數(shù)字量：(1)干擾信號多呈毛刺狀，作用時(shí)間短，利用這一特點(diǎn)，對于輸入的數(shù)字 信號，可以通過重復(fù)采集的方法，將隨機(jī)干擾引起的虛假輸入狀態(tài)信號濾除掉。(2)若多次數(shù)據(jù)采集后，信號總是變化不定，則停止數(shù)

16、據(jù)采集并報(bào)警；或 者在一定米集時(shí)間內(nèi)計(jì)算出現(xiàn)高電平、低電平的次數(shù)，將出現(xiàn)次數(shù)高的電平做為 實(shí)際采集數(shù)據(jù)。對每次采集的最高次數(shù)限額或連續(xù)采樣次數(shù)可按照實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。輸出數(shù)字量：（ 1）當(dāng)系統(tǒng)受到干擾后，往往使可編程的輸出端口狀態(tài)發(fā)生變化，因此可 以通過反復(fù)對這些端口定期重寫控制宇、輸出狀態(tài)字，來維持既定的輸出端口狀態(tài)。（ 2）重復(fù)周期盡可能短，外部設(shè)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(yīng)，一個正確的，輸出信息又來到了，就可及時(shí)防止錯誤動作的 發(fā)生。（3）對于重要的輸出設(shè)備，最好建立反饋檢測通道，CPU!過檢測輸出信號來確定輸出結(jié)果的正確性，如果檢測到錯誤及時(shí)修正。5、什么是指

17、令冗余，如何實(shí)現(xiàn)。答： 在關(guān)鍵地方人為地插入一些單字節(jié)指令如NOP， 或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)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(tài)起重要作用的指令之前插入兩條NOP旨令，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(tài)起重要作用的指令的后面重復(fù)書寫這些指令，以確保這些指令的正確執(zhí)行。6、什么是軟件陷阱，如何實(shí)現(xiàn)。答：當(dāng)跑飛程序進(jìn)入非程序區(qū)（如EPRO陳使用的空間）或表格區(qū)時(shí)，可以利用軟件陷阱技術(shù)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(qū)；（2）未使用的大片 ROkK;（ 3）表

18、格（ 4）運(yùn)行程序區(qū)（ 5）中斷服務(wù)程序區(qū)第十章 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1、工業(yè)局域網(wǎng)常用的傳輸訪問控制方式有哪三種各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)答：CSMA/CD令牌環(huán)、令牌總線。CSMA/CD原理簡單，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，無需集中控制、不能提供優(yōu)先級控 制， 所有節(jié)點(diǎn)有平等競爭的能力，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不重情況下有較高效率，但負(fù)載較大時(shí)，分送信息的等待時(shí)間加長，效率顯著下降；令牌環(huán)：能提供可調(diào)整的訪問控制方式，有優(yōu)先權(quán)服務(wù)，有較強(qiáng)實(shí)時(shí)性，缺點(diǎn)是需要對令牌進(jìn)行維護(hù)，且空閑令牌的丟失將會降低環(huán)路的利用率，控制電路負(fù)載。令牌總線：吞吐能力大，吞吐量隨數(shù)據(jù)傳輸速率的提高而增加，控制功能不隨電纜線長度的增加而減弱，不需沖突檢測，有一定實(shí)時(shí)性。缺點(diǎn)節(jié)點(diǎn)獲得令牌的時(shí)間開銷較大，一般一個節(jié)點(diǎn)都需要等待多次無效的令牌傳送后才能獲得令牌。2、什么是現(xiàn)場總線有哪幾種典型的現(xiàn)場總線答： 現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。典型總線：FF、 LONWOR、KSPROFIBU、S HART、 CAN。3、工業(yè)以太網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)有哪些答： （ 1）通信實(shí)時(shí)性；（ 2）總線供電；（ 3）互操作性；（ 4）網(wǎng)絡(luò)生存性；（ 5）網(wǎng)絡(luò)安全性；（6）本質(zhì)安全和