計(jì)算機(jī)控制技術(shù)試卷參考答案

1、一、填空每空1分,共20分1、實(shí)時(shí)是指信號的輸入1分、計(jì)算1分和輸出都要在一定時(shí)間范圍那完成.在線是指計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程相連并受計(jì)算機(jī)限制.一個(gè)在線的系統(tǒng)不一定是1分一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng),但是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)必定是1分在線系統(tǒng).2、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有轉(zhuǎn)換時(shí)間1分、分辨率1分、線性誤差、量程及對基準(zhǔn)電源的要求等.3、數(shù)字量輸出接口元件74LS273的作用是對狀態(tài)輸出信號進(jìn)行鎖存1分.4、在計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中,當(dāng)串模干擾信號的頻率比被測信號頻率高時(shí),那么采用低通濾波器1分來抑制高頻率串模干擾.5、計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中,一般有五種地線,分別是模擬地1分、數(shù)字地1分、系統(tǒng)地1分、平安地1分和交流地.對它們采用的

2、接地方法是回流法單點(diǎn)接地1分.6、逐點(diǎn)比擬法是以階梯折線1分來逼近直線和圓弧,它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差是一個(gè)脈沖當(dāng)量.7、在ADC0809中,A、B、C三引腳的組合式用來選擇輸入通道1分.8、在PID限制中,微分的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能1分.9、無紋波系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間要增加假設(shè)干拍,增加的拍數(shù)等于Gz1分在單位圓內(nèi)的零點(diǎn)數(shù).D,=*.+5V1：VR2¥,10、在右圖中R1=100Q,R2=250,當(dāng)輸入電流I為420mA電流時(shí),輸出電壓V15V1分,Ic電容C的作用是濾波1分,二極管D的作用是限幅1分二、問做題共25分1、給出典型計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)原理圖并詳細(xì)闡述計(jì)算機(jī)限制

3、系統(tǒng)的工作步驟6A-1考生答題不得超過此線原理圖i3分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)檢測和輸入來自被控量的瞬時(shí)值.1分實(shí)時(shí)限制決策：對采集的被控量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理,并根據(jù)規(guī)定的限制規(guī)律決策將要采取的限制量.1分實(shí)時(shí)限制輸出：根據(jù)作出的限制決策,適時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出限制信號,在線實(shí)時(shí)完成限制任務(wù).1分2、在實(shí)際工程應(yīng)用中,PID限制器很容易產(chǎn)生積分飽和,闡述產(chǎn)生積分飽和的原因并給出實(shí)際應(yīng)用中抗積分飽和的方法6.答：當(dāng)系統(tǒng)長時(shí)間出現(xiàn)偏差或者偏差較大時(shí),限制器計(jì)算出的限制量超出D/A轉(zhuǎn)換器所能表示的范圍,如果此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到達(dá)極限位置,但是偏差仍然存在,由于積分的作用,PID限制器計(jì)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小,但

4、執(zhí)行結(jié)構(gòu)已無相應(yīng)動(dòng)作,這就導(dǎo)致積分飽和.4分實(shí)際中,消除積分飽和的常見方法時(shí)對限制器輸出進(jìn)行限幅,同時(shí)把積分作用切除1分.當(dāng)uk00H時(shí),取uk=00H,當(dāng)ukFFH時(shí),取uk=FFH3、工業(yè)限制過程中常采用的數(shù)字濾波主要有哪些并簡單表達(dá)它們的思想常見數(shù)字濾波方法有以下幾種:.1分6.1程序判斷濾波：根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)或生產(chǎn)工藝分析確定兩次采樣輸入信號之間可能出現(xiàn)的最大偏差,假設(shè)實(shí)際采樣偏差大于該最大偏差,那么說明信號受到嚴(yán)重干擾,應(yīng)去掉,反之,該此采樣信號有效.分為限幅濾波和限速濾波.1分2算術(shù)平均濾波：取N次采樣值的算術(shù)平均值作為本次采樣值.即1NYn=Xi2分Ni13加權(quán)平均濾波：算術(shù)平均濾波

5、中N次采樣值在結(jié)果中所占的比重是均等的,即加權(quán)因子為1/N.加權(quán)平均濾波是采用對不同時(shí)刻的采樣值賦予不同的加權(quán)因子.1分n1n1吊=工aiXn,其中0MaM1,且Zai=1i0i=04中值濾波：對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣N次N取奇數(shù),N不易太大,一般取3、5即可,然后把N次采樣值按從小到大排序,再取中間值作為本次采樣值.1分5慣性濾波一階滯后濾波：將模擬一階濾波器的傳遞函數(shù)離散化即可得慣性濾波的算法1分4、采樣保持器的電路原理如下圖7.1分析其工作原理；2答復(fù)下列問題：是否所有模擬量輸入通道中都需要采樣保持器,假設(shè)是,說明理由；假設(shè)不是,哪種情況下模擬量輸入通道中可以不要采樣保持器.(1)工作原理

6、：采樣時(shí),K閉合,VIN通過A1對CH快速充電,VOUT跟隨VIN(1.5分)；保持期間,K斷開,因A2的輸入阻抗高,VOUT=VC保持不變(1.5分).采樣器一旦進(jìn)入(1分)保持,馬上啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器,保證轉(zhuǎn)換期間輸入恒定(2)不是所有的模擬量輸入通道都需要采樣限制器(1分),當(dāng)被測信號變化緩慢且A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間足夠短時(shí),可以不加采樣器.(2分)三、計(jì)算題(共30分)51.求拉氏函數(shù)F(s)=f的z變換F(z)(7)s(s5)CiiGiC2解：F=7w嬴.(2分)2c11=limsF(s)=lims0s)0o51吧SF(切=吧5=-5(1分).(0.5分)c2二lim(s5)F(s)=s>

7、;-5所以：F(s)_+s25s5s511由于Z-sz-1z5Tz-eZ之=sTzMF.(3分)所以F(z)=Tz(z-1)25(z-1)5(z-e'T).(0.5分)2.求F(z)=11z3-15z26z(z-1)2(z-2)的Z反變換f(k)(8)解：G(z)=F(z)_11z2-15z6_C11.C12,C2z(z-1)2(z-2)(z-1)2z-1(z-2).(2分)c11=(z-1)2G(z)/八211z2-15z6=(z-1)2-z=1(z-1)2(z-2)=-2Zz1.(1分)21商“2Gd11z2-15z6dz(z-2)-9zj(1訂線考生答題不得超過此線一2一一/、i

8、/c、11z-15z+6八八c2=(z-2)G(z)=(z-2)2=202員/(z-1)2(z-2)z'那么G二Fzz11z2-15z6(z-1)2(z-2)-2920(z-1)2z-1(z-2)(1分)故F(z)=2z9z20z(z-1)2z-1(z-2)由于Z3卜"九六片1?麥卜2k分故ZF(z)=f(k)=-2k-9202k3.熱處理爐溫度變化范圍為01200oC,經(jīng)溫度變送器變換為15V電壓送至ADC0809,ADC0809的輸入范圍為05V.當(dāng)t=kT時(shí),ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果為5FH,問此時(shí)的爐內(nèi)溫度為多少度并寫出標(biāo)度轉(zhuǎn)換公式7解：A0=0,Am=120,1分1

9、、N0=255父一=51,Nm=255(2分)5Nx=5F(H)=95(D)Ax=Ao(Am-Ao)Nx-N0Nm-No95-51=0(1200-0)258.8255-514、某系統(tǒng)的連續(xù)限制器設(shè)計(jì)為Ds_U(s)E(s)制Dz,并給出位置型遞推限制算法.(8)A-5.(1分)(2分).(1分)1T1S小,試用雙線性變換法求數(shù)字控1T2s解：D(z)=(=D(s)E(z)')2zds-Tz12z-1.(1分)11二;THZ2Tz1.(1分)(T2T1)(T-2T1)z,(T2T2)(T-2T2)z化簡得：U(z-HIFU普E:z,E(z).(2分)故：uk_T-2T2T2T2u(k-1

10、)"e(k)9T2T2T2T2e(k-1)(2分)四、綜合設(shè)計(jì)題共25分1、采用8255的PA端口作為三相步進(jìn)的限制接口,并用直流SSR驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電機(jī),用電阻和電感表示步進(jìn)電機(jī)每相繞組.13分要求：1畫出接口電路原理圖；2列出步進(jìn)電機(jī)在三相雙三拍和三相六拍工作方式下的輸出限制字表.3假設(shè)該步進(jìn)電機(jī)車t子的齒數(shù)為40,求出該步進(jìn)電機(jī)工作在三相六拍方式下的步距角.解：1接口原理圖2雙三:存貯地址編AD18255PAis微型計(jì)算PAi如J:PA?DCf>CA司輸出字03H叫ftAftlD,西H相VDi06HAD2AD305H三相六拍工作方式下的限制字表如下：.3分存貯地址編號A口輸

11、出字AD101HAD203HAD302HAD406HAD504HAD605H叩r3603602°八、(3)33=3.(2分)NZ6*402、某一計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)中的廣義被控對象不含純滯后環(huán)節(jié),且其Z傳遞函數(shù)為3.6871(10718z)G(z)=,),采樣周期T=1s,要求針對單位速度輸入信號設(shè)計(jì)最(1-z)(1-0.368z)少拍無紋波限制器D(z).(12分)解：由G(z)的表達(dá)式可知,d=0,q=2,v=1,w=1,j=1,且j<q,(1分)要滿足無紋波設(shè)計(jì)的必要條件,故有m=w+d=1n=vj+q=2(1.5分)對單位速度輸入信號,選擇V44(z)=口(1aiz為(1z')qF1(z)=(1z)2(1+f11z,).(2分)i1和w6(z)=z上口(1-bizA)F2(z)=(1+0.718z)(f21z+f22z)i1.(2分)而e(z)=1-9(z).(1分)所以,有(1-z)2(1fnz4)=1-(10.718z,)(f21z,f22z,)展開得：f11-2=-f211-2f11=(f220.718f21)f11=-0.718f22解得：f11=0.592f21=1.408f22=-0.825.(1.5分)從而得：(z)=(1-z")2(1-0.592z4)中(z)=(10.718z')(1.408z,-0.825z&qu