計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題詳解

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題詳解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題詳解計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題詳解第一章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)歸納習(xí)題參照答案1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程是如何的?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個(gè)步驟：及時(shí)數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時(shí)價(jià)進(jìn)行檢測，并輸入給計(jì)算機(jī)。及時(shí)決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行解析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。及時(shí)控制：依據(jù)決策，合時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。及時(shí)、在線方式和離線方式的含義是什么？及時(shí)：所謂“及時(shí)”，是指信號的輸入、計(jì)算和輸出都是在一準(zhǔn)時(shí)間范圍內(nèi)完成的，即計(jì)算機(jī)對輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行辦理，并在必定的時(shí)間內(nèi)作出反響并進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間就會失掉控制機(jī)遇，控制也就失掉了意義?！霸诰€”方式：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，假如生產(chǎn)過程設(shè)備直接與計(jì)算機(jī)連接，生產(chǎn)過程直接受計(jì)算機(jī)的控制，就叫做“聯(lián)機(jī)”方式或“在線”方式?！半x線”方式：若生產(chǎn)過程設(shè)備不直接與計(jì)算機(jī)相連接，其工作不直接受計(jì)算機(jī)的控制，而是經(jīng)過中間記錄介質(zhì)，靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式，則叫做“脫機(jī)”方式或“離線”方式。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分構(gòu)成？各部分的作用是什么？由四部分構(gòu)成。主機(jī)：這是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，經(jīng)過接口它可以向系統(tǒng)的各個(gè)部發(fā)散出各種命令，同時(shí)對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測及辦理。主機(jī)的主要功能是控制整個(gè)生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算(如調(diào)理規(guī)律運(yùn)算、最優(yōu)化計(jì)算等)和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出控制決策；對生產(chǎn)過程進(jìn)行督查，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進(jìn)行展望和報(bào)警；編制生產(chǎn)技術(shù)報(bào)告，打印制表等等。圖1.1微機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖輸入輸出通道：這是微機(jī)和生產(chǎn)對象之間進(jìn)行信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)變換成微機(jī)可以接收的數(shù)字代碼。過程輸出通道把微機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，變換成可以對生產(chǎn)對象進(jìn)行控制的信號。過程輸入輸出通道包含模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。(3)外面設(shè)備：這是實(shí)現(xiàn)微機(jī)和外界進(jìn)行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包含人機(jī)聯(lián)系設(shè)備(操作臺)、輸入輸出設(shè)備(磁盤驅(qū)動(dòng)器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等)和外存貯器(磁盤)。此中操作臺應(yīng)具備顯示功能，即依據(jù)操作人員的要求，能馬上顯示所要求的內(nèi)容；還應(yīng)有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺還要保證即使操作錯(cuò)誤也不會造成惡劣結(jié)果，即應(yīng)有保護(hù)功能。檢測與執(zhí)行機(jī)構(gòu)丈量變送單元：在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了采集和丈量各種參數(shù)，采納了各種檢測元件及變送器，其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量變換成電量，比方熱電偶把溫度變換成mV信號；壓力變送器可以把壓力變換變成電信號，這些信號經(jīng)變送器變換成一致的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號(0～5V或4～20mA)后，再送入微機(jī)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：要控制生產(chǎn)過程，一定有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是依據(jù)微機(jī)輸出的控制信號，改變輸出的角位移或直線位移，并經(jīng)過調(diào)理機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程吻合預(yù)約的要求。比方，在溫度控制系統(tǒng)中，微機(jī)依據(jù)溫度的偏差計(jì)算出相應(yīng)的控制量，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(調(diào)理閥)來控制進(jìn)入加熱爐的煤氣(或油)量以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的溫度值。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、液動(dòng)平和動(dòng)等控制形式，也有的采納馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件有什么作用？說出各部分軟件的作用。軟件是指可以完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和。整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)作，都是在軟件的指揮下協(xié)調(diào)進(jìn)行的，所以說軟件是微機(jī)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)。就功能來分，軟件可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)軟件：它是由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者供給的特地用來使用和管理計(jì)算機(jī)的程序。對用戶來說，系統(tǒng)軟件不過作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具，是不需要自己設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)軟件包含：操作系統(tǒng)：即為管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等；診斷系統(tǒng)：指的是調(diào)理程序及故障診斷程序；開發(fā)系統(tǒng)：包含各種程序設(shè)計(jì)語言、語言辦理程序(編譯程序)、服務(wù)程序(裝置程序和編寫程序)、模擬主系統(tǒng)(系統(tǒng)模擬、仿真、移植軟件)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等；信息辦理：指文字翻譯、企業(yè)管理等。應(yīng)用軟件:它是面向用戶自己的程序，即指由用戶依據(jù)要解決的實(shí)質(zhì)問題而編寫的各種程序。應(yīng)用軟件包含：過程督查程序：指巡回檢測程序、數(shù)據(jù)辦理程序、上下限檢查及報(bào)警程序、操作面板服務(wù)程序、數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序、判斷程序、過程解析程序等；過程控制計(jì)算程序：指的是控制算法程序、事故辦理程序和信息管理程序，此中信息管理程序包含信息生成調(diào)換、文件管理及輸出、打印、顯示程序等；公共服務(wù)程序：包含基本運(yùn)算程序、函數(shù)運(yùn)算程序、數(shù)碼變換程序、格式編碼程序。數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用于資料管理、存檔和檢索，相應(yīng)軟件設(shè)計(jì)指如何成立數(shù)據(jù)庫以及如何盤問、顯示、調(diào)用和更正數(shù)據(jù)等。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特色是什么？微機(jī)控制系統(tǒng)與老例的自動(dòng)控制系統(tǒng)對比，擁有以下特色：控制規(guī)律靈巧多樣，改動(dòng)方便控制精度高，克制擾動(dòng)能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯示，控制效率高控制與管理一體化，進(jìn)一步提升自動(dòng)化程度操作指導(dǎo)、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何差異和聯(lián)系？操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)依據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行辦理，計(jì)算出各控制量應(yīng)有的較適合或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參照，這時(shí)計(jì)算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用。其原理框圖如圖1.2所示。圖1.2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)原理框圖(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)

(DDC系統(tǒng))：DDC(DirectDigitalControl)

系統(tǒng)就是經(jīng)過檢測元件對一個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，再進(jìn)行控制運(yùn)算，而后經(jīng)過輸出通道控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到預(yù)約的要求。

DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中最廣泛的一種應(yīng)用形式。其原理框圖如圖

1.3所示。圖1.3DDC系統(tǒng)原理框圖(3)計(jì)算機(jī)督查控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(SupervisoryComputerControl)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更湊近生產(chǎn)變化的實(shí)質(zhì)狀況，因?yàn)樵贒DC系統(tǒng)受騙算機(jī)不過取代模擬調(diào)理器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不可以運(yùn)轉(zhuǎn)在最正確狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不但可以進(jìn)行給定值控制，而且還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。SCC系統(tǒng)的原理框圖如圖1.4所示。圖1.4SCC系統(tǒng)原理框圖SCC是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨向是什么？大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提升了計(jì)算機(jī)的靠譜性和性能價(jià)格比，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也愈來愈廣泛。為更好地適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以滿足對計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)提出的愈來愈高的要求，目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨向有以下幾個(gè)方面。普及應(yīng)用可編程序控制器采納集散控制系統(tǒng)研究和發(fā)展智能控制系第二章輸入輸出過程通道習(xí)題參照答案什么是過程通道？過程通道有哪些分類？過程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳遞和變換的連接通道。按信息傳達(dá)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；按所傳達(dá)和交換的信息來分，過程通道又可分為數(shù)字量過程通道和模擬量過程通道。數(shù)字量過程通道由哪些部分構(gòu)成？各部分的作用是什么？數(shù)字量過程通道包含數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路、并行接口電路和準(zhǔn)時(shí)計(jì)數(shù)電路等構(gòu)成。數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼電路等構(gòu)成。此中：輸入調(diào)理電路未來自控制裝置或生產(chǎn)過程的各種開關(guān)量，進(jìn)行電平變換，將其通斷狀態(tài)變換成相應(yīng)的高、低電平，同時(shí)還要考慮對信號進(jìn)行濾波、保護(hù)、除掉觸點(diǎn)抖動(dòng)，以及進(jìn)行信號隔斷等問題。簡述兩種硬件消抖電路的工作原理。采納積分電路的硬件消抖電路，第一利用積分電路將抖動(dòng)的高頻部分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形。采納RS觸發(fā)器的硬件消抖電路，主若是利用RS觸發(fā)器的保持功能實(shí)現(xiàn)消抖。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(gè)管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成，如圖2.1所示。輸入電流流過二極管時(shí)使其發(fā)光，照耀到光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號的光電耦合傳遞，它在過程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完整隔斷。圖2.1光電耦合器電路圖模擬量輸入通道由哪些部分構(gòu)成？各部分的作用是什么？模擬量輸入通道一般由I/V變換、多路變換器、采樣保持器、A/D變換器、接口及控制邏輯電路構(gòu)成。(1)I/V變換：提升了信號遠(yuǎn)距離傳達(dá)過程中的抗攪亂能力，減少了信號的衰減，為與標(biāo)準(zhǔn)化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)般配供給了方便。多路變換器：用來切換模擬電壓信號的要點(diǎn)元件。(3)采樣保持器：A/D變換器完成一次A/D變換總需要必定的時(shí)間。在進(jìn)行換偏差。這樣，就需要在A/D變換器從前加入采樣保持器。

A/D

變換時(shí)間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，省得造成轉(zhuǎn)(4)A/D

變換器：模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量變換成數(shù)字量，

可以完成這一任務(wù)的器件，

稱為之模

/數(shù)變換器(Analog/DigitalConverter，簡稱A/D變換器或ADC)。對理想多路開關(guān)的要求是什么？理想的多路開關(guān)其開路電阻為無量大，其接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。其余，還希望切換速度快、噪音小、壽命長、工作靠譜。采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響。采樣保持器的作用：A/D變換器完成一次A/D變換總需要必定的時(shí)間。在進(jìn)行

A/D變換時(shí)間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，省得造成變換偏差。這樣，就需要在A/D變換器從前加入采樣保持器。保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時(shí)充電時(shí)間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的隨從特征好，但在保持狀態(tài)時(shí)放電時(shí)間常數(shù)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，但隨從特征差。在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，能否是全部的輸入通道都需要加采樣保持器？為何？不是，對于輸入信號變化很慢，如溫度信號；也許A/D變換時(shí)間較快，使得在

A/D變換時(shí)期輸入信號變化很小，在同意的

A/D變換精度內(nèi)，就不用再采納采樣保持器。9.A/D

變換器的結(jié)束信號有什么作用？依據(jù)該信號在

I/O

控制中的連接方式，

A/D變換有幾種控制方式？它們在接口電路和程序設(shè)計(jì)上有什么特色？A/D變換器的結(jié)束信號的作用是用以判斷本次

AD變換能否完成。常有的

A/D變換有以下幾種控制方式，各自特色以下?延時(shí)等候法

:EOC可不睦

I/O

口連接，程序設(shè)計(jì)時(shí)，延時(shí)大于

ADC變換時(shí)間后，取數(shù)據(jù)。?保持等候法

:EOC與READY相連,EOC無效時(shí),自動(dòng)插入等候狀態(tài)。直至

EOC有效時(shí)，取數(shù)據(jù)。?盤問法

:EOC可以和任意

I/O

口連接，程序設(shè)計(jì)時(shí)，屢次判斷

EOC能否有效，直至

EOC有效時(shí)，取數(shù)據(jù)。?中斷響應(yīng)法:EOC與外面中斷相連，AD變換結(jié)束后,發(fā)中斷申請,在中斷服務(wù)程序中取數(shù)據(jù)。ooo10.設(shè)被測溫度變化范圍為0C~1200C,假如要求偏差不超出0.4C,應(yīng)采納分辨為多少位的A/D變換器？選擇依照：nlog112001220.411.設(shè)計(jì)出8路模擬量采集系統(tǒng)。請畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)的8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序。本例給出用8031、DAC0809設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例。把采樣變換所得的數(shù)字量挨次存于片內(nèi)RAM的30H~37H單元中。采樣完一遍后停止采集。其數(shù)據(jù)采集的初始化程序和中斷服務(wù)程序以下：初始化程序：

MOVR0，#30H

；成立數(shù)據(jù)儲存區(qū)指針MOVR2

，#08H

；設(shè)置

8路采樣計(jì)數(shù)值SETBIT0

；設(shè)置外面中斷

0為邊緣觸發(fā)方式SETBEA

；CPU開放中斷

SETBEX0

；同意外面中斷

0中斷MOVDPTR，#FEF8H；送進(jìn)口地址并指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D變換，A的值無心義HERE：SJMPHERE；等候中斷中斷服務(wù)程序：MOVXA，@DPTR；讀取變換后的數(shù)字量MOV@R0，A；存入片內(nèi)RAM單元INCDPTR；指向下一模擬通道INCR0；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)儲存單元DJNZR2，INT0；8路未變換完，則連續(xù)CLREA；已變換完，則關(guān)中斷CLREX0；嚴(yán)禁外面中斷0中斷RETI；中斷返回INT0：MOVX@DPTR，A；再次啟動(dòng)A/D變換RETI；中斷返回12.模擬量輸出通道由哪幾部分構(gòu)成？各部分的作用是什么？模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A變換器、功率放大和V/I變換等信號調(diào)理電路構(gòu)成。(1)D/A變換器：模擬量輸出通道的核心是數(shù)/模變換器(Digital/AnalogConverter,簡稱D/A變換器或DAC)。它是指將數(shù)字量變換成模擬量的元件或裝置。(2)V/I變換：一般狀況下，D/A變換電路的輸出是電壓信號。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)離現(xiàn)場，為了便于信號的遠(yuǎn)距離傳輸，減少因?yàn)閭鬏攷淼臄噥y和衰減，需要采納電流方式輸出模擬信號。好多標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般是采納0～10mA或4～20mA的電流信號驅(qū)動(dòng)的。所以，需要將模擬電壓信號經(jīng)過電壓/電流(V/I)變換技術(shù)，轉(zhuǎn)變成電流信號。采納DAC0832和PC總線工業(yè)控制機(jī)接口。請畫出接口電路原理圖，并編寫產(chǎn)生三角波、梯形波和鋸齒波的程序。本章作業(yè)＋5VILEVCCVREF數(shù)據(jù)總線DI7R8086CPUD～Dfb70地址線DI0IOUT1－地DAC0832AUo址Y0IOUT2＋CS譯M/IOWR2碼XFERDGNDWRWR1AGND設(shè)計(jì)一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng)。要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測，儲存10組數(shù)據(jù)，輸數(shù)據(jù)為電壓信號（0-5V），檢測精度<1%。CPU、AD、DA可任選。第三章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)習(xí)題參照答案3.1.什么是數(shù)控程序控制？數(shù)字程序控制有哪幾種方式？所謂數(shù)控程序控制是計(jì)算機(jī)依據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作序次、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。數(shù)字程序控制方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制和輪廓的切削控制。3.2.什么是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法？直線插補(bǔ)計(jì)算過程和圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程各有哪幾個(gè)步驟？逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算，就是在某個(gè)坐標(biāo)方向上每走一步（即輸出一個(gè)進(jìn)給脈沖），就作一次計(jì)算，將實(shí)質(zhì)進(jìn)給地址的坐標(biāo)與給定的軌跡進(jìn)行比較，判斷其偏差狀況，依據(jù)偏差，再?zèng)Q定下一步的走向（沿X軸進(jìn)給，還是沿Y軸進(jìn)給）。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是以階梯折線來迫近給定直線或圓弧曲線，最大迫近偏差不超出數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)脈沖當(dāng)量（每走一步的距離，即步長）。直線插補(bǔ)計(jì)算過程的步驟以下：(1)偏差鑒識：即鑒識前一次進(jìn)給后的偏差值Fm是最大于等于零，還是小于零；坐標(biāo)進(jìn)給：即依據(jù)偏差判斷的結(jié)堅(jiān)決定進(jìn)給方向，并在該方向長進(jìn)給一步；偏差計(jì)算：即計(jì)算進(jìn)給后的新偏差值Fm+1，作為下一步偏差判其余依照；終點(diǎn)鑒識：即若已到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)，則重復(fù)上述步驟。圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程的步驟以下：偏差鑒識坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)鑒識若加工第一象限直線OA，起點(diǎn)O（0，0），終點(diǎn)A（11，7）。要求：按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算；作出走步軌跡圖，并注明進(jìn)給方向和步數(shù)。解：由題意可知xe=11,ye=7，F(xiàn)0=0，我們設(shè)置一個(gè)總的計(jì)數(shù)器Nxy,其初值應(yīng)為Nxy=|7-0|+|11-0|=18，則插補(bǔ)計(jì)算過程如表3—1所示。依據(jù)插補(bǔ)計(jì)算過程表所作出的直線插補(bǔ)走步軌跡圖以以下圖所示。表3—1步數(shù)偏差鑒識坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)鑒識起點(diǎn)F0=0Nxy=181F0=0+XF1=F0-ye=-7Nxy=172F1<0+YF2=F1+xe=4Nxy=163F2>0+XF3=F2-ye=-3Nxy=154F3<0+YF4=F3+xe=8Nxy=145F4>0+XF5=F4-ye=1Nxy=136F5>0+XF6=F5-ye=-6Nxy=127F6<0+YF7=F6+xe=5Nxy=118F7>0+XF8=F7-ye=-2Nxy=109F8<0+YF9=F8+xe=9Nxy=910F9>0+XF10=F9-ye=2Nxy=811F10>0+XF11=F10-ye=-5Nxy=712F11<0+YF12=F11+xe=6Nxy=613F12>0+XF13=F12-ye=-1Nxy=514F13<0+YF14=F13+xe=10Nxy=415F14>0+XF15=F14-ye=3Nxy=316F15>0+XF16=F15-ye=-4Nxy=217F16<0+YF17=F16+xe=7Nxy=118F17>0+XF18=F16-ye=0Nxy=03.5.設(shè)加工第一象限的圓弧AB，起點(diǎn)A（6，0），終點(diǎn)B（0，6）。要求：按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算；作出走步軌跡圖，并注明進(jìn)給方向和步數(shù)。解：插補(bǔ)計(jì)算過程如表3—2所示。終點(diǎn)鑒識仍采納第二種方法，設(shè)一個(gè)總的計(jì)數(shù)器Nxy，每走一步便減1操作，當(dāng)Nxy=0時(shí)，加工到終點(diǎn)，插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束。以下圖為插補(bǔ)過程中的走步軌跡。表3—2步數(shù)偏差鑒識坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)鑒識起點(diǎn)F0=0x0=6,y0=0Nxy=121F0=0-XF1=0-12+1=-11x1=5,y1=0Nxy=112F1<0+YF2=-11+0+1=-10x2=5,y2=1Nxy=103F2<0+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y3=2Nxy=943+Y4=-7+4+1=-2x4=5,y4=3xyF<0FN=85F4<0+YF5=-2+6+1=5x5=5,y5=4Nxy=765-X6=5-10+1=-4x6=4,y6=4xyF>0FN=676+Y7x7=4,y7=5xyF<0F=-4+8+1=5N=587-X8x8=3,y8=5xyF>0F=5-8+1=-2N=498+Y9=-2+10+1=9x9=3,y9=6xyF<0FN=310F9>0-XF10=9-6+1=4x10=2,y10=6Nxy=211F10>0-XF11=4-4+1=1x11=1,y11=6Nxy=112F11>0-XF12=1-2+1=0x12=0,y12=6Nxy=03.6.三相步進(jìn)電機(jī)有哪幾種工作方式？分別畫出每種工作方式的各相通電序次和電壓波形圖。解：有三種工作方式：（1）三相單三拍工作方式各相的通電序次為A→B→C,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。圖3.1單三拍工作的電壓波形圖（2）三相雙三拍工作方式雙三拍工作方式各相的通電序次為AB→BC→CA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。圖3.2雙三拍工作的電壓波形圖（3）三相六拍工作方式在反響式步進(jìn)電機(jī)控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來，就產(chǎn)生了六拍工作方式，其通電序次為A→AB→B→BC→C→CA。各相通電的電壓波形如圖3.3所示。圖3.3三相六拍工作的電壓波形圖3.7.采納8255A作為x軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)的控制接口，要求1）畫出接口電路原理圖；2）分別列出x軸和y軸步進(jìn)電機(jī)在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍工作方式下的輸出字表。電路原理圖以以下圖三相單三拍控制方式輸出字表x軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表儲存地址標(biāo)號低八位輸出字儲存地址標(biāo)號高八位輸出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000010=02HADY200000010=02HADX300000100=04HADY300000100=04H三相雙三拍控制方式輸出字表儲存地址標(biāo)號低八位輸出字儲存地址標(biāo)號高八位輸出字ADX100000011=03HADY100000011=03HADX200000110=06HADY200000110=06HADX300000101=05HADY300000101=05H三相六拍控制方式輸出字表x軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表儲存地址標(biāo)號低八位輸出字儲存地址標(biāo)號高八位輸出字ADX100000001=01HADY100000001=01HADX200000011=03HADY200000011=03HADX300000010=02HADY300000010=02HADX400000110=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX600000101=05HADY600000101=05H第四章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法習(xí)題參照答案4..1.數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟是什么？模擬化設(shè)計(jì)步驟：1）設(shè)計(jì)設(shè)想的模擬控制器D(S)2）正確地選擇采樣周期T3）將D(S)失散化為D(Z)4）求出與D(S)對應(yīng)的差分方程5）依據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序。某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z)。解：雙線形變換法：把2z1sz代入，則T1前向差分法：把后向差分法：把

z-1z代入，則Tz1s代入，則Tz4.3什么是數(shù)字PID地址型控制算法和增量型控制算法？試比較它們的優(yōu)弊端。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過程變量，一定將模擬PID算式失散化，變成數(shù)字PID算式，為此，在采樣周期T遠(yuǎn)小于信號變化周期時(shí)，作以下近似(T足夠小時(shí)，以下迫近相當(dāng)正確，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分湊近)：于是有：u(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的地址(如控制閥門的開度)一一對應(yīng)，所以稱之為地址型PID算法。在這種地址型控制算法中，因?yàn)樗闶街写嬖诶奂禹?xiàng)，所以輸出的控制量u(k)不但與本次偏差有關(guān)，還與過去歷次采樣偏差有關(guān)，使得u(k)產(chǎn)生大幅度變化，這樣會引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實(shí)質(zhì)中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是其增量時(shí)，可以采納增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進(jìn)電機(jī)、電動(dòng)調(diào)理閥、多圈電位器等擁有保持歷史地址的功能的這種裝置時(shí)，一般均采納增量型PID控制算法。與地址算法對比，增量型PID算法有以下長處：地址型算式每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值，簡單產(chǎn)生較大的積累計(jì)算偏差；而在增量型算式中因?yàn)橄チ朔e分項(xiàng)，從而可除掉調(diào)理器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算偏差對控制量的影響較小，簡單獲得較好的控制成效。(2)為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)——自動(dòng)無擾切換，在切換瞬時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門開度u0，若采納增量型算法，其輸出對應(yīng)于閥門地址的變化部分，即算式中不出現(xiàn)u0項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。采納增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器自己都擁有寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器還可以保持在原位，不會對生產(chǎn)造成惡劣影響。4.4.已知模擬調(diào)理器的傳達(dá)函數(shù)為試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的地址型和增量型控制算式，設(shè)采樣周期T=0.2s。則Us0.085SUsEs0.17SEs把T=0.2S代入得地址型增量型

uk3.1579ek2.4561ek10.2982uk1ukukuk13.1579ek2.4561ek10.7018uk1（增補(bǔ)題）已知模擬調(diào)理器的傳達(dá)函數(shù)為試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的地址型PID算法和增量型PID控制算式，設(shè)采樣周期T=0.2s。解：因?yàn)镈s10.17s2（11）Kp(11Tds)0.085s0.17sTis所以Kp20.170。，Ti，Td故地址型PID控制器故增量型PID控制器4.5.什么叫積分飽和？它是怎么引起的？如何除掉？解：（1）假如執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到極限地址，依舊不可以除掉靜差時(shí)，因?yàn)榉e分作用，盡管PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無相應(yīng)的動(dòng)作，這就叫積分飽和。2）1、當(dāng)偏差產(chǎn)生躍變時(shí)，地址型PID算式的輸出將急劇增大或減小，有可能超出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上（下）限，而此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只好工作在上限。、系統(tǒng)輸出需要很長時(shí)間才達(dá)到給定值，在這段時(shí)間內(nèi)算式的積分項(xiàng)將產(chǎn)生一個(gè)很大的積累值。、當(dāng)系統(tǒng)輸出超出給定值后，偏差反向，但因?yàn)榇蟮姆e分積累值，控制量需要相當(dāng)一段時(shí)間離開飽和區(qū)。所以引起系統(tǒng)產(chǎn)生大幅度超調(diào)，系統(tǒng)不穩(wěn)固。（3）常用的改進(jìn)方法：積分分別法和抗積分飽和4.6.采樣周期的選擇需要考慮那些要素？(1)從調(diào)理質(zhì)量上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提升控制精度。平時(shí)保證在95%的系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間內(nèi)，采樣6次～15次即可。從迅速性和抗擾性方面考慮，希望采樣周期盡量短，這樣給定值的改變可以迅速地經(jīng)過采樣獲取反響，而不致產(chǎn)生過大的延時(shí)。從計(jì)算機(jī)的工作量和回路成本考慮，采樣周期T應(yīng)長些，特別是多回路控制時(shí)，應(yīng)使每個(gè)回路都有足夠的計(jì)算時(shí)間；當(dāng)被控對象的純滯后時(shí)間τ較大時(shí)，常選T=（1/4~1/8）τ。(4)從計(jì)算精度方面考慮，采樣周期T不該很短，當(dāng)主機(jī)字長較小時(shí)，若T很短，將使前后兩次采樣值差異小，調(diào)理作用所以會減弱。別的，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低，會出現(xiàn)這種狀況，即新的控制量已輸出，而前一次控制卻還沒完成，這樣采樣周期再短也將毫無心義，所以T一定大于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)理時(shí)間。4.7.簡述擴(kuò)大臨界比率度法、擴(kuò)大響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。擴(kuò)大臨界比率度法整定PID參數(shù)的步驟：(1)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T，比方被控過程有純滯后時(shí)，采樣周期T取滯后時(shí)間的1/10以下，此時(shí)調(diào)理器只作純比率控制，給定值r作階躍輸入。(2)逐漸加大比率系數(shù)Kp，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。由臨界振蕩過程求得相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts，并記下此時(shí)的比率系數(shù)Kp，將其記作臨界振蕩增益Ks。此時(shí)的比率度為臨界比率度，記作1s。Ks選擇控制度，所謂控制度是數(shù)字調(diào)理器和模擬調(diào)理器所對應(yīng)的過渡過程的偏差平方的積分之比。(4)依據(jù)控制度，查表求出T、Kp、Ti和Td值。依照求得的整定參數(shù)，投入系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察控制成效，再適合調(diào)整參數(shù)，直到獲取滿意的控制成效為止。擴(kuò)大響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟：斷開數(shù)字調(diào)理器，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)。將被調(diào)量調(diào)理到給定值周邊并穩(wěn)固后，而后忽然改變給定值，即給對象輸入一個(gè)階躍信號。用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過程曲線，以以下圖。在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)間τ、被控對象的時(shí)間常數(shù)Tc，以及它們的比值Tc/τ。(4)由τ、Tc、Tc/τ值，查表，求出數(shù)字控制器的T、Kp、Ti和Td。4..8.數(shù)字控制器的失散化設(shè)計(jì)步驟是什么？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖4—1所示。圖4—1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖由廣義對象的脈沖傳達(dá)函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳達(dá)函數(shù)，可求得控制器的脈沖傳達(dá)函數(shù)D(z)。數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)步驟以下：(1)依據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要乞降其余拘束條件，確立所需的閉環(huán)脈沖傳達(dá)函數(shù)Φ(z)。(2)求廣義對象的脈沖傳達(dá)函數(shù)G(z)。(3)求取數(shù)字控制器的脈沖傳達(dá)函數(shù)D(z)。依據(jù)D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。4.9已知被控對象的傳達(dá)函數(shù)為采樣周期T=0.1s，采納零階保持器。要求1）針對單位速度輸入信號設(shè)計(jì)最少拍無紋波系統(tǒng)的出它們對時(shí)間變化的波形。2）針對單位階躍輸入信號設(shè)計(jì)最少拍有紋波系統(tǒng)的出它們對時(shí)間變化的波形。解：廣義脈沖傳達(dá)函數(shù)為最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟：1）依據(jù)廣義對象的傳達(dá)函數(shù)確立參數(shù)N（分母多項(xiàng)式的冪次）（分子多項(xiàng)式的冪次）d=N-M延時(shí)在全部零點(diǎn)的總數(shù)（不包含無量遠(yuǎn)的零點(diǎn)）v在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù)在z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)q(輸入種類)2）確立F1(z)和F2(z)的冪次m和n3）確立Фe(z)4）確立Ф(z)5）依據(jù)關(guān)系e(z)1(z)使等式兩邊同冪次的系數(shù)相等，解出F1和F2中的系數(shù)。6）求控制器D(z)最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟：1）依據(jù)廣義對象的傳達(dá)函數(shù)確立參數(shù)N（分母多項(xiàng)式的冪次）（分子多項(xiàng)式的冪次）d=N-M延時(shí)在全部零點(diǎn)的總數(shù)（不包含無量遠(yuǎn)的零點(diǎn)）v在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)數(shù)在z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)q(輸入種類)2）確立F1(z)和F2(z)的冪次m和n3）確立Фe(z)4）確立Ф(z)5）依據(jù)關(guān)系e(z)1(z)使等式兩邊同冪次的系數(shù)相等，解出F1和F2中的系數(shù)。6）求控制器D(z)最少拍有紋波設(shè)計(jì)步驟：1）依據(jù)廣義對象的傳達(dá)函數(shù)確立參數(shù)N（分母多項(xiàng)式的冪次）

z，并計(jì)算輸出響應(yīng)y(k)、控制信號u(k)和偏差e(k)序列，畫z，并計(jì)算輸出響應(yīng)y(k)、控制信號u(k)和偏差e(k)序列，畫已知N=2，M=2所以d=0w=1(即分子多項(xiàng)式中的(10.717z1))v=1，j=1；q=2(單位速度輸入)所以：f110.59解得：f211.41f220.83所以：已知N=2，M=2所以d=0w=1(即分子多項(xiàng)式中的(10.717z1))v=1，j=1；q=1(單位階躍輸入)所以：f111f21解得：f110.42f110.717f21f210.58所以：已知N=2，M=2所以d=0u=0(即分子多項(xiàng)式中的(10.717z1))M（分子多項(xiàng)式的冪次）v=1，j=1；d=N-M延時(shí)q=1(單位速度輸入)u