微型计算机控制技术复习题答案

更新时间:2024-01-27 02:44:01 阅读量: 教育文库 文档下载

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1.微型计算机控制系统有哪些?Pg4

答:操作指导控制系统,直接数字控制系统,计算机监督系统,嵌入式系统,物联网系统,现场总线控制系统。

2.常用的工业控制机有几种?它们各有什么作用?Pg11

答:单片微型计算机:是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口,如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展,再开发一些应用软件,便可以用于工业控制。

可编程逻辑控制器:目前从单机自动化到工厂自动化,从柔性制造系统、机器人,到工业局域网都有用到。

现场可编程门阵列:可以实现动态配置,在线系统重构及硬件软化,软件硬化等功能。工业PC机,完成STD总线工业控制机的检测,控制,使程序设计变得更加简单,各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图,PID柱形图像处理程序等。

3.A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用?

答:A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号,方便用于单片机中进行处理。

D/A的作用,在单片机处理完毕的数字量,有时需要转换为模拟信号输出,D/A的作用正是用于把数字信号转换为模拟信号。 4.LED数码管的显示方法有哪两种?各有什么特点?Pg81

多位LED有两种显示方法:动态显示和静态显示。

动态显示使用的硬件少,价格低,线路简单,但是占用机时长。 静态显示使用元件多,线路复杂,但是显示占用机时少,显示可靠。 5.在人机接口技术中,键盘设计需解决的问题有哪些?如何实现防抖?Pg55 答:按键的确认,中键与连击的处理,按键防抖动技术。防抖可以用两种方法

1.硬件防抖:滤波防抖电路,双稳态防抖电路 2.软件防抖

6.算术平均滤波的具体方案是怎样?该滤波方法主要适用于什么情况?Pg248

答:算术平均值滤波是要寻找一个Y(k),使该值与各采样值间误差的平

21?N2??N?方和为最小,即:求得Y(k)?S=min??e(i)??min???y(i)?x(i)??,

N?i?1??i?1??x(i)

i?1N其中Y(k)-第k次N个采样值的算术平均值 ;x(i)-第i次采样值;N-采样次数。

由此可见:算术平均值滤波的实质就是把一个采样周期内的N次采样值相加,然后把所得的数除以采样次数N,得到周期的采样值。

7.位置型PID和增量型PID有什么区别?它们各有什么优缺点?

答:(1)增量型算法不需做累加,计算误差后产生的计算精度问题,对控制量的计算影响较小。位置型算法用到过去的误差的累加,容易产生较大的累加误差。

(2)增量型算法得出的是控制的增量,误动作影响小,必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出,不会影响系统的工作。位置型算法的输出是控制量的全部输出,误动作影响大。增量式算法的主要优势体现在对积分环节的处理上,积分作用的累加效果会影响到输出的准确性。

8.在自动控制系统中饱和效应是如何产生?如何消除的?Pg282

答:饱和现象主要是由积分项引起的,所以也称之为“积分饱和”。这种现象是引起大幅度超调,使系统不稳定。消除积分饱和的方法有以下三种:遇限削弱积分法,有效偏差法,积分分离法。

9.试比较PID控制参数Kp、Ti、Td和的大小对系统性能的影响?

PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。

积分(I)控制

在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分(D)控制

在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误

差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。

这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 10.微型机控制系统中时怎样实现PWM电机调速的?Pg141

答:在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加,电机断电时,速度逐渐降低,只要按一定规律,改变通断时间,即可让电机转速得到控制。 三、计算题

1.设某12位A/D转换器的输入电压为0-+5V,其分辨率是多少?求当输入模拟量为下列值时的数字量:

(1)1.25V(2)2V(3)2.5V(4)3.75V(5)4V(6)5V

55=0.001 解:分辨率=12=24096量化单位q?VREF(?)?VREF(?)2n?Vin55Vin5??数字量D=V=则 121212in22D2q代入相应模拟量即可算出对应的数字量。

2.用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路,其参考电压为-5V—+5V,其分辨率是多少?求对应以下偏移的输出电压:

(1)10000000(2)01111111 (3)11111110

1010=0.0371,先将偏移转换为10进制,然后乘上分辨率,即解:分辨率=8=2256可得到相应的输出电压。

3.一个输出频率为60HZ的脉冲波电路,请计算其时间周期,并写出时间常数 解:T=1/f=1/60s

4.某温度测量系统,测量仪表的量程为0—1200度,用一个12位D/A转换器,某采样周期计算机经采样后的数字量为90H,问此时对应的温度为多少度?1000度温度时,测量显示值时多少?(线性关系)

答:根据题意,已知A0=0度,Am=1200度,Nx=90H=144D,这里是12位D/A, Nm=FFFH=4095D,N0=0,根据公式Ax?(Am?A0)Nx144?1200??42? Nm4095当温度是1000度时,Nx?(Ax-A0)Nm1000?4095??3413D?D55H

(Am?A0)12005.某温度测量系统,测量仪表的量程为400—1200度,用一个8位D/A转换器,某采样周期计算机经采样后的数字量为80H,问此时对应的温度为多少度?600度温度时,测量显示值时多少?(线性关系)

解:略

6.设被测温度变化范围为0℃-1200℃,如果求误差不超过0.4℃,应选用分辨率为多少位的A/D转换器(设ADC分辨率和精度一样)

1200?0?3000,2n?3000所以n的值为12,应该选择分辨率为12位的答:

0.4A/D转换器

7.某位移微机控制系统使用PID调节方法,采样周期T=4ms,TI=20ms,TD=8ms,KP=0.3,现场测得:EK=5mm,EK-1=8mm,EK-2=7mm,试求ΔP(k) 答:?P(k)?P(k)?P(k?1)?Kp?E(k)?E(k?1)??K1E(k)?KD?E(k)?2E(k?1)?E(k?2)? 其中KI?KpT8T4?0.3??0.06 KD?KpD?0.3??0.6

T4T120代入式中可求?P(k)??3

8.若某三相六拍控制的步进电机,其转子齿数为80,步进角为多少(设脉冲当量是0.01mm)?假设用此电机带动滚动丝杠,如果转动48mm,用1秒钟,每步需多少时间?

答:步进角Qs?所以Qs?360,其中N?McC,这里是三相六拍,所以MC=3,C=2,NZ?360=1.50脉冲当量是0.01mm,转动48mm,共转动了48/0.01=48006?40次共用了1s,所以每步的时间是1000000/4800=208us

9.某A/D转换器的转换时间Tconv=15us,问其最大采样速率等于多少?对应的输入信号最高频率为多少?

答:最大采样速率=1/T次/us=66666次/s,对应输入信号最高频率是66.66KHZ 四、综合题

1.微机控制系统电路原理图之类的题型 2.综合某系统说明该计算机控制的设计步骤

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