微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)復(fù)習(xí)題答案

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9.9 積分

1. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些？ Pg4答：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)， 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。2. 常用的工業(yè)控制機(jī)有幾種？它們各有什么作用？ Pgll答：單片微型計(jì)算機(jī)：是工業(yè)控制和智能化系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種模式。一 般用于擴(kuò)展接口，如A/D，D/A轉(zhuǎn)換接口，LED、LCD顯示接口擴(kuò)展，再幵發(fā)一些應(yīng) 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(jī)自動化到工廠自動化，從柔性制造系統(tǒng)、機(jī) 器人，到工業(yè)局域網(wǎng)都有用到。現(xiàn)場吋編程門陣列：可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)配置，在線系統(tǒng)重構(gòu)及硬件軟化，軟件硬 化等功能。工業(yè)PC機(jī)，完成STD總線工業(yè)控制機(jī)的檢測，控制，使程序設(shè)計(jì)變 得史加簡單，各種報(bào)表程序打印、數(shù)據(jù)處理曲線、工業(yè)控制流程閣，P1D柱形閣 像處理程序等。3. A/D和D/A轉(zhuǎn)換器在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)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(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，方 便用于單片機(jī)屮進(jìn)行處理。D/八的作用，在單片機(jī)處理完畢的數(shù)字量，冇時(shí)需要轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出，D /A的作用正是川于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。4. LH)數(shù)碼管的顯示方法有哪兩種？各有什么特點(diǎn)？ Pg81多位LED冇兩種顯示方法：動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。動態(tài)顯示使用的硬件少，價(jià)格低，線路簡單，但是占用機(jī)時(shí)長。靜態(tài)顯示使用元件多，線路復(fù)雜，但是顯示占用機(jī)時(shí)少，顯示可靠。5. 在人機(jī)接口技術(shù)中，鍵盤設(shè)計(jì)需解決的問題有哪些？如何實(shí)現(xiàn)防抖？ Pg55 答：按鍵的確認(rèn)，屮鍵與連擊的處理，按鍵防抖動技術(shù)。防抖可以用兩種方法1. 硬件防抖：濾波防抖電路，雙穩(wěn)態(tài)防抖電路2. 軟件防抖6. 算術(shù)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(shù)平均值濾波是要尋找一個(gè)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(gè)采樣值的算術(shù)平均值；x(o-第i次采樣值；N-采樣次數(shù)。由此吋見:算術(shù)平均值濾波的實(shí)質(zhì)就是把一個(gè)采樣周期內(nèi)的N次采樣值相加, 然后把所得的數(shù)除以釆樣次數(shù)N，得到周期的采樣值。7. 位置型PID和增量型PID有什么區(qū)別？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：(1)堉量型算法不需做累加，計(jì)算誤差后產(chǎn)生的計(jì)算精度問題，對控 制量的計(jì)算影響較小。位置型算法用到過去的誤差的累加，容易產(chǎn)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(tǒng)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(yōu)勢體現(xiàn)在對積分環(huán)節(jié)的處理上，積 分作用的累加效果會影響到輸出的準(zhǔn)確性。8. 在自動控制系統(tǒng)中飽和效應(yīng)是如何產(chǎn)生？如何消除的？ Pg282答：飽和現(xiàn)象主要是由積分項(xiàng)引起的，所以也稱之為“積分飽和”。這種現(xiàn) 象是引起大幅度超調(diào)，使系統(tǒng)不穩(wěn)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(shù)Kp、Ti、I'd和的大小對系統(tǒng)性能的影響？P1D控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)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(guān)系。當(dāng)僅冇比例控制吋系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)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(guān)系。對一個(gè)自 動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差 的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。力了消除穩(wěn)態(tài)誤差， 在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的 增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)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(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積 分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)盾無穩(wěn)態(tài)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(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程屮可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))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(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器屮僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是 放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)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(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。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(tǒng)在調(diào)節(jié)過程屮的動態(tài)特性。10. 微型機(jī)控制系統(tǒng)中時(shí)怎樣實(shí)現(xiàn)PWM電機(jī)調(diào)速的？ Pgldl答：在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加，電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸降低,只耍按一定規(guī)律，改變通斷時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。三、計(jì)算題1. 設(shè)某12位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為0-+5V,其分辨率是多少？求當(dāng)輸入模擬 量為下列值時(shí)的數(shù)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(shù)字量= ir 212 2'2 D 212 " q代入和應(yīng)模擬量即可算出對應(yīng)的數(shù)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(yīng)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(zhuǎn)換為10進(jìn)制，然后乘上分辨率，即 28 256可得到相應(yīng)的輸出電壓。3. —個(gè)輸出頻率為60HZ的脈沖波電路，請計(jì)算其時(shí)間周期，并寫出時(shí)間常數(shù)解：T=l/f=l/60s4. 某溫度測量系統(tǒng)，測量儀表的量程為0—1200度，用一個(gè)12位D/A轉(zhuǎn)換器， 某采樣周期計(jì)算機(jī)經(jīng)采樣后的數(shù)字量為90H，問此時(shí)對應(yīng)的溫度為多少度？ 100 0度溫度時(shí)，測量顯示值時(shí)多少？(線性關(guān)系)答：根據(jù)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(jù)公式A =(A -Ao)^ = 1200x = 42°v ° N/h 4095 當(dāng)溫度是1000度時(shí)，N(Av-A0)Nw 1000x4095 (Aw-A0) = 12003413D = D55H5. 某溫度測量系統(tǒng)，測量儀表的量程為400—1200度，用一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器, 某釆樣周期計(jì)算機(jī)經(jīng)采樣后的數(shù)字量為80H，問此時(shí)對應(yīng)的溫度為多少度？ 600 度溫度時(shí)，測量顯示值時(shí)多少？(線性關(guān)系)解：略6. 設(shè)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(yīng)選用分辨率為多少位的A/D轉(zhuǎn)換器(設(shè)ADC分辨率和精度一樣)=3000,2"2 3000所以11的值為12,應(yīng)該選擇分辨率為12位的答：A/D轉(zhuǎn)換器0.41200-07. 某位移微機(jī)控制系統(tǒng)使用PID調(diào)節(jié)方法，采樣周期T=4ms, TI=20ms, TD=8ms, KP=0. 3,現(xiàn)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(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子齒數(shù)為80,步進(jìn)角為多少(設(shè)脈沖當(dāng) 量是0.01mm) ?假設(shè)用此電機(jī)帶動滾動絲杠，如果轉(zhuǎn)動48mm,用1秒鐘，每步 需多少時(shí)間？答：步進(jìn)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(dāng)量是 0.01mm，轉(zhuǎn)動 48mm,共轉(zhuǎn)動了 48/0. 01=4800次共用了 Is,所以每步的時(shí)問是1000000/4800=208us9.某A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間TCOrw=15us,問其最大采樣速率等于多少？對應(yīng)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(yīng)輸入信號最高頻率是66. 66KHZ四、綜合題1. 微機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖之類的題型2. 綜合某系統(tǒng)說明該計(jì)算機(jī)控制的設(shè)計(jì)步驟 關(guān)?鍵?詞： 微型 計(jì)算機(jī)控制 技術(shù) 復(fù)習(xí)題 答案

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總結(jié)

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