微机控制技术

题型1、简答2、填空3、计算4、综合论述题第一章填空和简答1、控制系统的基本构成所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。2、实时性理解②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。3、操作控制系统典型控制系统名称1、操作指导控制系统2、直接数字控制系统3、监督控制系统4、集散控制系统5、现场总线控制系统6、综合自动化系统第二章1、孔径时间（什么叫孔径时间？概念）在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需要的时间称之为孔径时间。2、第二章的作业（设计题10分）定时控制要和定时器连接1设计ADC0809与8031单片机的接口电路，并写出8路模拟量输入进行A/D转换的控制程序流程图。要求采用定时控制方式。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108031OC1C111D31Q22D42Q53D73Q64D84Q95D135Q126D146Q157D177Q168D188Q1974LS373IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10ADC0809答：IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10ADC0809(ADC0808)EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10803174LS373GDC++模拟量输入74LS02347813141718256基准源2．某炉温度变化范围为0～1500℃，要求分辨率为5℃，温度变送器输出范围为0～5V。若A／D转换器的输入范围也为0～5V，则求A／D转换器的字长n1应为多少位?若n1不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到800℃，此时系统对炉温变化的分辨率为多少?[10分]解：（1）26.8301log515001log221n取n1=10；（取为大于等于8都算对）（2）Con68.010237001280015001第三章1、什么是数字程序控制？（简答或填空）所谓数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制。2、计算题直线插补表格会列、图会画。书例3.11（1）偏差计算公式：偏差计算是逐点比较法关键的一步。在第一象限想加工出直线段OA，取直线段的起点为坐标原点，直线段终点坐标(xe，ye)是已知的。点m(xm,ym)为加工点（动点），若点m在直线段OA上，则有xm/ym＝xe/ye即ym*xe-xm*ye＝0Fm＝ymxe-xmye若Fm＝0，表明点m在OA直线段上；若Fm＞0，表明点m在OA直线段的上方，即点mˊ处；若Fm＜0，表明点m在OA直线段的下方，即点m由此可得第一象限直线逐点比较法插补的原理是：从直线的起点（即坐标原点）出发，当Fm≥0时，沿＋x轴方向走一步；当Fm＜0时，沿＋y方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标(xe,ye)相等时，发出终点到信号，停止插补。下面推导简化的偏差计算公式：①设加工点正处于m点，当Fm≥0时，表明m点在OA上或OA上方，应沿＋x方向进一步至(m＋1)xm+1=xm+1ym+1=ymFm+1=ym+1xe-xm+1ye=ymxe-(xm+1)ye=Fm-ye②设加工点正处于m点，当Fm＜0时，表明m点在OA下方，应向＋y方向进给一步至(m+1)xm+1=xmym+1=ym+1Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=(ym+1)xe-xmye=Fm+xe简化后偏差计算公式中只有一次加法或减法运算，新的加工点的偏差Fm+1都可以由前一点偏差Fm和终点坐标相加或相减得到。特别要注意，加工的起点是坐标原点，起点的偏差是已知的，即F0＝0（2）终点判断方法①设置Nx和Ny两个减法计数器，在加工开始前，在Nx和Ny计数器中分别存入终点坐标值xe和ye，在x坐标（或y坐标）进给一步时，就在Nx计数器（或Ny计数器）中减去1，直到这两个计数器中的数都减到零时，到达终点。②用一个终点计数器，寄存x和y两个坐标进给的总步数Nxy，x或y坐标进给一步，Nxy就减1，若Nxy＝0，则就达到终点。（3）插补计算过程插补计算时，每走一步，都要进行以下四个步骤的插补计算过程，即①偏差判别②坐标进给③偏差计算④终点判断2.四个象限的直线插补偏差1象限2象限3象限4象限偏差公式Fm≥0+x-x-x+xFm=Fm-yeFm＜0+y+y-y-yFm=〔例3．1〕设加工第一象限直线OA，起点为O(0，0)，终点坐标为A(6，4)，试进行插补计〔解〕坐标进给的总步数Nxy=|6-0|+|4-0|=10,xe=6,ye=4,F0=0,xoy=1.轨迹如图：步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断起点F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F10+yF2=F1+xe=2Nxy=83F20+xF3=F2-ye=-2Nxy=74F30+yF4=F3+xe=4Nxy=65F40+xF5=F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=-4Nxy=47F60+yF7=F6+xe=2Nxy=38F70+xF8=F7-ye=-2Nxy=29F80+yF9=F8+xe=4Nxy=110F90+xF10=F9-ye=0Nxy=03、步进电机的三种工作方式1.单三拍工作方式：单三拍就是每次只给一个线组通电，其余的绕组断开。①绕组的通电顺序：A→B→C→A→…2．步进电机的双三拍工作方式①绕组的通电顺序：3．步进电机的三相六拍工作方式①绕组的通电顺序：4、步进电机的控制字表，电机的顺时针给了，变成逆时针？（综合题）顺时针：010302060405逆时针：050406020301第四章50%1、计算题UK的表达式用双线性变换法P106页4.2节(1)双线性变换法双线性变换或塔斯廷（Tustin）近似2121212122sTsTsTsTeeezsTsTsT上式两边求Z变换后可推导得出数字控制器为2、PID位置型控制算法(1)数字PID位置型控制算法(2)数字PID增量型控制算法数字PID控制算法流程112zzTs112)()(zzTssDzDtdttetu0)()(ssEsUsD1)()()()()()()(121kekeTkuku112)(1121)()()(zzTssDzzTzEzUzDT1kekeTieTTkeKkuDk0iIP)()()()()()2()1(2)()()1()()1()()(kekekeKkeKkekeKkukukuDIPTkekeTieTTkeKkuDkiIP)1()()()()(0TkekeTieTTkeKkuDkiIP)2()1()()1()1(103、什么是积分分离？（定义）填空或简答可采用积分分离措施：偏差e(k)较大时，取消积分作用；偏差e(k)较小时,将积分作用投入。4、什么是积分饱和？（定义）如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就称为积分饱和。5、计算题P111页能不能消除积分的不灵敏区？积分不灵敏区产生的原因：由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所能表示的数的精度，计算机就作为“零”将此数丢掉。当计算机的运行字长较短，采样周期T也短，而积分时间TI又较长时，ΔuI(k)容易出现小于字长的精度而丢数，此积分作用消失，这就称为积分不灵敏区。（举例）某温度控制系统，温度量程为0至1275℃，A/D转换为8位，并采用8位字长定点运算。设KP=1,T=1S,TI=10s,e(k)=50℃如果偏差e(k)＜50℃，则ΔuI(k)＜1，计算机就作为“零”将此数丢掉，控制器就没有积分作用。只有当偏差达到50℃时，才会有积分作用。为了消除积分不灵敏区，通②加A/D转换位数，加长运算字长，这样可以提高运算精度。②当积分项ΔuI(k)连续n次出现小于输出精度ε的情况时，不要把它们作为“零”舍掉，而是把它们一次次累加起来，直到累加值SI大于ε时，才输出SI，同时把累加单元清零。6、什么是不完全微分PID算法？作用是什么？（填空或简答）在PID控制输出串联一阶惯性环节，这就组成了不完全微分PID控制器。一阶惯性环节Df(s)的传递函数为作用：消除高频干扰，延长微分作用的时间7、什么叫微分先行PID控制？微分先行PID控制算式，只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分，这样，在改变给定值时，输出不会改变，而被控量的变化，通常是比较缓和的。8、数字控制器离散化设计步骤？1.根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Ф(z)2.求广义对象的脉冲传递函数G(z)。3.求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。4.根据D(z)求取控制算法的递推计算公式9、什么是最少拍控制？最少拍控制的定义：所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静最少拍数就是N10、实验最少拍的思考题为主按最少拍控制系统设计出来的有纹闭环系统和无纹闭环控制系统的控制规律有什么相同和不同之处?答案：1)501275255(101)()(keTTKkuIPI11)(sTsDffNNzzzz2211)(1、按最少拍控制系统设计出来的有纹闭环系统，在有限拍后进入稳态，这时闭环系统输出在采样时间精确的跟踪输入信号。如单位阶跃信号在一拍后，单位速度信号在两拍后，单位加速度信号则在三拍之后。2、然而，最少拍控制系统设计出来的有纹闭环系统虽然在采样时刻系统输出与所跟踪的参考输入一致，但在两个采样时刻之间，系统的输出存在着纹波或振荡。3、按最少拍控制系统设计出来的无纹闭环系统，在有限拍后进入稳态，这时闭环系统输出不仅在采样时间精确的跟踪输入信号，而且在采样间隔之间也跟踪输入信号。11、有纹和无纹控制器？（概念）有纹控制器：根据上述约束条件设计的最少拍控制系统，只保证了在最少的几个采样周期后系统的响应在采样点时是稳态误差为零，而不能保证任