微型计算机控制技术全套复习考试资料-潘新民-第二版

微型计算机控制技术课后习题答案及相关复习题（潘新民第二版）1.PLC的特点(1)可靠性高(2)编程容易(3)组合灵活(4)输入／输出功能模块齐全(5)安装方便(6)运行速度快2．按键防抖动技术对于采用机械弹性开关的键盘:(1)由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合及断开的瞬间必然伴随有一连串的抖动。(2)其波形如图3-1所示。抖动过程的长短由按键的机械特性决定，一般为10～20ms。可以从硬件及软件两方面排除抖动的影响解决。（1）硬件防抖技术①滤波防抖电路·利用RC积分电路对于干扰脉冲的吸收作用。·只要选择好时间常数，就能在按键抖动信号通过此滤波电路时，消除抖动的影响。滤波防抖电路图，如图3-2所示。②双稳态防抖电路用两个与非门构成一个RS触发器即形成双稳态防抖电路。（2）软件防抖方法·当第一次检测到有键按下时，先用软件延时（10ms～20ms），而后再确认该键电平是否仍维持闭合状态电平。若保持闭合状态电平；则确认此键确已按下，从而消除了抖动的影响。(3)两种方法的比较·采用硬件防抖:N个键就必须配有N个防抖电路。·采用硬件防抖:费机时。3.LED数码管的显示方法在微型机控制系统中，常用的两种显示方法:动态显示静态显示。（1）动态显示①作法·微型机定时地对显示器件扫描。·显示器件分时工作，每次只能有一个器件显示。②特点·使用硬件少，因而价格低。·占用机时长，只要扫描程序停止，显示即刻停止。③应用·演示·在以工业控制为主的微型机控制系统中应用较少。(2)静态显示①作法由微型机一次输出显示模型后，就能保持该显示结果，直到下次送新的显示模型为止。②特点占用机时少，显示可靠，③应用·广泛应用在工业过程控制中。·使用元件多，且线路比较复杂。·随着集成电路的发展，多种功能的显示器件出世，(锁存器、译码器、驱动器、显示器四位一体)静态显示得到广泛应用。1试简述什么是最少拍系统？所谓最少拍系统是指对典型输入如单位阶跃、单位速度或单位加速度输入具有最快响应，且系统的稳态误差为0.在采样控制系统中，通常把一个采样周期称为一拍。（6分）2试简述位置式PID和增量式PID适用对象.若执行结构不带积分部件，其位置和计算机输出的数字量一一对应时，则要采用位置式PID控制算法（3分）；若执行结构带积分部件，则可选用增量式PID控制算法（3分）。3试简述如何防止积分整量化误差。1）扩大计算机运算的字长，提高计算精度。（3分）2）当积分项)(keTTKIp时，积分项单独累加，直到产生溢出。将溢出值作为积分项的偏差值去进行运算，余数仍保留下来，作为下一步累加的基数值。（3分）4下图所示为采样保持电路，试简述其工作原理。图1采样保持电路模拟开关AS闭合时，进入采样状态（跟踪），由于A1输出阻抗小，A1输出端快速给电容HC充电，输出跟随输入变化。（4分）模拟开关AS断开时，进入保持状态，由于A2输入阻抗大，输入电流几乎为0，保证输出端的电压值不变。（5分）三、计算分析题1某温度测量仪表的量程为0~100℃，利用51系列单片机和ADC0809进行AD转换。在某一时刻计算机采样并经过数字滤波后的数字量为24H，求此时对应的温度值是多少？（设仪表的量程是线性的）已知A0=0℃,Am=100℃,Nx=24H=(36)D,（4分）Nm=0FFH=(255)D，所以此时温度为：11.1425536)0100(0)(00mxmNNAAAA（4分）2用差分变换法求模拟调节器11)(1sTsD的差分方程。)()()()1(1)()()(211sEssUsUsTsTssEsUzD（3分）化成微分方程形式得)()()(...1tetutuT进一步可得)()1()()2()1(2)(21keTkukuTkukukuT（3分）可得差分方程为：控制信号INOUTTASA1A2CH)(11)2(1)1(121)()2()1(2)(11111121111keTkuTTkuTTkeTTTkuTTTkuTTTTku（2分）3试判断控制器)6.01()5.01)(2.01)(78.01(25.0)(11111zzzzzzD的物理可实现性。1216.01078.0646.048.1)(zzzzzD，分子中包含正次幂，物理上不可实现.（5分）四、设计题1已知某连续控制器的传递函数为：sssD05.015.01)(，现用数字PID算法来实现它，试分别写出其相应的位置型和增量型PID算法输出表达式，T=1s。解：sssEsUsD05.015.01)()()(（2分）)(15.0)()(05.0ssEsEssU两边进行拉氏逆变换：)(15.0)()(05.0..tetetu)(15.0)()(05.0..kekeku（3分）Tkukuku)1()()(.，Tkekeke)1()()(.)()()()(13231kekekuku（2分）)()()()(13231kekekuku（2分）2已知某系统广义被控对象的脉冲传递函数为)0183.01)(135.01)(1()14.11)(045.01(76.0)(111111zzzzzzzG，试针对单位阶跃输入，设计最少拍有波纹数字控制器)(zD，并写出系统的输出响应)(zY并绘制输出响应曲线。解：根据稳态误差为零的条件：)()1()(131zFzz（2分）根据稳定条件：)()1()(121zFzz)()14.11()(111zFzzz（4分）综合得：)()1()()()1()(141121zFzzzzFzz设12()1Fzaz，bzF)(1，则：)14.11()(11zbzz)1)(1()(111azzz也就是2121)1(114.11zzabzbz比较等式两边的系数，得：abab14.11解得：47.053.0ba得)14.11(47.0)(11zzz（4分）故：)53.01)(045.01()183.01)(135.01(62.0)(1)(.)(1)(1111zzzzzzzGzD...47.011)14.11(47.0)().()(4321111zzzzzzzzRzzY（3分）1Y(n)n12345（2分）五、利用ADC0809和AT89S52单片机设计一个A/D转换电路，使他能对8个通道的模拟量（0~5V）进行采集，采用查询方式读取转换结果。二章6、采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。7、在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。三章1、键盘为什么防止抖动?在计算机控制系统中如何实现防抖？为了使CPU对一次按键动作只确认一次，从而保证系统正常工作，所以必须防止抖动？硬件防抖有滤波防抖电路和双稳态防抖电路，还可以采用软件防抖法，即软件延迟。4、编码键盘和非编码键盘有什么区别？在接口电路和软件设计的区别？编码键盘能自动识别按下的键并产生相应的代码，以并行或串行方式发送给CPU。它使用方便，接口简单，响应速度快，但需要专门的硬件电路。非编码键盘通过软件来确定按键并计算键值。5、在计算机控制系统中，为什么有时采用复用键？复用键是如何实现的？为了节省按键的数量，所以采用复用键。可以采用设置上下档开关的措施来构成复用键。6、什么叫重建？计算机如何处理重键？一次按键产生多次击键的效果，这叫做重键。为排除重键的影响，编制程序时，可以将键的释放作为按键的结束，等键释放电平后再转去执行相应的功能。8、多位LED显示器显示方法有几种？它们各有什么特点？常用的显示方法有两种：一种为动态显示，一种为静态显示。动态显示利用人的视觉暂留产生，优点是使用硬件少，因而价格低，线路简单。但占用的机时长。静态显示占用机时少，显示可靠，但是使用元件多，线路复杂。9、硬件译码和软件译码各有何优缺点？软件译码优点是电路简单，但显示速度有所下降。硬件译码既能节省计算机的时间，而且程序设计简单。12、薄膜式开关的优点？色彩亮丽；文字说明一目了然；形意图案使用方便；键体美观；透明视窗。四章1、工业控制系统中常用的报警方式有几种？举例说明各自的应用场合？有声、光、语言报警方式。例子自己想2、说明硬件报警和软件报警的实现方法，并比较其优缺点？硬件报警：报警要求不通过程序比较得到，直接由传感器产生。软件报警：将参数经传感器、变送器、模/数转换器送到计算机，再与规定的上下限比较，根据比较结果进行处理。实际上硬件报警是在软件报警基础上的简化，即将警报信号提前至传感器那一步骤，而不是需要送到计算机比较后才得出。3、光电隔离器有什么作用？将被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连成系统，实现控制；并且可以屏蔽电磁干扰等一些不利因素，提高控制精度。总之，有耦合、隔离和开关的作用。4、固态继电器控制和继电器控制有什么区别？在继电器控制中，采用电磁吸合的方式，而固态继电器是带光电隔离的无触点开关。6、说明PWM调速系统的工作原理？通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种方法成为PWM。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度降低。只要按一定规律改变通断电时间，电机转速即可得到控制。七章3、数字滤波与模拟滤波相比有什么优点？无需增加任何硬件设备；系统可靠性高；多通道共享，降低成本；对频率很低的信号进行滤波；使用灵活，方便。4、常用的数字滤波方法？程序判断滤波、算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均值滤波、RC低通数字滤波、复合数字滤波。5、Y如何确定，其值越大越好吗？可根据经验获得，必要时由实验得出。太大，会使系统误差增大；太小，使计算机采样效率降低。6、算术滤波、加权滤波、滑动滤波的区别是什么?算术滤波实际上是求取采样值的平均值；加权滤波则是在加权的基础上求取平均值；滑动滤波则是每采一个新数据，计算一个新的平均值。7、标度转换在工程上有什么意义？标度变换将数字量变成人们熟悉的十进制工程量，便于操作人员对生产过程进行监视和管理。10、为什么采用量程自动转换技术？因为这样能使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。八章1.、在PID调节中，系数K,……等各有什么作用？他们对调节品质有什么影响？系数Kp为比例系数，提高系数Kp可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境的提高系数Kp最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。系数Ki为积分常数，Ki越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在误差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。积分调节可以消除静差，提高控制精度。系数Kd为微分常数，kd越大，微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的响应速度，减小超调，克服震荡，消除系统惯性的影响。2、在PID调节其中，积分项有什么作用？常规PID，积分分离与变速积分3中算法有什么区别和联系？积分项用于消除静差。在常规PID调节中，由于系统的执行机构线性范围受到限制，当偏差较大时，会产生很大的超调量，使系统不停的震