計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題答案.doc

第一章1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)的主要異同點(diǎn)是什么？答：將連續(xù)控制系統(tǒng)中的控制器用微型計(jì)算機(jī)來(lái)代替，就可以構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。控制系統(tǒng)中引入微型計(jì)算機(jī)后，控制規(guī)律便可由程序?qū)崿F(xiàn)，微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制規(guī)律是由硬件電路實(shí)現(xiàn)的，改變控制規(guī)律就要改變硬件；而在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)，改變控制規(guī)律只需改變程序。在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，微型計(jì)算機(jī)的輸入和輸出都是數(shù)字信號(hào)，而變換發(fā)送單元送出的信號(hào)，以及大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接收的信號(hào)，都是模擬信號(hào)。因此，系統(tǒng)中需要有A/D轉(zhuǎn)換器和D/ A轉(zhuǎn)換器。連續(xù)控制系統(tǒng)不斷地測(cè)量，經(jīng)過(guò)反饋及補(bǔ)償后，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生連續(xù)不斷的控制。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是采樣控制系統(tǒng)。微型計(jì)算機(jī)每隔一個(gè)采樣周期T會(huì)對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行一次測(cè)量，根據(jù)一定控制規(guī)律算出控制量后，去控制生產(chǎn)過(guò)程。在兩次采樣時(shí)刻之間，微型計(jì)算機(jī)對(duì)被控參數(shù)不進(jìn)行測(cè)量，其輸出控制量自然也保持不變。當(dāng)用一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制多個(gè)參數(shù)時(shí)，微型計(jì)算機(jī)按巡回測(cè)量控制方式工作。2.從微型計(jì)算機(jī)參與控制的方式上，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可分為哪幾類？各有什么特點(diǎn)？答:可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）、監(jiān)督算機(jī)控制系統(tǒng)（SCC）、分散型控制系統(tǒng)（DCS）。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中微型計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬量、開關(guān)量輸入通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的集中監(jiān)視及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的操作指導(dǎo)。該系統(tǒng)中的微型計(jì)算機(jī)不直接參與生產(chǎn)過(guò)程控制，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生直接影響。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）：微型計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬量輸入通道、數(shù)字量輸入通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，最后通過(guò)模擬量輸出通道、數(shù)字量輸出通道輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的直接控制。由于該系統(tǒng)中奪得微型計(jì)算機(jī)直接參與生產(chǎn)過(guò)程的控制，故要求微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好、可靠性高和環(huán)境適應(yīng)性好。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（SCC）：SCC系統(tǒng)是一種兩級(jí)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中DDC級(jí)微型計(jì)算機(jī)完成生產(chǎn)過(guò)程的直接數(shù)字控制；SSC級(jí)微型計(jì)算機(jī)則根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的工作狀況和已定的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行最優(yōu)化分析計(jì)算，產(chǎn)生最優(yōu)給定值，交由DDC級(jí)微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行。分散型控制系統(tǒng)（DCS）：DCS系統(tǒng)利用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，采用分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，把系統(tǒng)從上而下分為過(guò)程控制級(jí)、控制管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)等若干級(jí)，形成分布式控制。3微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：由四部分組成。圖1.1微機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖(1)主機(jī)：這是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)接口它可以向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種命令，同時(shí)對(duì)被控對(duì)象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)及處理。主機(jī)的主要功能是控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算(如調(diào)節(jié)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(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對(duì)事故進(jìn)行預(yù)測(cè)和報(bào)警；編制生產(chǎn)技術(shù)報(bào)告，打印制表等等。(2)輸入輸出通道：這是微機(jī)和生產(chǎn)對(duì)象之間進(jìn)行信息交換的橋梁和紐帶。過(guò)程輸入通道把生產(chǎn)對(duì)象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī)可以接收的數(shù)字代碼。過(guò)程輸出通道把微機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對(duì)生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行控制的信號(hào)。過(guò)程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。(3)外部設(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(jiǎn)稱外設(shè)，包括人機(jī)聯(lián)系設(shè)備(操作臺(tái))、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)。其中操作臺(tái)應(yīng)具備顯示功能，即根據(jù)操作人員的要求，能立即顯示所要求的內(nèi)容；還應(yīng)有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺(tái)還要保證即使操作錯(cuò)誤也不會(huì)造成惡劣后果，即應(yīng)有保護(hù)功能。(4)檢測(cè)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)a.測(cè)量變送單元：在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了收集和測(cè)量各種參數(shù)，采用了各種檢測(cè)元件及變送器，其主要功能是將被檢測(cè)參數(shù)的非電量轉(zhuǎn)換成電量，例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號(hào)；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào)，這些信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)(05V或420mA)后，再送入微機(jī)。b.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：要控制生產(chǎn)過(guò)程，必須有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)微機(jī)輸出的控制信號(hào)，改變輸出的角位移或直線位移，并通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過(guò)程符合預(yù)定的要求。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，微機(jī)根據(jù)溫度的誤差計(jì)算出相應(yīng)的控制量，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)來(lái)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)和氣動(dòng)等控制形式，也有的采用馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制。4工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)與主要用于科學(xué)計(jì)算方面的微型計(jì)算機(jī)有何異同點(diǎn)？答：工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)與主要用于科學(xué)計(jì)算方面的信息處理機(jī)是兩類不同用途的計(jì)算機(jī)。二者都是以微型計(jì)算機(jī)為核心所構(gòu)成的裝置。與信息處理計(jì)算機(jī)相比，工控機(jī)具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可維護(hù)性好、硬件配置上的可裝配性和可擴(kuò)充性好、豐富的過(guò)程輸入/輸出能力、應(yīng)用軟件豐富等特點(diǎn)。5何謂微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性？如何保證微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性？答：所謂“實(shí)時(shí)”，是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都是在一定時(shí)間范圍內(nèi)完成的，即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在一定的時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)并進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間就會(huì)失去控制時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。實(shí)時(shí)性指標(biāo)涉及一系列時(shí)間延遲，如儀表延遲、輸入延遲、運(yùn)算處理延遲、輸出延遲等。另外，中斷是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的一個(gè)十分重要的功能。6簡(jiǎn)述DDC和SCC系統(tǒng)的工作原理。答：直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng))：DDC(Direct Digital Control)系統(tǒng)就是通過(guò)檢測(cè)元件對(duì)一個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將檢測(cè)結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，再進(jìn)行控制運(yùn)算，然后通過(guò)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)定的要求。DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍的一種應(yīng)用形式。其原理框圖如下圖所示。計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(Supervisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實(shí)際情況，因?yàn)樵贒DC系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)只是代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不能運(yùn)行在最佳狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，并且還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。其原理框圖如下圖所示。7進(jìn)一步查閱資料，了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。答：大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計(jì)算機(jī)的可靠性和性能價(jià)格比，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。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(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)提出的越來(lái)越高的要求，目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面：a.普及應(yīng)用可編程序控制器 b.采用集散控制系統(tǒng) c.研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)第二章1在模擬量輸入輸出通道中，采樣保持器起何作用？是否在所有的模擬量輸入輸出通道中都需要采樣保持器？為什么？答：采樣保持器的作用：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換總需要一定的時(shí)間。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，希望輸入信號(hào)不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在A/D轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。不是在所有的模擬量輸入輸出通道中都需要采樣保持器。當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化緩慢時(shí)，若A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間足夠短，則可以不加采樣保持器。2A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要根據(jù)系統(tǒng)模擬量輸入點(diǎn)數(shù)和輸入模擬量的最高頻率來(lái)選擇?，F(xiàn)假設(shè)模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為8，最高信號(hào)頻率分別為2kHz和10kHz，則A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度各為多少？答：當(dāng)最高信號(hào)頻率為2KHz時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度至少為：當(dāng)最高信號(hào)頻率為10KHz時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度至少為：3A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和線性誤差兩技術(shù)指標(biāo)含義上有何不同？答：分辨率是衡量A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化程度的技術(shù)指標(biāo)。線性誤差是指A/D轉(zhuǎn)換器的理想轉(zhuǎn)換特性應(yīng)該是線性的，但實(shí)際轉(zhuǎn)換特性并非如此。在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏移理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。4設(shè)計(jì)一塊PC總線或其他總線的32路單輸入12位A/D轉(zhuǎn)換模板。A/D轉(zhuǎn)換器選AD574A，所需的多路開關(guān)、運(yùn)算放大器、采樣保持器和其他器件自選，要考慮總線驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)換結(jié)束后用中斷方式通知主機(jī)，系統(tǒng)分配給該模板的地址為2C8H2CFH（或另行分配）。1）設(shè)計(jì)該模板的硬件原理圖。2）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序，系統(tǒng)每隔一個(gè)采樣周期T=2s，對(duì)32路輸入巡回采樣一遍，采集到得數(shù)據(jù)送以BUFE為首地址的內(nèi)存緩沖區(qū)中。3）計(jì)算出該模塊的最高數(shù)據(jù)采集頻率（各器件的有關(guān)參數(shù)可通過(guò)查閱手冊(cè)得到）。解：1）2）AD574 PROC NEAR MOV CX,32MOV BL,00000000BLEA SI,BUFNEXTCH:MOV DX,212HMOV AL,BLOUT DX,ALNOPNOPOR AL,01000000BOUT DX,ALNOPAND AL,10111111BOUT DX,ALMOV DX,210HPOLING:IN AL,DXTEST AL,80HJNZ POLINGMOV AL,BLOR AL,00010000BMOV DX,212HOUT DX,ALOR AL,01000000HOUT DX,ALMOV DX,210HIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALINC DXIN AL,DXMOV SI,AXINC SIINC SIINC BLLOOP NEXTCHMOV AL,00111000BMOV DX,212HOUT DX,ALRETAD574 END3）AD574速度：25s;AD625速度：40nsLF398速度:10sCD4051速度：500 ns故該模塊的最高數(shù)據(jù)采集頻率為40K.5.設(shè)ADC0809與CPU的連接如圖2-45所示。要求用查詢方式采樣來(lái)自IN4通道的輸入信號(hào)，采樣100點(diǎn)，采樣數(shù)據(jù)存入ADBUF緩沖區(qū)，試編程實(shí)現(xiàn)。解：編程：OUT 84H,ALMOV R1，#64HLOOP: DEC R1WAIT: IN AL,70HTEST AL,01HJZ WAITIN R0,60HDEC R0CJNE R1,#00H,LOOP6.試設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集電路，要求該電路能對(duì)8路模擬信號(hào)進(jìn)行連續(xù)巡回檢測(cè)，電壓轉(zhuǎn)換范圍010V，相對(duì)精度0.05%，采樣間隔為1s，按此要求畫出巡回檢測(cè)系統(tǒng)的電路原理圖，并回答以下問(wèn)題：1）在該電路中A/D轉(zhuǎn)換器至少應(yīng)采用多少位的？2）該電路的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成，采用何種方式了解？3）編寫啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器及讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的程序段。4）畫出實(shí)現(xiàn)8路巡回采樣的程序流程圖。解：電路圖如下：1）7位 2）STS，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志 3）啟動(dòng)：OR AL,01000000B OUT DX,ALNOP讀轉(zhuǎn)換結(jié)果：MOV DX,210HPOLING:IN AL,DXTEST AL,80HJNZ POLINGMOV AL,BLOR AL,00010000BMOV DX,212HOUT DX,ALOR AL,01000000HOUT DX,ALMOV DX,210HIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALINC DXIN AL,DXMOV SI,AX4）程序流程圖：7.某熱處理爐溫度變化范圍為01350，經(jīng)溫度變送器變換為15V電壓送至ADC0809.當(dāng)T=kT時(shí)，ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果為6AH，問(wèn)此時(shí)的爐內(nèi)溫度為多少度？解：爐內(nèi)溫度8編制一個(gè)能完成中值加均值濾波的子程序，設(shè)m=8,8個(gè)采樣值排序后，取中間的四個(gè)采樣值平均。采樣值為12位2進(jìn)制數(shù)。MOVCX,8DECCXLOP1：MOVDX,CXLOP2：MOVAX,DATABXCMPAX,DATABX+2JBECONTIXCHGAX,DATABX+2MOVDATABX,AXCONTI:ADDBX,2LOOPLOP2MOVCX,DXMOVBX,0LOOPLOP1MOVCX,3MOVAX,DATABX+4LOP3：ADDBX,2ADCAX,DATABX+4LOOPLOP3MOVDL,4DIVDL9DAC0832用做波形發(fā)生器。試根據(jù)圖2-46中的接線，分別寫出產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波的程序，產(chǎn)生的波形如圖2-47所示。解：三角波程序：MOVAL,0LOP1：MOVDX,230HOUTDX,ALMOVDX,ALINCALCMPAL,FFHJBLOP1LOP2：MOVDX,230HOUTDX,ALMOVDX,240HMOVDX,ALDECALCMPAL,0JALOP2JMPLOP1 方波程序：MOVAL,FFHSTART:MOVDX,230HOUTDX,ALMOVDX,240HOUTDX,ALMOVCX,0LOP1：NOPNOPLOOPLOP1XORAL,FFHJMPSTART鋸齒波程序：MOVAL,0START:MOVDX,230HOUTDX,ALMOVDX,240HOUTDX,ALINCALJMPSTART10.欲利用兩片DAC0832控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)X-Y繪圖儀功能。設(shè)所測(cè)待繪曲線的數(shù)據(jù)分別存入ARRAY1和ARRAY2數(shù)據(jù)區(qū)中，數(shù)據(jù)區(qū)中長(zhǎng)度為30H，請(qǐng)編程實(shí)現(xiàn)將ARRAY1和ARRAY2兩片數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)分別從1#和2#DAC0832同時(shí)繪出，控制X-Y繪圖儀繪出所測(cè)曲線（DAC0832與總線接口電路如圖2-48所示，設(shè)1#和2#DAC0832的端口輸入寄存器地址為320H、321H，DAC寄存器地址為323H）。MOVCX,30HMOVBX,0LOP1：MOVAL,ARRAY1BXMOVDX,320HOUTDX,ALMOVAL,ARRAY2BXMOVDX,321HOUTDX,ALMOVDX,323HOUTDX,ALINCBXLOOPLOP1第三章作業(yè)1. 數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么特點(diǎn)？ 答：1）數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)備，可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問(wèn)題； 2）數(shù)字濾波用程序?qū)崿F(xiàn)，多個(gè)輸入通道可“共用”同一個(gè)濾波程序、不需要增加硬件設(shè)備，降低了成本；3）對(duì)于不同的干擾，通過(guò)修改數(shù)字濾波程序或改變其中的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同濾波方法，與模擬濾波器只能改變硬件相比更加靈活和方便；4）數(shù)字濾波能對(duì)頻率很低（如0.01Hz）的干擾進(jìn)行處理，克服了模擬濾波器受電容容量的限制，頻率不能太低的補(bǔ)償。2. 常用的數(shù)字濾波方法有幾種？他們各自有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：1）算術(shù)平均數(shù)濾波：算術(shù)平均數(shù)濾波對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，采用算術(shù)平均數(shù)濾波后，信噪比提高了，但它對(duì)脈沖干擾的抑制效果不夠理想，不適合脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合；2）加權(quán)算術(shù)平均值濾波：它適用于系統(tǒng)純延遲時(shí)間常數(shù) 較大而采樣周期較短的情況。一般是越新的采樣值賦給較大的比例，增加新采樣值在濾波結(jié)果中的比例，盡量真實(shí)的反映系統(tǒng)所受干擾的影響情況。但采用加權(quán)算術(shù)平均值濾波方法需要測(cè)試不同過(guò)程的純延遲時(shí)間常數(shù) ，并不斷計(jì)算各加權(quán)系數(shù)，增加了計(jì)算量，降低了控制速度，因而其實(shí)際應(yīng)用不如算術(shù)平均值濾波方法；3）滑動(dòng)平均值濾波：滑動(dòng)平均值濾波方法對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，既少占用時(shí)間，又能達(dá)到較好的濾波效果，但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖干擾的抑制作用差，不易消除由于脈沖干擾引起的采樣值偏差，因此不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合，而適用于高頻振蕩系統(tǒng)；4）中值濾波：中值濾波對(duì)于去掉偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈沖干擾比較有效，對(duì)溫度、液位等變化緩慢的被測(cè)參數(shù)采用此方法能收到良好的濾波效果，但對(duì)流量、速度等快速電話的被測(cè)參數(shù)一般不易采用；5）防脈沖干擾的算術(shù)平均值濾波：這種方法兼有算術(shù)平均值濾波和中值濾波的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)快變和慢變參數(shù)都有抑制干擾的作用，有利于提高采樣的真實(shí)性，但對(duì)運(yùn)算工作量較大，會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)為3時(shí)，它便是中值濾波。在實(shí)際應(yīng)用中，為了加快測(cè)量計(jì)算速度， n一般不能太大；6）程序判斷濾波：程序判斷濾波對(duì)抑制帶有隨機(jī)性的干擾較為有效，具體應(yīng)用時(shí)的關(guān)鍵問(wèn)題是最大變化量 的選取，對(duì)不同的對(duì)象特性，使用不同的采樣周期、系統(tǒng)不同的給定輸入形式（階躍、等速或加速），都影響到 值的選擇；7）慣性濾波：這種方法模擬了具有較大慣性的低通濾波功能，當(dāng)目標(biāo)參數(shù)為變化很慢的物理量時(shí)，效果很好，但帶來(lái)了相位滯后，滯后相位角度的大小與 的選擇有關(guān)。該方法不能濾除頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)。出慣性濾波外，同樣可用軟件來(lái)模擬高通濾波和帶通濾波。3. 算術(shù)平均值濾波、加權(quán)算術(shù)平均值濾波及滑動(dòng)平均值濾波三者的區(qū)別是什么？ 答：算術(shù)平均值濾波和加權(quán)算術(shù)平均值濾波有一個(gè)共同點(diǎn)，即每個(gè)計(jì)算輸出1次有效采樣值必須連續(xù)采樣n 次。對(duì)于采樣速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速率較高的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，需要對(duì)濾波方法進(jìn)行改進(jìn)。采用滑動(dòng)平均值濾波方法時(shí)，每進(jìn)行一次采樣可以計(jì)算出一個(gè)新的有效采樣值，從而加快數(shù)據(jù)處理的速度。4. 標(biāo)度變換在工程上有什么意義？在什么情況下使用標(biāo)度變換程序？答：標(biāo)度變換在工程上意義：為了能直接誒顯示或打印被測(cè)工程量值，必須將它們轉(zhuǎn)換成為有量綱的數(shù)值。對(duì)于一般的線性儀表來(lái)說(shuō)，參數(shù)值與A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果之間是線性關(guān)系時(shí)使用線性標(biāo)度變換公式；有時(shí)微型計(jì)算機(jī)從模擬量輸入通道得到的有關(guān)過(guò)程參數(shù)的數(shù)字信號(hào)與該信號(hào)所代表的物理量不一定成線性關(guān)系，則其標(biāo)度變換公式應(yīng)使用非線性標(biāo)度變換公式。5. 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟是什么？答：1）求出模擬控制器的傳遞函數(shù)D(s)； 2）選擇合適的采樣周期； 3）將D(s)離散化，求出數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。6. 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么？ 答：1）已交給你被控對(duì)象的傳遞函數(shù)(s) ,可以求出廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z) ； 2）根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和其他約束條件，確定系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)； 3）根據(jù)式（3-34）解析求出數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)； 4） 驗(yàn)證D(z) 能否滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求，如果不滿足，則進(jìn)行修正； 5）根據(jù)驗(yàn)證合格的D(z) ，求出對(duì)應(yīng)的差分方程，編寫程序?qū)崿F(xiàn)； 6）與硬件連接，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。7. 某連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為 使用雙線性變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(z).答：雙線性變法:把代入，則 前向差分法：把 代入，則 后向差分法：把代入，則 8. 在PID控制器中，系數(shù)、各有什么作用？它們對(duì)控制品質(zhì)有什么影響？ 答：1、系數(shù) 為比例系數(shù)，提高系數(shù) 可以減小偏差，但永遠(yuǎn)不會(huì)使偏差減小到零，而且無(wú)止境的提高系數(shù) 最終導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。2、系數(shù) 為積分常數(shù)， 越大積分作用越弱，積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng)，直到偏差為零。在被調(diào)量的偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，因而能保持靜差為零。但單純的積分也有弱點(diǎn)，其動(dòng)作過(guò)于遲緩，因而在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時(shí)，往往使調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞，過(guò)度過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。積分調(diào)節(jié)可以消除偏差，提高控制精度。3、系數(shù) 為微分常數(shù)， 越大微分作用越強(qiáng)。微分調(diào)節(jié)主要用來(lái)加快系統(tǒng)的相應(yīng)速度，減小超調(diào)，克服振蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。9. 什么是數(shù)字PID位置式控制算法和增量式控制算法？是比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。答：為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程變量，必須將模擬PID算式離散化，變?yōu)閿?shù)字PID算法，為此，在采樣周期T遠(yuǎn)小于信號(hào)變化周期時(shí)，作如下近似（T足夠小時(shí)，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近）： 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)的位置（如控制閥門的開度）一一對(duì)應(yīng)，所以稱之為位置型PID算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸出的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān)，還與過(guò)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(huì)引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是其增量時(shí)，可以采用增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位置的功能的這類裝置時(shí)，一般均采用增量型PID控制算法。與位置算法相比，增量型PID算法有如下特點(diǎn)：1）位置型算式每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差對(duì)控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。2）為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)無(wú)憂切換，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 ，若采用增量算法，其輸出對(duì)應(yīng)于閥門位置的變化部分，即算式中不出現(xiàn) 項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)憂動(dòng)切換。3）采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。10. 有哪幾種改進(jìn)的數(shù)字PID控制算法？答：有四種。（1）.積分分離PID控制算法；（2）不完全微分PID控制算法；（3）帶死區(qū)的PID控制算法；（4）消除積分不靈敏區(qū)的PID控制算法。11. 什么是積分飽和現(xiàn)象？它是怎么被引起的？通常采用什么方法克服積分飽和？答：所謂積分飽和現(xiàn)象是指若系統(tǒng)存在一個(gè)方向的偏差，PID控制器的輸出由于積分作用的不斷累加而加大，從而導(dǎo)致u(k)達(dá)到極致位置。此后若控制器輸出繼續(xù)增大，u(k)也不會(huì)再增大，即系統(tǒng)輸出超出正常運(yùn)行范圍而進(jìn)入了飽和區(qū)。一旦出現(xiàn)反向偏差，u(k)逐漸從飽和區(qū)退出。進(jìn)入飽和區(qū)愈深則退飽和時(shí)間愈長(zhǎng)。此段時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍停留在極限位置而不能隨著偏差反向立即作出相應(yīng)的改變，這時(shí)系統(tǒng)就像失去控制一樣，造成控制性能惡化。這種現(xiàn)象稱為積分飽和現(xiàn)象。積分飽和現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：（1）調(diào)節(jié)器長(zhǎng)期處于開環(huán)狀態(tài)；（2）調(diào)節(jié)器具有積分控制作用；（3）調(diào)節(jié)器輸入偏差長(zhǎng)期得不到校正。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制算法中積分項(xiàng)進(jìn)行約束，可以防止積分飽和現(xiàn)象的發(fā)生，方法之一是進(jìn)行積分分離。12. 簡(jiǎn)述擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。答：擴(kuò)充臨界比例度法：(1）選擇一個(gè)足夠短的采樣周期，它一般應(yīng)為被控對(duì)象的純滯后時(shí)間的1/10以下；(2）用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作在純比例控制方式下，直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅震蕩，記下使系統(tǒng)發(fā)生震蕩的臨界比例系數(shù)及系統(tǒng)的臨界震蕩周期;（3）選擇控制度。擴(kuò)充響應(yīng)曲線法：1）數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，用手動(dòng)操作，把被調(diào)量調(diào)到給定值附近，并使之穩(wěn)定下來(lái)，然后突然改變給定值，給對(duì)象一個(gè)階躍輸入信號(hào)；2）用記錄儀表記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線；3）在曲線最大斜率處做切線，求得滯后時(shí)間，被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)以及它們的比值;4）由求得的、及查表3-3，即可求得數(shù)字PID控制器的有關(guān)參數(shù)、及采樣周期。13. 采樣周期的選擇需要考慮哪些因素？答：（1）從品質(zhì)上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提高控制精度。通常保證在95%的系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程內(nèi)，采樣6次15次即可； （2）從快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通過(guò)采樣得到反映，而不致產(chǎn)生過(guò)大的延時(shí)； （3）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(zhǎng)些，尤其是多回路控制時(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(duì)象的純滯后時(shí)間較大時(shí)，常選T=(1/41/8) ; （4）從計(jì)算精度方面考慮，采樣周期T不應(yīng)過(guò)短，當(dāng)主機(jī)字長(zhǎng)較小時(shí)，若T過(guò)短，將是前后兩次采樣值差別小，調(diào)節(jié)作用因?yàn)闀?huì)減弱。另外，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低，會(huì)出現(xiàn)這樣情況，即新的控制量已輸出，而前一次控制還沒(méi)完成，這樣采樣周期再短也將毫無(wú)意義，因次T必須大于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)時(shí)間。14. 什么是最小拍數(shù)字控制系統(tǒng)？在最少拍數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮哪些因素？答：最小拍數(shù)字控制系統(tǒng)就是一種時(shí)間最優(yōu)控制。 在最少拍數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的因素：(1) 最少拍數(shù)字控制器的輸入：1)3種典型的輸入型號(hào)；2)閉環(huán)誤差脈沖傳遞函數(shù)的初步確定；3)3種輸入信號(hào)下的誤差序列。(2)最少拍數(shù)字控制器的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)；(3)最少拍控制系統(tǒng)的局限性；15. 什么是振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？答：振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出以接近1/2采樣頻率的頻率，大幅度衰減震蕩。消除振鈴現(xiàn)象的方法：先找出數(shù)字控制器中產(chǎn)生振林現(xiàn)象的極點(diǎn)，令其中z=1。這樣便取消了該極點(diǎn)，即可消除振鈴現(xiàn)象。16. 與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)：（1） 模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng)；（2） 模糊控制不用建立對(duì)象精確的數(shù)字模型；（3） 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好；（4） 模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法。17. 已知模擬控制器的傳遞函數(shù)為試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置式和增量式控制算式，設(shè)采樣周期T=0.2s。解：根據(jù)，T=0.2s得：又 得數(shù)字控制器位置式控制算式類推得數(shù)字控制器增量式控制算式18. 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為采樣周期T=1s，要求采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器D(z)，并求取u(k)的遞推形式。解：由題可知?jiǎng)t設(shè)又得：19. 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為采樣周期T=1s，采用零階保持器，針對(duì)單位速度輸入函數(shù)，設(shè)計(jì)：1）最少拍控制器D(z);2）畫出數(shù)字控制器的輸出和系統(tǒng)的輸出曲線解：（1）廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)，即根據(jù)中與輸入形式有關(guān)得到由此得，數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型為：（2） 數(shù)字控制器的輸出和系統(tǒng)的輸出曲線如圖：20. 已知控制系統(tǒng)的被控對(duì)象傳遞函數(shù)為已知采樣周期T=1s，使用大林算法設(shè)計(jì)D(z)。解：由題可知令又其中則：21. 在題20中，若選閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，是否會(huì)出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象？如何消除？解：當(dāng)時(shí)如上式可知會(huì)出現(xiàn)震鈴現(xiàn)象，只有消除項(xiàng)才能消除，即當(dāng)z=1帶入原式得22. 設(shè)廣義被控對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為試針對(duì)單位速度輸入，設(shè)計(jì)最少拍吳文博數(shù)字控制器，并計(jì)算數(shù)字控制器輸入和系統(tǒng)輸出。當(dāng)參數(shù)變化，使得時(shí)，若D(z)保持不變么系統(tǒng)輸出響應(yīng)如何變化？解：根據(jù)最少拍無(wú)紋波設(shè)計(jì)原則：零點(diǎn)包含的零點(diǎn)，包含項(xiàng)，得根據(jù)中與輸入形式有關(guān)，方次與相同，得到解聯(lián)立方程，得 由此，數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型為：閉環(huán)系統(tǒng)的輸出序列為：數(shù)字控制器的輸出序列為：當(dāng)參數(shù)變化時(shí)不變，不變，所以系統(tǒng)輸出響應(yīng)不會(huì)變化。第四章（5） 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在哪些干擾，其傳播途徑是什么？答：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在的干擾主要噪聲干擾、過(guò)程通道干擾和供電系統(tǒng)干擾。噪聲干擾是電磁信號(hào)通過(guò)空間輻射進(jìn)入系統(tǒng)的。過(guò)程通道干擾是通過(guò)與系統(tǒng)相連的前向通道、后向通道以及與其他系統(tǒng)的互聯(lián)通道進(jìn)入系統(tǒng)的。供電系統(tǒng)干擾則是電磁信號(hào)通過(guò)供電線路進(jìn)入系統(tǒng)的。（6） 如何抑制串、共模干擾和長(zhǎng)線傳輸干擾？答：在輸入和輸出通道上采用光隔離器來(lái)抑制串模干擾；在多路轉(zhuǎn)換器輸入端接入共模扼流圈，可抑制共模干擾；配置總線驅(qū)動(dòng)器可抑制長(zhǎng)線傳輸干擾。（7） 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的地一般分為幾種？答：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中地線一般分為：信號(hào)地線、噪聲地線、金屬件地線。（8） 在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)有何意義？答:容錯(cuò)技術(shù)是允許系統(tǒng)發(fā)生故障，借助冗余技術(shù)使其自動(dòng)抵消，在故障存在的情況下也能使系統(tǒng)正常運(yùn)行，大大提高系統(tǒng)的可靠性。（9） 有幾種容錯(cuò)結(jié)構(gòu)？各種容錯(cuò)結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？答：兩種容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，分別為N中取K容錯(cuò)結(jié)構(gòu)和雙模結(jié)構(gòu)。它們的區(qū)別在于雙模結(jié)構(gòu)是有人維修的。（10） 隔離放大器有哪些特點(diǎn)？答：隔離放大器可以隔斷通路的線路連接，從而信號(hào)的抑制串模干擾。（11） 簡(jiǎn)述看門狗（Wathchdong）技術(shù)。答：看門狗技術(shù)就是在程序“跑飛”或死機(jī)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新置位或復(fù)位，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的一種技術(shù)。（12） 簡(jiǎn)述提高軟件設(shè)計(jì)可靠性的措施。答：提高軟件設(shè)計(jì)可靠性的措施有：1）凡不用的EPROM和RAM區(qū)，一律寫成FFH或00H 2）采用尖峰檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的寫禁止。 3）輸出刷新 4）采用看門狗技術(shù)等。第五章1. 簡(jiǎn)述基帶傳輸和頻帶傳輸?shù)奶匦裕?答：基帶傳輸不需要調(diào)制解調(diào)器，設(shè)備花費(fèi)少，適用于短距離小范圍的數(shù)據(jù)傳輸，分級(jí)分布式控制系統(tǒng)通常采用這種方式連接各級(jí)微型計(jì)算機(jī)。頻帶傳輸使用調(diào)制解調(diào)技術(shù)，發(fā)送方對(duì)待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行先行編碼，將編碼后的數(shù)字信號(hào)調(diào)制到一個(gè)更高頻率載波信號(hào)上，通信信道上傳輸?shù)氖钦{(diào)制后的模擬信號(hào)。接受方接收模擬信號(hào)后，通過(guò)解調(diào)從模擬信號(hào)中提取出數(shù)字信息送至目的設(shè)備。2. 信號(hào)調(diào)制的方法有哪幾種？答：3種方法，幅值調(diào)制（ASK）、頻率調(diào)制（FSK）和相位調(diào)制（PSK）。3. 簡(jiǎn)述異步傳輸和同步傳輸?shù)牟町悾看穑寒惒絺鬏攲?shù)據(jù)位流劃分為字節(jié)，每次傳送一個(gè)字節(jié)（即8個(gè)二進(jìn)制位），獨(dú)立傳輸每個(gè)字節(jié)，即后一個(gè)字節(jié)的傳輸與前一個(gè)字節(jié)的傳輸無(wú)關(guān)，同時(shí)，收發(fā)雙方同樣需要進(jìn)行時(shí)鐘同步。同步傳輸一次可以傳輸多個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，收發(fā)雙方使用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，規(guī)定時(shí)鐘信號(hào)的某個(gè)特定狀態(tài)(下降沿時(shí))，數(shù)據(jù)信號(hào)線上的信號(hào)有效。4. 簡(jiǎn)述常用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型及其優(yōu)缺點(diǎn)。答：1.網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是：任意兩個(gè)設(shè)備間有自己專用的通信通道，不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)沖突，當(dāng)某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的通信。缺點(diǎn)是：硬件實(shí)現(xiàn)比較困難，需要的電纜多，n個(gè)結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)至少需要n(n-1)/2條連接電纜，安裝成本高，向網(wǎng)絡(luò)中添加或刪除結(jié)點(diǎn)都非常困難。2.星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是：硬件安裝比較簡(jiǎn)單成本，向網(wǎng)絡(luò)中添加或刪除結(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是：如果中心結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信將完全癱瘓；另外，由于網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備間不能直接通信，需要通過(guò)中心結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，因此通信時(shí)會(huì)帶來(lái)一定的時(shí)間延遲。總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是：安裝簡(jiǎn)單，所需要電纜數(shù)比星型網(wǎng)絡(luò)少，可以較方便地在網(wǎng)絡(luò)中添加或刪除結(jié)點(diǎn)。缺點(diǎn)是：如果主干電纜發(fā)生故障，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將癱瘓，并且很難確定出現(xiàn)故障的位置。3.環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是：環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)的硬件安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，發(fā)生故障時(shí)比較容易確定故障位置。缺點(diǎn)是：環(huán)中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓;雖然比較容易實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)添加和刪除結(jié)點(diǎn)，但添加或刪除結(jié)點(diǎn)時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不能工作。5. 簡(jiǎn)述OSI參考模型的層次結(jié)構(gòu)以及各層次功能。答：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表達(dá)層和應(yīng)用層。物理層功能：物理層是通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口，它主要定義了通信設(shè)備的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和過(guò)程特性。數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層功能是將物理層從一個(gè)原始的傳輸工具轉(zhuǎn)變成一個(gè)可靠的鏈路，它負(fù)責(zé)將被傳送的數(shù)據(jù)按幀格式化，完成介質(zhì)訪問(wèn)控制，差錯(cuò)控制，以及物理層的管理等。網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層功能就是實(shí)現(xiàn)節(jié)電的交換功能，實(shí)現(xiàn)端節(jié)點(diǎn)和端節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)正確無(wú)誤的信息傳送。傳輸層：主要是完成從終端端點(diǎn)到另一種短短點(diǎn)的可靠傳輸服務(wù)。應(yīng)用層：應(yīng)用層是向網(wǎng)絡(luò)使用者提供一個(gè)方便有效的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境。6. 常用介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)、令牌傳遞、查詢和時(shí)分多址等。 帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問(wèn)：多路訪問(wèn)技術(shù)規(guī)定，鏈路上的所有結(jié)點(diǎn)都可以隨時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)幀；令牌傳遞：能夠確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得總線使用權(quán)；查詢：主結(jié)點(diǎn)控制鏈路，依次詢問(wèn)所有從結(jié)點(diǎn)是否需要發(fā)送選擇幀；時(shí)分多址：時(shí)分多址技術(shù)將鏈路的整個(gè)通信帶寬作為一個(gè)通信信道，鏈路上所有結(jié)點(diǎn)分時(shí)間共享這一信道。7. 列舉采用CSMA/CD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。答：實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、PROFINET、EtherNet/IP、高速以太網(wǎng)HSE8. 說(shuō)明流控制的作用。答：流控制是確保接收方不會(huì)被發(fā)送方連續(xù)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀“淹沒(méi)”的機(jī)制。9. 詳細(xì)說(shuō)明選擇重傳協(xié)議的工作機(jī)制。答：重傳協(xié)議只重發(fā)沒(méi)有正確接收的幀，而不是重發(fā)所有的幀。發(fā)送方為每個(gè)發(fā)送的幀設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，收到應(yīng)答就停止計(jì)時(shí)，超時(shí)未收到應(yīng)答，說(shuō)明幀丟失或出錯(cuò)，重發(fā)該幀。接收方收到序號(hào)正確的幀，就向發(fā)送方發(fā)送ACK應(yīng)答信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)序號(hào)不連接，有丟失幀現(xiàn)象，就向發(fā)送方發(fā)送NAK信號(hào)，請(qǐng)求重發(fā)制定序號(hào)的幀。10. 列舉3種采用數(shù)據(jù)報(bào)交換技術(shù)的協(xié)議。答：HDLC協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、UPD協(xié)議。11. 簡(jiǎn)述ARP和RARP的功能。答：ARP提供一種高效又便于維護(hù)的動(dòng)態(tài)地址綁定機(jī)制，通信前發(fā)送方先廣播一個(gè)特殊的分組，請(qǐng)求某個(gè)IP地址的主機(jī)響應(yīng)，該主機(jī)應(yīng)答時(shí)恢復(fù)自己的物理地址，發(fā)送方收到物理地址后就可以進(jìn)行通信了。RARP功能與ARP相反，是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)硬件的物理地址，請(qǐng)求獲得IP地址的協(xié)議。12. 簡(jiǎn)述UDP和TCP的特點(diǎn)及適用場(chǎng)合。答：UDP提供不可靠無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸服務(wù)，使用IP實(shí)現(xiàn)報(bào)文傳輸，根據(jù)協(xié)議端口號(hào)確定收發(fā)雙方的應(yīng)用程序，適用于一個(gè)服務(wù)器需要對(duì)多個(gè)客戶端頻繁的小數(shù)據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行服務(wù)的情況。TCP提供可靠的面向連接的數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)，TCP偏重于可靠性，而不是實(shí)時(shí)性，適用于一對(duì)一的傳輸大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。第六章22. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則中，最重要的是什么？答：可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的原則，因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)出現(xiàn)故障，將引起整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程混亂，造成嚴(yán)重后果。23. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟通常包括哪些內(nèi)容？答：主要包括確定系統(tǒng)的控制任務(wù)和總體設(shè)計(jì)方案，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和確定控制算法，系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)硬、軟件的分調(diào)與聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)模擬測(cè)試，系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)等。24. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)應(yīng)從哪幾方面考慮？答：1）確定控制方案；根據(jù)系統(tǒng)要求，確定采用開環(huán)控制還是混合控制。2）確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式；控制方案確定之后，需要選擇微處理器，確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式。3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇主要包括傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，以及人機(jī)聯(lián)系方式確定等。4）確定軟硬件分工；對(duì)系統(tǒng)的軟硬件功能作出劃分。25. 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其控制算法的選擇應(yīng)考慮哪些因素？答： 控制算法的選定應(yīng)滿足系統(tǒng)控制速度、控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求?？梢栽诳刂葡到y(tǒng)中設(shè)計(jì)多種控制算法，通過(guò)數(shù)字仿真或試驗(yàn)進(jìn)行分析對(duì)比，選擇最佳的控制算法。5微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其軟、硬件的設(shè)計(jì)應(yīng)分別從哪幾方面進(jìn)行考慮？答：軟件設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾方面考慮：1）實(shí)時(shí)性；2）靈活性和通用性；3）可靠性。硬件設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾方面考慮：1)根據(jù)控制任務(wù)的復(fù)雜程度、控制精度以及實(shí)時(shí)性要求等選擇主機(jī)板。2)根據(jù)程序和數(shù)量的大小等選擇存儲(chǔ)器板。3)根據(jù)模擬量輸入通道（AI）、模擬量輸出通道（AO）點(diǎn)數(shù)、分辨率和精度，以及采集速度等選A/D、D/A板。4)根據(jù)開關(guān)量輸入通道（DI）、開關(guān)量輸出通道（DO）點(diǎn)數(shù)和其他要求選擇開關(guān)量輸入輸出板。5)根據(jù)人機(jī)聯(lián)系方式選擇相應(yīng)的接口板。6)根據(jù)需要選擇各種外設(shè)接口板、通信板、濾波板。第七章1. 什么是DCS?其基本設(shè)計(jì)思想是什么?答:DCS是一種結(jié)合了儀表控制系統(tǒng)和直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）兩者的優(yōu)勢(shì)而出現(xiàn)的全新控制系統(tǒng)，它很好地解決了DDC將所有的控制回路都集中在主CPU中而引起的兩個(gè)問(wèn)題，即可靠性問(wèn)題和實(shí)時(shí)性問(wèn)題。其基本設(shè)計(jì)思想是：集中管理、分散控制。2. 簡(jiǎn)述DCS的體系結(jié)構(gòu)及各層次的主要功能。答：DCS體系結(jié)構(gòu)分為四層結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、過(guò)程控制級(jí)、過(guò)程管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)。1）現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的功能：一是完成過(guò)程數(shù)據(jù)采集與處理，把現(xiàn)場(chǎng)的各種物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行一些必要的處理；二是直接輸出操作命令、實(shí)現(xiàn)分散控制，把各種控制輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變成物理變量；三是完成與上級(jí)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)共享；四是完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)智能設(shè)備的監(jiān)測(cè)、診斷和組態(tài)等。2）過(guò)程控制級(jí)主要功能有：一是采集過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理；二是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)反饋控制、邏輯控制、順序控制和批量控制功能；三是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及I/O口卡件的自診斷；四則是與過(guò)程操作管理級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。3）過(guò)程管理級(jí)功主要功能有：操作戰(zhàn)功能、工程站功能和監(jiān)控計(jì)算機(jī)功能。4）經(jīng)營(yíng)管理級(jí)主要功能有：監(jiān)測(cè)企業(yè)各部門的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)，幫助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃