微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后于海生版習(xí)題詳解答案

1、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？ 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，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個部分 發(fā)出各種命令，同時對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測及處理 . 主機(jī)的主要功 能是控制整個生產(chǎn)過程，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；對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督，使之處 于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進(jìn)行預(yù)測和報警；編制生產(chǎn)技術(shù)報告，打印制表等等 .（2）輸入輸出通道：這是微機(jī)和生產(chǎn)對象之間進(jìn)行信息交換的橋梁和紐帶 . 過程 輸入通道把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換

2、成微機(jī)可以接收的數(shù)字代碼 . 過程輸出通 道把微機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對生產(chǎn)對象進(jìn)行控制的信號 . 過程 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，簡稱外設(shè)，包括人機(jī) 聯(lián)系設(shè)備 （ 操作臺 ） 、輸入輸出設(shè)備 （ 磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等 ） 和外存貯器 （ 磁盤）. 其中操作臺應(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；操作臺還要保 證即使操作錯誤也不會造成惡劣后果，即應(yīng)有保護(hù)功能 .（4）檢測與執(zhí)行機(jī)構(gòu)a. 測量變送單元：在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為

3、了收集和測量各種參數(shù)，采用了各種 檢測元件及變送器，其主要功能是將被檢測參數(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；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，這些信號 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 （0 5V或420mA）后，再送入微機(jī) .b. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：要控制生產(chǎn)過程，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，改變輸出的角位移或直線位移，并 通過調(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)1 / 27構(gòu)(調(diào)節(jié)閥 )來控制進(jìn)入加熱爐的煤氣 (

4、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、液動和氣動等控制形式，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 .6.操作指導(dǎo)、 DDC和 SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？(1) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生 產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu) . 計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過 程參數(shù)進(jìn)行處理，計(jì)算出各控制量應(yīng)有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考， 這時計(jì)算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用 . 其原理框圖如圖 1.2 所示.圖 1.2 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)原理框圖(2) 直接數(shù)字控制系統(tǒng) (DDC系統(tǒng)) ：DDC(Direct D

5、igital Control) 系統(tǒng)就是通過 檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將 檢測結(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)過程中最普遍的一種應(yīng)用形式 . 其原理框圖如圖 1.3 所示.圖 1.3 DDC 系統(tǒng)原理框圖(3) 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?DDC系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)只是代替模2 / 27擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不能運(yùn)

6、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 .SCC 系統(tǒng)的原 理框圖如圖 1.4 所示 .圖 1.4 SCC 系統(tǒng)原理框圖 SCC是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和 DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展 .4. 簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用 . 光電耦合器由封裝在一個管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如圖 2.1 所 示. 輸入電流流過二極管時使其發(fā)光，照射到光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號 的光電耦合傳送，它在過程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離 .圖 2.1 光電耦合器電路圖10. 設(shè)被測溫度變化范圍為 0oC1200oC,如果要求

7、誤差不超過 0.4 oC,應(yīng)選用分辨 為多少位的 A/D 轉(zhuǎn)換器？1200選擇依據(jù)： n log 1 122 0.411. 設(shè)計(jì)出 8 路模擬量采集系統(tǒng) . 請畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)的 8 路模 擬量數(shù)據(jù)采集程序 .本例給出用 8031、DAC0809設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例 .把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi) RAM的 30H37H單元中 . 采樣完一遍后停 止采集 . 其數(shù)據(jù)采集的初始化程序和中斷服務(wù)程序如下：3 / 27初始化程序： MOV R0， #30H；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針；設(shè)置 8 路采樣計(jì)數(shù)值；設(shè)置外部中斷 0 為邊沿觸發(fā)方式； CPU 開 放 中 斷 SETB EX0；

8、送入口地址并指向 IN0啟動 A/D轉(zhuǎn)換， A的值無意義等待中斷；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；存入片內(nèi) RAM單元 ；指向下一模擬通道 ；指向下一個數(shù)據(jù)存儲單元 ；8 路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù) ；已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷 ；禁止外部中斷 0 中斷MOV R2， #08HSETB IT0SETB EA；允許外部中斷 0 中斷MOV DPTR ， #FEF8HLOOP： MOVX DPTR， A；HERE： SJMP HERE；中斷服務(wù)程序：MOVX A， DPTRMOV R0， AINC DPTRINC R0DJNZ R2， INT0CLR EACLR EX0RETI；中斷返回INT0 ： MOVX DPTR ，A

9、；再次啟動 A/D 轉(zhuǎn)換13.RETI 采用 DACPC總線工業(yè)控制DI7ILE VCC VREF數(shù)據(jù)總線D7 D0機(jī)接口 .5V；中斷返回請畫出接口電路原理圖， 并編寫產(chǎn)8086CPUM / IOWR0 IOU T1DAC0832地址線 地 址 譯 碼YWR1CSIOU T2WR2XFERDGNDAGNDUo生三角波、梯形波和鋸齒波的程序 .本章作業(yè)設(shè)計(jì)一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng) .要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測，存儲 10 組數(shù)據(jù)， 輸數(shù)據(jù)為電壓信號（ 0-5V），檢測精度 1%.CPU、AD、DA可任選 .5. 若加工第一象限直線 OA，起點(diǎn) O（0，0），終點(diǎn) A（11，7）. 要求：（1）按逐

10、點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算；（2）作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù) .解：由題意可知 xe=11,y e=7，F(xiàn)0=0，我們設(shè)置一個總的計(jì)數(shù)器 Nxy, 其初值應(yīng)為 Nxy=|7-0|+|11-0|=18 ，則插補(bǔ)計(jì)算過程如表 31 所示. 根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算過程表所 作出的直線插補(bǔ)走步軌跡圖如下圖所示表 3 1步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)F0=0Nxy=181F0=0+XF1=F0 -y e=-7Nxy=172F10+XF3=F2 -y e=-3Nxy=154F30+XF5=F4-y e=1Nxy=136F50+XF6=F5 -y e=-6Nxy=127F60+XF8=F7-y e=

11、-2Nxy=109F80+XF10=F9-y e=2Nxy=811F100+XF11=F10-y e=-5Nxy=712F110+XF13=F12-y e=-1Nxy=514F130+XF15=F14-y e=3Nxy=316F150+XF16=F15-y e=-4Nxy=217F160+XF18=F16-y e=0Nxy=03.5. 設(shè)加工第一象限的圓弧 AB，起點(diǎn) A(6， 0)，終點(diǎn) B(0，6). 要求：(1) 按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算；(2) 作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù) .解：插補(bǔ)計(jì)算過程如表 32 所示. 終點(diǎn)判別仍采用第二種方法，設(shè)一個總的計(jì) 數(shù)器 Nxy，每走一步

12、便減 1操作，當(dāng) Nxy=0時，加工到終點(diǎn)，插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束 . 下圖 為插補(bǔ)過程中的走步軌跡 .1 2 3 4 5 6表 3 2步 數(shù)偏差判 別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)F0=0x0=6,y 0=0Nxy=121F0=0-XF1=0-12+1=-11x1=5,y 1=0Nxy=112F10+YF2=-11+0+1=-10x2=5,y 2=1Nxy=103F20+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y 3=2Nxy=94F30+YF4=-7+4+1=-2x4=5,y 4=3Nxy=85F40-XF6=5-10+1=-4x6=4,y 6=4Nxy=67F60-XF8=5-8+1=-2x8

13、=3,y 8=5Nxy=46 / 279F80-XF10=9-6+1=4x10=2,y 10=6Nxy=211F100-XF11=4-4+1=1x11=1,y 11=6Nxy=112F110-XF12=1-2+1=0x12=0,y 12=6Nxy=03.6 . 三相步進(jìn)電機(jī)有哪幾種工作方式？分別畫出每種工作方式的各相通電順序 和電壓波形圖 .解：有三種工作方式： （1）三相單三拍工作方式 各相的通電順序?yàn)?ABC,各相通電的電壓波形如圖 3.1 所示 .（2）三相雙三拍工作方式雙三拍工作方式各相的通電順序?yàn)?ABBCCA.各相通電的電壓波形如圖 3.2 所 示.圖 3.2 雙三拍工作的電壓波形

14、圖（3）三相六拍工作方式 在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來，就產(chǎn)生 了六拍工作方式，其通電順序?yàn)?AABBBCCCA. 各相通電的電壓波形如 圖 3.3 所示 .7 / 27圖 3.3 三相六拍工作的電壓波形圖3.7. 采用 8255A作為 x 軸步進(jìn)電機(jī)和 y 軸步進(jìn)電機(jī)的控制接口，要求（1）畫出接口電路原理圖；（2）分別列出 x 軸和 y 軸步進(jìn)電機(jī)在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍工作 方式下的輸出字表 .電路原理圖如圖所示三相單三拍控制方式輸出字表x 軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y 軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲地址標(biāo)號低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號高八位輸出字ADX10000000

15、1=01H ADY100000001=01HADX200000010=02H ADY200000010=02HADX300000100=04H ADY300000100=04H三相雙三拍控制方式輸出字表x 軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 y 軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲地址標(biāo)號低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號高八位輸出字ADX100000011=03H ADY100000011=03HADX200000110=06H ADY200000110=06HADX300000101=05H ADY300000101=05H三相六拍控制方式輸出字表x 軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 y 軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲地址標(biāo)號 低八位輸出字 存儲地

16、址標(biāo)號 高八位輸出字ADX100000001=01H ADY100000001=01H8 / 27ADX200000011=03H ADY200000011=03HADX300000010=02H ADY300000010=02HADX400000110=06H ADY400000110=06HADX500000100=04H ADY500000100=04HADX600000101=05H ADY600000101=05H2. 某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為U(s)1 T1s1 T2sDsE(s)試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z).解： 雙線形變換法：把 s T2

17、zz 11代入，則D z D z|sT2 zz112 z 11 T11 T z 12 z 1 1 T22 T z 1T 2T1 z T-2T1T 2T2 z T 2T2前向差分法：把z zT-1 代入，則z1D z D s|s zT1 11 TT12ssz1T1z T T1T2z T T2后向差分法：把 s z 1 代入，則TzD z D s|s zsTz1 T1s1 T2sz1Tzz1TzT1z T T1T2z T T24.3 什么是數(shù)字 PID 位置型控制算法和增量型控制算法？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過程變量，必須將模擬 PID 算式離散化，變?yōu)閿?shù)字 PID 算式，為此，在采

18、樣周期 T 遠(yuǎn)小于信號變化周期時，作如下近似 （T 足夠小 時，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近 ） ： / 27tk0 edt T e(j)0 j 0de e(k) e(k 1)dt T于是有：T kTdu(k) K pe(k)e(j) de(k) e(k 1)Ti j 0Tu(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， 這樣會引起系統(tǒng)沖擊，甚至

19、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 的絕對值，而是其增量時，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)、電動調(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， 一般均采用增量型 PID控制算法 .TTdu(k) Kp e(k) e(k 1) e(k) d e(k) 2e(k 1) e(k 2)TiT與位置算法相比，增量型 PID 算法有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 位置型算式每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加 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，計(jì)算誤差對控制量的影響較

20、小， 容易取得較好的控制效果 .(2) 為實(shí)現(xiàn)手動自動無擾切換，在切換瞬時，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始 閥門開度 u0，若采用增量型算法，其輸出對應(yīng)于閥門位置的變化部分，即算式 中不出現(xiàn) u0 項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動到自動的無擾動切換 .(3) 采用增量型算法時所用的執(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，不會對生產(chǎn)造成惡劣影響 .4.4 . 已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為D s 1 0.17s1 0.085s試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式，設(shè)采樣周期 T=0.2s.U s 1 0.17sDsE s 1 0.085s10 / 27則U s 0.085

21、SU s E s 0.17SE su t 0.085 du t et 0.17 det dt dtu k 0.085 u k Tu k 1 ek 0.17 e k Tek 1把 T=0.2S 代入得1.425u k 0.425u k 1 4.5ek 3.5e k-1位置型 u k 3.1579e k 2.4561e k 1 0.2982u k 1增量型 u k u k u k 1 3.1579e k 2.4561e k 1 0.7018u k 1補(bǔ)充題)已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1 0.17sDs0.085s試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型 PID 算法和增量型 PID 控制算式，設(shè)采樣周 期 T

22、=0.2s.解：因?yàn)?D s 10.008.157ss112(1 0.117s) K p(1 T1is Tds)所以 K p 2，Ti 0.17， Td 0.故位置型 PID 控制器u(k)K P e(k) TTIk e(i) TD e(k) e(k 1)i 0 T0.170.2ke(i)i02e(k)0.40.17ke(i)i0故增量型 PID 控制器u(k) u(k 1) u(k)u(k 1) K P e(k) e(k 1) K Ie(k) K D e(k) 2e(k 1) e(k 2)u(k 1) 2 e(k) e(k 1) 0.4 e(k)0.17u(k 1) 4.35e(k) 2e(

23、k 1)4.7. 簡述擴(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 . 擴(kuò)充臨界比例度法整定 PID 參數(shù)的步驟：(1) 選擇一個足夠短的采樣周期 T，例如被控過程有純滯后時，采樣周期 T 取滯 后時間的 1/10 以下，此時調(diào)節(jié)器只作純比例控制，給定值 r 作階躍輸入 .11 / 27 (2) 逐漸加大比例系數(shù) Kp，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩 . 由臨界振蕩過程求得相應(yīng) 的臨界振蕩周期 Ts，并記下此時的比例系數(shù) Kp，將其記作臨界振蕩增益 Ks. 此 時的比例度為臨界比例度，記作 s 1 .s K s(3) 選擇控制度，所謂控制度是數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器所對應(yīng)的過渡過程的誤 差平方

24、的積分之比 .(4) 根據(jù)控制度，查表求出 T、Kp、Ti 和 Td 值.(5) 按照求得的整定參數(shù)，投入系統(tǒng)運(yùn)行，觀察控制效果，再適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直 到獲得滿意的控制效果為止 .擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID 參數(shù)的步驟：(1) 斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(tài) . 將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近并 穩(wěn)定后，然后突然改變給定值，即給對象輸入一個階躍信號 .(2) 用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖所示 .(3) 在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間 、被控對象的時間常數(shù) Tc，以 及它們的比值 Tc/ .(4) 由 、Tc、Tc/ 值，查表，求出數(shù)字控制器的 T、Kp、Ti 和

25、 Td.4.8. 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么？ 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖 41 所示.圖 41 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖 由廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，可求得控制器的脈沖傳遞 函數(shù) D(z).數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)步驟如下：(1) 根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要求和其它約束條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函 數(shù) (z).12 / 27(2) 求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) G(z).(3) 求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù) D(z).(4) 根據(jù) D(z) 求取控制算法的遞推計(jì)算公式4.9 已知被控對象的傳遞函數(shù)為10Gc s cs(0.1s 1)采樣周期 T=0.1s ，采用零階保持器 . 要求(1

26、)針對單位速度輸入信號設(shè)計(jì)最少拍無紋波系統(tǒng)的 D z ，并計(jì)算輸出響 應(yīng) y(k) 、控制信號 u( k)和誤差 e(k )序列，畫出它們對時間變化的波形 .(2)針對單位階躍輸入信號設(shè)計(jì)最少拍有紋波系統(tǒng)的 D z ，并計(jì)算輸出響應(yīng) y(k) 、控制信號解：廣義脈沖傳遞函數(shù)為1 e TsG(z) Z( s10Tz 1 1(k)和誤差 e(k )序列，畫出它們對時間變化的波形10s(0.1s 1) (1 z 1)Z(100 )2) s2(s 10)(1 z 1)2 1 z 1 (1 e 10T z110.368z 1(1 0.717z 1) 11(1 z 1)(1 0.368z 1)最少拍無紋波

27、設(shè)計(jì)步驟：1) 根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)N(分母多項(xiàng)式的冪次)M (分子多項(xiàng)式的冪次) d=N-M延時 w在所有零點(diǎn)的總數(shù)(不包括無窮遠(yuǎn)的 零點(diǎn))v 在 z 平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個 數(shù)j 在 z 平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù) q(輸入類型)已知 N=2， M=2所以 d=0w=1(即分子多項(xiàng)式中的 (1 0.717z 1) v=1，j=1 ；q=2( 單位速度輸入 )2) 確定 F1(z) 和 F2(z) 的冪次 m和 nm w d 1n v j max( j ,q) 213 / 27mwdn v j max(j,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz m1 2 n所以

28、：F1(z) 1 f11z 1F2 (z) f21z 1 f22z 23) 確定 e(z)vje(z) 1 (z) (1 aiz1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)vje(z)(1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i11 2 1(1 z 1)2(1 f11z 1)1 ( f11 1)zf11zf11z4）確定 （z）w(z) z d (1 biz 1) F2(z)i1(z) z d (1 bi z 1) F2 (z) i1(1 0.717 z 1() f21z 1 f 22z 2)f21z 1 (f22 0.717 f21)z 2 0.717 f 22 z 35

29、）根據(jù)關(guān)系 e（z） 1 （z） 使等式兩邊 同冪次的系數(shù)相等， 解出 F1和 F2中的 系數(shù).f11 2 f211 2f11 (f22 0.717 f21) f11 0.717 f 22f11 0.59解得： f 21 1.41f 22 0.83所以：e(z) (1 z 1)2(1 0.59z 1)6）求控制器 D（z）D(z)1 (z)G(z)1 (z)最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟：(z) (1 0.717z 1)(1.41z 1 0.83z 2)11D(z) (1 z 1)(1 0.368z 1)D(z) 0.368z 1(1 0.717z 1)(1 0.717 z 1)(1.41z 1 0.8

30、3z 2)(1 z 1)2(1 0.59z 1)(1 0.368z 1)(1.41 0.83z 1)0.368(1 z 1)(1 0.59z 1)已知 N=2， M=21）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)所以 d=0N（分母多項(xiàng)式的冪次）M （分子多項(xiàng)式的冪次）d=N-M延時w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無窮遠(yuǎn)的w=1( 即 分 子 多 項(xiàng) 式 中 的 (1 0.717z 1)v=1，j=1 ； q=1（ 單位階躍輸入 ）F2(z) f21z 1 f22z 2f2n z n14 / 27零點(diǎn)）v 在 z 平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個 數(shù)j 在 z 平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù)q（輸入類型）2) 確定 F

31、1(z) 和 F2(z) 的冪次 m和 nmwdn v j max( j,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz mF2(z) f21z 1 f22z 2f2n z n3) 確定 e(z)vje(z) 1 (z) (1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q) F1(z)4) 確定 (z)d w 1(z) z d (1 bi z 1) F2(z)i1mwd1n v j max( j ,q) 1所以：1F1(z) 1 f11z 1F2 (z) f21z 1vje(z)(1 ai z 1) (1 z 1)max( j,q) F1(z)i1(1 z 1)2(1 f11z 1)12

32、1 ( f11 1)zf11zd w 1(z) z d (1 bi z 1) F2(z)i1(1 0.717z 1)f21z 1f21z 1 0.717 f 21 z 25）根據(jù)關(guān)系 e（z） 1 （z） 使等式兩邊 同冪次的系數(shù)相等， 解出 F1 和 F2 中的 系數(shù).6）求控制器 D（z）D(z)1 (z)G(z)1 (z)最少拍有紋波設(shè)計(jì)步驟：1）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)N（分母多項(xiàng)式的冪次）f 1ff11 1f21 解得：f11 0.717 f21所以：11f21e(z) (1 z 1)(1 0.42z 1)(z) 0.58z 1(1 0.717z 1)D(z) (1 z 1)(

33、1 0.368z 1)D(z) 0.368z 1(1 0.717 z 1)110.58z 1(1 0.717z 1) 11(1 z 1)(1 0.42z 1)1 0.368z 11 0.42z 1 已知 N=2， M=2 所以 d=00.420.58u=0（ 即 分 子 多 項(xiàng) 式 中 的15 / 27(1 0.717z 1) v=1，j=1 ； q=1( 單位速度輸入 )2)確定 F1(z) 和 F2(z) 的冪次 m和 nmudn v j max( j ,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz mF2(z) f21z 1 f22z 2f2n z n3)確定 e(z)e(z)

34、 1 (z) (1 aiz1) (1 z 1)max(j,q)F1(z) e i 1 i 14) 確定 (z)mud0n v j max( j ,q) 1所以：F1(z) 1F2 (z) f21z 1vje(z)(1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i1(1 z 1)u(z) z d(z) z1) F2(z)(1 bi z 1i1(z)f21z 15)根據(jù)關(guān)系 e(z) 1 (z) 使等式兩邊解得：f21 1同冪次的系數(shù)相等， 解出 F1 和 F2 中的 系數(shù).6)求控制器 D(z)D(z)1 (z)G(z)1 (z)所以：e(z) (1 z 1)(z) z 1D(z)

35、(1 z 1)(1 0.368z 1) z 1D(z) 0.368z 1(1 0.717z 1) (1 z 1)(1 0.368z 1)0.368(1 0.717z 1)M (分子多項(xiàng)式的冪次) d=N-M延時 u 在 z 平面的單位圓上或圓外零點(diǎn)的個 數(shù)v 在 z 平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個 數(shù)j 在 z 平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù) q(輸入類型)4.10 被控對象的傳遞函數(shù)為Gc s 12 s采樣周期 T=1s，采用零階保持器， 針對單位速度輸入函數(shù)， 按以下要求設(shè)計(jì)：16 / 27（1） 最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì) （z）和D z ；（2） 求出數(shù)字控制器輸出序列 u（k） 的遞推

36、形式 . 解：廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)Gc z -Ts1 e 12s2e Tss13T2z-11 z 11221 z 1 2將 T=1S 代入，有Gc zz-11 z 121 z 1 2最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟：1）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)N（分母多項(xiàng)式的冪次）M （分子多項(xiàng)式的冪次） d=N-M延時 w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無窮遠(yuǎn)的 零點(diǎn)）v 在 z 平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個 數(shù)j 在 z 平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù) q（輸入類型）已知 N=2， M=2所以 d=0w=1v=2，j=2 ； q=2（ 單位階躍輸入 ）2) 確定 F1(z) 和 F2(z) 的冪次 m和 nmwdn v j

37、 max( j,q)F1(z) 1 f11z 1 f12z 2f1mz mF2(z) f21z 1 f22z 2 f2n z nmwd1n v j max( j ,q) 2 所以：F1(z) 1 f11z 1F2(z) f21z 1 f22z 23) 確定 e(z)vje(z) 1 (z) (1 aiz1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i1vje(z)(1 aiz 1) (1 z 1)max(j,q)F1(z)i11 2 1(1 z 1)2(1 f11z 1)1 (f11 2)z 1 (1 2f11)z 2 f11z 317 / 274)確定 (z)(z)d w 1z d (1 b

38、iz 1) F2(z) i1(z) z di1(1 biz 1) F2(z)1 1 2(1 z 1)(f21z 1 f22z 2)f21z ( f21 f22 )z5)根據(jù)關(guān)系 e(z) 1 (z) 使等式兩邊 同冪次的系數(shù)相等， 解出 F1和 F2中的 系數(shù).f11 2 f 211 2f11 (f22 f 21)f11 f 22f11 3/4 解得： f21 5/4f 22 3/4所以：e(z) (1 z 1)2(1 3/4z 1)(z) (1 z 1)(5 / 4z 1 3/4z 2)6)求控制器 D(z)D(z) 1 (z)G(z)1 (z)1D(z) z2-111 zz 1z 1 z1

39、 1 2 (1 z 1)(5/4z 1 3/4z 2)(1 z 1)2(1 3/4z 1)10 6z 14 3z 111. 被控對象的傳遞函數(shù)為Gc s s11e s采樣周期 T=1s，要求：(1) 采用 Smith 補(bǔ)償控制，求取控制器的輸出 u k ；(2) 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 .(1) 采用 Smith 補(bǔ)償控制 廣義對象的傳遞函數(shù)為Ts s s1ee1 eHGC sH0sGCs1ee1 ee sHGPs e sb1z 11 a1z 1ss1ss 1D z Z D s Z s1 se1 1 e s 1 z L其中 a1 e T1 e 1,b1

40、 1 e 1,L1,T 1StU z 0.6321 z 1 z 2則 D z1E z 1 0.3679z 118 / 27U z 0.3697z 1U z 0.6321 z 1 z2 E z u k 0.6321e k 1 0.6321e k 2 0.3679u k 1(2) 采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器GB z Z1 e Tss取 T=1S, 1,K=1,T 1=1,L= /T =1, 設(shè)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時間常數(shù) T0=0.5S 則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為e LTs z 2 1 e 2T0s 1 1 z 1e 2廣義被控對象的脈沖傳遞函數(shù)為1 e sTHGC z Z sKe1 T1

41、sLTs1 z1 z-1Z 1s 11s z1-21z1ee11DzGB zHGC z 1 GB zz 21 e2HGC z 1 z 1e 2 z 2 1 e 21 z 1e 1 1 e 21 e1 1 z1e2 1 e2 z 21 0.3679 z 1 1 0.13531 0.3679 1 0.1353z 1 1 0.1353 z 211.3680 0.5033z 11 0.1353z 1 0.8647 z 2z21 e 2z 1 1e1 1 z1e2 z 21 e 21 z e又DzUzEz則 U z 0.1353z 1U z 0.8647z 2U z 1.3680E z 0.5033z

42、1E z上式反變換到時域，則可得到u k 1.3680e k 0.5033e k 1 0.1353u k 1 0.8647u k 2 1、一臺三相步進(jìn)電機(jī)， 設(shè)計(jì)由單片微機(jī)輸出口控制步進(jìn)電機(jī)的接口原理框圖， 并說明控制步 進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)工作原理19 / 272 設(shè) A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 1 所示，（1）說明圖中 A/D 轉(zhuǎn)換方式 .（3 分）（2）寫出圖中 8255A 的地址 .（4分）（3）畫出實(shí)現(xiàn)該 A/D 轉(zhuǎn)換的流程圖 .（5 分）（4）編寫完成 A/D 轉(zhuǎn)換的程序 .（8 分） 答：（1）圖中 A/D 轉(zhuǎn)換為查詢方式（ 3 分）（2）寫出圖中8255A 的地址 .（4 分）G1G2AG2

43、BCBAP2.7P2.6P2.50P2.4P2.3P2.2P2.1 P2.011 10110X XY6所以,8255A 的地址是 :F800HFB00H（或 :F8FFH6BFFH）（3）畫出實(shí)現(xiàn)該 A/D 轉(zhuǎn)換的流程圖如下（ 5 分）20 / 27? A/D 轉(zhuǎn)換程序（ 8 分）START：MOV A ，#82H；8255 初始化 2分MOV DPTR， #0FB00HMOVX DPTR.，AMOV A，#09H；啟動 A/D 2 分MOVX DPTR.，AMOV DPTR， #0F900HLOOP：MOV DPTR，#0FA00HMOVX A， DPTR ；判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 2 分ANL

44、A ，#01HJZ，LOOPDEC DPHMOVX A ，DPTR；讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 2 分END START已知電機(jī)控制系統(tǒng)如圖 2所示，圖中 LD 為馬達(dá)運(yùn)行指示燈（不運(yùn)行時熄滅） . （1）說明圖中芯片 4N25的作用（ 2分）（2）說明圖中電機(jī)的控制原理（ 4 分）（ 3）畫出電動機(jī)控制程序流程圖（ 4 分）（4）根據(jù)流程圖編寫電機(jī)控制程序（設(shè) 8255的地址為 80008003H）（8 分）（5）圖中有否需要改動的地方？原因是什麼？（ 2 分）答：（1）芯片 4N25用來隔離（ 2分）（2）說明圖中電機(jī)的控制原理（ 4 分）圖中，開關(guān) K0K7 為給定值，用來給定馬達(dá)的轉(zhuǎn)速， V

45、=Vmax N/256，開關(guān) K 用來控制停 止（0）/啟動（1）.當(dāng) PC4輸出為 1時，光電隔離器導(dǎo)通，發(fā)光二極管亮，光敏三極管導(dǎo)通， 馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動 .通過轉(zhuǎn)動 N，再停止 N 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，即可控制馬達(dá)的速度 .（ 3）畫出電動機(jī)控制程序流程圖（ 4 分）21 / 27（4）根據(jù)流程圖編寫電機(jī)控制程序（ 8 分）MAIN ：MOV A，#81H；8255 初始化2分MOV DPTR， #8003HMOVX DPTR.，ALOOP：MOV DPTR，#8002HMOVX A， DPTR；判斷是否停止馬達(dá) 2 分ANL A ，#02HJZ，STOP START：MOV A，#90H ；啟

46、動馬達(dá)，指示燈亮2 分（MOV DPTR，#8002H）MOVX DPTR.，AAJMP LOOPSTOP：MOV A，#00H ；停止馬達(dá)，指示燈滅2 分（MOV DPTR，#8002H） MOVX DPTR.，AAJMP LOOP（5）圖中 4N25發(fā)光三極管的電源應(yīng)單獨(dú)供電？（ 2 分）六、設(shè)計(jì)題（本題共 1 小題，共 20 分） 設(shè)某壓力報警系統(tǒng)如圖所示 .圖中，開關(guān) K0 為報 警屏蔽開關(guān)， K0=0 時，系統(tǒng)被屏蔽 .開關(guān) K1 為壓力報警開關(guān)， K1 閉合時，表示報警；開關(guān) K1 打開時為正常狀態(tài) .系統(tǒng)正常時， 綠色指示燈 LD 亮,；報警時使紅色指示燈 HD0 亮.并要求 系統(tǒng)能連續(xù)工作 .1. 寫出 8255A 各口的地址 .（4