計算機控制思考題

1、重點習(xí)題和思考題 第1章 計算機控制習(xí)題概述1、計算機控制系統(tǒng)中實時性、離線方式、在線方式的含義？答：生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式為在線方式；生產(chǎn)過程不和計算機連接，且不受計算機控制、而是靠人進行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式為離線方式。實時：信號的輸入、計算、輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成。2、計算機控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？答：硬件組成：主機、IO接口、通用外部設(shè)備、檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)、操作臺。軟件組成：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。3、計算機控制技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是什么？答：（1）綜合自動化，包括CIMS和CIPS；（2）網(wǎng)絡(luò)化；（3）智能化；（4）虛擬化；（5）綠色低碳化。&#

2、160;第2章 工業(yè)控制計算機1、什么是總線、內(nèi)部總線、外部總線答：總線是一種接口信號的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，提供通用的電平信號來實現(xiàn)各種電路信號的傳遞。內(nèi)部總線指微機內(nèi)部各功能模塊間進行通信的總線。外部總線指用于計算機與計算機之間或計算機與其他智能外設(shè)之間的通信線路2、哈佛結(jié)構(gòu)和馮諾伊曼結(jié)構(gòu)的區(qū)別答：馮諾伊曼結(jié)構(gòu)，程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲結(jié)構(gòu)；哈佛結(jié)構(gòu)程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲結(jié)構(gòu)。3、工控機和普通PC的區(qū)別答：機箱加固、防塵；工業(yè)電源，有時雙電源；無源母板；一體化主板 第3章 IO接口和過程通道1、什么是接口、接口技術(shù)和過程通道？答：接口是計算機和外部設(shè)備交換信息的

3、橋梁，包括輸入和輸出接口；接口技術(shù)是研究計算機和外部設(shè)備之間如何交換信息的技術(shù)；過程通道指在計算機和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和交換的連接通道。2、模擬輸入通道中信號調(diào)理的作用，為什么需要量程變換，為什么需要I/U變換？答：現(xiàn)場過來的信號經(jīng)過放大、量程自動轉(zhuǎn)換、電流/電壓轉(zhuǎn)換、濾波、線性化、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計算機能接收的邏輯信號。多參數(shù)信號采集時，各路信號電流信號經(jīng)過長距離傳輸?shù)接嬎銠C接口電路，經(jīng)過I/U變換成電壓信號才能進行A/D轉(zhuǎn)換進入計算機被處理。3、利用8255A、AD574、LF398、CD4051和51單片機接口，設(shè)計出8路模擬量采集系統(tǒng)，畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)的程序。&#

4、160;Org 1000HMOV   DPTR   #2000H(數(shù)據(jù)首地址)MOV   R7    #08H(8個通道)MOV    R0   #7EH（C口地址）MOV    R2   #C0H（通道0開始地址）MAIN：MOV    A    R2MOVX    R0    A

5、60;   (啟動A/D)MOV    R1     #7CH   （A口）LOOP1:MOVX   A    R1ANL      A    #80H    （檢測STS）JNZ      LOOP1MOV    A  

6、0; #10HORL    A    R2MOVX   R0    AMOVX    A    R1ANL     A      #0FHMOVX     DPTR    AINC    DPTRINC   

7、R1MOVX   A   R1MOVX   DPTR   AINC   R2DJNZ    R7    MAINRET4、采樣保持器的作用是什么？是否所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器？（1）為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，需要應(yīng)用采樣保持器；（2）同時采樣幾個模擬量，以便進行數(shù)據(jù)處理和測量；（3）減少D/A轉(zhuǎn)換器的輸出毛刺，從而消除輸出電壓的峰值及縮短穩(wěn)定輸出值的建立時間；（4）把一個D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分配到幾個輸出點，以保證輸出的穩(wěn)定

8、性。當(dāng)被測信號變化緩慢時，若A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間足夠短，可以不加采樣保持器。5、分別畫出DA轉(zhuǎn)換器的單極性和雙極性電壓輸出電路，分別推導(dǎo)輸出電壓和輸入數(shù)字量之間的關(guān)系式。 6、什么是串模干擾和共模干擾？如何抑制？    串模干擾指疊加在被測信號上的干擾噪聲。方法：（1）采用硬件濾波器抑制串模干擾是一種常用的方法。（2）對于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的串模干擾，應(yīng)對被測信號盡可能早的進行信號放大，以提高電路中的信號噪聲比；或者盡可能早的完成A/D轉(zhuǎn)換再進行長線傳輸；或者采用隔離和屏蔽等措施。（3）從選擇元器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。（4）利用數(shù)字濾波技術(shù)

9、對進入計算機的串模干擾進行數(shù)據(jù)處理，可以有效濾去難以抑制的串模干擾。    共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。方法：（1）利用雙端輸入的放大器作前置放大器；（2）利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負載和數(shù)字信號隔離，即“模擬地”與“數(shù)字地”斷開，被測信號通過變壓器或光電耦合器獲得通路，而共模干擾不能形成回路而得到抑制；（3）采用雙層屏蔽浮地輸入方式。7、數(shù)字信號通道一般采取哪些抗干擾措施？答：數(shù)字信號負邏輯傳輸；提高數(shù)字信號的電壓等級；通過光電耦合隔離；提高輸入端的門限電壓。 8、推導(dǎo)下面儀用放大器電路的放大倍數(shù)，并簡述該電路的特點，注意

10、要寫出推導(dǎo)過程。 解：                                                  

11、;                                     則：該電路最大優(yōu)點是輸入阻抗高，共模抑制作用強，增益調(diào)節(jié)方便，并由于結(jié)構(gòu)對稱，失調(diào)電壓和溫度漂移小，在傳感器微弱信號放大系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。第四章 順序控制和數(shù)字控

12、制技術(shù)1、什么是順序控制？順序控制系統(tǒng)有何特點？指以預(yù)先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù)，按預(yù)先規(guī)定好的動作次序，對控制過程各階段順序地進行自動化。1）順序控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號以開關(guān)量信號為主2）邏輯關(guān)系復(fù)雜 3）控制程序客觀4）可靠性要求高2、什么是逐點比較法？原理：每當(dāng)畫筆或刀具向某一方向移動一步，就進行一次偏差計算和偏差判別，也就是到達新的點位置和理想線型上對應(yīng)點的理想位置坐標(biāo)之間的偏離程度，然后根據(jù)偏差的大小確定下一步的移動方向，使畫筆或刀具始終緊靠理想線型運動，起到步步逼近的效果。特點：1）逐點逼近，以直線或折線(階梯狀的)來逼近直線或圓弧等曲線的，它與給定軌跡之間的最大誤差為一個脈沖當(dāng)

13、量；2）只要把運動步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達到精度的要求。 3、假設(shè)給定的加工曲線為第二象限的順時針圓弧AB，該圓弧所屬圓的圓心坐標(biāo)為(-1,2)，如圖所示，試進行插補計算（步長為1），完成下面表格。       F0：+x，F(xiàn)=F+2x+3F0：+y，F(xiàn)=F+2y-3序號偏差判別進給方向偏差計算終點判別0  F0=0，x= -5，y=2nxy=81F0=0+xF1= F0+2x+3= -7，x= -4，y=2nxy=72F1= -70+yF2= F1+2y-3= -6，x=

14、-4，y=3nxy=63F2= -60+yF3= F2+2y-3= -3，x= -4，y=4nxy=54F3= -30+yF4= F3+2y-3= 2， x= -4，y=5nxy=45F4= 2 0+xF5= F4+2x+3= -3，x= -3，y=5nxy=36F5= -30+yF6= F5+2y-3= 4， x= -3，y=6nxy=27 F6= 4 0+xF7= F6+2x+3= 1，x= -2，y=6nxy=18F7= 1 0+xF8= F7+2x+3= 0，x= -1，y=6nxy=09    10   

15、  3、簡述反應(yīng)式步進電機的步進原理。答：給處于錯齒狀態(tài)的相通電，轉(zhuǎn)子在電磁力作用下，將向磁導(dǎo)率最大的位置轉(zhuǎn)動，趨于對齒狀態(tài)轉(zhuǎn)動。 第五章 數(shù)字控制器1、數(shù)字控制器模擬化設(shè)計方法有哪些步驟？設(shè)計假想的連續(xù)控制器 D(s)選擇采樣周期 T將D(s)離散化為D(z)設(shè)計由計算機實現(xiàn)的控制方法校驗2、寫出數(shù)字PID控制器的位置算式、增量算式，并簡述增量式優(yōu)點。(1) 計算機輸出增量，所以誤動作影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉；(2) 在位置型控制算法中，由手動到自動切換時，必須首先使計算機的輸出值等于閥門的原始開度，即P(k-1)，才能保證手動/自動無擾動切換，這將

16、給程序設(shè)計帶來困難。而增量設(shè)計只與本次的偏差值有關(guān)，與閥門原來的位置無關(guān)，因而增量算法易于實現(xiàn)手動/自動無擾動切換。在位置控制算式中，不僅需要對E(j)進行累加，而且計算機的任何故障都會引起P(k)大幅度變化，對生產(chǎn)產(chǎn)生不利。 不產(chǎn)生積分失控，所以容易獲得較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。3、采樣周期的選擇需要考慮哪些因素？（1）作用于系統(tǒng)的擾動信號頻率f n。通常f n越高，要求采樣頻率f s也要相應(yīng)提高，即采樣周期(T2f s )縮短。（2）對象的動態(tài)特性。當(dāng)系統(tǒng)中僅是慣性時間常數(shù)起作用時，s10m，m為系統(tǒng)的通頻帶；當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時間占有一定份量時，應(yīng)該選擇T/10；當(dāng)系統(tǒng)中純滯后時間占主導(dǎo)作用時，可選擇

17、T。（3）測量控制回路數(shù)。測量控制回路數(shù)N越多，采樣周期T越長。若采樣時間為，則采樣周期TN。（4）與計算字長有關(guān)。計算字越長，計算時間越多，采樣頻率就不能太高。反之，計算字長較短，便可適當(dāng)提高采樣頻率。3、簡述離散化設(shè)計方法的設(shè)計步驟？（1）由H0(s)和G(s)求取廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)HG(z)；（2）根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及實現(xiàn)的約束條件構(gòu)造閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)Gc(z)；（3）確定數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)；（4）由D(z)確定控制算法并編制程序。第六章 控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)1、何謂系統(tǒng)誤差？如何實現(xiàn)系統(tǒng)誤差的全自動校準(zhǔn)？答：系統(tǒng)誤差是指在相同條件下，經(jīng)過多次測量，誤差的數(shù)值(包

18、括大小符號)保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差。       2、某電阻爐溫變化范圍為0-1600，經(jīng)溫度變送器輸出電壓為1-5V，再經(jīng)AD574A轉(zhuǎn)換，AD574A輸入電壓范圍為0-5V，當(dāng)采樣值為3D5H時，電阻爐溫是多少？解：   3D5H=981; 。3、數(shù)字濾波和模擬濾波相比有哪些優(yōu)點？    （1）由于數(shù)字濾波采用程序?qū)崿F(xiàn)，所以無需增加任何硬設(shè)備，可以實現(xiàn)多個通道共享一個數(shù)      

19、60;  字濾波程序，從而降低了成本。    （2）由于數(shù)字濾波器不需增加硬設(shè)備，所以系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路間不存在阻抗            匹配問題。    （3）可以對頻率很低(如0.01Hz)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。    （4）可根據(jù)需要選擇不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù)。較改變模擬濾波器的硬件電    路或元件參數(shù)靈活、方便。4

20、、如何實現(xiàn)對輸入數(shù)字量和輸出數(shù)字量的軟件抗干擾？輸入數(shù)字量：（1）干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一特點，對于輸入的數(shù)字信號，可以通過          重復(fù)采集的方法，將隨機干擾引起的虛假輸入狀態(tài)信號濾除掉。（2）若多次數(shù)據(jù)采集后，信號總是變化不定，則停止數(shù)據(jù)采集并報警；或者在一定采集時     間內(nèi)計算出現(xiàn)高電平、低電平的次數(shù)，將出現(xiàn)次數(shù)高的電平做為實際采集數(shù)據(jù)。對每     次采集的最高次數(shù)限額或連續(xù)采樣次數(shù)可按照實際情況適

21、當(dāng)調(diào)整。輸出數(shù)字量：（1）當(dāng)系統(tǒng)受到干擾后，往往使可編程的輸出端口狀態(tài)發(fā)生變化，因此可以通過反復(fù)對這       些端口定期重寫控制宇、輸出狀態(tài)字，來維持既定的輸出端口狀態(tài)。（2）重復(fù)周期盡可能短，外部設(shè)備受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作出有效的反     應(yīng)，一個正確的，輸出信息又來到了，就可及時防止錯誤動作的發(fā)生。（3）對于重要的輸出設(shè)備，最好建立反饋檢測通道，CPU通過檢測輸出信號來確定輸出結(jié)果     的正確性，如果檢測到錯誤及時修正。5、什么是指令冗

22、余，如何實現(xiàn)。 答：在關(guān)鍵地方人為地插入一些單字節(jié)指令如NOP，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫，稱之為指令冗余。（1）在一些對程序流向起決定作用的指令和某些對工作狀態(tài)起重要作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證跑飛的程序能迅速納入正常軌道。（2）在一些對程序流向起決定作用的指令和某些對工作狀態(tài)起重要作用的指令的后面重復(fù)書寫這些指令，以確保這些指令的正確執(zhí)行。6、什么是軟件陷阱，如何實現(xiàn)。答：當(dāng)跑飛程序進入非程序區(qū)(如EPROM未使用的空間)或表格區(qū)時，可以利用軟件陷阱技術(shù)攔截跑飛程序。    軟件陷阱一般安排在以下五種地方：（1）未使用的中斷向量區(qū)；（2）未使用的大片ROM區(qū)；（3）表格（4）運行程序區(qū)（5）中斷服務(wù)程序區(qū)第十章 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1、工業(yè)局域網(wǎng)常用的傳輸訪問控制方式有哪三種？各自有什么優(yōu)缺點？