重慶大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題答案

1、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)?？刂葡到y(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

2、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）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（

3、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

4、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。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS):FCS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是利用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)各智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制裝置之間互聯(lián),形成一個(gè)數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)和多點(diǎn)通

5、信的通信網(wǎng)絡(luò)。 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS):是在信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及有關(guān)生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上,建立全企業(yè)或全廠的包括經(jīng)營(yíng)決策、管理信息、生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)督控制和直接控制在內(nèi)的管理及控制全部生產(chǎn)活動(dòng)的中和自動(dòng)化系統(tǒng)。它將企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理、計(jì)劃、銷售等環(huán)節(jié)和企業(yè)人力、財(cái)力、設(shè)備等生產(chǎn)要素集成起來(lái),進(jìn)行統(tǒng)一控制,從而求得生產(chǎn)活動(dòng)的最優(yōu)化。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：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要由主機(jī)(控制器)、過(guò)程輸入輸出通道(設(shè)備)、操作設(shè)備、常規(guī)外部設(shè)備、系統(tǒng)支持功能等組成。 圖1.1微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成(1) 主機(jī)：由微機(jī)處理器、內(nèi)存儲(chǔ)器和系統(tǒng)

6、總線構(gòu)成的主機(jī)是控制形同的核心。主機(jī)根據(jù)過(guò)程輸入通道發(fā)送來(lái)的、反映生產(chǎn)過(guò)程工況的各種信息和已定的控制規(guī)律,作出相應(yīng)的決策,并通過(guò)過(guò)程輸出通道發(fā)出控制命令,達(dá)到預(yù)定的控制目的。 主機(jī)所產(chǎn)生的控制是按照人們預(yù)先安排好的程序進(jìn)行的。能實(shí)現(xiàn)過(guò)程輸入、控制和輸出等功能的程序預(yù)先已存放入內(nèi)存,系統(tǒng)起動(dòng)后,中央處理器逐條取出并執(zhí)行,產(chǎn)生預(yù)定控制作用。(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

7、道。(3)操作設(shè)備:是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中人機(jī)交互的關(guān)鍵設(shè)備。操作設(shè)備一般由液晶顯示器、鍵盤、開關(guān)和指示燈等構(gòu)成。操作員通過(guò)操作設(shè)備可以及時(shí)了解被控過(guò)程的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù),對(duì)控制系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令,并且通過(guò)操作設(shè)備修改控制方案和程序。(4)常規(guī)外部設(shè)備:指鍵盤、終端、打印機(jī)、繪圖機(jī)、U盤等微型計(jì)算機(jī)輸入輸出設(shè)備。(5)通信設(shè)備:企業(yè)信息化的需求要求生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)和企業(yè)管理信息系統(tǒng)之間的信息需實(shí)時(shí)交換,基于DCS和FCS的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,個(gè)微型計(jì)算之間也需要通信,因此,通信設(shè)備已成為微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要部分,通過(guò)通信設(shè)備課完成微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信息交換。(6)系統(tǒng)支持功能:包

8、含監(jiān)控定時(shí)器、電源掉電檢測(cè)、保護(hù)重要數(shù)據(jù)的后背存儲(chǔ)體、實(shí)時(shí)日歷鐘、總線匹配。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

9、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

10、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

11、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

12、率來(lái)選擇。現(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)換速度最低各為多少？ 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

13、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）硬件原理圖如下圖所示：2）AD574 PROC NEAR MOV CX,32MOV BL,00000000BLEA SI,BUFNEXTCH:MOV DX,212HMOV AL,BL OUT DX,AL NOP NO

14、P OR AL,01000000B OUT DX,AL NOP AND AL,10111111B OUT DX,AL MOV DX,210HPOLING:IN AL,DX TEST AL,80H JNZ POLING MOV AL,BL OR AL,00010000B MOV DX,212H OUT DX,AL OR AL,01000000H OUT DX,AL MOV DX,210H IN AL,DX AND AL,0FH MOV AH,AL INC DX IN AL,DX MOV SI,AX INC SI INC SI INC BL LOOP NEXTCH MOV AL,00111000B

15、 MOV DX,212H OUT DX,AL RET AD574 END3）AD574速度： 25s; AD625速度： 40ns LF398速度: 10s CD4051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)

16、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,B

17、LOR 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,C

18、XLOP2：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,FF

19、HJBLOP1LOP2：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)

20、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1 數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么特點(diǎn)?答：數(shù)字濾波不需要硬件設(shè)

21、備,可靠性高,穩(wěn)定性好,各回路之間不存在阻抗匹配等問題。數(shù)字濾波用程序?qū)崿F(xiàn),多個(gè)輸入通道可以“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。對(duì)于不同的的干擾,通過(guò)修改數(shù)字濾波器只能改變硬件相比更加靈活和方便。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,頻率不能太低的缺陷。2. 常用的數(shù)字濾波方法有幾種?它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?答：有八種,分別是算術(shù)平均值濾波、加權(quán)算術(shù)平均值濾波、滑動(dòng)平均值濾波、中值濾波、防脈沖干擾的算術(shù)平均值濾波、程序判斷濾波、慣性濾波、復(fù)合數(shù)字濾波。算術(shù)平均值濾波對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用,采用算術(shù)平均值濾波后,信噪比提高了

22、倍,但它對(duì)脈沖性干擾的抑制效果不夠理想,不適用于脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。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)較大而采用周期較短的情況。一般是月薪的采樣值賦以較大的比例,增加新采樣值在濾波結(jié)果中的比例,盡量真實(shí)地反映系統(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)平均值濾波方法廣泛?；瑒?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)的脈沖性干擾抑制作用差,不易消除由于脈沖干擾引起的采樣值偏差,因此不適用于干擾計(jì)較嚴(yán)重的場(chǎng)合,而適

23、用于高頻振蕩系統(tǒng)。中值濾波對(duì)于不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性干擾比較有效,如電網(wǎng)的波動(dòng)、變送器的臨時(shí)故障等。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、速度等快速變化的被測(cè)參數(shù)一般不易采用。防脈沖干擾的算術(shù)平均值濾波兼有算術(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,單運(yùn)算工作量大,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。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)鍵問題是最大變化量x的選取大小,對(duì)不同的對(duì)象特

24、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),都能影響到x值的選擇。但x的確定不夠靈活,必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況不斷更新值,不能反映采樣點(diǎn)數(shù)n>3時(shí)各采樣值受干擾的情況,因而其應(yīng)用受到一定的限制。慣性濾波具有較大慣性的低通濾波功能,當(dāng)目標(biāo)參數(shù)變化很慢的物理量時(shí),效果很好,單帶來(lái)了相位滯后,滯后相位角度的大小與的選擇有關(guān)。改方法不能濾除頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)。除慣性濾波外,同樣可用軟件來(lái)模擬高通濾波和帶通濾波復(fù)合數(shù)字濾波濾波效果好,結(jié)果更接近理想值,但成本高。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?算術(shù)平均值濾波對(duì)周期性干擾有良

25、好的抑制作用,采用算術(shù)平均值濾波后,信噪比提高了倍,但它對(duì)脈沖性干擾的抑制效果不夠理想,不適用于脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。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)較大而采用周期較短的情況。一般是月薪的采樣值賦以較大的比例,增加新采樣值在濾波結(jié)果中的比例,盡量真實(shí)地反映系統(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)平均值濾波方法廣泛?；瑒?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)的脈沖性干擾抑制作用差,不易消除由于脈沖干擾引起的

26、采樣值偏差,因此不適用于干擾計(jì)較嚴(yán)重的場(chǎng)合,而適用于高頻振蕩系統(tǒng)。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?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？求出模擬控制器的傳遞函數(shù)D(s);選擇合適的采樣周期;將D(s)離散化,求出數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z);檢驗(yàn)

27、系統(tǒng)的閉環(huán)特性是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件;講D(z)變?yōu)椴罘址匠袒驙顟B(tài)空間表達(dá)形式,并編制計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn);用混合仿真的方法檢查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與程序編程是否正確;用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,將硬件和軟件結(jié)合起來(lái),進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。6. 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(duì)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)。(2)求廣義對(duì)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

28、)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。7.某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為試用雙線形變換法、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：把代入，則前向差分法：把代入，則 后向差分法：把代入，則8.在PID調(diào)節(jié)器中系數(shù)pk、ik、dk各有什么作用？它們對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？系數(shù)pk為比例系數(shù)，提高系數(shù)pk可以減小偏差，但永遠(yuǎn)不會(huì)使偏差減小到零，而且無(wú)止境地提高系數(shù)pk最終將導(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。系數(shù)ik為積分常數(shù)，ik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

29、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)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。系數(shù)dk為微分常數(shù)，dk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(guò)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

30、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)、電動(dòng)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算法有如下優(yōu)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

31、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)擾切換，在切換瞬時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門開度u0，若采用增量型算法，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)u0項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(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控制器？ 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

32、（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11. 什么叫積分飽和？它是怎么引起的？通常采用什么方法克服積分飽和？解：（1）如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到極限位置，仍然不能消除靜差時(shí)，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無(wú)相應(yīng)的動(dòng)作，這就叫積分飽和。（2）1、當(dāng)偏差產(chǎn)生躍變時(shí)，位置型PID算式的輸出將急劇增大或減小，有可能超過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上（下）限，而此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能工作在上限。2、系統(tǒng)輸出需要很長(zhǎng)時(shí)間才達(dá)到給定值，在這段時(shí)間內(nèi)算式的積分項(xiàng)將產(chǎn)生一個(gè)很大的積累值。3、當(dāng)系統(tǒng)輸出超過(guò)給定值后，偏差反向，但由于大的積分積累值，控制量需要相當(dāng)一段時(shí)間脫離飽

33、和區(qū)。因此引起系統(tǒng)產(chǎn)生大幅度超調(diào)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）常用的改進(jìn)方法：積分分離法和抗積分飽和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。擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟：(1)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T，例如被控過(guò)程有純滯后時(shí)，采樣周期T取滯后時(shí)間的1/10以下，此時(shí)調(diào)節(jié)器只作純比例控制，給定值r作階躍輸入。(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(guò)程求得相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts，并記下此時(shí)的比例系數(shù)Kp，將其記作臨界振蕩增益Ks。此時(shí)的比例度為臨界比例度，記作。(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(duì)應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程的誤差平方的積分之比

34、。(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(dòng)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(duì)象輸入一個(gè)階躍信號(hào)。(2)用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線，如圖所示。(3)在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)間、被控對(duì)象的時(shí)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Td。13. 采樣周期的選擇需要考慮那些因素？(1)從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看，

35、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)程時(shí)間內(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，將使前后兩次采樣值差別小，調(diào)節(jié)作用因此會(huì)減弱。另外，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低，會(huì)出現(xiàn)這種情況，即新的控制量已輸出，而前一次控制卻還沒完成，這樣采樣周期再短也將毫無(wú)意義，因此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：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) 種輸入信號(hào)下的誤差序列。(4) 最少拍數(shù)字控制器的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)；(5) 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