中南大學2013微型計算機控制技術試題及答案(共8頁)

1、PAGE 第PAGE 9頁中南大學考試(kosh)試卷20122013學年(xunin) 下 學期(xuq) 時間110分鐘 2013年6月 17 日 計算機控制技術 課程 48 學時 3學分 考試形式： 開 卷 專業(yè)年級： 自動化、電氣、探控10級 總分100分占總評成績70%注：此頁不作答題紙，請將答案寫在答題紙上一、分析題（2小題，每題10分，共20分）1水箱水位自動控制系統(tǒng)如圖1示，水從進水管流入（沒有控制閥），出水通過可以調(diào)節(jié)的閥門流出。畫出用數(shù)字PID算法保持液位穩(wěn)定的程序框圖。圖1 水箱水位自動控制系統(tǒng)示意圖2已知A點信號如圖2所示，假設采樣周期T=1s，畫出B點、C點的信號圖形

2、。如果采用周期T=0.5秒畫出C點波形圖（要求標明x(t)的數(shù)值和時間坐標）。圖2二、簡答題（每題5分，共25分）1、濾波的作用是什么？有哪些常用的濾波方法？2、簡述計算機控制系統(tǒng)的工作步驟。3、試分析孔徑誤差產(chǎn)生的原因。4、硬件總體方案設計主要包含哪幾個方面的內(nèi)容？ 5、FCS對DCS的變革包括(boku)哪幾方面？三、若加工(ji gng)第二象限直線(zhxin)OA，起點O(4,0)，終點A(0,6)。要求：(1) 按逐點比較法插補進行列表計算：(2) 作出走步軌跡圖，并標明進給方向和步數(shù)。（10分）四、某溫度測量系統(tǒng)，其測量范圍為01000，溫度變送器輸出電壓信號為01V，如果要求分

3、辨出4溫度，應選用多少位的A/D轉換器？假設A/D轉換的模擬量輸入范圍為05V，變送器的信號如果直接接A/D，這時A/D實際能分辨溫度是多少？要達到A/D理想的分辨率要將變送器的信號放大多少倍？如果當某時刻的采樣值為6BH時，其測量的溫度值是多少？（要求寫出計算步驟）（15分）五、已知被控對象的狀態(tài)方程和輸出方程為：試設計預報狀態(tài)觀測器，將其極點配置到。（10分） 六、已知被控對象在單位階躍信號（即）作用下，輸出響應如圖3所示。設采樣周期T=0.6s。圖31、求被控對象的傳遞函數(shù)和廣義的被控對象的脈沖傳遞函數(shù)；2、針對單位階躍輸入信號設計最少拍無紋波系統(tǒng)的控制器D(z)；3、計算輸出響應y(k

4、)，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。（20分） 計算機控制技術試題答案一、分析題（2小題(xio t)，每題10分，共20分）1答：系統(tǒng)(xtng)結構圖設水位(shuwi)的采樣值為，設定值為ph。為比例系數(shù)、為積分系數(shù)、為微分系數(shù)?？刂破鬏敵鲋?，為最大值，由于沒有進水最小設為0。為最終控制閥門開度的控制值。注：由于只有出水閥門，而且閥門的打開程度與水位是成反比的，因此最終控制閥門的控制量與PID控制器的輸出是反比的關系。2答：二、簡答題（每題5分，共25分）1、濾波的作用是什么？有哪些常用(chn yn)的濾波方法？P214 濾波的作用是消除被測信號中的噪音與

5、干擾。常用的濾波方法有硬件濾波和軟件濾波，硬件濾波如RC濾波網(wǎng)絡等，軟件濾波包括算術(sunsh)平均值漢，中位值法，限幅濾波法和慣性濾波法等。2、簡述(jin sh)計算機控制系統(tǒng)的工作步驟。P2 歸納為以下三個步驟：實時數(shù)據(jù)采集，實時控制決策，實時控制輸出。3、試分析(fnx)孔徑誤差產(chǎn)生的原因。P39 在模擬量輸入通道中，A/D轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字量需要一定的時間，完成一次A/D轉換所需的時間稱為孔徑(kngjng)時間，對于隨時間變化的模擬信號，孔徑時間決定了每一個采樣時刻的最大轉換誤差，即孔徑誤差。如果被轉換的模擬量y不是一個恒定的常量，而是隨時間變化形成了連續(xù)(linx)時間

6、函數(shù) ，則在有一定孔徑時間 的情況下，A/D轉換器將產(chǎn)生孔徑誤差。4、硬件總體方案設計主要包含哪幾個方面的內(nèi)容？ P314 確定系統(tǒng)的結構和類型，確定系統(tǒng)的構成方式，現(xiàn)場設備選擇，其他方面的考慮（包括人機聯(lián)系方式，系統(tǒng)的機柜或機箱的結構設計、抗干擾等方面的問題）5、FCS對DCS的變革包括哪幾方面？P284 FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化；FCS的系統(tǒng)結構是全分散式，廢棄了DCS的輸入輸出單元和控制站，由現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表取代；FCS的現(xiàn)場設備具有互操作性；FCS的通信網(wǎng)絡為開放式互連網(wǎng)絡；FCS的技術和標準實現(xiàn)了全開放，可供任何人使用。三、答：將坐標原點平移到直線的起點A(-4，0)，在新的

7、坐標起點A坐標為（0,0），終點B的坐標為（4,6），即為第一象限直線。有：，。步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算終點判別起點F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=0-6=-6Nxy=92F10+yF2=F1+xe=-6+4=-2Nxy=83F20+xF4=F3-ye=2-6=-4Nxy=65F40+yF5=F4+xe=-4+4=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=0-6=-6Nxy=47F60+yF7=F6+xe=-6+4=-2Nxy=38F70+xF9=F8-ye=2-6=-4Nxy=110F90+yF10=F9+xe=-4+4=0Nxy=0四、答：（1）由于(yuy)要從

8、1000分辨(fnbin)4即為 或 不考慮A/D的其它(qt)誤差可以選用8位A/D。（2）由于A/D的量程為5V，8位A/D可以分辨，另外01000對應為01V即01000mV，1mv對應1，這樣8位A/D實際只能分辨19.6的溫度。（3）由于變送器輸出為01V電壓信號，而A/D的輸入為05V，因此為了達到A/D能分辨溫度4的目的，要將01V的信號放大到05V才滿足要求，即5倍。（4）假設A/D采樣值與對應的溫度是線性的，由于8為A/D的數(shù)字量為00HFFH對應溫度01000即采樣值6BH對應的溫度為五、答：（1）可觀測(gunc)性檢驗 系統(tǒng)的狀態(tài)完全可觀，觀測器可以任意配置(pizh)極點。設觀測器誤差反饋(fnku)增益陣為 （2）極點配置到（3）預報觀測器特征方程可得：有： ，可得： 即：，觀測器的方程為六、答：1、根據(jù)響應曲線可得：2、由于(yuy)，由于(yuy)輸入為單位階躍信號有：3、可得，的序列(xli)是0, 1, 1, 1, 可得，的序列是0.28,0.18, 0.18, 0.18, 可得，的序列是1,