中南大學(xué)2013微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)試題及答案

第第8頁(yè)中南大學(xué)考試試卷2012~2013學(xué)年下學(xué)期 時(shí)間110分鐘2013年6月17日計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 課程48學(xué)時(shí)3學(xué)分考試形式：開專業(yè)年級(jí)自動(dòng)化、電氣、探控10級(jí)總分100分占總評(píng)成績(jī)70%注：此頁(yè)不作答題紙，請(qǐng)將答案寫在答題紙上一、分析題1020分）水箱水位自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1示，水從進(jìn)水管流入（沒有控制閥閥門流出。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(dòng)控制系統(tǒng)示意圖A2T=1sBCT=0.5秒畫出C點(diǎn)波形圖（x(t)的數(shù)值和時(shí)間坐標(biāo)。圖2二、簡(jiǎn)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(jiǎn)述計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)主要包含哪幾個(gè)方面的內(nèi)容？5、FCS對(duì)DCS的變革包括哪幾方面？三、若加工第二象限直線OA，起點(diǎn)O(－4,0)，終點(diǎn)A(0,6)。要求：按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算：作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)（10分）四、某溫度測(cè)量系統(tǒng)，其測(cè)量范圍為0~1000℃，溫度變送器輸出電壓信號(hào)為0~1V4℃溫度，應(yīng)選用多少位的A/D轉(zhuǎn)換器？假設(shè)A/D0~5V送器的信號(hào)如果直接接A/D，這時(shí)A/D實(shí)際能分辨溫度是多少？要達(dá)到A/D理想的分辨率要將變送器的信號(hào)放大多少倍？如果當(dāng)某時(shí)刻的采樣值為6BH（要求寫出計(jì)算步驟（15分）五、已知被控對(duì)象的狀態(tài)方程和輸出方程為：00.1000.100.20.3x(k)1

u(k)y(k)1x(k)試設(shè)計(jì)預(yù)報(bào)狀態(tài)觀測(cè)器，將其極點(diǎn)配置到 0.1j0.2（10分）1,2六、已知被控對(duì)象在單位階躍信號(hào)（即r(t)1(t)）作用下，輸出響應(yīng)如圖3所示。設(shè)采樣周期T=0.6s。圖31、求被控對(duì)象的傳遞函數(shù)G(s)和廣義的被控對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)；2、針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍無紋波系統(tǒng)的控制器D(z)；3y(k)u(k)序列，畫出它們對(duì)時(shí)間變化的波形（20分）計(jì)算機(jī)控制技術(shù)試題答案一、分析題（2小題，每題10分，共20分）答：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)水位的采樣值為h，設(shè)定值為ph。K K為p i積分系數(shù)、Kd數(shù)。

為微分系u(k)控制器輸出值，U max有進(jìn)水最小設(shè)為0。U 為最終控制閥門開p度的控制值。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U PID控制器的輸p出u(k是反比的關(guān)系。答：二、簡(jiǎn)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？P214硬件濾波如RC2、簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作步驟。P2歸納為以下三個(gè)步驟：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)控制決策，實(shí)時(shí)控制輸出。3、試分析孔徑誤差產(chǎn)生的原因。P39在模擬量輸入通道中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的時(shí)間，完成一次A/D時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差，即孔徑誤差。如果被轉(zhuǎn)換的模擬量y不是一個(gè)恒定的常量，而是隨時(shí)間變化形成了連續(xù)時(shí)間函數(shù)，則在有一定孔徑時(shí)間的情況下，A/D轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生孔徑誤差。4、硬件總體方案設(shè)計(jì)主要包含哪幾個(gè)方面的內(nèi)容？P314確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型，確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇，其他方面的考慮（包括人機(jī)聯(lián)系方式，系統(tǒng)的機(jī)柜或機(jī)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗干擾等方面的問題）5、FCS對(duì)DCS的變革包括哪幾方面？P284FCSDCS的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了全開放，可供任何人使用。三、答：將坐標(biāo)原點(diǎn)平移到直線的起點(diǎn)A(-0，在新的坐標(biāo)起點(diǎn)A坐標(biāo)為0,0，終點(diǎn)B的坐標(biāo)為4,6，即為第一象限直線。有：xoy1，xe

4，ye

6，Nxy

10，F(xiàn)0

0。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=101F0=0+xF1=F0-ye=0-6=-6Nxy=92F1<0+yF2=F1+xe=-6+4=-2Nxy=83F2<0+yF3=F2+xe=-2+4=2Nxy=74F3>0+xF4=F3-ye=2-6=-4Nxy=65F4<0+yF5=F4+xe=-4+4=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=0-6=-6Nxy=47F6<0+yF7=F6+xe=-6+4=-2Nxy=38F7<0+yF8=F7+xe=-2+4=2Nxy=29F8>0+xF9=F8-ye=2-6=-4Nxy=110F9<0+yF10=F9+xe=-4+4=0Nxy=0（）由于要從100°分辨°即為Xmax

,

minx

41000x

20mV5000

bitnlog

(max i

nlog(1 )log2517.971 2

1 2 20 24 1或D 1000

nlog1

(1 )logD 2

(1250)7.97不考慮A/D的其它誤差可以選用8位A/D。（2）由于A/D的量程為5V，8位A/D可以分辨5 0.196V19.6mV，另外0~1000°255對(duì)應(yīng)為0~1V即0~1000mV，1mv對(duì)應(yīng)1°，這樣8位A/D實(shí)際只能分辨19.6°的溫度。0~1VA/D0~5VA/D40~1V0~5V5倍。假設(shè)A/D采樣值與對(duì)應(yīng)的溫度是線性的，由于8A/D00H~FFH0~10006BHYYYNmax

YminNmin

(X

min

)Ymin

(6*16110)0255（）可觀測(cè)性檢驗(yàn) F1 0，C 0.2 0.3 1 C1

1,rankC2 CF 系統(tǒng)的狀態(tài)完全可觀，觀測(cè)器可以任意配置極點(diǎn)。k設(shè)觀測(cè)器誤差反饋增益陣為 K1k2（2）極點(diǎn)配置到 0.1j0.21,2*(z)(z0.1j0.2)(z0.1j0.2)z20.2z0.050（3）預(yù)報(bào)觀測(cè)器特征方程detzI

(FKC)

0(1 0.1

120 z 0.2 0.3 k2z 0 1

0.1k zk1 k0.1 0.2

1 1 1 0 z

k 0.3k2

k

0.2 zk2

0.32可得：*(z)det(zIFKC))z2kk21 2

1.3)z(0.1k1

0.9k2

0kk有：1 2

1.30.2

，可得：

k1.410.1k1

0.9k2

0.280.05

k 0.120.4 1.3 即：K，F(xiàn)KC 觀測(cè)器的方程為?(k1)(FKC)?(k)Gu(k)Ky(k)0.4 1.?(k)0u(k)1.4y(k)0.1 0.2 1 5.6六、答、根據(jù)響應(yīng)曲線可得：G(s) 0.6s11s10.611s10.6G(z)Z[s

G(s)](1z1)Z[ ]5.6(1z1)Z[ ]s(0.6s1) s1 1 5.6(1e1)z1 3.54z15.6(1z1)( ) 1z13.54z1

1e1z1

1e1z1

10.37z12、由于G(z) ，由于輸入為單位階躍信號(hào)有：10.37z1(z)z1(z)1z1e1 (z) 10.37z1 z1 0.28(10.37z1)D(z) G(z)(z) 3.54z1 1z1 1z1ez3、Y(z)(z)R(z) zz2zz1zy(k0,1,1,1,(z)R(z) z1(10.37z1) 10.37z1U(