微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后于海生(第2版)習(xí)題詳解答案

--計(jì)算機(jī)制統(tǒng)控過(guò)是樣?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程可歸納為以下三個(gè)步驟：(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控量的時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)，并輸入給計(jì)算機(jī)。(2)實(shí)時(shí)決策：對(duì)采集到的表征控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過(guò)程。(3)實(shí)時(shí)控制：根據(jù)決策，適時(shí)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。操作指、和系統(tǒng)作理何它之有區(qū)別聯(lián)？(1)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作導(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(duì)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(duì)檢測(cè)到的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行處理，計(jì)算出各控制量應(yīng)有較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時(shí)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。(2)直接數(shù)字控制系(系：DDC系統(tǒng)就通過(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)機(jī)檢測(cè)結(jié)與設(shè)定值進(jìn)行比較進(jìn)行控制運(yùn)算后過(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。(3)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系)系比系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實(shí)際情況，因?yàn)樵谙到y(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)的原理框圖如圖所。SCC是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系的綜合與發(fā)展。數(shù)字量程道哪部組？部分作是么數(shù)字量過(guò)程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路、并行接口電路和定時(shí)數(shù)電路等組成。數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中輸入調(diào)理電路轉(zhuǎn)換濾波、保護(hù)、消除觸點(diǎn)抖動(dòng)，以及進(jìn)行信號(hào)隔離等模擬量入道哪部組？部分作是么模擬量輸入通道一般由I/V變換多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器轉(zhuǎn)器、接口及控制邏輯電路成。(1)I/V變換提了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳遞過(guò)程中的抗干擾能力少了信號(hào)的衰減為標(biāo)準(zhǔn)化儀表執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配提供了方便。(2)多路轉(zhuǎn)換器：用來(lái)切換模擬壓信號(hào)的關(guān)鍵元件。(3)采樣保持器A/D轉(zhuǎn)器完成次A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)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。(4)A/D轉(zhuǎn)換器：模擬量輸入通的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱為之?dāng)?shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)什么逐比插法？線補(bǔ)算程圓插計(jì)過(guò)各哪個(gè)驟？逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算，就是在某個(gè)坐標(biāo)方向上每走一步（即輸出一個(gè)進(jìn)給脈沖就作一次計(jì)算，將實(shí)際進(jìn)給位置的坐標(biāo)與給定的軌跡進(jìn)行比較斷其偏差情況根據(jù)偏差再定下一步的走（X軸給，還是沿Y軸給點(diǎn)比較法插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是以階梯折線來(lái)逼近給定直線或圓弧曲線，最大逼近差不超過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)脈沖當(dāng)量（每走一步的距離，即步長(zhǎng)直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下：--

--(1)偏差判別：即判別上一次進(jìn)后的偏差值Fm是大于等于零，還是小于零；(2)坐標(biāo)進(jìn)給：即根據(jù)偏差判斷結(jié)果決定進(jìn)給方向，并在該方向上進(jìn)給一步；(3)偏差計(jì)算：即計(jì)算進(jìn)給后的偏差值，作為下一步偏差判別的依據(jù)；(4)終點(diǎn)判別：即若已到達(dá)終點(diǎn)則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)，則重復(fù)上述步驟。圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下：(1)偏差判別(2)坐標(biāo)進(jìn)給(3)偏差計(jì)算(4)坐標(biāo)計(jì)算(5)終點(diǎn)判別三步電有幾工方？分畫每工方的相電序電波圖解：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)锳→B→C,相通電的電壓波形如圖3.1示。圖3.1單拍工作的電壓波形圖（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)锳B→BC。各相通電的電壓波形如圖3.2所。圖3.2雙拍工作的電壓波形圖（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(lái)，就產(chǎn)生了六拍工作方式，其電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA。相通電的電壓波形如圖3.3所。圖3.3三六拍工作的電壓波形--

--采8255A作x軸進(jìn)機(jī)y軸步進(jìn)機(jī)控接，求（1）畫接電路理；（2）分列軸y軸進(jìn)機(jī)三相三、相三和相拍作式的出表。電路原理圖如圖所示三相單三拍控制方式輸出字表x軸進(jìn)機(jī)出表

y軸進(jìn)機(jī)出表存地標(biāo)

低位出

存地標(biāo)

高位出三相雙三拍控制方式輸出字表x軸進(jìn)機(jī)出表

y軸進(jìn)機(jī)出表存地標(biāo)

低位出

存地標(biāo)

高位出x軸進(jìn)機(jī)出表

三相六拍控制方式輸出字表y軸進(jìn)機(jī)出表存地標(biāo)

低位出

存地標(biāo)

高位出--

12z-1TT--12z-1TT數(shù)字制的擬設(shè)步是么模擬化設(shè)計(jì)步驟：（1設(shè)計(jì)假想的模擬控制器（2正確地選擇采樣周期T（3將D(S)離化為D(Z)（4求出與D(S)對(duì)的差分方程（5根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程。某系統(tǒng)連控器計(jì)D

U(s)1s)1試雙形換、向分、向分分求數(shù)控器D(Z)。解：雙線變換法：把

s

2z?z

代入，則2z?T

2z1?Tz2z1?Tz

11Tz22前向差分法：把代入，則T

1s1

11

T11z后向差分法：把

代入，則

111s2

1112

zTz1zTz2什么數(shù)位置型制法增型制法試比它的缺。k)K{(k)

TTi

kj

(j)

TT

[()1)]}

位置型PID算法。--

pd--pd增量型PID控制算法。({[((dTi

[e(k)e(k2)]}與位置算法相比，增量型PID算有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)位置型算式每次輸出與整個(gè)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)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，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，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，若用增量型算法，其輸出對(duì)應(yīng)于閥門位置的變化部分，即算式中不出u項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換。(3)采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)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。已模調(diào)器傳函為

D

1s1085試出應(yīng)字制的置和量控算，采周期T=0.2s。D

117085s則

Ududeu17dtdtek08517把代得位置型

ue增量型（充）知擬節(jié)的遞數(shù)

D

1170試出應(yīng)字制的置PID算法增型PID控算，采周T=0.2s解：因?yàn)?/p>

D

111(1s)00si所以

p

0id

。--

PDTTiIPDTTiIi故位置型PID控制器故增量型PID控制器

--((ku(k)k)i0.2k(k)e(i)0.4ei0.17i(k))((k()K((ID0.4(e(k(kek)(()e(k

什叫分和它怎引起？何除解）果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到極位置，仍然不能消除靜差時(shí)，由于積分作用，盡管PID差方程式所得的運(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)，位型PID算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)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)間脫飽和區(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）用的改進(jìn)方法：積分分離法和抗積分飽和數(shù)字制的散設(shè)步是么計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖4—1示。圖4計(jì)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)要和其它約束條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)Φ(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數(shù)D(z)。(4)根據(jù)求控制算法的遞推計(jì)算公式。--

))2已知控象傳函為

G

100.1s

采周，采零保器要（1）對(duì)位度入號(hào)計(jì)最拍紋系的e(k)和差序，出們時(shí)變的形（2）對(duì)位躍入號(hào)計(jì)最拍紋系的(k和差序，出們時(shí)變的形

D輸響D輸響

yk)yk)

、制號(hào)、制號(hào)

u(k)u(k)解：廣義脈沖傳遞函數(shù)為G(zZ(

1100))(s(0.1s2(10)

)Tz11(1)

)

z(1z)最拍紋設(shè)步：）根廣對(duì)的遞數(shù)定數(shù)（分多式冪）

已知N=2，M=2所以d=0（分子項(xiàng)的次

w=1(即分子多項(xiàng)式中的

0.717z

)延時(shí)在所零的數(shù)不括無(wú)遠(yuǎn)零）在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點(diǎn)個(gè)輸入類)）確和F2(z)的冪m和nwjmax(j,）

v=1，j=1；q=2(單位速度輸入)jmaxj,q2所以：F(11

z

m

F(zfz11

F(z)fz21

f

F(z)fz21

fz

）確Фz)z(1i

(jq)

(z)1

()(1)(1eii2(1fz11

)

j,q)

F)1z11

fz11

z11

）確Ф(z)wz)zi

zi

)(z)

z)(1z)F(z)ii0.717f22z

）

--

11211121)）根關(guān)(z)使式邊冪的系相，出和F2中系。

f1f112221ff11解得：所以：

ff1.41f()0.59z)e()(10.717z

z

z

）求制1z)D(z)()z)

0.368z)D()0.368zz)0.717zzz))2z

0.368z0.368(1

)(1.41

)

)最拍紋設(shè)步：）根廣對(duì)的遞數(shù)定數(shù)（分多式冪）

已知N=2，M=2所以d=0（分子項(xiàng)的次

w=1(即分子多項(xiàng)式中的

0.717z

)延時(shí)在所零的數(shù)不括無(wú)遠(yuǎn)零）在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點(diǎn)個(gè)輸入類)）確和F2(z)的冪m和nwjmax(j,）

v=1，j=1；q=1(單位階躍輸入)wj(jq所以：F(111

f12

fz1

F(zfz11

F()ffz221222

F(z)fz21

）確Фz)zi

zi

(jq)

(z)1

()(1)(1eii2(1fz11

)

j,q)

F)1z11

fz11

--

2222）確Ф(z)wz)zi

zi

)(z)

wz)iz

i)21

)F()ff2121

）根關(guān)(z)使式邊冪的系相，出和F2中系。

f11ff11

解得：

f11f0.5821）求制1z)D(z)()z)

所以：((1zz))(1z)D()zz)z(1z))(1z

0.368z0.42z最拍紋設(shè)步：）根廣對(duì)的遞數(shù)定數(shù)

已知N=2，M=2所以d=0（分多式冪）

u=0(即分子多項(xiàng)式中的

0.717z

)（分子項(xiàng)的次延時(shí)在z平的位上圓零的數(shù)在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點(diǎn)個(gè)輸入類)）有波定和F2(z)的次m和nmnjmax(j

v=1，j=1；q=1(單位速度輸入)0j(jq所以：F(fzfz1112m

(F(z)fz21

f

F(z)fz21

）確Фz)z(1i

(j,q)

(z)1

(z)(1z)j)F()ei1i--

2-Tscz2-Tscz1c221）確Ф(z)z)i

zi

)F(z)

)f21

i

(1z)F()i）根關(guān)

z)

使式邊冪的

解得：

f

系相，出和F2中系。）求制1z)D(z)()z)

所以：)((0.368z)D(z)z(10.717z0.368z0.717z)

)被對(duì)的遞數(shù)

Gc

1采周T=1s，用階持，對(duì)位度入數(shù)按下要設(shè)：)D最拍紋系的計(jì)方，計(jì)和u(k)求數(shù)控器出列的推式解：廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)1sss將T=1S代入，有1

Tz

最拍紋設(shè)步：）根廣對(duì)的遞數(shù)定數(shù)（分多式冪）（分子項(xiàng)的次延時(shí)在所零的數(shù)不括無(wú)遠(yuǎn)零）在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點(diǎn)個(gè)輸入類)

已知N=2，M=2所以d=0w=1v=2，j=2；q=2(單位階躍輸入)）確和F2(z)的冪m和nwvjj,

vjmaxj,q2所以：F(fz1111

F(zfz11

--

))2212DzzcF()ffzfz