微機計算機控制技術(shù)課后于海生(第2版)習題詳解答案

--計算機制統(tǒng)控過是樣?計算機控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟：(1)實時數(shù)據(jù)采集：對被控量的時值進行檢測，并輸入給計算機。(2)實時決策：對采集到的表征控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。(3)實時控制：根據(jù)決策，適時對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務。操作指、和系統(tǒng)作理何它之有區(qū)別聯(lián)？(1)操作指導控制系統(tǒng)：在操作導控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計算機根據(jù)數(shù)學模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過程參數(shù)進行處理，計算出各控制量應有較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計算機就起到了操作指導的作用。其原理框圖如圖1.2所。(2)直接數(shù)字控制系(系：DDC系統(tǒng)就通過檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進行巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機機檢測結(jié)與設(shè)定值進行比較進行控制運算后過輸出通道控制執(zhí)行機構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達到預定的要求DDC系是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應用形式。(3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系)系比系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實際情況，因為在系統(tǒng)中計算機只是代替模擬調(diào)節(jié)器進行控制，系統(tǒng)不能運行在最佳狀態(tài)，而SCC系不僅可以進行給定值控制，并且還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應控制等SCC系統(tǒng)的原理框圖如圖所。SCC是操作指導控制系統(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、消除觸點抖動，以及進行信號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變換提了信號遠距離傳遞過程中的抗干擾能力少了信號的衰減為標準化儀表執(zhí)行機構(gòu)匹配提供了方便。(2)多路轉(zhuǎn)換器：用來切換模擬壓信號的關(guān)鍵元件。(3)采樣保持器A/D轉(zhuǎn)器完成次A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時間。在進行A/D轉(zhuǎn)時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，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是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務的器件，稱為之數(shù)轉(zhuǎn)換器簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)什么逐比插法？線補算程圓插計過各哪個驟？逐點比較法插補運算，就是在某個坐標方向上每走一步（即輸出一個進給脈沖就作一次計算，將實際進給位置的坐標與給定的軌跡進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軸給點比較法插補的實質(zhì)是以階梯折線來逼近給定直線或圓弧曲線，最大逼近差不超過數(shù)控系統(tǒng)的一個脈沖當量（每走一步的距離，即步長直線插補計算過程的步驟如下：--

--(1)偏差判別：即判別上一次進后的偏差值Fm是大于等于零，還是小于零；(2)坐標進給：即根據(jù)偏差判斷結(jié)果決定進給方向，并在該方向上進給一步；(3)偏差計算：即計算進給后的偏差值，作為下一步偏差判別的依據(jù)；(4)終點判別：即若已到達終點則停止插補；若未到達終點，則重復上述步驟。圓弧插補計算過程的步驟如下：(1)偏差判別(2)坐標進給(3)偏差計算(4)坐標計算(5)終點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為A→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為AB→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式步進電機控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來，就產(chǎn)生了六拍工作方式，其電順序為A→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軸進機y軸步進機控接，求（1）畫接電路理；（2）分列軸y軸進機三相三、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軸進機出表

y軸進機出表存地標

低位出

存地標

高位出三相雙三拍控制方式輸出字表x軸進機出表

y軸進機出表存地標

低位出

存地標

高位出x軸進機出表

三相六拍控制方式輸出字表y軸進機出表存地標

低位出

存地標

高位出--

12z-1TT--12z-1TT數(shù)字制的擬設(shè)步是么模擬化設(shè)計步驟：（1設(shè)計假想的模擬控制器（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)對的差分方程（5根據(jù)差分方程編制相應程。某系統(tǒng)連控器計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：(1)位置型算式每次輸出與整個去狀態(tài)有關(guān)，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足，計算誤差對控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。(2)為實現(xiàn)手動——自動無擾切，在切換瞬時，計算機的輸出值應設(shè)置為原始閥門開度，若用增量型算法，其輸出對應于閥門位置的變化部分，即算式中不出u項，所以易于實現(xiàn)從手動到自動無擾動切換。(3)采用增量型算法時所用的執(zhí)器本身都具有寄存作用，所以即使計算機發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會對生產(chǎn)造成惡劣影響。已模調(diào)器傳函為

D

1s1085試出應字制的置和量控算，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試出應字制的置PID算法增型PID控算，采周T=0.2s解：因為

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)行機構(gòu)已經(jīng)到極位置，仍然不能消除靜差時，由于積分作用，盡管PID差方程式所得的運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機構(gòu)已無相應的動作，這就叫積分飽和。（2）1、當偏差產(chǎn)生躍變時，位型PID算的輸出將急劇增大或減小，有可能超過執(zhí)行機構(gòu)的上（下）限，而此時執(zhí)行機構(gòu)只能工作在上限。2、系輸出需要很長時間才達到給定值，在這段時間內(nèi)算式的積分項將產(chǎn)生一個很大的積累值3、當統(tǒng)輸出超過給定值后，偏差反向，但由于大的積分積累值，控制量需要相當一段時間脫飽和區(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)步是么計算機控制系統(tǒng)框圖如圖4—1示。圖4計機控制系統(tǒng)框圖由廣義對象的脈沖傳遞函數(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)計步驟如下：(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標要和其它約束條件，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算公式。--

))2已知控象傳函為

G

100.1s

采周，采零保器要（1）對位度入號計最拍紋系的e(k)和差序，出們時變的形（2）對位躍入號計最拍紋系的(k和差序，出們時變的形

D輸響D輸響

yk)yk)

、制號、制號

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：）根廣對的遞數(shù)定數(shù)（分多式冪）

已知N=2，M=2所以d=0（分子項的次

w=1(即分子多項式中的

0.717z

)延時在所零的數(shù)不括無遠零）在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點個輸入類)）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：）根廣對的遞數(shù)定數(shù)（分多式冪）

已知N=2，M=2所以d=0（分子項的次

w=1(即分子多項式中的

0.717z

)延時在所零的數(shù)不括無遠零）在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點個輸入類)）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(即分子多項式中的

0.717z

)（分子項的次延時在z平的位上圓零的數(shù)在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點個輸入類)）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)

)被對的遞數(shù)

Gc

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

Tz

最拍紋設(shè)步：）根廣對的遞數(shù)定數(shù)（分多式冪）（分子項的次延時在所零的數(shù)不括無遠零）在z平的位上圓極的數(shù)在z平的位上點個輸入類)

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