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1、精品文档第二章 第三章第十二章 输入输出接口技术和输入输出通道何谓I/O接口？在计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。2. 一个微处理机（CPU）采用程序控制查询方式时，管理50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上立即显示出来。已知CPU查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200卩s,若程序员以每秒打 10个字符的速度同时连续打入字符，问CPU是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？又问CPU最多能管理多少个这种终端？答：5003. 在本章第二节，查询式 I/O方式应用举例中，假设 X、Y、Z三轴服务子程序的执行时间分别为
2、100卩s、150卩s、120卩s,主程序执行时间（执行查询指令等）为80卩s,试估算不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？（速度以脉冲/s计算）答：27024. 某微机实时控制系统有 1#、2#、3#三个外围设备。由一个 CPU进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务 时间分别是：C1=5msS1=300 （isC2=8msS2=1.3msC3=1msS3=400 （is问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不行的话，试提出改进方答：不行。可采用中断嵌套 的方式解决。6计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点答：见教材7.某8086最大模式系统
3、中，需扩展 8255A、8253和DAC0832芯片各一片。采用 74LS138译码器，若已指定给各芯 片的地址范围是：8255AE0H、E2H、E4H、E6H、8253E1H 、 E3H、 E5H、 E7H、DAC0832 F0H试设计接口扩展的译码电路（除74LS138外，可增加必要的其他逻辑电路芯片。8某8088最大模式系统中，需扩展 8255A四片，指定各芯片的地址范围分别是9093H、9497H、989BH、9C9FH,采用74LS译码器，试设计接口地址译码电路。解：9模拟输入通道中为什么要加采样保持器？采样保持器的组成及要求是什么？答：为了保证A/D转换精度，就要在A/D转换之前加
4、上采样保持电路，使得在A/D转换期间保持输入模拟信号不变。精品文档精品文档10要求:(1) 将下图中CPU换为89C51单片机，不改变地址线的连接方式，画出电路图；(2) 确定8个通道的端口地址；(3) 编写程序，对第 8通道的模拟量进行转换，把转换结果存在30H存储器中。+5V接 8259A <D7EOC V cc Vref（+）DoD7/RD/WRcpu A68088 A7M40A5A4 3数据总线D。IN0G 1G 2AG2BY7ADC0808IN1OE0809STARTALE八路模卜拟 电压输入八路模拟电压输入精品文档11. 有 4位AD转换器，满刻度为 5V,现在输入4.15V
5、模拟电压，请说明逐次逼近转换原理。并分析采用逐次逼近法逼 近的转换过程。解:先通过置数逻辑电路将SAR中最高位置1,其余全0,井DA转换成模拟电压 U0与输入模拟电压 Ui在电压比较器下进行比较，若 Ui > U0,则保留最高位1，否则清除最高位为 0 ;其次置次高位为1,延续上述过程，直至确定最低位的状态。量化单位为q=5v/2 4=0.3125V本题目中图表转换如下：步骤SARU0Ui,U0大小该位去留8421110002.5保留211003.75保留311 110 :4.375去411014.0625保留结果1101偏差 4.15-4.0625=0.0875图略。12、什么叫做I/
6、O接口的独立编址方式？答：将存储器的地址空间和I/O接口地址空间分开设置，互不影响。13、在进行数据采集时为什么要满足采样定理？答：满足采样定理，就可以通过理想的低通滤波器，由采样信号完全恢复出原始信号1.数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？ 答: (1)数字调节器能实现复杂控制规律的控制( 单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。第三章数字控制器的模拟化设计2)计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制(3 )数字调节器具有灵活性，使用简(4)除实现PID数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。2. 为什么说增量型 PID控制器调节比位置型 PID调节效果更好?二者的
7、区别是什么？答: (1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小；(2)在 i时刻的输出ui，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差 ei-1，ei-2和前一次的输出值ui-1，这大大节约了内存和计算时间；(3)在进行手动-自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。3. 按一定性能指标要求对某控制系统综合校正后求得其应加的串联-校正装置为精品文档精品文档2解：(s as)U (s) = E(s)即 s2U(s) 4sU(s) =8E(s) s2U(s) asU(s)=E(s)化成微分方程2d u(t) du(t) ' 丿 +a =e(t) dtdt
8、2d2u(t)u(k) -2u(k -1) u(k -2)&dt2T2D(s)-u(k) -u(k -1)ft:du(t)dtu(k) -2u(k -1) u(k -2)试用双线性变换法求出相应的数字控制的脉冲传递函数，其中T 二 1sT2答: s=2啓aT1u心盲u u(k_2)e(k)1 aT1 aTD(z)-4 已知某连续控制器的传递函数为D(S)吒整理得:D二豹 n2(1+2z+ zd)4n2 2 n -8Z-1 (4-2 n )z，试用差分变换法(后向差分)，求该装置的递推输岀序列。(设输入6.设被控对象传递函数为仃=1s)为e(t)，输出为u(t)G(s)二解：由 D(S)
9、 =5E(s)1 T1s1 T2s100(40 s 1)(0.5s 1)得(1 T2s)U(s)二(1 T,s)E(s)(1) 试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器Gc(s)。(2) 将Gc(s)用双线性变换法离散化为数字控制器D(z)，并将其转换为差分方程。U(s) T2sU(s)二 E(s) TisE(s)解：令 k =100,Ts1 =40,Ts2 =0.5设：s 1 其中： t舟0=40Gc(s)=TiSu(t) T2 刎=e(t) T1 兰电dtdt当 t 二 kTu(kT) T2dU(t)dtt 士t =e(kT) T1de(t)dtt =kT近似为:u(k) T2 U(k)
10、u(k 一1)=e(k) T1T2u(k) 2 u(k-1) Le(k)T +T2T +T25.已知某连续控制器的传递函数为e(k) -e(k -1)T T2e(k)叫(s)0(s)Gp(s)由: A瓦(2)D(z)二 Gc(s)s4T(z41)11)k得： T 2kT；10031.6Z-31.6 U(z)=80z-80 E(z)U = u 丄 +0.395e 0.395ei_47.已知某连续控制器的传递函数为D(s)10.17s0.085sD(s)二10.17s0.085s10.17+0.085s0.085现用数字PID算法来实现它,试分别写岀其相应的位置型和增量型PID算法输岀表达式。设采
11、样周期T =1sPID控制算法的模拟表达式为1 tde(t)u(t)二 Kpe(t)亓 oe(t)dt Td 才位置型输岀表达式为Kp = 2 Ti=0.17 Td=0其位置表达式为：ku(k)二 2e(k)11.765、e(j)j=0其增量表达式为:u(kKpe(k) KpT- e(j)T| jz0Kpe(k) -e(k-1)：u(k) =13.765e(k) -2e(k -1)8.试述采样周期T的选择原则 答：(1)必须满足香农采样定理的要求增量型输岀表达式为:u(ku(k-1) (Kp Kp-TiKpTD)e(k)-(Kp 2K(2)从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。干扰频
12、率越高，则采样频率越高越好， 以便实现快速跟随和快速抑制tt亠干扰k-1) + Kp-De(k -2)T(3)根据被控对L的特性，快速系统的T应取小，反之，取大些。而对模拟表达式u(t)求拉式变换得(4)根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时, 大些。否则，执行机构来不及反映控制器输出值的变化。应取u(s)二 Kp1 丄 sTDe(s)TiS(5) 从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看， 选大些。(6) 从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。”1 丄 “KTiSKp KpTdS十TiS1、 已知一被控对象的传递函数为Gc(s)二10s(10.1s)(10.05s)0.76z
13、丄(10.05Z 丄)(1 _1.065z 丄)iiz°)(1 0.135z 丄)(1 0.0185z°)设采用零阶保持器， 采样周期T为0.2s。试针对单位速度 输入函数设计快速有波纹系统的 ，计算采样瞬间数字控 制器和系统的输出响应并绘制图形。2 在题1中，针对单位速度输入函数设计快速无波纹系 统的，计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘 制图形。1、2题、解孔 z) =1 ©e(z) =az 丄(1 -1.065z-)te(z) =(1z)(1 bz-)(：'.；(z) -1 -：e(z) =az1 1.065z) :e(z)=(1 _z 丄)(
14、1 bz-1)得az 丄(1 _1.065z 丄)=1 _(1 z 丄)(1 bz°)G(s)_0 2s10(1e .)Ho(s)Gc(s)厂s2(0.1s 1)( 0.05s 1)解得:(1 b)z丄 bz"2 =az丄 1.065az°；=0.484b =0.516:.：e(z) =(1 _z 丄)(10.516Z-)1 . -he(z) =0.584z丄(1 -1.065z丄)D(z)二4 Ge(Z)G(Z).：e(Z)数如下：Kd =1.16,. =30s,Td = 680s若采用零阶保持Kd卡Gc (s) e'用飞升曲线法测得电阻炉的有关参1 T
15、dS0.636(1 -0.0185zA)(1 _0.435z 丄) =(1 40.05z 丄)(1 +0.516Z 丄)0.484z 丄(1 1.065z 丄)器，取采样周期 T =6s ，要求闭环系统的时间常数 T . =350s，用大林算法求取对电阻炉实现温度控制的 数字控制器的算式。解123=0.484z -亠z 一亠z 一亠-Gp* 缶*U (z)=0.484 0.0509z 丄 0.0037z J 0.000186z J -G(z)3、设被控对象的传递函数为)3.68z°(1+0.717Z)采用零阶保持器乂 采样周期368z=)s,输入单位速度函数,T1 -e s G(z)
16、=Z -s求得大林控制器TdS11-eFT(1-e Tc)(1-eTEz-1)DO 二TTTKd(1-e Td)1 -e Tcz_(1_e Tc)z'N 1.628(1 -0.991z)一 1 -0.983z-0.17z±5、已知控制系统的被控对象的传递函数为_s eGc(s)采样周期T =1s，若选闭环系统(2s 1)(s 1)的时间常数T =0.1s，问是否会出现振铃现象？试用大林算法设计数字控制器D(z)。试按最少拍无波纹要求设计D(z)，并检验一下所设计的D(z)二11 -(z) G(z)22.736w1.264w2_ -0.104w -1.056w 2.5282.7
17、36w25.472w系统是否满足快速无波纹的要求。 解可见G(z)零点为-0.717(单位圆内),极点为1 (单位圆上),0.368(单位圆内)。故u=0,v=0 (单位圆上极点不包括),m=1,p=1。设(z)二 z'(1 0.717z')c0,求得 c, =0.58-1-40.158(1-z )(1-0.368z )1 -0.58z4 -0.416z4、某电阻炉，其传递函数可近似为带纯滞后的一阶惯性 环节解：会出现振铃现象。(10.36z-1)(1 0.607z1)D(z)120.253(1-z J-z)6、已知计算机控制系统开环脉冲传递函数0.368z 0.264G(z)=z2 - 1.368z+ 0.368(T=1s)试分别作下列双线性变换，然后作伯德图。 解/八、-0.104 w2 -0.528w +0.632(1) G(w)二G(z)| 1 w二z1 -w(2) G(w)=G(z)| t1 *w駕十2(伯德图略)