微机控制技术复习题及答案专升本.docx

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微机控制技术复习题及答案专升本

微机控制技术》复习题及答案

一、填空题

1.工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。

2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。

3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。

4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。

5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。

8.模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。

10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为

0~10mADC或4~20mADC。

1.计算机系统由和两大部分组成。

计算机、生产过程

2.集散控制系统（DCS）的结构模式为：

.

操作站—控制站—现场仪表

3.变送器输出的信号为或的统一信号。

0~10mA、4~20mA

10.采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应

11、实时的概念不能脱离具体的过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时系统必定是在线系统。

12、典型的工业生产过程可分为：

连续过程、离散过程、批量过程。

13、计算机控制系统的典型型式：

操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、综合自动化控制系统。

14、计算机控制系统的发展趋势：

控制系统的网络化、智能化、扁平化、综合化。

15、数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。

16、在计算机控制系统中，模拟量输入通道的任务是把系统中检测到的模拟信号，变成、二进制数字信号，经接口送往计算机。

17、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用看门狗、电源监控（掉电检测及保护）、复位等方法。

18、香农采样定理：

如果模拟信号（包括噪声干扰在内）频谱的最高频率为fmax，只要按照采样频率f≥2fmax进行采样，那么采样信号y*（t）就能唯一地复观y（t）.

19、程序设计通常分为5个步骤，即问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计。

20、计算机控制系统的工作过程为：

实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出。

21、计算机控制系统硬件由工业控制机、计算机、过程输入输出通道和生产过程组成。

22、选择D/A转换器时应着重考虑的是：

精度、分辨率。

23、接地技术中接地方式有：

工作接地、保护接地等两种。

23、计算机控制系统按总体结构来分有：

开环控制系统、闭环控制系统两大类

24、计算机控制系统是指采用了数字计算机和其他自动化设备的自动控制系统。

25、计算机控制系统软件由控制部分和被控对象组成。

26、计算机控制系统输入/输出通道分为四类，分别是模拟量输入通道、

模拟量输出通道、数字量输入通道，数字量输出通道。

27、过程通道中存在的干扰有：

串模干扰、共模干扰。

28、局域网常见的网络拓朴结构有：

星型、环型、总线型等。

29、计算机控制系统是指利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

30、数据处理的内容有：

线性化处理标度变换。

二、名词解释

1.信号调理——为了将外部开关量信号输入到计算机、必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。

2.有源I/V变换——主要是利用有源器件运算放大器、电阻来实现将变送器输出的标准电流信号变换成标电压信号。

3.积分分离——在PID控制中，为了提高控制性能，当偏差e（k）较大时，取消积分作用（采用PD控制）；当偏差e（k）较小时才将积分作用投入（采用PID控制）。

4.模糊集合——在人类思维中，有许多模糊的概念，如大、小、冷、热等，都没有明确的内涵和外延的集合。

5.软件陷阱——就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。

6.采样过程按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程。

7.地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。

”

8.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机床）按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制

9.数据是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合。

1.积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作

11.接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁。

12.过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

13.所谓量化，就是采用一组数据来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。

14.自动校准是指在系统开机后或每隔一定时间自动测量基准参数，然后计算误差模型，获得并存储误差补偿因子。

15.HMI就是使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口。

三、简答题

1.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。

答：

就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。

外部干扰和内部干扰。

硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。

2.逐点比较法插补原理。

答：

所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。

3.简述数字滤波技术，其算法有哪些?

答：

所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。

故实质上它是一种程序滤波。

算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。

4.数字控制器的连续化设计步骤？

答：

设计假想的连续控制器、选择采样周期T、将DS离散化为Dz、设计由计算机实现的控制算法、校验五个步骤。

5、什么叫共模干扰，其抑制方法有哪些？

共模干扰也称共态干扰，是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

抑制方法有：

变压器隔离、光电隔离、浮地隔离、采用仪表放大器提高共模抑制比。

6、在计算机控制系统中，一般有哪几种地线？

模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地五种。

7、简述逐点比较法插补

刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。

如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走……如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。

8、设加工第二象限直线OA，起点为O（0，0），终点坐标为A（-4，6），试用直线插补法在图

（2）上做出走步轨迹图（标明方向）。

9、计算机控制系统有哪几种典型类型？

操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、PLC+上位机系统

10.计算机控制系统中抗共模干扰的措施有哪些？

采用差分放大器作信号前置放大、采用隔离技术将地电位隔开、利用浮地屏蔽

11、计算机控制系统的设计步骤可划分为四个阶段：

生产工艺和现场环境调研、硬件总体方案设计、软件总体方案设计、系统总体方案

12.采样定理的基本内容是什么？

对频带受限的信号，当采样频率大于等于信号最高频率的两倍时，可以从

采样值完全恢复原始的信号

13.什么是数字滤波？

常用的数字滤波有哪些方法？

所谓数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理，以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。

程序判断法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、加权递推平均滤波法、一阶惯性滤波法

14.计算机控制系统中有哪几种地线？

在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：

模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。

15.简述Smith预估控制的基本思想。

按照过程的动态特性建立一个模型加入到反馈控制系统中，使被延迟了τ时间的被控量超前反映到控制器，让控制器提前动作，从而可明显地减少超调量和加快控制过程。

16.工业控制计算机系统的干扰源有哪几类？

各类干扰又有哪些具体形式？

电源干扰（浪涌、尖峰、噪声、断电）；空间干扰（静电和电场的干扰、磁场干扰、电磁辐射干扰）；设备干扰

17.RS-485串行总线采用什么传输方式？

它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？

RS-485串行总线采用的是不平衡传输模式。

区别在于RS-485为半双工工作模式，而RS422A为全双工工作方式，且RS-422A适用于两点之间进行高速，远距离通信，而RS-485适用于多点之间进行高速，远距离通信

18.数字PID控制算法中，KP，Ti，TD的物理调节作用分别是什么？

Kp为比例增益，能减小误差，但不能消除稳态误差，但Kp加大会引起系统不稳定；Ti为积分时间常数，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，但积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；Td为微分时间常数，可以减小调整时间，从而改变系统的动态性能

19.如何消除尖峰脉冲干扰？

选用供电比较稳定的进线电源，利用干扰抑制器消除尖峰干扰，采用交流稳压器稳定电网电压，电源异常的保护

20.模拟量输入接口设计主要解决哪几个方面的问题？

数据输出线的连接方式；选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法；电源和地线的处理；与计算机信息传递的方式

四、论述题

1.画出典型计算机控制系统的基本框图。

答：

典型计算机控制系统的基本框图如下：

2.根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？

答：

根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。

（1）周期采样：

指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。

（2）同步采样：

如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。

（3）非同步采样：

如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。

（4）多速采样：

如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。

（5）随机采样：

若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。

3.简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。

答：

（1）比例调节器：

比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数KP。

比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。

加大比例系数KP可以减小静差，但是KP过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。

（2）积分调节器：

为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。

积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。

积分时间常数TI大，则积分作用弱，反之强。

增大TI将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。

引入积分调节的代价是降低系统的快速性。

（3）微分调节器：

为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。

微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。

4.采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。

答：

LF398的电路原理：

放大器A2作为比较器来控制开关S的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则S闭合，由A1、A3组成跟随器，并向CH端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则S断开，外接电容保持S断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至

。

5.线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？

答：

线性离散控制系统稳定的充要条件是：

闭环系统特征方程的所有根的模｜zi｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。

6.为什么会出现比例和微分饱和现象？

答：

当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大（由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小）。

如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。

7.什么是振铃现象？

如何消除振铃现象？

答：

所谓振铃（Ringing）现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。

有两种方法可用来消除振铃现象。

第一种方法是先找出D（z）中引起振铃现象的因子（z=-1附近的极点），然后令其中的z=1，根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。

第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数Tc，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象。

五、计算分析题

1.现已知某炉的温度变化范围为0-1000°C。

测试时采用9位A/D变换器（带符号位），此时系统对炉温变化的分辨率为多少？

若测试时，通过变送器将测试起点迁移到200°C，保持同样的系统对炉温变化的分辨率，试问采用几位的A/D转换器就可以了？

1）1、

，故Δ=3.9°；

2）

，故

2、图一为水箱水位自动控制系统，试说明其基本工作原理。

由于出水干扰Qo使水位下降时，浮子下降，进水口打开，水位逐渐增高，浮子逐渐上浮，当达到给定高度时，浮子将进水口堵死，从而保持设定高度。

3、下图12D/A转换器DAC1210与ISA总线连接图，设DAC1210占用了0230H～0232H三个端口地址,设BX寄存器中低12位数据为需要转换的数字量,写出转换程序。

解：

START:

MOVDX，230H；DAC1210的基地址

MOVCL，04

SHLBX，CL；BX中的12位数左移4位

MOVAL，BH；高8位数→AL

OUTDX，AL；写入高8位

CNCDX；修改DAC1210端口地址

MOVAL，BL；低4位数→AL

OUTDX，AL；写入低4位

CNCDX；修改DAC1210端口地址

OUTDX，AL；启动D/A转换

HLT

4、下图是AD574A与ISA总线连接图，根据图写出程序查询接口方式的转换程序。

解：

MOVDX，Y1；Y1为偶地址

OUTDX，AL；

LOOP1：

INAL，Y0¯；读入STS¯

ANDAL，01H；

JNCLOOP1；如果STS¯=1，未转换完，则循环

MOVDX，Y1¯；

INAL，DX；从数据总线D0—D11一次读入12位二进制数据

六、设计题

1、试用一交流固态继电器（AC－SSR，可控220Ｖ交流通断）和一接触器（各3常开主触点和一个常开辅助触点），通过微机及其接口电路去控制三相交流异步电机（电源为3-相、50Hz/380V）的启动和停止。

解：

KA1为交流固态继电器，控制接触器的通断；KA2为接触器，三个主触点控制电机的三相绕组，如电机为三相四线制，一个辅助触点使中线接地，由微机输出的数字信号控制KA1的通断，为“1”时断，为“2”时开

2、已知某直流电磁阀的驱动电流为6A，用2mA的标准TTL电平实施控制，试设计一合适的驱动电路。