微型运算机操纵技术课后习题答案.docx
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微型运算机操纵技术课后习题答案
第一章运算机操纵系统概述
习题及参考答案
1.运算机操纵系统的操纵进程是如何的?
运算机操纵系统的操纵进程可归纳为以下三个步骤：
（1）实时数据搜集：
对被控量的瞬时值进行检测，并输入给运算机。
（2）实时决策：
对搜集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的操纵规律，决定下一步的操纵进程。
（3）实时操纵：
依照决策，适时地对执行机构发出操纵信号，完成操纵任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？
（1）实时：
所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一按时刻范围内完成的，即运算机对输入信息以足够快的速度进行处置，并在必然的时刻内作出反映并进行操纵，超出了那个时刻就会失去操纵机会，操纵也就失去了意义。
（2）“在线”方式：
在运算机操纵系统中，若是生产进程设备直接与运算机连接，生产进程直同意运算机的操纵，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
（3）“离线”方式：
假设生产进程设备不直接与运算机相连接，其工作不直同意运算机的操纵，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，那么叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型运算机操纵系统的硬件由哪几部份组成？
各部份的作用是什么？
由四部份组成。
图微机操纵系统组成框图
（1）主机：
这是微型运算机操纵系统的核心，通过接口它能够向系统的各个部份发出各类命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处置。
主机的要紧功能是操纵整个生产进程，按操纵规律进行各类操纵运算（如调剂规律运算、最优化计算等）和操作，依照运算结果作出操纵决策；对生产进程进行监督，使的地方于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
（2）输入输出通道：
这是微机和生产对象之间进行信息互换的桥梁和纽带。
进程输入通道把生产对象的被控参数转换成微性能够接收的数字代码。
进程输出通道把微机输出的操纵命令和数据，转换成能够对生产对象进行操纵的信号。
进程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
（3）外部设备：
这是实现微机和外界进行信息互换的设备，简称外设，包括人机联系设备（操作台）、输入输出设备（磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等）和外存贮器（磁盘）。
其中操作台应具有显示功能，即依照操作人员的要求，能当即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即便操作错误也可不能造成恶劣后果，即应有爱惜功能。
（4）检测与执行机构
a.测量变送单元：
在微机操纵系统中，为了搜集和测量各类参数，采纳了各类检测元件及变送器，其要紧功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器能够把压力转换变成电信号，这些信号经变送器转换成统一的运算机标准电平信号（0～5V或4～20mA）后，再送入微机。
b.执行机构：
要操纵生产进程，必需有执行机构，它是微机操纵系统中的重要部件，其功能是依照微机输出的操纵信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调剂机构改变被调介质的流量或能量，使生产进程符合预定的要求。
例如，在温度操纵系统中，微机依照温度的误差计算出相应的操纵量，输出给执行机构（调剂阀）来操纵进入加热炉的煤气（或油）量以实现预期的温度值。
经常使用的执行机构有电动、液动和气动等操纵形式，也有的采纳马达、步进电机及可控硅元件等进行操纵。
4.微型运算机操纵系统软件有什么作用？
说出各部份软件的作用。
软件是指能够完成各类功能的运算机程序的总和。
整个运算机系统的动作，都是在软件的指挥下和谐进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。
就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。
（1）系统软件：
它是由运算机设计者提供的专门用来利用和治理运算机的程序。
对用户来讲，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。
系统软件包括：
a.操作系统：
即为治理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；
b.诊断系统：
指的是调剂程序及故障诊断程序；
c.开发系统：
包括各类程序设计语言、语言处置程序（编译程序）、效劳程序（装配程序和编辑程序）、模拟主系统（系统模拟、仿真、移植软件）、数据治理系统等；
d.信息处置：
指文字翻译、企业治理等。
（2）应用软件:
它是面向用户本身的程序，即指由用户依照要解决的实际问题而编写的各类程序。
应用软件包括：
a.进程监视程序：
指巡回检测程序、数据处置程序、上下限检查及报警程序、操作面板效劳程序、数字滤涉及标度变换程序、判定程序、进程分析程序等；
b.进程操纵计算程序：
指的是操纵算法程序、事故处置程序和信息治理程序，其中信息治理程序包括信息生成调度、文件治理及输出、打印、显示程序等；
c.公共效劳程序：
包括大体运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序。
（3）数据库：
数据库及数据库治理系统要紧用于资料治理、存档和检索，相应软件设计指如何成立数据库和如何查询、显示、挪用和修改数据等。
5.微型运算机操纵系统的特点是什么？
微机操纵系统与常规的自动操纵系统相较，具有如下特点：
a.操纵规律灵活多样，改动方便
b.操纵精度高，抑制扰动能力强，能实现最优操纵
c.能够实现数据统计和工况显示，操纵效率高
d.操纵与治理一体化，进一步提高自动化程度
6.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？
它们之间有何区别和联系？
（1）操作指导操纵系统：
在操作指导操纵系统中，运算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环操纵结构。
运算机依照数学模型、操纵算法对检测到的生产进程参数进行处置，计算出各操纵量应有的较适合或最优的数值，供操作员参考，这时运算机就起到了操作指导的作用。
其原理框图如下图。
图操作指导操纵系统原理框图
（2）直接数字操纵系统（DDC系统）：
DDC（DirectDigitalControl）系统确实是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行操纵运算，然后通过输出通道操纵执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产进程中最普遍的一种应用形式。
其原理框图如下图。
图DDC系统原理框图
（3）运算机监督操纵系统（SCC系统）：
SCC（SupervisoryComputerControl）系统比DDC系统更接近生产转变的实际情形，因为在DDC系统中运算机只是代替模拟调剂器进行操纵，系统不能运行在最正确状态，而SCC系统不仅能够进行给定值操纵，而且还能够进行顺序操纵、最优操纵和自适应操纵等。
SCC系统的原理框图如下图。
图SCC系统原理框图
SCC是操作指导操纵系统和DDC系统的综合与进展。
7.运算机操纵系统的进展趋势是什么？
大规模及超大规模集成电路的进展，提高了运算机的靠得住性和性能价钱比，从而使运算机操纵系统的应用也愈来愈普遍。
为更好地适应生产力的进展，扩大生产规模，以知足对运算机操纵系统提出的愈来愈高的要求，目前运算机操纵系统的进展趋势有以下几个方面。
a.普及应用可编程序操纵器
b.采纳集散操纵系统
c.研究和进展智能操纵系统
本章作业
简述几类常见的运算机操纵系统的特点及其应用领域。
第二章输入输出进程通道
习题及参考答案
1.什么是进程通道？
进程通道有哪些分类？
进程通道是在运算机和生产进程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
按信息传递的方向来分，进程通道可分为输入进程通道和输出进程通道；按所传递和互换的信息来分，进程通道又可分为数字量进程通道和模拟量进程通道。
2.数字量进程通道由哪些部份组成？
各部份的作用是什么？
数字量进程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。
数字量输入通道要紧由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和按时计数电路等组成。
数字量输出通道要紧由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。
其中：
输入调理电路以后自操纵装置或生产进程的各类开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、爱惜、排除触点抖动，和进行信号隔离等问题。
3.简述两种硬件消抖电路的工作原理。
采纳积分电路的硬件消抖电路，第一利用积分电路将抖动的高频部份滤出，第二利用施密特触发器整形。
采纳RS触发器的硬件消抖电路，主若是利用RS触发器的维持功能实现消抖。
4.简述光电耦合器的工作原理及在进程通道中的作用。
光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如下图。
输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在进程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。
图光电耦合器电路图
5.模拟量输入通道由哪些部份组成？
各部份的作用是什么？
模拟量输入通道一样由I/V变换、多路转换器、采样维持器、A/D转换器、接口及操纵逻辑电路组成。
（1）I/V变换：
提高了信号远距离传递进程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。
（2）多路转换器：
用来切换模拟电压信号的关键元件。
（3）采样维持器：
A/D转换器完成一次A/D转换总需要必然的时刻。
在进行A/D转换时刻内，希望输入信号再也不转变，以避免造成转换误差。
如此，就需要在A/D转换器之前加入采样维持器。
（4）A/D转换器：
模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器（Analog/DigitalConverter，简称A/D转换器或ADC）。
6.对理想多路开关的要求是什么？
理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。
另外，还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作靠得住。
7.采样维持器有什么作用？
试说明维持电容的大小对数据搜集系统的阻碍。
采样维持器的作用：
A/D转换器完成一次A/D转换总需要必然的时刻。
在进行A/D转换时刻内，希望输入信号再也不转变，以避免造成转换误差。
如此，就需要在A/D转换器之前加入采样维持器。
维持电容对数据搜集系统采样维持的精度有专门大阻碍。
维持电容值小，那么采样状态时充电时刻常数小，即维持电容充电快，输出对输入信号的跟从特性好，但在维持状态时放电时刻常数也小，即维持电容放电快，故维持性能差；反之，维持电容值大，维持性能好，但跟从特性差。
8.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样维持器？
什么缘故？
不是，关于输入信号转变很慢，如温度信号；或A/D转换时刻较快，使得在A/D转换期间输入信号转变很小，在许诺的A/D转换精度内，就没必要再选用采样维持器。
D转换器的终止信号有什么作用？
依照该信号在I/O操纵中的连接方式，A/D转换有几种操纵方式？
它们在接口电路和程序设计上有什么特点？
A/D转换器的终止信号的作用是用以判定本次AD转换是不是完成。
常见的A/D转换有以下几种操纵方式，各自特点如下
•延时等待法:
EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时刻后，取数据。
•维持等待法:
EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态。
直至EOC有效时，取数据。
•查询法:
EOC能够和任意I/O口连接，程序设计时，反复判定EOC是不是有效，直至EOC有效时，取数据。
•中断响应法:
EOC与外部中断相连，AD转换终止后,发中断申请,在中断效劳程序中取数据。
10.设被测温度转变范围为0oC~1200oC,若是要求误差不超过,应选用分辨为多少位的A/D转换器？
选择依据：
11.设计出8路模拟量搜集系统。
请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量数据搜集程序。
本例给出用803一、DAC0809设计的数据搜集系统实例。
把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H~37H单元中。
采样完一遍后停止搜集。
其数据搜集的初始化程序和中断效劳程序如下：
初始化程序：
MOVR0，#30H；设立数据存储区指针
MOVR2，#08H；设置8路采样计数值
SETBIT0；设置外部中断0为边沿触发方式
SETBEA；CPU开放中断
SETBEX0；许诺外部中断0中断
MOVDPTR，#FEF8H；送入口地址并指向IN0
LOOP：
MOVX@DPTR，A；启动A/D转换，A的值无心义
HERE：
SJMPHERE；等待中断
中断效劳程序：
MOVXA，@DPTR；读取转换后的数字量
MOV@R0，A；存入片内RAM单元
INCDPTR；指向下一模拟通道
INCR0；指向下一个数据存储单元
DJNZR2，INT0；8路未转换完，那么继续
CLREA；已转换完，那么关中断
CLREX0；禁止外部中断0中断
RETI；中断返回
INT0：
MOVX@DPTR，A；再次启动A/D转换
RETI；中断返回
12.模拟量输出通道由哪几部份组成？
各部份的作用是什么？
模拟量输出通道一样由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成。
（1）D/A转换器：
模拟量输出通道的核心是数/模转换器（Digital/AnalogConverter,简称D/A转换器或DAC）。
它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。
（2）V/I变换：
一样情形下，D/A转换电路的输出是电压信号。
在运算机操纵系统中，当运算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少由于传输带来的干扰和衰减，需要采纳电流方式输出模拟信号。
许多标准化的工业仪表或执行机构，一样是采纳0～10mA或4～20mA的电流信号驱动的。
因此，需要将模拟电压信号通过电压/电流（V/I）变换技术，转化为电流信号。
13.采纳DAC0832和PC总线工业操纵机接口。
请画出接口电路原理图，并编写产生三角波、梯形波和锯齿波的程序。
设计一八路数据搜集及其回放系统。
要求八路数据巡回检测，存储10组数据，输数据为电压信号（0-5V），检测精度<1%。
CPU、AD、DA可任选。
第三章微机数控系统
习题及参考答案
1.什么是数控系统？
数控系统包括哪些？
数控系统是采纳数字电子技术和运算机技术，对生产机械进行自动操纵的系统，它包括顺序操纵和数字程序操纵两部份。
2.什么是顺序操纵系统？
它由哪几部份组成？
微机顺序操纵方式是指以预先规定好的时刻或条件为依据，按预先规定好的动作顺序顺序地进行工作。
一样地，把按时序或事序规定工作的自动操纵称为顺序操纵。
它包括系统操纵器、输入电路、输入接口、输出电路、输出接口、检测机构、显示与报警电路。
3.微机数控系统由哪些部份组成？
各部份的作用是什么？
由五部份组成。
（1）输入装置：
一样指微机的输入设备，如键盘。
其作用是输入数控系统对生产机械进行自动操纵时所必需的各类外部操纵信息和加工数据信息。
（2）微机：
微机是MNC系统运算和操纵的核心。
在系统软件指挥下，微机依照输入信息，完成数控插补器和操纵器运算，并输出相应的操纵和进给信号。
假设为闭环数控系统，那么由位置检测装置输出的反馈信息也送入微机进行处置。
（3）输出装置：
一样包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各类显示设备等。
在微机操纵下，输出装置一方面显示加工进程中的各有关信息，另一方面向被控生产机械输出各类有关的开关量操纵信号（冷却、启、停等），还向伺服机构发出进给脉冲信号等。
（4）伺服机构：
一样包括各类伺服元件和功率驱动元件。
其功能是将输出装置发出的进给脉冲转换成生产机械相应部件的机械位移（线位移、角位移）运动。
（5）加工机械：
即数控系统的操纵对象，各类机床、织机等。
目前已有专门为数控装置配套设计的各类机械，如各类数控机床，它们的机械结构与一般机床有较大的区别。
4.什么是逐点比较插补法？
直线插补计算进程和圆弧插补计算进程各有哪几个步骤？
逐点比较法插补运算，确实是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较，判定其误差情形，依照误差，再决定下一步的走向（沿X轴进给，仍是沿Y轴进给）。
逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线，最大逼近误差不超过数控系统的一个脉冲当量（每走一步的距离，即步长）。
直线插补计算进程的步骤如下：
（1）误差判别：
即判别上一次进给后的误差值Fm是最大于等于零，仍是小于零；
（2）坐标进给：
即依照误差判定的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步；
（3）误差计算：
即计算进给后的新误差值Fm+1，作为下一步误差判别的依据；
（4）终点判别：
即假设已抵达终点，那么停止插补；假设未抵达终点，那么重复上述步骤。
圆弧插补计算进程的步骤如下：
（1）误差判别
（2）坐标进给
（3）误差计算
（4）坐标计算
（5）终点判别
5.假设加工第二象限直线OA，起点O（0，0），终点A（-4，6）。
要求：
（1）按逐点比较法插补进行列表计算；
（2）作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。
解：
由题意可知xe=4,ye=6，F0=0，咱们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|6-0|+|-4-0|=10，那么插补计算进程如表3—1所示。
依照插补计算进程表所作出的直线插补走步轨迹图如以下图所示。
表3—1
步数
偏差判别
坐标进给
偏差计算
终点判别
起点
F0=0
Nxy=10
1
F0=0
-X
F1=F0-ye=-6
Nxy=9
2
F1<0
+Y
F2=F1+xe=-2
Nxy=8
3
F2<0
+Y
F3=F2+xe=2
Nxy=7
4
F3>0
-X
F4=F3-ye=-4
Nxy=6
5
F4<0
+Y
F5=F4+xe=0
Nxy=5
6
F5=0
-X
F6=F5-ye=-6
Nxy=4
7
F6<0
+Y
F7=F6+xe=-2
Nxy=3
8
F7<0
+Y
F8=F7+xe=2
Nxy=2
9
F8>0
-X
F9=F8-ye=-4
Nxy=1
10
F9<0
+Y
F10=F9+xe=0
Nxy=0
6.设加工第一象限的圆弧
AB，起点A（6，0），终点B（0，6）。
要求：
（1）按逐点比较法插补进行列表计算；
（2）作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。
解：
插补计算进程如表3—2所示。
终点判别仍采纳第二种方式，设一个总的计数器Nxy，每走一步便减1操作，当Nxy=0时，加工到终点，插补运算终止。
以下图为插补进程中的走步轨迹。
表3—2
步数
偏差判别
坐标进给
偏差计算
坐标计算
终点判别
起点
F0=0
x0=6,y0=0
Nxy=12
1
F0=0
-X
F1=0-12+1=-11
x1=5,y1=0
Nxy=11
2
F1<0
+Y
F2=-11+0+1=-10
x2=5,y2=1
Nxy=10
3
F2<0
+Y
F3=-10+2+1=-7
x3=5,y3=2
Nxy=9
4
F3<0
+Y
F4=-7+4+1=-2
x4=5,y4=3
Nxy=8
5
F4<0
+Y
F5=-2+6+1=5
x5=5,y5=4
Nxy=7
6
F5>0
-X
F6=5-10+1=-4
x6=4,y6=4
Nxy=6
7
F6<0
+Y
F7=-4+8+1=5
x7=4,y7=5
Nxy=5
8
F7>0
-X
F8=5-8+1=-2
x8=3,y8=5
Nxy=4
9
F8<0
+Y
F9=-2+10+1=9
x9=3,y9=6
Nxy=3
10
F9>0
-X
F10=9-6+1=4
x10=2,y10=6
Nxy=2
11
F10>0
-X
F11=4-4+1=1
x11=1,y11=6
Nxy=1
12
F11>0
-X
F12=1-2+1=0
x12=0,y12=6
Nxy=0
7.三相步进电机有哪几种工作方式？
别离画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。
有三种工作方式：
（1）三相单三拍工作方式
各相的通电顺序为A→B→C,各相通电的电压波形如下图。
图单三拍工作的电压波形图
（2）三相双三拍工作方式
双三拍工作方式各相的通电顺序为AB→BC→CA。
各相通电的电压波形如下图。
图双三拍工作的电压波形图
（3）三相六拍工作方式
在反映式步进电机操纵中，把单三拍和双三拍工作方式结合起来，就产生了六拍工作方式，其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA。
各相通电的电压波形如下图。
图三相六拍工作的电压波形图
8.采纳三相六拍方式操纵X轴走向步进电机。
•主程序:
•MOVA，#0FH；方向输入信号
•MOVP1，A
•XMM：
MOVA，P1
•JNB，XM；=0反转
•LCALLSTEP1；调正转子程序
•SJMPXMM
•XM：
LCALLSTP2；调反转子程序
•SJMPXMM
•+X走步子程序：
•STEP1：
MOVDPTR，#TAB；指表头
•CLRA
•MOVXA，@A+DPTR；取数
•CJNEA，#05H，S11；是不是最后单元
•MOVDPTR，#TAB；重置表头
•SJMPS12
•S11：
INCDPTR；地址加1
•S12：
MOVR0，#7FH；延时
•S13：
DJNZR0，S13；
•CLRA；
•MOVXA，@A+DPTR；取数据
•MOVP1，A
•RET
•-X走步子程序：
•STEP2：
MOVDPTR，#TAB
•CLRA
•MOVXA，@A+DPTR；
•CJNZA，#01H，S21
•MOVDPTR，#TAB
•ADDDPTR，#0006H
•SJMPS12
•S21：
CLRC
•DECDPL
•SJMPS12
•TAB：
DB01H，03H，02H，06H，04H，05H
第四章微型运算机操纵系统的操纵算法
习题及参考答案
1.数字操纵器的模拟化设计步骤是什么？
模拟化设计步骤：
（1）设计假想的模拟操纵器D（S）
（2）正确地选择采样周期T
（3）将D（S）离散化为D（Z）
（4）求出与D（S）对应的差分方程
（5）依照差分方程编制相应程序。
2.某持续操纵器设计为
试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法别离求取数字操纵器D（Z）。
双线形变换法：
把
代入，那么
前向差分法：
把
代入，那么
后向差分法：
把
代入，那么
3.在PID调剂器中系数
、
、
各有什么作用？
它们对调剂品质有什么阻碍？
系数
为比例系数，提高系数
能够减小误差，但永久可不能使误差减小到零，而且无止境界提高系数
最终将致使系统不稳固。
比例调剂能够保证系统的快速性。
系数
为积分常数，
越大积分作用越弱，积分调剂器的突出优势是，只要被调量存在误差，其输出的调剂作用便随时刻不断增强，直到误差为零。
在被调量的误差排除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回恢复位，因此能维持静差为零。
但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因此在改善静态品质的同时，往往使调剂的动态品质变坏，过
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