微型计算机控制系统习题总结精华.docx

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微型计算机控制系统习题总结精华

1、计算机控制系统的基本框图，并说明各部分的工作。

2、计算机控制系统的典型形式有哪些？

说明其优缺点。

①操作指导控制系统

优缺点：

结构简单，控制灵活安全，特别适用于未摸清控制规律的系统，常常被用于计算机控制系统研制的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调试新的程序等，由于最终需要人工操作，故不适用于快速过程的控制。

②直接数字控制系统

优缺点：

DDC系统中的计算机参加闭环控制过程，它不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的PID调节，而且不需要改变硬件，只需要通过改变程序就能实现多种较复杂的控制规律，如串级控制、前馈控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。

③监督计算机控制系统

优缺点：

SCC能进行最优控制、自适应控制等，并能完成某些管理工作。

SCC出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。

④分级计算机控制系统

优缺点：

功能分散，用多台计算机分别执行不同的控制功能，既能进行控制又能实现管理。

3、计算机监督系统SCC中，SCC计算机的作用？

在SCC系统中计算机根据工艺参数和过程参量检测值，按照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。

4、DDC系统的最大优点是什么？

DDC最大的优点是从参数的采集、传输到控制等各个环节采用数字控制功能来实现。

5、计算机与外部的通信方式分为哪两种，区别是什么？

各自的特点？

并行通信和串行通信

并行通信，传送速度快、信息率高。

并且，通常只要提供二条控制和状态先，称为握手信号线，就能完成CPU和接口设备之间的协调、应答，实现异步传输。

不适合长距离、多数位的传送。

串行通信，数据按位进行传送的。

在传输过程中，每一位数据都占据一个固定的时间长度，一位一位的串行传送和接受。

6、串行通信从数据传输方向来分，分为哪两种？

说明各自的特点？

全双工和半双工方式

全双工，有二根数据线，串行接口可以同时输入和输出数据，计算机可同时发送和接受数据。

传输效率高

半双工，串行接口和外围设备间除公共地线外，只有一根数据传输线，某一时刻数据只能一个方向传送。

信息传输效率低些。

7、串行通信从数据格式来分，分为哪两种？

说明各自的特点？

同步通信和异步通信

同步通信，将许多字符组成一个信息组，通常称为信息帧。

在每帧信息的开始加上同步字符，接着字符一个接一个地传输（在没有信息要传输时，要填上空字符）

异步通信，每个字符在传输时，由一个“1”跳变到“0”的起始位开始，其后是5到8个信息位（也称字符位），信息位由低到高排列，即第一位为字符的最低位，最后一位为字符的最高位。

其后是克选择的奇偶校验位，最后为“1”的停止位，停止位为1位，

位或者2位。

如果传输完一个字符位后立即传输下一个字符，那么后一个字符的起始位就紧挨着前一个字符的停止位了。

字符传输前，输出线为“1”状态，称为标识态，传输一开始，输出线状态由“1”变为“0”状态，作为起始位。

传输完一个字符之后的间隔时间输出线又进入标识态。

8、I/O信号的种类。

数据信息、状态信息、和控制信息类

9、设置I/O接口电路的必要性

①解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题

②解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题

③解决CPU的负载能力和外围设备端口选择问题

10、I/O控制方式分为哪几种？

简述各自的特点？

程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式

DMAI/O方式是不经CPU，而在外设和存储器之间直接高速交换数据

11、I/O接口与存储器的独立编址和统一编址方式？

两者的区别？

独立编址，将存储器地址空间和I/O接口地址空间分开设置，互不影响。

统一编址，不区分存储器地址空间和I/O接口地址空间，把所有的I/O接口的端口都当作是存储器的一个单元对待，每个接口芯片都安排一个或几个与存储器统一编号的地址号。

12、中断优先级的处理方式有哪几种？

简述其特点。

①软件查询方式，使用软件查询时要借助于简单的硬件电路，先查询的设备优先权最高，最后查询的设备优先权最低。

②雏菊链法，在每个外围设备对应的接口上连接一个逻辑电路，这些逻辑电路构成一个链。

越靠近CPU的接口，优先级越高

专用硬件方式

③用中断控制器来进行中断优先级管理。

13、什么是最短响应时间？

某台设备相邻两次请求服务的最短间隔时间。

14、DMA方式的含义？

直接存储器存取方式，不经CPU，而在外设和存储器之间直接高速交换数据。

15、由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经什么器件转换？

A/D转换器

16、若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入什么器件完成控制量的切换工作

输出保持器、多路切换开关、低通滤波器、功放电路。

17、简要说明多路开关的主要特点和作用。

在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器，也称多路选择器或多路开关。

18、光电隔离器的作用是什么？

以光为媒介传输电信号。

对输入、输出电信号有良好的隔离作用

19、模拟量输入通道包括的基本部分？

信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A/D转换器、控制电路

20、并行D/A转换器的工作原理？

解释T型电阻网络的“按权展开，然后相加”。

数字量是由一位一位的数位构成的，每个数位都代表一定的权。

为了把数字量转换为模拟量，必须把每一位的代码按其权的大小转化成相应的模拟量，再把代表各位的模拟量想家，这样，得到的总得模拟量就与数字量成正比的模拟量，实现了D/A转换

T型网络只用两种数值的电阻R和2R组成，该电路的特点是，任何一个节点的三个分支的等效电阻是相等的，该电路为线性网络，可以用叠加原理。

21、DAC0832的三种工作方式，其两种输出方式：

单极性电压输出和双极性电压输出的区别，电路上连接方式的不同？

写出相应的电压公式。

并分析两者的电压输出值和模拟量之间的关系。

22、D/A的分辨率。

表示当输入数字量变化1时，输出模拟量变化的大小。

它反映了计算机数字量输出对执行部件控制的灵敏程度。

对于一个N为的D/A转换器其分辨率为

分辨率=满刻度值/

，其单位为V/步

23、一个10位的A/D转换器，若要求转换的精度为0.1%，孔径时间为10us,则被允许的正弦波模拟信号的最大频率为多少HZ？

，

转换精读

孔径时间

24、孔径时间的定义？

完成一次A/D转化所需要的时间

25、A/D转换器的工作原理分为哪3种？

简述各自的工作原理和特点。

①计数器式A/D转换器

由计数器、D/A转换器、比较器组成。

计数器先清0，启动后对脉冲计数，计数器输出经D/A转换器后输出的电压U与模拟输入电压

进行比较，边计数边比较，当

时，比较器送出转换结束信号，停止计数，此时计数器的输出，即为被转换的模拟电压信号

所对应的数字量。

这种电路的特点是结构简单，价格便宜，但是转换过程是计一个数比较一次的，转换速度比较慢，目前已很少采用

②双积分式A/D转换器

主要部件有积分器、比较器、计数器、标准电压源。

一开始，电路对输入的未知模拟量进行固定时间的积分，然后转接为对标准电压进行反向积分，反向积分到一定时间，便返回起始值。

可以看出，对标准电压进行反向积分的时间T正比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分所需时间越长。

因此，只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分花费的时间，就可以得到输入模拟电压所对应的数字量，即实现了A/D转换

③逐次逼近式A/D转换器

由N位逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、比较器、置数选择逻辑电路等部分组成。

通过置数选择逻辑电路置SAR的最高位为“1”其余位为“0”经D/A转换器转换成的模拟电压

与输入模拟电压

在电压比较强进行比较，若

.则保留最高位“1”。

若

。

则清除最高位为“0”。

其次，置次高位为“1”，低位全为“0”。

按上述步骤进行转化、比较和判断，决定次高位应取“1”还是“0”。

重复上述过程，知道确定了SAR的最低位应取“1”还是“0”未知。

此时SAR的内容就是对应的输入模拟电压转换后的数字量。

主次逼近就是对半搜索过程。

26、A/D转换器的绝对精度和相对精度定义？

如何具体计算？

绝对精读常用数字量的位数表示，如绝对精读为

1/2LSB,相对精读用相对于满量程的百分比表示。

如蛮量程为10V的8位A/D转换器，其绝对精读为1/2*10/

=

19.5mV,而8位A/D的相对精读为1/2*100%≈0.39%

27、EOC是转换结束信号。

CPU和AD转换器之间进行数据传送的3种方式为什么？

并简述其方式。

①程序查询方式，就是在启动A/D转换器工作以后没程序不断读取A/D转换器结束信号，若检测到结束信号有效，则认为完成一次转换，即可用输入指令读取转换后数据。

②中断方式，即把A/D转换器送出的转换信号（有时可能要外加一个反向器）作为中断申请信号，送到CPU或中断控制器的中断请求输入端。

③固定的延迟程序方式，用这种方式，要预先精确地知道完成一次A/D转换需要的时间。

CPU发出启动A/D命令之后，执行一个固定的延迟程序，延迟时间正好等于或略大于完成一次A/D转换所需的时间，延时到，即可读取数据。

28、常用的AD转换的启动方式有哪两种？

电平启动和脉冲启动

29、10位AD转换器的最低分辨率是多少？

当基准电压为36V时，最小转换电压为多少伏？

1/

q=36*1/

V

30、复习书上的介绍的常用芯片及其有关的电路连接和程序片段

ADC0808/0809

31、简述共模干扰和长线干扰？

共模干扰是指同时加到计算机控制系统（如A/D转换器）两个输入端上的公有的干扰电压，如，被控对象与主机之间往往有较长的距离，是通过过程通道将被测信号和主机连接起来的。

被测信号端与主机的底线之间存在一定的电位差，这是引入共模干扰的重要原因

抑制共模干扰的措施：

①采用共模抑制比高的、双端输入的运算放大器

②采用光耦合器或隔离变压器把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断开

③采用隔离放大器

31、用后向差分法以及零阶保持器法求取

的差分方程。

后向差分法：

零阶保持器法：

33、信号的采样周期的确定，要注意哪些原则？

①必须满足采样定理要求。

采样周期必须满足香农定理，即采样角频率

，

是被采样信号的最高角频率，因为

，所以，根据采样定理可以确定采样周期的上限值，

。

②从控制系统的隧洞和抗干扰的性能来看，则T小些好。

干扰频率越高，则采样频率最高愈好，以便实现快速跟随和快速一直干扰。

③根据被控对象的特性，快速系统的T应取小，反之，T可取大些。

④根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应取大些。

否则，执行机构来不及反应控制器输出值的变化

⑤从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T应选大些。

T大，对每一个控制回路的计算控制工作量相对减小，可以增加控制的回路数。

⑥从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。

因为计算机字长有限，T过小，偏差值e（k）可能很小，甚至为0，调节作用减弱，各微分、积分作用不明显。

34、PID控制器的3个环节，以及各部分的作用。

积分、比例、微分

35、写出模拟PID控制器的微分方程，传递函数表达式。

36、写出离散PID控制器的差分方程

37、写出位置式PID控制器和增量式PID控制器的表达式。

并说明各自的特点

位置式：

增量式：

（1）位置式算法每次输出与整个过去状态有关，算式要用过去偏差的累积值

，容易产生较大的积累误差。

而增量式中只需计算增量，算式中不需要累加，控制增量的确仅与最近几次偏差采样值有关，当存在计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小，且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。

（2）增量式由于计算机只输出控制增量，所以误动作时影响小，且必要时可用逻辑判断的方法去掉，对系统安全运行有利

（3）手动-自动切换时冲击比较小

38、请举出几种改进型的PID控制器，并说明其算法原理。

防止积分整量化误差的方法

积分饱和及其防止方法

不完全微分的PID算法

纯滞后的补偿算法

微分先行的PID算法

带死区的PID控制

二自由度PID控制

39、请举出两种PID参数整定方法。

试凑法、归一参数整定法

40、已知模拟PID控制器的传递函数为

，请写出相应的位置式和增量式控制算式，设采样周期T=0.2s。

41、史密斯预估补偿器的控制原理？

请画出带史密斯预估器的控制系统框图。

与D（s）并接一补偿环节

，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个环节成为预估器

42、例、已知被控对象的传递函数为

，采样周期为T=1s。

要求：

采用smith预估补偿器，求取控制量u（k）。

43、数字控制器的直接设计法的设计步骤是什么？

①求得带零阶保持器的被控对象的广义脉冲传递函数G（z）。

②根据系统的性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环Z传递函数

（z）。

③根据

确定数字控制器的传递函数D（z）。

④由D（z）确定控制算法并编制程序。

44、广义对象的传递函数为

：

1，请说明最小拍有波纹控制器的设计步骤，2.写出根据性的闭环传递函数φ（Z）和φe（Z）。

、

45、设被控对象的传递函数为

，采样周期为1s。

采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，请设计最少拍有波纹控制器D（z）；并计算控制量u（k）。

46、设被控对象的传递函数为

，采样周期为0.5s。

采用零阶保持器，针对单位阶跃输入函数，请设计最少拍有波纹控制器D（z）；并计算控制量u（k）。

47、设被控对象的传递函数为

，采样周期为0.5s。

采用零阶保持器，针对单位阶跃输入函数，请设计最少拍无波纹控制器D（z）；并计算控制量u（k）。

48、大林算法的设计原理？

以大林算法为模型的数字控制器，使闭环系统否认特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。

此时，系统的闭环传递函数为

系统的闭环脉冲传递函数为

因此，数字控制器的传递函数为

49、已知被控对象的传递函数为

，采样周期为T=1s。

要求：

采用大林算法设计数字控制器，求取控制量u（k）。

50、振铃现象？

简述振铃现象产生的原因，以及消除的方法。

控制量以1/2的采样频率（即二倍采样周期）振荡的现象称为“振玲”。

这种振荡一般是衰减的

令产生振铃现象的极点（左半平面上接近-1的极点）的因子中的z=1,就可以消除振铃现象，根据终值定理，系统的稳态输出可保持不变。

51、比较和分析振铃现象和最少拍有波纹的异同点。

52、简述几种数字滤波方法以及其原理。

①算数平均值滤波，把n次采样值进行相加，然后取其算数平均值为本次采样值。

②中值滤波，对某一个被测参数连续采样N次（一般N取奇数），然后把N次的采样值从小到大（或从大到小）排队，再取中间值为本次采样值。

③一阶滞后滤波，对于快速随机变化参数，采用短时间内连续采样求平均值的方法，其滤波效果不太好，在这种情况下，通常采用动态滤波方法，如一阶滞后滤波方法，其表达式为

④程序判断滤波，将两次采样数据进行比较，求出差值，如果差值大于最大允许偏差，则表明本次采样数据是干扰所致，应该舍去，如果偏差小于最大允许偏差，则本次采样数据有效，说明无干扰或干扰不严重，在允许范围内，在程序判断滤波中最大允许偏差的确定十分重要，可根据被控对象的实际情况来选择，或经理论分析计算来确定。

53、线性插值原理是什么？

输入x和输出y之间存在非线性函数关系y=f（x）,当我们已知某一输入值x后，要想求出其对应的输出值y并不容易。

我们可将该非线性关系的曲线按一定要求分成若干段，然后把相邻两分段点间用直线连接起来，用此直线代替相应的曲线，即可很方便求出任意一输入值x所对应的输出值y。