计算机控制.pdf

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1、2004-2005 学年一、简答题（30 分）1.计算机控制系统的典型形式有哪些？操作指导控制，直接数字控制，监督控制，分散型控制，现场总线控制2.达林算法的设计目标是什么？达林算法的设计目标是使整个闭系统所期望的传递函数(s)相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联并期望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象Gc(s)的纯滞后时间相同。3.中位值滤波的方法是怎样的？该滤波方法适用于什么情况？中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m 次(m3)且是奇数，并按大小顺序排列；再取中间值作为本次采样的有效数据。（3 分）适用于脉冲信号等偶然变化因素所干扰的缓慢变化的系统。（2 分）4.数字控制器离散化设计

2、步骤？根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数(z)。求广义对象的脉冲传递函数G(z)。求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。根据 D(z)求取控制算法的递推计算公式，由D(z)求取控制算法可按以下方法实现。（5 分）5.数字控制器的工程实现包括哪几部分？给定值和被控量处理，偏差处理，控制算法的实现，控制量处理，自动手动切换（每个1分）6.什么叫做介质访问控制技术？在目前的局部网络中，采用哪几种访问控制方式？如何合理使用信道，合理分配信道，使得各结点既充分利用信道的空间时间传送信息，也不至于发生各信息间的互相冲突，即合理解决信道的分配的技术。微机局部网络常用的传输访

3、问控制方式有：冲突检测的载波侦听多路访问(CSMACD)；令牌环(Token Ring)；令牌总线(Token Bus)。（2+3 分）二、简述与分析题（25 分）1.加工第一象限直线OA，起点 O(0，0)，终点 A(4，3)。要求：(1)按逐点比较法插补进行列表计算；(2)做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。2 证明“如果使用双线性变换，一个稳定的连续控制系统在变换之后仍将是稳定的，可是使用前向差分法，就可能把它变换为一个不稳定的离散控制系统。”三、计算题（25 分）1.某温度控制系统，其温度变化范围为：，经温度变送器变换为1电压信号，送至12 位 A/D 转换器 AD574（AD574

4、 的输入范围为）。计算：（1）当 AD574 的转换结果为800H 时，对应的系统温度是多少？（2）当系统的温度是30时，AD574 的 A/D 转换结果是多少？2.被控对象的传递函数为采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：(1)判断能否设计最少拍无纹波系统，若能，则按最少拍无纹波系统的设计方法，设计(z)和 D(z)；否则，按最少拍有纹波系统的设计方法，设计(z)和 D(z)；(2)求出数字控制器输出序列u(k)的递推形式；(3)画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输出曲线。四、设计题（20 分）1.用 8 位 D/A 转换器 DAC0832和运算放大器等器

5、件，设计双极性电压输出电路，要求：（1）画出电路原理简图。（2）推导输出电压Vout 与基准电压VREF和 DAC0832输入数字量D 之间的关系式。2.在某数字程序控制系统中，采用8255 并行接口芯片作为X 轴步进电机和Y 轴步进电机的控制接口，要求：（1）画出接口电路原理框图；（2）分别列出X轴步进电机和Y轴步进电机在三相六拍工作方式下的输出字表。2005-2006 学年一、简答题（每题5 分，共30 分）1、计算机控制系统的典型形式有哪些？操作指导控制，直接数字控制，监督控制，分散型控制，现场总线控制（每个1 分）2、在计算机控制系统中，实时、在线方式和离线方式的含义是什么？在计算机控

6、制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式。所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。（5 分）3、中位值滤波的方法是怎样的？该滤波方法适用于什么情况？中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次(m3)且是奇数，并按大小顺序排列；再取中间值作为本次采样的有效数据。（3 分）适用于脉冲信号等偶然变化因素所干扰的缓慢变化的系统。（2 分）4、什么叫最少拍控制？其

7、闭环脉冲传递函数的表达式是什么？所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式：5、简要分析和说明RS-232C、RS-422A、RS-485三种标准串行通信接口的性能。RS-232C 单线不平衡传输，传输速度慢，距离短，接口电路简单；RS-422A、RS-485 双线平衡驱动，差动接收，传输速度快，距离远；RS-422A 利用两对平衡差分电路形成全双工传输电路，实现两点互联。RS-485 是 RS422A 的变形，半双工工作方式，用于多点互连，成分布式系统。（5 分）6、什么叫做介质访问控制技术？在目前的局部网络中，采用哪

8、几种访问控制技术？如何合理使用信道，合理分配信道，使得各结点既充分利用信道的空间时间传送信息，也不至于发生各信息间的互相冲突，即合理解决信道的分配的技术。微机局部网络常用的传输访问控制方式有：冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA CD)；令牌环(Token Ring)；令牌总线(Token Bus)。（2+3 分）二、分析与 设计题（每题 10 分，共40 分）1.加工第一象限逆圆弧AB，起点 O(4，0)，终点 A(0，4)。要求：10 分(1)按逐点比较法插补进行列表计算；(2)做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。2、已知连续控制器的传递函数，设采样周期为T=0.1s，试用后向差分法分别

9、写出该控制器的数字式位置算式和数字式增量算式。10 分 3、用 8 位 D/A 转换器 DAC0832和运算放大器等器件，设计双极性电压输出电路，要求：10 分（1）画出电路原理线路图；（2）推导输出电压Vout与基准电压VREF和 DAC0832输入数字量D 之间的关系式。4、在某数字程序控制系统中，采用8255 并行接口芯片作为X 轴步进电机和Y 轴步进电机的控制接口，要求：10 分（1）画出接口电路原理框图；（2）分别列出X轴步进电机和Y轴步进电机在三相六拍工作方式下的输出字表。三、计算题（共30 分）1、某温度控制系统，其温度变化范围为：1，经温度变送器变换为1电压信号，送至 12 位

10、 A/D 转换器 AD574（AD574 的输入范围为）。计算：（1）当 AD574 的转换结果为610H 时，对应的系统温度是多少？（2）当系统的温度是40 时，AD574 的 A/D 转换结果是多少？10 分 2、某计算机控制系统如下图所示其中采用零阶保持器，系统的采样周期为T=1 秒，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：（1）判断系统是否符合无纹波控制系统设计的必要条件，若符合，则设计单位速度输入下的最少拍无纹波控制系统，并求出数字控制器D(z)；否则，按有纹波控制系统设计并求出D(z)。（2）分别求出数字控制器输出u(k)和系统输出y(k)的表达式。（3）分别画出u(k)和 y(k)

11、的波形。20 分（2）2006 2007 学年一、简答题 24 分 1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？4 分 计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。（2分）计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。（2 分）2.MAX1232 有哪些主要功能？3 分 (1)电源监控(2)按钮复位输入(3)监控定时器(Watchdog)（3 分）3.什么叫做介质访问控制技术？在目前的局部网络中，采用哪几种传输访问控制方式？4 分 如何合理使用信道，合理分配信道，使得各结点既充分利用信道的空间时间传送信息，也不至于发生各信息间的互相冲

12、突（即合理解决信道的分配的技术）。（1 分）微机局部网络常用的传输访问控制方式有：冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA CD)；令牌环(Token Ring)；令牌总线(Token Bus)。（3 分）4.说明凑试法确定PID参数的步骤？4 分(1)首先只整定比例部分。将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。（1 分）(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则需加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小(如缩小为原值的08 倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。（

13、1.5 分）(3)若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在整定时，可先置微分时间TD为零。在第二步整定的基础上，增大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。（1.5分）5.什么叫做信号调理？画出小功率输入调理电路原理图，并说明工作过程。5 分 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。目的：把开关K 的状态转化成二进制状态。过程：闭和 K 时，电容 C 放电，反相器反相为1；断开 K 时

14、，电容 C 充电，反相器反相为 0。6.什么是平衡传输方式和不平衡传输方式?4 分 不平衡方式是用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单线输入信号的；（2分）平衡方式是用双绞线传输信号，信号在双绞线中自成回路不通过地线，接收器是用双端差动方式输入信号的。（2 分）二、分析题 28 分 1.加工第二象限直线OA，起点 O(0，0)，终点 A(-4，3)。要求：(1)按逐点比较法插补进行列表计算；(2)做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。8 分 1.（1）坐标进给的总步数Nxy=|-4|+|3|=7,xe=-4,ye=3,F0=0,xoy=2.（2分，漏/错一项扣 0.5 分）插补计算

15、表格（完全准确3 分，每漏/错一项扣0.5 分）2.证明“如果使用双线性变换，一个稳定的连续控制系统在变换之后仍将是稳定的，可是使用前向差分法，就可能把它变换为一个不稳定的离散控制系统。”8 分 3.请写出数字PID 增量型控制算法、数字PID 位置型控制算法的标准表达式。6 分 4.三相步进电机有哪几种工作方式？请分别画出各种工作方式的绕组通电时序波形图。6 分 三、计算题 28 分 1.某炉温度变化范围为01500，要求分辨率为5，温度变送器输出范围为05V。若 AD 转换器的输入范围也为0 5V，则求 AD 转换器的字长n1 应为多少位?若 n1 不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点

16、迁移到800，此时系统对炉温变化的分辨率为多少?6 分 2.某控制系统，其温度变化范围为：1 6，经温度变送器变换为1电压信号，送至 12 位A/D 转换器 AD574（AD574 的电路输入范围为。请计算：（1）当 AD574 的转换结果为420H 时，对应的系统温度是多少？（2）当系统的温度是50时，AD574 的 A/D 转换结果是多少？6 分 3.被控对象的传递函数为采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：(1)用最少拍无纹波系统的设计方法，设计(z)和 D(z)；(2)求出数字控制器输出序列u(k)的递推形式；(3)画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的

17、输出曲线。16 分 四、设计题20 分 1.采用 8255 并行接口芯片作为X 轴步进电机和Y轴步进电机的控制接口，要求：(1)画出接口电路原理框图。(2)分别列出X 轴步进电机和Y 轴步进电机在三相六拍工作方式下的输出字表。10 分 2.请分别设计出一路有源I/V 变换电路和一路无源I/V 变换电路图，并说明各个元器件的作用？注：备选器件：（1）精密电阻（2）运算放大器（3）保护二极管（4）电阻电容 10 分 2007 2008 学年一、简答题 26 分 1.计算机控制系统的发展趋势？4 分（控制系统的）网络化，扁平化，智能化，综合化。（4 分）2.什么是共模干扰?如何抑制？5 分 所谓共模

18、干扰是指模/数转换器 两个输入端 上公有的干扰电压。（1 分）共模干扰的抑制方法有变压器隔离光电隔离浮地屏蔽（采用仪表放大器）提高共模抑制比（4 分）3.什么叫做介质访问控制技术？在目前的局部网络中，采用哪几种传输访问控制方式？4 分 如何合理使用信道，合理分配信道，使得各结点既充分利用信道的空间时间传送信息，也不至于发生各信息间的互相冲突（即合理解决信道的分配的技术）。（1 分）微机局部网络常用的传输访问控制方式有：冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA CD)；令牌环(Token Ring)；令牌总线(Token Bus)。（3 分，中文或英文都可以）4.选择采样周期需要考虑哪些因素？4 分

19、(1)首先要考虑的因素（2分）香农采样定理给出了 采样周期的上限（1 分）Tmax。采样周期的 下限 Tmin为 计算机执行控制程序和输入输出 所耗费的时间（1 分），系统的采样周期只能在Tmin与Tmax之间选择。(2)其次要考虑以下各方面的因素（2分）给定值的变化频率、被控对象的特性、执行机构的类型、控制算法的类型、控制的回路数。5.HMI/SCADA 的含义是什么？基于工业控制组态软件可实现哪些功能？5 分 HMI（Human Machine Interface）广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口”。凡是具有系统监控和数据采集功能的软件，都可称为 SCADA(S

20、upervisor Control And DataAcquisition)软件。（1 分）控制组态、图形生成系统、显示组态。（3 分）6.基于 RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的?4 分 基于 RS-485 总线可构成如图所示的主从分布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程 I/O 模块等装置大都具有RS-485 总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC 或IPC 作为系统 主站，并配有 RS-232/485 转换器，实现对系统的监控与管理。（画出图或写出上面一段文字，均得二、分析题 24分1.设加工第一象限逆圆弧AB，起点 A(5，0)，

21、终点 B(0，5)。要求：(1)按逐点比较法插补进行列表计算；(2)画出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。8 分 2.数字控制器的离散化设计步骤是什么?8 分 3.请写出数字PID 增量型控制算法、数字PID 位置型控制算法的标准表达式。8 分 三、计算题 40 分 1.某炉温度变化范围为01000，要求分辨率为5，温度变送器输出范围为05V。若 AD 转换器的输入范围也为0 5V，则求 AD 转换器的字长n1 应为多少位?若 n1 不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到300，此时系统对炉温变化的分辨率为多少?6 分 2.某控制系统，其温度变化范围为：1 6，经温度变送器变换为1电压

22、信号，送至12 位 A/D 转换器 AD574（AD574 的电路输入范围为）。请计算：（1）当 AD574 的转换结果为500H 时，对应的系统温度是多少？（2）当系统的温度是30时，AD574 的 A/D 转换结果是多少？6 分 3.已知被控对象的传递函数为采样周期T=1s，采用零阶保持器。要求：（1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统D(z)，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和误差 e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。（2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统D(z)，并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和误差 e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。28 分 四、设计题10 分 采用DAC0832、运算放大器LM358、多路开关CD4051等元器件与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计 8 路模拟量（单极性）输出系统，请画出接口电路原理图10 分