微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第2版 習(xí)題答案

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1、書(shū)后習(xí)題參考答案 第一章習(xí)題 1答：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)（通常采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱工控機(jī)）來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng) 控制的系統(tǒng)，它由控制計(jì)算機(jī)本體（包括硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）和被控對(duì)象兩大部分組成。微型計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，也是在線系統(tǒng)。 2答：計(jì)算機(jī)做控制器用?？刂葡到y(tǒng)中引進(jìn)計(jì)算機(jī)，可以充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算、邏輯判斷和記憶 等功能。只要運(yùn)用微處理器的各種指令，就能編出符合某種控制規(guī)律的程序。微處理器執(zhí)行該程序，就 能實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。輸入信息來(lái)自于各種傳感器，輸出信息用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 3答：如果計(jì)算機(jī)能夠在工藝要求的時(shí)間范圍內(nèi)及時(shí)對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和控制

2、輸出，則稱為實(shí) 時(shí)控制。實(shí)時(shí)的概念不能脫離具體過(guò)程，一個(gè)在線的系統(tǒng)不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 必定是在線系統(tǒng)。 4答：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)、輸入/輸出（I/O）接口、I/O通道、傳感器及變 送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、人機(jī)聯(lián)系設(shè)備（如鍵盤(pán)和顯示器）、網(wǎng)絡(luò)通信接口和電源等。它們通過(guò)微處理器的系統(tǒng) 總線（地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線）構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的輸入/輸出通道，又稱過(guò)程通道。 為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，必須在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置信息的傳遞和變換的連接通道， 這就是過(guò)程輸入/輸出通道。過(guò)程通道一般可分為：模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通

3、 道、數(shù)字量輸出通道 5答：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，速度受到限制， 不能控制多個(gè)對(duì)象。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)，可控制多個(gè)回路。缺點(diǎn)是修改控制器 參數(shù)不方便。 監(jiān)督控制系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型計(jì)算機(jī)中的給定值, 從而使生產(chǎn)過(guò)程始終處于最優(yōu)工況。 集散控制系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。缺點(diǎn)是不同廠商的 設(shè)備不能通用。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)：具備集散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴捎脴?biāo)準(zhǔn)總線設(shè)計(jì)，不同廠商設(shè)備通用性好， 組網(wǎng)方便。 6答：SCC加上DDC的

4、分級(jí)控制系過(guò)統(tǒng)。這實(shí)際上是一個(gè)二級(jí)控制系統(tǒng)，SCC級(jí)可采用高檔微型機(jī)，它與 DDC級(jí)之間通過(guò)接口進(jìn)行信息聯(lián)系。SCC級(jí)微型計(jì)算機(jī)可完成工段、車(chē)間高一級(jí)的最優(yōu)化分析和計(jì)算， 并給出最優(yōu)給定值，送給DDC級(jí)執(zhí)行過(guò)程控制。當(dāng)DDC級(jí)微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可由SCC級(jí)微型計(jì)算 機(jī)完成DDC的控制功能，這提高了系統(tǒng)的可靠性。 7答：開(kāi)創(chuàng)時(shí)期、直接數(shù)字控制時(shí)期、小型計(jì)算機(jī)時(shí)期、微型計(jì)算機(jī)時(shí)期。 8答：網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化。 第二章習(xí)題 1答：工控機(jī)由于其應(yīng)用對(duì)象及使用環(huán)境的特殊性，與一般通用計(jì)算機(jī)相比較，具有如下特點(diǎn)：可靠性 高、實(shí)時(shí)性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、過(guò)程輸入和輸出配套較好、系統(tǒng)擴(kuò)充性

5、好、系統(tǒng)開(kāi)放性、控制軟件包功 能強(qiáng)、系統(tǒng)通信功能強(qiáng)、后備措施齊全、具有冗余性。 。⑵ G(z) 1 —中(z) (1 一 0.9z-1)2 10(1 + zT) 12答: 。⑵—如土 G(z)l— 中(z) 0.272(1 - 0.3679廣)(1.408 - 0.825z-i) ~(1-z-')(1-0.592zT) 13答：缺點(diǎn)：對(duì)不同輸入類(lèi)型的適應(yīng)性差、對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化過(guò)于敏感、控制作用易超出限定范圍。 14答：如果如(z)的極點(diǎn)在z平面的負(fù)實(shí)軸上，且與尸一1點(diǎn)相近，那么數(shù)字控制器的輸出序列u(k) 中將含有這兩種幅值相近的瞬態(tài)項(xiàng)，而且瞬態(tài)項(xiàng)的符號(hào)在不同時(shí)刻是不相同

6、的。當(dāng)兩瞬態(tài)項(xiàng)符號(hào)相同時(shí), 數(shù)字控制器的輸出控制作用加強(qiáng)，符號(hào)相反時(shí)，控制作用減弱，從而造成數(shù)字控制器的輸出序列大幅度 波動(dòng)。振鈴現(xiàn)象會(huì)增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)的磨損。先找出D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(z = — 1附近的極點(diǎn))，然 后令其中的z=l,根據(jù)終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)態(tài)值。 15答：若T=0.1,烏=0.1,對(duì)象是二階的，根據(jù)書(shū)上公式整理可得 ,、 126.4(1 一 0.905z-i)(l - 0.99zT) D(z)= (1 + z-i) (1 - 0.368zT - 0.632Z-2) 有振鈴現(xiàn)象，消除振鈴可得 _ 63.2(1 一 0.905z-i)(l 一

7、0.99z-i) D⑵= 1 一 0.368zT - 0.632Z—2 16答：對(duì)象是一階的，根據(jù)書(shū)上公式整理可得 _ 1.778(1 一 0.779Z"1) D。= 1 一 o.6O7z—i - 0.393Z—2 無(wú)振鈴現(xiàn)象。 17答：對(duì)象是一階的，根據(jù)書(shū)上公式整理可得 _ 1.628(1 -0.991Z-1) D(z)= 1 一 0.983Z—1 - 0.017Z—6 無(wú)振鈴現(xiàn)象。 第六章習(xí)題 1答：設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)地補(bǔ)償在模型階次、參數(shù)和輸入信號(hào)方面非預(yù)知變化的控制器。這就是自適應(yīng) 控制的任務(wù)。自適應(yīng)控制系統(tǒng)需要不斷地測(cè)量系統(tǒng)的狀態(tài)性能或參數(shù)，利用系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行指標(biāo)與期

8、望 的指標(biāo)相比較，進(jìn)而作出決策以改變控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或根據(jù)自適應(yīng)律來(lái)改變控制作用，以保證系統(tǒng) 運(yùn)行在某種意義下的最優(yōu)或次最優(yōu)狀態(tài)。 2答：模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng):在這個(gè)系統(tǒng)中，采用了一個(gè)稱為參考模型的輔助系統(tǒng)。加到可調(diào)系統(tǒng)的 參考輸入r同時(shí)也加到這個(gè)參考模型輸入端，參考模型的輸出或狀態(tài)可以用期望的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)。為了比較期望的性能指標(biāo)和可調(diào)系統(tǒng)實(shí)測(cè)的性能指標(biāo)，可用減法器將參考模型和可調(diào)系統(tǒng)的輸出或狀態(tài)直接 相減，得到廣義誤差信號(hào)eo自適應(yīng)機(jī)構(gòu)按一定的規(guī)則利用廣義誤差信號(hào)來(lái)修改可調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器參數(shù)， 或產(chǎn)生一個(gè)輔助輸入信號(hào)，使廣義誤差的某個(gè)泛函指標(biāo)達(dá)到極小。當(dāng)可調(diào)系統(tǒng)特性與參考模型特性漸近

9、逼近，廣義誤差就趨于極小或下降為零，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。 自校正控制系統(tǒng)：這類(lèi)系統(tǒng)的特點(diǎn)是必須對(duì)過(guò)程或被控對(duì)象進(jìn)行在線辨識(shí)（遞推參數(shù)估計(jì)），然后用過(guò)程 參數(shù)的估計(jì)值和事先規(guī)定的性能指標(biāo)，在線地綜合出調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)，并根據(jù)此控制參數(shù)產(chǎn)生的控制 作用對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。經(jīng)過(guò)多次的辨識(shí)和綜合調(diào)節(jié)參數(shù)，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)漸近地趨于最優(yōu)。 3答：與PID控制相比，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)：（1）模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng)。 （2）模糊控制不用建立對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。（3）模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好。（4）模糊控制是以人的 控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理作為控

10、制算法。 4答：模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟如下。模糊控制器的結(jié)構(gòu)、定義輸入、輸出模糊集、定義輸入、輸出隸屬 函數(shù)、建立模糊控制規(guī)則、建立模糊控制表、模糊推理、精確化過(guò)程。 5答：自適應(yīng)PID控制其控制效果的好壞取決于辨識(shí)模型的精確度，這對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)是非常困難的。模 糊自適應(yīng)PID控制運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊 控制規(guī)則及有關(guān)信息（如評(píng)價(jià)指標(biāo)、初始PTD參數(shù)等）作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)知識(shí)庫(kù)中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控 制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況（即專家系統(tǒng)的輸入條件），運(yùn)用模糊推理，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的最佳調(diào)整。 第七章習(xí)題 1答：?jiǎn)栴}定義、程序設(shè)計(jì)、手編程

11、序、查錯(cuò)、測(cè)試。 2答：節(jié)約硬件成本、可靠穩(wěn)定、功能強(qiáng)、方便靈活、不會(huì)丟失原始數(shù)據(jù)。 3答：實(shí)際溫度=x 100 = 80.4°C ￡。J 4答：為了保證測(cè)量參數(shù)能有線性輸出，需要引入非線性補(bǔ)償，將非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化成線性的，這種轉(zhuǎn)化 過(guò)程稱為線性化處理。方法有：計(jì)算法、插值逼近法、折線近似法。當(dāng)參數(shù)間的非線性關(guān)系可以用數(shù)學(xué) 方程式來(lái)表示時(shí)，采用計(jì)算法。當(dāng)參數(shù)間的非線性關(guān)系以某種數(shù)據(jù)表格給出，采用插值逼近法。當(dāng)參數(shù) 間的非線性關(guān)系以某種曲線描述出來(lái)，采用折線近似法。 5答： //函數(shù)名：Complex Filter //入口參數(shù)：N-采樣值個(gè)數(shù)，?X-采樣值數(shù)組首地址 //出口參數(shù)

12、：濾波值 N) int //描述：先排序，后求和，再取平均 doubleComplex FiIter（double *X, //定義臨時(shí)中間變量 //6次循環(huán) 〃如果前一個(gè)數(shù)大于后一個(gè)數(shù)，則相互交換數(shù)值 int i, j； double temp； for (i=0； iW6； i++) for(j=0； j*(X+j+l)) temp=*(X+j)； *(X+j)=*(X+j+l)； *(X+j+l) =temp； temp=O； for (i=3； i<5； i++) temp=temp+ *(X+i) ； //求中

13、間3個(gè)采樣值的累加和 temp二tcinp/3 ； return temp； //返回平均值 ) 6答： 〃函數(shù)名:Filter //入口參數(shù)：Xn-過(guò)去采樣值，Ynl-當(dāng)前采樣值，Znl-當(dāng)前采樣值 //出口參數(shù)：濾波值 //描述：按公式計(jì)算濾波值，并返回 ^define Al 1 ^define A2 2 甘define Bl 3 ^define B2 4 double Filter(double Ynl, double Znl, double Xn) ( double tempY； double tempZ； tempY=Bl*Xn+Al*Ynl: t

14、empZ=B2*tempY+A2*Znl； return tempZ； } 7答： //函數(shù)名：Line //入口參數(shù)：U-輸入量 //出口參數(shù)：線性化值 //描述：按公式線性化，并返回 Sinclude "math. h〃 ^define U1 14 ^define U2 25 double Line (double U) ( double T； if(U<=Ul) T=25*U; else if(U<=U2) T=25*U+14; return T; 8答: 〃函數(shù)名:WeakenedPID //入口參數(shù)：*Y-采樣值地址 //出口參數(shù)：遇限削

15、弱PID算法的結(jié)果 #define Kp : 20 〃比例系數(shù) #define Ki 10 〃積分系數(shù) #definc Kd 15 〃微分系數(shù) redefine Umax 15 〃控制器輸出上限 #define Umin 1 〃控制器輸出下限 extern 「 double Ekl //E(k-l)變量 extern 、 double PTkl 〃PT(k-l)變量 extern double Rk 〃設(shè)定值 extern ， double Ukl 〃前一次計(jì)算控制量輸出 double WeakenedPID(doubl

16、e * Y) 退出 〃求取偏差 //k時(shí)刻的比例項(xiàng) //k時(shí)刻的積分項(xiàng) double PPk； double PIk； double PDk； double Ek； double result； Ek=Rk-(*Y)； PPk=Kp*Ek； PIk=Ki*Ek+Pl kl； PDk=Kd* (Ek-Ek 1) ； //k 時(shí)刻的微分項(xiàng) if(Ukl>=Umax) if(Ek>0) result=PPk+PDk； //不計(jì)算積分項(xiàng) else result=PPk+PIk+PDk； 〃計(jì)算積分項(xiàng) else if(Ukl<=Umin) if(Ek<0) resul t

17、=PPk+PDk； 〃不計(jì)算積分項(xiàng) else resul t=PPk+PIk+PDk； //計(jì)算積分項(xiàng) else result=PPk+PIk+PDk； //計(jì)算積分項(xiàng) Ekl二Ek； //保存k時(shí)刻的偏差 Plk l=Plk； 〃保存k時(shí)刻的積分項(xiàng) Ukl=result;//保存k時(shí)刻的控制量輸出 return result； 〃返回結(jié)果 第八章習(xí)題 1答：(1)組態(tài)王 組京王是嶄內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)公司(更早的品牌多數(shù)已經(jīng)湮滅)。組態(tài)王提供了資源管 理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語(yǔ)言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。 (2) MCGS (

18、Monitor and Control Generated System) 是通態(tài)軟件公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件，一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組 態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行F Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。 (3) Kinco DTools 組態(tài)軟件 由上海步科自動(dòng)化股份有限公司研發(fā)。 (4) InTouch Wonderware的InTouch軟件是最早進(jìn)入我國(guó)的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3. 1 的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提供了豐富的圖庫(kù)。 2答：創(chuàng)建

19、組和用戶、分配授權(quán)、組態(tài)登陸和注銷(xiāo)對(duì)話框、組態(tài)對(duì)象的權(quán)限、使用用戶名變量。 3答：主界面、控制界面、歷史趨勢(shì)、報(bào)警信息、參數(shù)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。 4答：變量管理器、圖形編輯器、變量記錄、報(bào)警記錄、報(bào)表編輯器、全局腳本、文本庫(kù)、用戶管理器、 交互引用。 5答：(1)內(nèi)部變量：WinCC內(nèi)部使用的變量，與外部過(guò)程無(wú)關(guān)，無(wú)需建立過(guò)程驅(qū)動(dòng)程序、通道單元和 通道連接。使用數(shù)量不受限制。(2)外部變量：外部變量由外部過(guò)程為其提供數(shù)值，因此也叫做〃過(guò)程 變量〃。外部變量是基于〃驅(qū)動(dòng)程序-通道單元-連接〃的，其與自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)是相對(duì)應(yīng)。(3) WinCC 系統(tǒng)變量：WinCC系統(tǒng)提供的預(yù)先定義好的變量。

20、每個(gè)系統(tǒng)變量均有明確意義，可提供現(xiàn)場(chǎng)功能。系統(tǒng) 變量由WinCC系統(tǒng)創(chuàng)建，工程人員不能創(chuàng)建，但可以使用。(4)S7系統(tǒng)變量：基于TIA方式創(chuàng)建的項(xiàng)目， 在編譯完成OS站后，STEP7會(huì)向WinCC傳遞S7系統(tǒng)變量，包括PLC變量，歸檔和報(bào)警等。這些變量稱 其為〃S7系統(tǒng)變量〃。(5)系統(tǒng)信息變量：在〃驅(qū)動(dòng)程序〃中有一種特殊的〃驅(qū)動(dòng)〃一一WinCC系統(tǒng)信息通道。 在WinCC的系統(tǒng)信息通道下，可建立專門(mén)記錄系統(tǒng)信息的變量，例如可記錄WinCC系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間、CPU 占用率、磁盤(pán)容量等信息。(6)腳本變量：在腳本中定義和使用的變量，只能在其定義范圍內(nèi)使用，遵 循C/VB語(yǔ)言規(guī)范。它與編程語(yǔ)言相關(guān)

21、，不在變量管理器中維護(hù)。 6答：用來(lái)分配、管理和監(jiān)控用戶對(duì)WinCC組態(tài)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)的訪問(wèn)權(quán)限。 第九章習(xí)題 1答：安全性與可靠性、操作維護(hù)方便、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、通用性好。 2答：分析問(wèn)題和確定任務(wù)、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。 3答：(1)模擬信號(hào)輸人范圍、被采集信號(hào)的分辨率。 (2) 完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。 (3) 模擬輸入信號(hào)的特性是什么，是否經(jīng)過(guò)濾波，信號(hào)的最高頻率是多少。 (4) 模擬信號(hào)傳輸所需的通道數(shù)。 (5) 多路通道切換率是多少，期望的采樣/保持器的采集時(shí)間是多少。 (6) 在保持期間允許的電壓下降是多少。 (7) 通過(guò)多路開(kāi)關(guān)及信號(hào)源串聯(lián)電阻引起的

22、偏差是多少。 (8) 所需精度(包括線性度、相對(duì)精度、增益及偏置誤差)是多少。 (9) 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，各種誤差限制在什么范圍。 (10) 各通道模擬信號(hào)的采集是否要求同步。 (11) 所有的通道是否都使用同樣的數(shù)據(jù)傳輸速率。 (12) 數(shù)據(jù)通道是串行操作還是并行操作。 (13) 數(shù)據(jù)通道是隨機(jī)選擇，還是按某種預(yù)定的順序工作。 4答： /* 編譯環(huán)境：Keil 7. 50A c51 */ f V f *Y? *Y* *T* *T* *T* *.* *T* *Y* *T* f *T* f 1 t I * ■ 、I / A ? ，卜 I (J .，. ■' J * \J I

23、 ""■,— *?*，卜 *1* f #include /********************************* 數(shù)石馬格 ********************************/ unsigned char table［］ = (0xC0, OxI-9, 0xA4, OxBO, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, OxAl, 0x86, 0x8E} ? WX ?￡? VW VW WX KW WX VW 、］■ *1* WX、］■ %L# K>? ?A*、［, *T* *

24、7* ^7^ *T* *j* *r* *T* *T* *T* *T* *T* *T* *?* *T* *r* *T> *T* *T* *T* *T* *1? *T* *7* *T* *i* *r* *T* *i* *T* *T* *T^ *r* *?* *r* 函數(shù)功能：延時(shí)子程序 入口參數(shù)： 出口參數(shù)： ^|C ^jC r^C ^}C ?{C rfC^C r^C r^Cr^C^CrJC ^jC r|C r|C *|C r^C r|C r|C ^|C rjw r^C r|C *|% ^|C r|C ?|C ^|C ^jC *|C r|C ?|C ^|C r^C rJ%5|C r^CrfCx

25、|C^|C ^jC r^C r^C r|C r^C r|C ^|C rji r|C 5^C 5^C ^|C r^C ?|C ^|C ^JC r|C ?|C ^|C rjC r|Cx|C r^C ^|C t void delay(void) unsigned char i, j; for(i=0;i<20;i++) for(j=0;j<250;j++); ?￡* ?^x ?zx ?￡* ?￡* ?>lz vx ?X* xw ?Jx ?X* ?^x ?Jx ?￡* / ^?* *^* *T* *T* *|* *i* *T* *J* *?* *r* *T* *J* *?* *7* *J*

26、 ^f* *T^ *r* *T* *7* *1* *T* *T* *f* *T* *T* *T* *J* *7* *T* *T* ^r* ^7* *j* *T* 函數(shù)功能:LED顯示子程序 入口參數(shù):i 出口參數(shù)： 、］, vS* q，、］,、1，*1# *Ax、［■、1，viz、2, *f*、］,*S* *?*、］,、1，、^* *fx、1，、X* *A?、1，、1，■［■、1，、1，?A? ?Jx、［■、1，、＜X* K^?、2, *fx*1* ■［■、1，、X* %?X、［,、1，、￡■、］,、［,、A 、［,、1，*￡*、［■*fx KW *T* ^T* ^T* void di

27、splay (unsigned char i) P2=0xfe; P0=table［i］; *^c *Jc *^c 5^c ^Jc *Jc *|c xjc *|c ?|c *^c ?|c *|c #Jc xjc ^Jc ?|c xjc *Jc j^c *|c *^c *|c 5^c jJc *^C *^C 5^C *Jc *Jc *|c xjc #jc x^c ^|c *|c ^|c xjc *^c *^c *|c *^c *|c ?|c *^c *^c x|c 函數(shù)功能：鍵盤(pán)掃描子程序 入口參數(shù)： 出口參數(shù)： *!* *V ?^? *1* ?f* ?!* ylf *1* ?J<

28、? %!* *!* ?!* *1* ?>L? ?f* *1* *!* *1* *L? *!* *1* ?f* *1* ?!* ?!* 、k *1* *f* void keyscan(void) unsigned char n; //掃描第一行 Pl=0xfe; n二Pl; n&=0xf0; if(n!二 OxfO) ( delay (); Pl=0xfe; n=Pi; n&=OxfO; if(n!=OxfO) switch(n) { case(OxeO):display(3);break; case(OxdO):display(2);break; case(

29、OxbO):display(1);break; case (0x70):display(0);break; ) ) } //掃描第二行 Pl=Oxfd; n=Pl; n&=OxfO; if(n!=OxfO) { delay (); Pl=Oxfd; n=Pl; n&=OxfO; if(n!=OxfO) ( switch(n) { case(OxcO):display(7);break; case(OxdO):display(6);break; case(OxbO):display(5):break; case(0x70):display(4);break;

30、 //掃描第三行 Pl=Oxfb; n=Pl; n&=OxfO; if(n!=OxfO) { delay (); Pl=Oxfb; n=Pl; n&=OxfO; if(n!=OxfO) ( switch(n) { case(OxeO):display(11) ;break; case(OxdO):display(10);break; case(OxbO):display(9);break; case(0x70):display(8):break; } ) } //掃描第四行 Pl=0xf7; n=Pl; n&二OxfO; if(n!=OxfO

31、) ( delay (); n=Pl; n&=OxfO; if(n!=OxfO) switch(n) case(OxcO):display(15);break; case(OxdO):display(14) ;break; case(OxbO):display(13);break; case(0x70):display(12);break; *1* xl* viz *X* vi* ?lx *1* *2x xl* vl* 弓、，'、，卜，/、4、，4、‘4、七、可、，4、，，、弓、*?*，4、，4、4、*1*，卜 七、4、，,、，4、4、*1*，'、七、4、，4、，,、

32、4、*?*，4、，4、弓、，上、，，、弓、*?*，卜，/、七、，卜 弓、*?*，4、，4、弓、*■*，卜七、七、4、，4、，/、七、，A、，5，L “、，「 函數(shù)功能 主程序 入口參數(shù) 出曰參數(shù) *1* %!* ?f* *￡* ?!? ?!* %!? *!* %!* 、比 *1# %f* ?!* %!? *!* ?!* void main(void) while(l) keyscan (); 第十章習(xí)題 1答：固有可靠性、工作可靠性、可靠度、失效率、平均壽命、平均修復(fù)時(shí)間和利用率。 2答：構(gòu)成電磁干擾必須同時(shí)具備三個(gè)要素：電磁干擾源、電磁干擾的耦合途徑、電磁干擾的敏感設(shè)

33、備 與電路。 2答：加固型工業(yè)機(jī)箱：由于工控機(jī)應(yīng)用于較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，因此機(jī)箱必須采取一系列加固措施， 以達(dá)到防震、防沖擊、防塵、通風(fēng)散熱良好，適應(yīng)寬的溫度和濕度范圍。機(jī)箱內(nèi)具有正的空氣壓力和良 好的屏蔽，以達(dá)到EMC電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)電源：具有抗干擾能力強(qiáng)的工業(yè)電源，具有防浪涌沖擊、 過(guò)壓過(guò)流保護(hù)功能，以達(dá)到電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)和通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的認(rèn)證，如UL認(rèn)證等。主機(jī)板： 工控機(jī)核心部件是主機(jī)板，其所采用的元器件滿足工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并且是--體化(ALL-IN-ONE)主板, 以易于更換，工控機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)總線，如ISA總線、VL總線、PCI總線、PCISA總線等。 3答：PC總線工業(yè)

34、控制計(jì)算機(jī)由于配置高、性能強(qiáng)、價(jià)格貴，因此一般不用于對(duì)被控對(duì)象的直接控制。 PC總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)一般用來(lái)收集、處理、管理數(shù)據(jù)，監(jiān)控被控對(duì)象運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整控制器參數(shù)等。 對(duì)被控對(duì)象的直接控制，一般用專門(mén)的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類(lèi)專用控制器相對(duì)PC總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)而 言，配置較低、體積較小、價(jià)格較低，但專門(mén)為某一類(lèi)被控對(duì)象或某一類(lèi)控制任務(wù)做過(guò)專門(mén)的優(yōu)化，因 而特別適合用來(lái)直接控制被空對(duì)象，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與PC總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接，將對(duì)被控對(duì)象的監(jiān)督、 管理工作交給PC總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，從而構(gòu)成一個(gè)最基本的上下位機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 4答：目前市場(chǎng)上PC總線類(lèi)型有：XT總線、ISA總線、EISA總線、V

35、ESA總線(VL-BUS) PCI總線以及 PCIE總線。 5答：運(yùn)動(dòng)控制(Motion Control)通常是指在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望 的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)精確的位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制o過(guò)程控制(Process Control)是以保證生產(chǎn)過(guò)程的參量為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)的自動(dòng)控制。這里 “過(guò)程”是指在生產(chǎn)裝置或設(shè)備中進(jìn)行的物質(zhì)和能量的相互作用和轉(zhuǎn)換過(guò)程。表征過(guò)程的主要參量有溫 度、壓力、流量、液位、濃度等。通過(guò)對(duì)過(guò)程參量的控制，可使生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高 和能耗減少。過(guò)程控制可以分為常規(guī)儀表過(guò)程控制與

36、計(jì)算機(jī)過(guò)程控制兩大類(lèi)。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模走向大 型化、復(fù)雜化、精細(xì)化、批量化，靠?jī)x表控制系統(tǒng)己很難達(dá)到生產(chǎn)和管理要求，計(jì)算機(jī)過(guò)程控制是近兒 十年發(fā)展起來(lái)的以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。 第三章習(xí)題 1答：輸入輸出接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來(lái)協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制任務(wù)的邏輯電路。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，要將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字計(jì)算 機(jī)能夠接受的形式，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)計(jì)算、處理后的結(jié)果還須變換成適合于對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行控制的信號(hào)量。這個(gè) 在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間傳遞和變換信息的裝置稱為輸入輸出過(guò)程通道。 ◎?◎◎?◎??0? 數(shù)據(jù)總線 CSRD +5 3答：從噪聲

37、傳播途徑的角度來(lái)分類(lèi)，大致可有導(dǎo)線傳導(dǎo)的耦合噪聲、經(jīng)公共阻抗的耦合噪聲和空間電 磁場(chǎng)的耦合噪聲。其中，電磁場(chǎng)的耦合根據(jù)離輻射源的距離遠(yuǎn)近，可分為近場(chǎng)的感應(yīng)、遠(yuǎn)場(chǎng)的感應(yīng)和遠(yuǎn) 場(chǎng)的輻射。在近場(chǎng)感應(yīng)噪聲中又可分為電容性耦合噪聲和電感性耦合噪聲兩種。電容性耦合的噪聲主要 由電力線通過(guò)相互間電容耦合來(lái)傳播的；電感性耦合的噪聲主要由磁力線通過(guò)相互間的電感來(lái)傳播的； 而遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射則是以電磁波方式傳播的。 4答：抗干擾設(shè)計(jì)要從這三個(gè)要素出發(fā)，使干擾得到抑制，即抑制干擾源，切斷耦電途徑，提高敏感設(shè) 備的抗擾度。 5答：增加總線的抗干擾能力、系統(tǒng)的防輻射措施、抑制存儲(chǔ)器產(chǎn)生的噪聲、微機(jī)系統(tǒng)的裝接設(shè)計(jì)。 6答

38、：數(shù)字濾波、設(shè)立軟件陷阱、時(shí)間監(jiān)視器、掉電保護(hù)、待機(jī)抗干擾、輸入/輸出軟件抗干擾措施。 第十一章習(xí)題 1答：集散控制系統(tǒng)最基本的特征就是實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的分散控制和集中管理，它以高可靠性和完善的控制 管理功能代替了大部分原有的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)。包括分散過(guò)程控制級(jí)、集中操作管理級(jí)、綜合信息管 理級(jí)、數(shù)據(jù)通信。分散過(guò)程控制級(jí)特點(diǎn)：適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、分散控制、實(shí)時(shí)性、獨(dú)立性。集中 操作管理級(jí)特點(diǎn)：信息量大、易操作性、容錯(cuò)性好。綜合信息管理級(jí)特點(diǎn)：具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高 速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高速處理與存儲(chǔ)，具有能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性, 能夠長(zhǎng)期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并具有優(yōu)良的

39、、高性能的、方便的人機(jī)接口，豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，過(guò)程數(shù) 據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集 成化。數(shù)據(jù)通信特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、可靠性高、適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)和 互操作性。 2答：開(kāi)放系統(tǒng)指與外界環(huán)境存在物質(zhì)、能量、信息交換的系統(tǒng)。開(kāi)放系統(tǒng)是與封閉系統(tǒng)相對(duì)而言的。 開(kāi)放系統(tǒng)理論是貝塔朗菲在20世紀(jì)40年代開(kāi)創(chuàng)的，而后把開(kāi)放系統(tǒng)作為一般系統(tǒng)的模式，而視封閉系 統(tǒng)為開(kāi)放的特例。當(dāng)系統(tǒng)的輸送變量為零時(shí)，就由開(kāi)放系統(tǒng)推導(dǎo)出封閉系統(tǒng)。開(kāi)放系統(tǒng)理論在普利高津 的耗散結(jié)構(gòu)論和哈肯的協(xié)同學(xué)等理論中獲得了巨大發(fā)展。 3答：快速實(shí)

40、時(shí)響應(yīng)能力、具有極高的可靠性、適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、分層結(jié)構(gòu)。 4答：(1) DCS是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)，而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng) 的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理 現(xiàn)場(chǎng)化。數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱。因此，F(xiàn)CS投資起點(diǎn)低, 可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。 (2) 傳統(tǒng)DCS是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS是開(kāi)放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、 不同品牌的各種設(shè)備連人現(xiàn)場(chǎng)總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。 (3) DCS的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成的，必須有D/A與A/D

41、轉(zhuǎn)換。而FCS是全數(shù)字化的，無(wú)須 D/A與A/D轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)高集成化，其精度可以從土 0.5%提高到土 0. 1%O ⑷FCS可以將PID閉環(huán)控制功能裝人變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的每秒 2飛次，提高到FCS的每秒10~20次，從而改善調(diào)節(jié)性能。 (5) DCS可以控制和監(jiān)視工藝全過(guò)程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其I/O信號(hào)采用傳 統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因此，它無(wú)法在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、 維護(hù)和組態(tài)。FCS采用全數(shù)字化技術(shù)，其數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息， 并且還具備檢測(cè)信息差錯(cuò)的功能。FCS

42、采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制。因此，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置(含 變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。 ⑹FCS由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，與DCS相比，可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、子柜、VO終端、I/O卡件、 1/0文件及I/O柜，同時(shí)也節(jié)省了 I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。 （7） 與（6）同樣理由，F(xiàn)CS可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時(shí)也節(jié)省了設(shè)計(jì)、安裝和維 護(hù)費(fèi)用，有專家認(rèn)為可以節(jié)省66%。 （8） FCS相對(duì)于DCS組態(tài)簡(jiǎn)單，另外由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，更便于安裝、運(yùn)行和維護(hù)。 5答：（1）FF現(xiàn)場(chǎng)總線。FF現(xiàn)場(chǎng)總線包括低速總線H1和高速總線HSE（原H2）。FF現(xiàn)場(chǎng)

43、總線的應(yīng)用領(lǐng)域 以過(guò)程自動(dòng)化為主，如：化工、電廠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、廢水處理，油田等行業(yè) （2） Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線。20世紀(jì)80年代初德國(guó)制訂的一種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，為PROFIBUS-DP（分散外圍設(shè) 備），適用于加工制造自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分散外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸；PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場(chǎng) 總線報(bào)文規(guī)范），適用于樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域:PHO-FI BUS-PA（過(guò)程自動(dòng)化），適用于流程自動(dòng)化領(lǐng)域。 這3種類(lèi)型均使用單一的總線訪問(wèn)協(xié)議，它只采用了 0SI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層。Profi bus支持主從模式、純主站模式、多主多從模式等，主站對(duì)總線有控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)信息，主站間通過(guò)

44、 傳遞令牌來(lái)傳遞對(duì)總線的控制權(quán)。取得控制權(quán)的主站，可向從站發(fā)送、獲取信息。 （3） P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線。P-NET的設(shè)計(jì)開(kāi)始于1983年。P-NET采用0S1參考型中的1, 2, 3, 4, 7層,是 一種多主站主從式總線（每段最多可容納32個(gè)主站）。使用屏蔽雙絞線電纜RS485,每段總線最長(zhǎng)1200m, 每段最多可連125個(gè)設(shè)備，總線分段之間使用中繼器。數(shù)據(jù)以NRZ（不歸零位）編碼異步傳輸，傳輸速 率76. 5kbit/s0 P-NET總線訪問(wèn)采用一種“虛擬令牌傳遞”的方式，總線訪問(wèn)權(quán)通過(guò)虛擬令牌在主站 之間循環(huán)傳遞，即通過(guò)主站的訪問(wèn)計(jì)數(shù)器和空用總線位周期計(jì)數(shù)器確定令的持有者和持有令牌的時(shí)

45、間。 這種令牌傳遞方式是一種基于時(shí)間的循環(huán)機(jī)制，比握文傳通令牌方式的傳遞效率更高。P-NET對(duì)從站的 通信程序僅需幾千字節(jié)的編碼，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需采用專門(mén)芯片，比其他總線更易于開(kāi)發(fā)和轉(zhuǎn)化?！靶?系統(tǒng)低成本”是P-NET的主要特征之 （4） CAN （Con troll er Area Nel work,控制局域網(wǎng)絡(luò)）由德國(guó)BOSCH公司于1993年推出，應(yīng)用于汽車(chē) 監(jiān)控、升關(guān)量控制、制造業(yè)等，介質(zhì)訪同方式為非破壞性位仲戰(zhàn)方式，適用于實(shí)時(shí)性要求很高的小型網(wǎng) 絡(luò)，且開(kāi)發(fā)工具廉價(jià)o Motorola. InteK Philips均生產(chǎn)獨(dú)立的CAN芯片和帶有CAN接口的80C51芯片。 CAN型總線產(chǎn)

46、品有AB公司的DeviceNet.臺(tái)灣研華的ADAM數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品等。 第十二章習(xí)題 1答：智能制造是一種由智能機(jī)器和人類(lèi)專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)，它突出了在制造各個(gè)環(huán)節(jié)中， 以一種高度柔性與集成的方式，借助計(jì)算機(jī)模擬的人類(lèi)專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思 和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，同時(shí)，收集、存儲(chǔ)、完善、共享、繼承和發(fā)展人類(lèi) 專家的制造智能。智能制造已經(jīng)成為影響未來(lái)制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式，本章簡(jiǎn)單介紹智能制造的基本內(nèi) 容，以及與計(jì)算機(jī)控制相關(guān)的最新技術(shù)發(fā)展。 2答：智能設(shè)計(jì)、智能裝備與工藝、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)。 3答：新一代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、智能優(yōu)

47、化技術(shù)。 300 x 4LS37 LE OE L 數(shù)據(jù)輸入程序，設(shè)芯片端口地址為300H ^include : ^include ; main () { char result: int port=0x300; result=inportb(port); return ; } 數(shù)據(jù)輸出程序，設(shè)向地址為300H的端口輸出64H的數(shù)據(jù) ^include ; ^include ; main () { char value = 0x64; int port = 0x300; outportb

48、(port, value); return ; } 3答：為了提高模擬量輸入信號(hào)的頻率范圍，以適應(yīng)某些隨時(shí)間變化較快的信號(hào)的要求，可采用帶有保 持電路的采樣器，即采樣保持器。 當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化緩慢時(shí)，若A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間足夠短，可以不加采樣保持器。 4答： include include main() int i, y; outportb (0x303, 0x92); //8255 控制字 10010010 // PC4=1 PC2~ PC0=000 outportb(0x302, 0x10); i=inportb(0x300);

49、 while(i>=0x80) ( i=inputb(0x300); } outportb(0x302, 0x50); y=inputb(0x301); i=inputb(0x300); i=i&0x0f; y=y+256*i; return; } // PA7=1(STS=1) 〃PC6~ PC4F01 //取高8位 //取低4位 5答： "include ； ^include ； main () int i； outportb(0x307, 0x80)； i=0x50； outportb(0x304, i)；

50、 〃初始化8255A,使8255A的A、B和C 口都為輸出口。 〃i為D/A輸出值。 //為D/A準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。 outportb(0x305, outportb(0x305, outportb(0x305； 0x19) ； //數(shù)據(jù)鎖存到第一級(jí)鎖存器。 0x07) ； //數(shù)據(jù)鎖存到第二級(jí)鎖存器。 OxlF), 〃退出鎖存狀態(tài)。return； 6答： 無(wú)源I/U變換電路 R1 oV R2 二極管限流、輸出保護(hù)，電容濾波，電阻R2將電流轉(zhuǎn)換為電壓。 有源I/U變換電路

51、 電容濾波，電阻R1將電流轉(zhuǎn)換為電壓，同相放大電路將電壓轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)電壓。 第四章習(xí)題 1答： 后向差分法 u(k)=涪；岫 - 1) + 段e(k) -^re(k-l) 零階保持器法 e(k- 1) _工 T u(k) = e Tzu(k — 1) — T7-e(k — 2) + T2 2答： 后向差分法得： y(k) = 0.03e(k) + 1.83y(k - 1) - 0.83y(k 一 2) 3答： 雙線性變換法得 u(k)= (8 一 2 就)u(k 一 1) + (46搭 -4一 "

52、 -2) + + 2 就 e(k-1) + 就 e(k 一 2) 4 + 4& +就 4答： (1) 后向差分整理可得 T2ce(k) + (2 + aT + bT)u(k — 1) — u(k — 2) U(k) = l + aT + bT + T2 (2) 雙線性變換法整理可得 u(k)= ce(k) + 2ce(k - 1) + ce(k - 2) -(2ab - *) u(k 一 1) 一 (* 一 + ab) u(k - 2) (3) 需根據(jù)不同被控對(duì)象，結(jié)果不同。 5答：由于微型計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此在微型計(jì) 算機(jī)

53、控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)只能采用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時(shí)，用求利代替 積分、用后向差分代替微分，使模擬PID控制算法離散化，變?yōu)椴罘址匠?，以便于?shí)現(xiàn)。 要有相當(dāng)短的采樣周期。采樣周期越小，離散后的數(shù)字控制器性能越接近原來(lái)的模擬調(diào)節(jié)器。 6答：根據(jù)香農(nóng)(Shannon)采樣定理，采樣周期必須滿足，其中為被采樣的連續(xù)信號(hào)的最高頻率。因此 香農(nóng)(Shannon)采樣定理給出了選擇采樣周期的上限。 從理論上講，采樣周期越小，失真越小。但是從控制器本身而言，大都是依靠偏差信號(hào)e (k)進(jìn)行調(diào) 節(jié)計(jì)算的。當(dāng)采樣周期T太小時(shí)，偏差信號(hào)e (k)也會(huì)過(guò)小，此時(shí)計(jì)算機(jī)將會(huì)失去調(diào)節(jié)作用，采

54、樣周 期T過(guò)長(zhǎng)又會(huì)引起誤差。因此，采樣周期T的確定必須綜合考慮。影響采樣周期T的因素有： (1) 加至被控對(duì)象的擾動(dòng)頻率：擾動(dòng)頻率愈高，采樣頻率也應(yīng)相應(yīng)提 高，即采樣周期縮短。 (2) 對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性：根據(jù)被控對(duì)象的特性，快速系統(tǒng)的T應(yīng)取小，反之取大些。 (3) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型：執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣性大，采樣周期相應(yīng)要大一些，否則，執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)不及反應(yīng)控制 器輸出值的變化。。 (4) 控制算法的類(lèi)型：從計(jì)算機(jī)能精確執(zhí)行控制算式來(lái)看，T應(yīng)選大些。因?yàn)橛?jì)算機(jī)字長(zhǎng)有限，T過(guò) 小，偏差e(k)可能很小，甚至為0,調(diào)節(jié)作用減弱，各微分、積分作用不明顯。 (5) 控制回路數(shù)，控制回路數(shù)與采樣周期T的關(guān)系T

55、>^=1Tj 7答：加上積分調(diào)節(jié)的目的主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。 PI調(diào)節(jié)器對(duì)偏差的階躍響應(yīng)除按比例變化的部分外，還有積分累計(jì)的部分。只要偏差不為零，則積分環(huán) 節(jié)有累計(jì)輸出，以減小偏差，直至使偏差為寫(xiě),系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI , TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 8答：積分調(diào)節(jié)作用的加入，雖然可以消除靜差，但卻降低了響應(yīng)速度。為了加快響應(yīng)速度，有必要在 偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，不但對(duì)偏差量作出及時(shí)反應(yīng)(即P作用)，而且對(duì)偏差量的變化速率作出反應(yīng)， 即按偏差變化的趨勢(shì)進(jìn)行控制，使偏差消滅于萌芽狀態(tài)。 9答：當(dāng)1 = 8時(shí)，積分項(xiàng)為零，則PID控制變

56、為PD控制。當(dāng)Td = 0時(shí)，微分項(xiàng)為寫(xiě)，則PID控制變?yōu)?P1控制。 10答：(1)比例系數(shù)飾對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能的影響 增大比例系數(shù)作，將增強(qiáng)比例作用，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在系統(tǒng)有靜差的情況下，有利于減小 靜差；但Ap過(guò)大時(shí)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。值得說(shuō)明的是，增大 部只是減小靜差，卻不能完全消除靜差。 (2) 積分時(shí)間常數(shù)71對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能的影響 減小積分時(shí)間常數(shù)71,將增強(qiáng)積分作用，加快消除系統(tǒng)靜差，提高系統(tǒng)的控制精度；但71太小， 將會(huì)產(chǎn)生超調(diào)、并產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。 (3) 微分時(shí)間常數(shù)7D對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能的影響 增大

57、微分時(shí)間常數(shù)70,將增強(qiáng)微分作用，減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，改善動(dòng)態(tài)性能。 11答：(1)增量型算法不需做累加，計(jì)算誤差后產(chǎn)生的計(jì)算精度問(wèn)題，對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。位置 型算法用到過(guò)去的誤差的累加，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。 (2) 增量型算法得出的是控制的增量，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過(guò)邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不 會(huì)影響系統(tǒng)的工作。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動(dòng)作影響大。 (3) 采用增量型算法，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。 12答： 位置式：u(k) = 0.3u(k -1)4- 1.3e(k) 一 0.6e(k 一 1) 增量式：Aulk) = 0.3u(k

58、- 1) - 0.3u(k -2)4- 1.3e(k) 一 1.9e(k - 1) + 0.6e(k 一 2) 13答：根據(jù)數(shù)字PID控制器公式，整理可得 k u(k) = 3[e(k)+|^e(i)] i=O 14答：增大比例系數(shù)Ap,將增強(qiáng)比例作用，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在系統(tǒng)有靜差的情況下，有利于 減小靜差；但Ap過(guò)大時(shí)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變壞。值得說(shuō)明的是， 增大彌只是減小靜差，卻不能完全消除靜差。 15答：在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，由于負(fù)載的突變，如開(kāi)工、停工、或給定值的突變等，都會(huì)引起偏差的階躍， 即I。（人）I增大。因而，計(jì)算出的位置式PID輸出

59、u （k）將急驟增大或減小，以至超過(guò)閥門(mén)全開(kāi)（或 全關(guān)）時(shí)的輸入量"iiax （或〃nin）。此時(shí)的實(shí)際控制量只能限制在iznax （或〃nin）,而不是實(shí)際計(jì)算值。 此時(shí)，雖然系統(tǒng)輸出"（A）在不斷上升，但由于控制量受到限制，其增加速度減慢，偏差。以）將比正 常情況下持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間保持在正值，使積分項(xiàng)有較大的積累值。當(dāng)被控量超過(guò)給定值廣。）后，開(kāi)始出 現(xiàn)負(fù)偏差，但由于積分項(xiàng)累計(jì)值很大，還要經(jīng)過(guò)相當(dāng)一段時(shí)間之后，控制量〃（力）才能脫離他和區(qū)。這 樣就使系統(tǒng)的輸出出現(xiàn)明顯的超調(diào)。很明顯，在位置式PID算法中，飽和現(xiàn)象主要是由積分項(xiàng)引起的, 所以稱之為“積分飽和”。這種現(xiàn)象引起大幅度的超調(diào)，使系統(tǒng)

60、不穩(wěn)定。 克服方法：遇限消弱積分法、積分分離法。 16答：湊試法、實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法、歸一參數(shù)整定法等。 湊試法：湊試法是通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)或系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行（允許的條件下）記錄觀察系統(tǒng)對(duì)典型輸入信號(hào)的 響應(yīng)曲線，如階躍響應(yīng)曲線。然后根據(jù)控制效果及各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的控制影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿 意的系統(tǒng)響應(yīng)，從而確定PID控制參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)法：用湊試法確定PTD參數(shù)，必須進(jìn)行多次模擬或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，過(guò)程繁瑣。為了減少湊試次 數(shù)，我們可以利用在PID參數(shù)選擇過(guò)程中取得的經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)?定的控制要求先做?些實(shí)驗(yàn)，以獲得相 應(yīng)的基本參數(shù)，然后按照經(jīng)驗(yàn)公式，由這些基本參數(shù)推導(dǎo)計(jì)算出PID參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值。 歸一參數(shù)整

61、定法：只要整定一個(gè)參數(shù)Kpo改變Kp,觀察控制效果，直到滿意為止。該方法為實(shí)現(xiàn) 簡(jiǎn)易的自整定控制帶來(lái)方便 17答： 令風(fēng)）=即+ 1）心+ 1） 其中 T\ = ? T2 =玲 G(s) = D(g(s) = 媽 = J 啊5居呼5) ―—=再 k k k * ~ 'sl's2's3 f L L T ]FT —匕匕1'$2'$3‘$3 T -±21. ls3 -⑵ 得: Kp L + 巖2 T —T 4- T T —幾玲 7 ， / si $2， I) rip rp 用差分法離散可得：u(k) = u(k -1) + aoe

62、(k) 一 axe(k-1) + a2e(k - 2) 其中：％ =心(1+ f + 芋■), a} = Kp(\ + 第五章習(xí)題 1答：數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟：第一步設(shè)計(jì)近似認(rèn)為的模擬控制器D（s）;第二步選擇采樣周期T;第 三步將D(s)離散化為D(z);第四步設(shè)計(jì)由微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法;第五步校驗(yàn)。特點(diǎn)是這種方法在被 控對(duì)象的特性不太清楚的情況下，人們可以充分利用技術(shù)成熟的連續(xù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)(如PTD控制器 的設(shè)計(jì)技術(shù))，并把它移植到微型計(jì)算機(jī)上予以實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到滿意的控制效果。但是模擬化設(shè)計(jì)技術(shù)要 求相當(dāng)短的采樣周期，因此只能實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的控制算法。 數(shù)字控制器的直接設(shè)

63、計(jì)步驟：第一步根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和其它約束條件，確定所需的閉 環(huán)脈沖傳遞函數(shù)6(z)；第二步求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)；第三步求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函 數(shù)D(z)；第四步根據(jù)D(z),求取控制算法的遞推計(jì)算公式。特點(diǎn)是當(dāng)所選擇的采樣周期比較大或?qū)?制質(zhì)量要求比較高時(shí)，必須從被控對(duì)象的特性出發(fā)，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論(采樣控制理論)來(lái)設(shè)計(jì) 數(shù)字控制器，這類(lèi)方法稱為數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法，或稱離散化設(shè)計(jì)方法。直接設(shè)計(jì)方法比模擬化 設(shè)計(jì)方法具有更一般的意義，它完全是根據(jù)采樣系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析與綜合，并導(dǎo)出相應(yīng)的控制規(guī)律。 2答：所謂最少拍控制，就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入

64、在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無(wú)靜差的穩(wěn)態(tài)。 應(yīng)滿足系統(tǒng)的準(zhǔn)確性要求、快速性要求、穩(wěn)定性要求及在物理上的可實(shí)現(xiàn)要求。 3答: D(z)= 0.134(1_0.018z_i)(1_0.135z_i)(2_zT) (l+0.135z-1)(l-z-1)2 4答: 前)_ -0.868(1 - 0.368z-〔)(2 - z-1) I)— (l+0.621z_1)(l-z-1) 5答: DE — 2.344(1+7.386zT-3.635z-2) — (1-zT)(1+3.7S9zT) 6答: (1) D(z)= 1 ①⑵ =(1-z—')(l-0.3679z_)(2zT-z 一

65、2) z — G(z) 1 —①(z) 一 3.679zT(l + 0.718zT)(l —zf2 0.5434(1 — 0.5zT )(1 — 0.3679zT) (1-zT)(1 + 0.718zT) (2) D(z) = 0.272(1 - 0.3679Z-' )(1.408 - 0.825zi) (1 —z")(l —0.592z_) (3)有波紋 U(z) = E(z)D(z) = z~l 0.5434(1 -O.5z

66、T )(1 -0.3679zT) (l-z-')(l+O.718z_,) = 0.54z-i _0.32z-2 +0.40z-3 -0.W +0.25z-5 +… 無(wú)波紋 U(z)/(z)_R(渺(z) G(z) G ⑵ 丁z_i f 57"5尸-。.82『 (1-zT)(1-0.3679zT) 3.679z_,(l + 0.718z_,) =0.38z_, + 0.02z-2 + 0.09z-3 + 0.09Z-4 +??? （4）有波紋 + 3z 一3+4z「4+… 7>_, c(z) = R(Z沖(z) =(]_z-)2(2zT - z~2) = 2z_ 無(wú)波紋 Tz~' C(z) = R(z)中(z) = (1 + 0.718z_,)(1.408z_, -0.825z (l-z ) = 1.41z-2+3z~3+4z-4 +5z- +..? 7答: (l)D(z)= 2.5(1-0.6zT) 1+0.75Z-1 D(z) = 8.47(1—0.882Z-1) l-z_1 D(