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微型计算机控制技术

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一、

1. 控制系统一般由控制器（控制装置）和被控对象组成。分为开环控制和闭环控制两种控制方式。

开环控制是一种最简单的控制形式，其特点是：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用，没有反馈控制作用。对应于每一个参考输入量，就有一个与之对应的工作状态与输出量。此种系统的控制精度取决于元器件的精度和特性调整的精度，并且没有抑制内部、外部扰扰动引起的控制误差的功能。开环控制系统一般都是稳定的。

闭环控制系统的特点是：在控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且还有反馈控制作用。将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入量比较的过程称为反馈。闭环控制的实质就是利用负反馈，使系统具有自动修正被控制量（输出量）偏离参考给定量（输入量）的控制功能，因此，闭环控制又称反馈控制，此种系统可以抑制内、外扰引起的误差，达到自动控制并提高控制精度之目的。由于闭环系统可能引起过调，因而带来了系统稳定性的问题。

2. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：稳定性、快速性和准确性。

(1) 稳定性（稳）

一个自动控制系统的最基本的要求是系统必须是稳定的，不稳定的控制系统是不能工作的。如何判断系统是稳定的，有很多科学家发明的稳定判据（如劳斯稳定判据、赫尔维茨稳定判据、奈奎斯特稳定判据、李雅普诺夫稳定判据和伯德定理等）将在本书后续章节中详细介绍。

(2) 快速性（快）

在系统稳定的前提下，希望控制过程(过渡过程)进行得越快越好，但是有矛盾，如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差(偏差)过大。合理的设计应该兼顾这两方面的要求。

(3) 准确性（准）

即要求动态误差(偏差)和稳态误差(偏差)都越小越好。当与快速性有矛盾时，应兼顾两方面的要求。

3. 反馈控制系统结构框图

执行器被控对象校正装置检测装置给定值控制器系统输出操作量

在反馈控制系统中，通过检测装置（仪表）获取输出变量，将此值与给定值相比较后，由校正装置（控制器）按偏差进行某种控制运算，最后由执行器将控制操作量作用于被控制对象，以消除偏差。

4. （1）操作指导控制系统 操作指导控制系统是指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。

（2）直接数字控制系统 直接数字控制系统 是用一台微型机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与设定值进行比较，再按PID规律或直接数字控制方法进行控制运算，然后输出到执行机构，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。

（3）计算机监督系统 计算机监督系统是由计算机按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值送给模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或者DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最佳工作状态。

（4）分布控制系统 分布控制系统由分散过程控制级、计算机监督控制级和生产管理级组成。是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制系统。

（5）计算机集成制造系统 计算机集成制造系统是在DCS以后发展起来的更高级的控制系统。本系统不但是在编制生产计划、制定控制方案，而是对市场信息、生产规划、销售等进行全面统一的管理。

（6）现场总线控制系统 本系统改变了传统的信息交换方式、信号制式和系统结构，改变了传统的自动化仪表功能概念和结构形式。

5. 1) 定义

线性定常系统的传递函数，定义为零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

传递函数一般表达式为

（2）性质

传递函数具有以下性质：

①传递函数是复变量 的有理真分式函数，具有复变函数的所有性质。 且所有系数均为实数。

②传递函数是系统或元件数学模型的另一种形式，是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式。它只取决于系统或元件的结构和参数，而与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息。

③传递函数与微分方程有相通性。只要把系统或元件微分方程中各阶导数用相应阶次的变量

代替，就很容易求得系统或元件的传递函数。

④传递函数 的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应 。

是系统在单位脉冲 输入时的输出响应。

对于简单的系统或元件，首先列出它的输出量与输入量的微分方程，求其在零初始条件下的拉氏变换，然后由输出量与输入量的拉氏变换之比，即可求得系统的传递函数。对于较复杂的系统或元件，可以先将其分解成各局部环节，求得环节的传递函数，然后利用结构图变换法则，计算系统总的传递函数。

6. 测试信号有温度、压力、流量、物位、成分、位移、速度等

7. 系统硬件主要由主机CPU、接口电路及外部设备组成。

（1）主机（cpu）是整个控制系统的指挥部，通过接口及软件向向系统的各个部分发布命令；同时对被测参数进行巡回检测、数据处理、控制计算、报警处理以及逻辑判断等。

（2）I/O接口 是主机与被控对象进行信息交换的纽带。

（3）通用外部设备 主要是扩大主机的功能。

（4）检测元件及执行机构 检测信号执行控制任务

（5）操作台 人机对话的联系纽带。

8. SCC+模拟调节器控制系统可以根据生产工况的变化，不断地改变给定值，以达到实现最优控制目的。SCC+ DDC与SCC+模拟调节器控制系统相比，其控制规律可以改变，用起来更灵活，而且一台DDC可以控制多个回路，使系统比较简单。

9 DCS具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点。能够适应工业生产过程的各种需要，提高生产自动化水平和管理水平，提高产品质量。降低能源消耗和原材料消耗，提高劳动生产率，保证生产安全，促进工业技术发展，创造最佳经济效益和社会效益。

10. 12/8 数据状态选择 数据格式选择端

CS 片选信号

CE 片使能信号

R/C 读 转换

A0字节/地址短脉冲，字节选择端

11 .分辨率 2.转换精度 3.转换时间 4.线性度

12

13 PI的微分方程为 ])(T1)([y(t)IdttEtekp，Ti为积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti越大，积分速度越慢，积分作用越弱。由PI的阶跃响应曲线可知，调节作用的输出与偏差存在的时间有关，只要偏差存在，积分调节器的输出就会随时间增长，直至偏差消除，所以积分作用能消除静差。

14 位置式PID的输出值是与阀门的位置一一对应的，增量式的PID是只需给一个增量信号就可以。在位置PID中，不仅需要对E(j)进行累加，而且计算机的任何故障都会引起P（k）的大幅度变化，对生产不利。

增量控制虽然改动不大，然而带来许多优点：

（1）由于计算机输出增量，所以误动作影响小，必要时可以用逻辑判断的方法去掉；

（2）在位置型控制算法中，由于手动到自动切换时，必须首先是计算机的输出值等于阀门的原始开度，即P（k-1），才能保证手动自动的无扰动切换，这将给程序设计带来困难。而增量设计只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，因而增量算法易于实现手动自动e(t)

y

Kp e(t) t

t e(t)

y

Kp e(t) t

t t0

t0 t0

t0 给定值

e(t)

y

Kp e(t) t

t t0

t0 给定值 Kp Ki e(t) Kp Kd e(t) P阶跃响应特性曲线 PI阶跃响应特性曲线

PID阶跃响应特性曲线 的切换。

（3）不产生积分失控，所以容易活得较好的调节品质。

增量控制因其特有的优点已得到广泛的应用。但是这钟控制方式也有不足之处；

(1)积分截断效应大，有静态误差；

（2）溢出影响大。

15 在自动调节系统中，由于负载的突变，如开工、停工、或给定值的突变，都会引起偏差的阶跃，即E(k)的绝对值增大。因而位置型PID的输出P（k）将急剧增大或减小，以至于超过阀门极限。此时，系统输出M(K)虽然不断的上升，但由于控制量受到限制，其增加速度减慢，偏差E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在正值，使得积分项累计值很大，还要经过相当一段时间后。控制量P(t)才能脱离饱和区。使系统输出出现明显的超调，称之为积分饱和。

消除积分饱和的方法有遇限消弱积分法、有效偏差法以及积分分离法。

16 在模拟系统中，PID 算法的表达式为])()(T1)([y(t)IdttdeTdttEtekpD

其中Kp 调节器的比例系数，与输出成正比

Ti 调节器的积分时间，与积分环节成反比

Td 调节器的微分时间，与微分环节成正比

17 采样周期的选择方法又两种，一是计算法，一是经验法。计算法由于比较复杂，特别是被控系统各环节时间常数难以确定，所以工程上用的比较少。经验法是一种凑试法。即根据人们在工作实践中积累的经验以及被控对象的特点、参数，先粗选一个采样周期，送人计算机控制系统进行试验，根据对被控对象的实际控制效果，反复修改采样周期，直到满意为止。

18 （1）实时性（2）灵活性和通用性（3）可靠性

19 采用模块结构，尽量将公用的程序编制成子程序，设计人员可根据具体要求，将这些功能子程序进行排列组合，使其成为一个完成特定任务的可应用程序，除本控制系统外，也可为其它类似控制系统提供参考。

20

21. 1 指令冗余2 拦截技术：软件陷阱的设计 陷阱的安排3软件“看门狗”技术

22 （1）在满足系统性能指标的前提下，对控制所采用的机型进行选择（2）为了获得较高的性价比，不能盲目追求高指标（3）要对系统进行可靠性设计（4）要考虑系统操作的方便性。总之系统的硬件结构要规范化，软件要模块化。

23 （1）控制系统总体方案设计

（2）选择各参数检测元件及变送器

（3）建立数学模型及确定控制算法

（4）选择微型机，并决定是自行设计还是购买成套设备 （5）系统硬件设计

（6）系统软件设计

（7）系统调试及试验

24

25（1）被控对象参数数量

（2）各输入输出通道是串行操作还是并行操作

（3）各通道数据的传送速率

（4）各通道数据的字长及选择位数

（5）对显示、打印有何要求

二、计算题

1.

(XR-XC)*5354211GGGGGG=XC 所以 RCXX54215354211GGGGGGGGGG

Xr — Xc

G1 G2G4G5/(1+G3G5) Xr — Xc G1 G2

G4G5/(1+G3G5) Xr — Xc G1 G2

G4 G5/(1+G3G5) Xr — Xc G1 G2

G3

G4 G5 —

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微型计算机控制技术要点

微型计算机控制技术要点

1. A/D转换器把模拟量转换成数字量，D/A转换器是把数字量转换成模拟量。

2. 双向可控硅在结构上相当于两个单向可控硅反向连接，这种可控硅具有双向导通功能。其通断状态由控制极G决定，即在控制极G上加正脉冲可使其正向导通。

3. 光电隔离器由GaAs红外发光二极管和光敏三极管组成。当发光二极管有正向电流通过时，即产生人眼看不见的红外光（700~1000nm），光敏三极管接收光照以后便导通。当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止，利用这种特性即可达到控制开关的目的。由于该器件通过电-光-电的转换来实现对输出设备进行控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离的作用。

4. 功能作用：锁存器就是把当前的状态锁存起来，使CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。

5. 多路开关的主要用途是把多个模拟量参数分时地接通，常用于多路参数共用一台A/D转换器的系统，即完成多到一的转换；特点：①采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排②直接与TTL电平相兼容③内部带有通道选择译码器，使用方便④可采用正或负双极性输入⑤转换速度快⑥寿命长，接通电阻低，断开电阻高

6. 多路开关工作原理（参考）：如CD4051，是单端8通道开关，它有3个通道选择输入端C、B、A和一个禁止输入端INH。C、B、A用来选择通道信号，INH用来控制CD4051是否有效。INH=1，即INH=VDD时，所有通道均断开，禁止模拟量输入；当INH=0时，通道接通，允许模拟量输入。输入数字信号的范围是VDD~VSS（3~15V），输入模拟信号的范围是VDD~VEE。

7. 反多路开关：或者把经计算机处理，且由A/D转换器换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路中，即完成一到多的转换。

8. LED数码管的显示方法有两种：一种为动态显示，一种静态显示。LED显示驱动方式：直接驱动和时分隔驱动方式。动态显示就是微型计算机定时地对显示器件进行扫描，静态显示是由微型计算机一次输出显示器型后，就能保持该显示结束，直到下次发送新的显示模型为止。

微型计算机控制技术第三版于海生课后习题答案-v5

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未知驱动探索，专注成就专业

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微型计算机控制技术第三版于海生课后习题答案-v5

第一章 计算机的概念和组成

1. 什么是计算机？

计算机是一种能够按照预先设定的程序进行自动化信息处理的电子设备。

2. 计算机的组成有哪些部分？

计算机主要由中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备和存储设备等组成。

3. 什么是CPU？它的工作原理是什么？

CPU是计算机的核心部件，负责执行指令、计算以及控制计算机的所有操作。它由运算器、控制器和寄存器等组成。工作原理是通过不同寄存器之间的数据传输、指令译码、运算和控制来完成各种计算和控制操作。 未知驱动探索，专注成就专业

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第二章 计算机的运算方法和数据表示

1. 计算机的运算方法有哪些？

计算机的运算方法主要包括算术运算和逻辑运算。

2. 什么是进制？常见的进制有哪些？

进制是一种表示数字的方式，常见的进制有十进制、二进制、八进制和十六进制。

3. 如何进行二进制和十进制之间的转换？

将一个二进制数转换为十进制数，可以将二进制数每一位的值与2的幂相乘，然后将每个结果相加即可。将一个十进制数转换为二进制数，可以使用除2取余法，从最低位开始，依次将余数写入二进制数中，直到商为0为止。

第三章 计算机硬件系统

1. 计算机硬件系统由哪些部分构成？

计算机硬件系统由中央处理器、内存、输入输出设备和存储设备组成。 未知驱动探索，专注成就专业

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2. 什么是主板？主板上有哪些重要的部件？

主板是计算机的核心电路板，负责将各种硬件组件连接在一起。主板上重要的部件包括CPU插槽、内存插槽、芯片组、扩展槽和接口等。

3. 内存有哪些种类？它们有何区别？

内存有主存和辅存两种类型，主存是计算机用来存储数据和指令的地方，它在计算机运行时需要时可读写；辅存是计算机用来存储大量数据和程序的地方，它一般以外部存储器的方式存在，容量较大但读写速度较慢。

第四章 计算机的指令系统

计算机控制技术

计算机控制技术

多微处理器控制系统具有以下4个优点

1，多微处理器控制系统属于多指令流，多数据流的并进行处理系统。并行处理方式是提高计算机处理速度的主要途径。多微处理器控制系统能过完成类似手动的分散操作，各子系统均可并行地在现场采样，加工和处理所收集到的数据和信息，因而在很大程度上提高了控制速度。

2，多微处理器控制系统包含多台微处理器，因此能够成微处理器一级的硬件余系统。若某一台微处理器发生故障，则可在系统内进行重构，重在任务或调用备用的微处理器。这样，系统的可靠性大幅度提高。

3，多为处理器控制系统的各模块具有独立的功能，可根据被控对象的不同要求，增加或者减少应用的模块，重新构建系统。这种有模块构成的系统，反应了计算机控制体系结构的巨大变化。他设计简单，调试容易，具有良好的适应性和扩展性。

4，与性能相当的多个小型机组成的系统相比，多微处理器控制系统具有较好的性价比。

信号的基本形式

连续信号：连续信号是指时间上连续、幅值上的连续信号。由于连续信号是基于时间轴的信号。通常称为连续时间信号

离散信号：离散信号是指分开的和可以区分的数据表示。离散新高本身是与时间无关的，但将离散信号的概念引入控制过程中后，由于所有控制进程皆是基于时间周的，因此称为离散时间信号。

采样信号：以一定的时间间隔取得某一个连续变量值的过程，或者将连续时间信号转换成时间离散的脉冲顺序列的过程，称为采样过程。这些脉冲序列即为采样信号。它是时间上的离散，幅值上连续的信号

数字信号：数字信号是指以有限个数位来表示一个连续变化的物理量的信号。它是时间上连续，幅值上量化的信号，所谓量化，是将一个连续区间分成很多不重叠的子区间，并将每个子区间的值用一个预定精度的数近似地表示的过程。

采样保持信号：采样信号在时间上是离散的，在控制过程中无法工作。为此，需要将一个采样点采样信号连续地保持到下一个采样时刻。已形成时间连续信号给系统。保持特性有零阶段、一阶保持，二阶保持等。而以零阶保持最为常用，它是通过采样信号点作的一条水平线，形成时间连续的阶梯形，模拟信号。

(完整版)于海生---微型计算机控制技术课后习题答案(给学生)

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ir being are good for somethin1第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。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定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，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，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。

图1.1微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；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交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过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。