《計算機(jī)控制技術(shù)》課后習(xí)題答案(于海生)

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1、計算機(jī)控制技術(shù)習(xí)題詳解 第一章計算機(jī)控制系統(tǒng)概述 習(xí)題參考答案 】?計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程是怎樣的？ 計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟： (1) 實(shí)時數(shù)據(jù)采集：對被控戢的瞬時值進(jìn)行檢測，并輸入給計第機(jī). (2) 實(shí)時決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。 (3) 實(shí)時控制：根據(jù)決策，適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)岀控制信號，完成控制任務(wù)。 2?實(shí)時、在線方式和離找方式的含義是什么？ (1) 實(shí)時：所謂?實(shí)時“，圧指信號的輸入、計算和輸出郁於在一定時間范用內(nèi)完成的.即計篦機(jī)對輸入信息以足夠快的速度 進(jìn)行處理.并在一定的時間內(nèi)作

2、出反應(yīng)并進(jìn)行控制，超出了這個時間就會失去控制時機(jī)，控制也就失去了總義。 (2) “在線“方式：在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，如果生產(chǎn)過程設(shè)備直接與計算機(jī)連接，生產(chǎn)過程直接受計算機(jī)的控制，就叫做“聯(lián)機(jī)“ 方式或??在線”方式。 (3) “離線”方式：若生產(chǎn)過程設(shè)備不］*(接與計算機(jī)相連接，坯工作不直後受計算機(jī)的拎制.而肚通過中間記錄介質(zhì).靠人進(jìn) 行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式.則叫做“脫機(jī)“方式或?離線“方式。 S?微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 山四部分組成. 外\ 乂主機(jī)/ * ■入鑰岀通迥 j 生產(chǎn)kllVIW 圖11微機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖 (1) 主機(jī)：這是

3、微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，通過接口它町以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被控對象的被控參數(shù) 進(jìn)行實(shí)時檢測及處理?主機(jī)的主要功能是控制整個生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算(如調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)算、最優(yōu)化計算 等)和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出控制決策：對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)骨，使之處于晟優(yōu)工作狀態(tài)：對那故進(jìn)行預(yù)測和報警：編制生 產(chǎn)技術(shù)報皆，打印制表等等。 (2) 輸入輸出通道：這是微機(jī)和生產(chǎn)對象Z間進(jìn)彳亍信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道把生產(chǎn)對彖的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī) 可以接收的數(shù)寧代碼.過程輸出通逍把做機(jī)輸出的控制命令和數(shù)抓，轉(zhuǎn)換成可以對生產(chǎn)對級進(jìn)行控制的信號。過程輸入輸出 通道包拾模擬雖輸入輸出通道和

4、數(shù)字雖輸入輸出通道。 （3） 外部設(shè)備：這是實(shí)現(xiàn)微機(jī)和外界進(jìn)行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包括人機(jī)聯(lián)系設(shè)備（操作臺）、輸入輸出設(shè)備（磁盤驅(qū)動 器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等）和外存貯器（磁盤）?其中操作臺應(yīng)具涪顯示功能，即根拯操作人員的要求，能立即顯示所要 求的內(nèi)容：還應(yīng)冇按鈕.完成系統(tǒng)的啟、停等功能：操作臺還耍保證即使操作借誤也不會造成惡劣后果，即應(yīng)冇保護(hù)功能. （4） 檢測與執(zhí)行機(jī)構(gòu) a. 測雖變送單元：在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了收集和測命各種參數(shù)，采用了各種檢測元件及變送器，其主要功能足將被檢測參 數(shù)的非電戢轉(zhuǎn)換成電屋.例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號：壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?這

5、些信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn) 換成統(tǒng)一的計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號（0?5V或4?20mA）后.再送入微機(jī)。 b. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：箜控制生產(chǎn)過程，必須仃執(zhí)行機(jī)構(gòu)?它兄微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能足根據(jù)微機(jī)輸岀的控制店弓，改 變輸出的角位移或直線位移，井通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流呈或能戢，使生產(chǎn)過程符A預(yù)定的要求。例如，任溫度控制 系統(tǒng)中.微機(jī)根據(jù)溫度的誤星計算出郴應(yīng)的控制磧，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）來控制進(jìn)入加熱爐的煤氣（或油）試以實(shí)現(xiàn)預(yù)期 的溫度值.常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)冇電動、液動和氣動等控制形式，也冇的采用馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制. 4. 微型計算機(jī)控制系統(tǒng)軟件有什么作用？說出各部分軟件的作用.

6、 軟件足指能夠完成乞種功能的計?算機(jī)程序的總和。整個計算機(jī)系統(tǒng)的動作，都足在軟件的指揮下協(xié)調(diào)進(jìn)行的，因此說軟件址 微機(jī)系統(tǒng)的中樞神經(jīng).就功能來分，軟件可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫. （1） 系統(tǒng)軟件：它足山計算機(jī)設(shè)計者提供的專門用來使用和管理計算機(jī)的程序。對用戶來說.系統(tǒng)軟件只足作為開發(fā)應(yīng)用軟 件的工具，卅不需要自己設(shè)計的。 系統(tǒng)軟件包括： a?操作系統(tǒng)：即為管理程序、磁盤操作系統(tǒng)程序、監(jiān)控程序等： b. 診斷系統(tǒng)：指的圧調(diào)節(jié)程序及故障診斷程序： c. 開發(fā)系統(tǒng)：包括各種程序設(shè)計語汗、語討處理程序（編譯程序）、服務(wù)程序（裝配程序和編輯程序）、模擬主系統(tǒng)（系統(tǒng)模擬、 仿貞、移植軟

7、件）、數(shù)據(jù)骨理系統(tǒng)等： d. 信息處理：指文字翻譯、企業(yè)管理等. （2） 應(yīng)用軟件:它出面向用戶本身的程序，即指由用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問題而編寫的各種程序。 應(yīng)用軟件包拆： a. 過程監(jiān)視程序：指巡回檢測程序、數(shù)據(jù)處理程序、卜.下限檢資及報警程序、操作面板服務(wù)程序、數(shù)字濾波及標(biāo)度變換程序. 判斷程序、過程分析程序等： b. 過程控制計見程序：指的是控制算法程序、％故處理程序和信息轡理程序，英中信息竹理程序包括信息生成調(diào)度、文件怯 理及輸出、打印、顯示程序等： c. 公共服務(wù)程序：包括基本運(yùn)算程序、函數(shù)運(yùn)算程序、數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序、格式編碼程序。 （3） 數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)陣及數(shù)據(jù)肅管理系統(tǒng)主

8、要用于資料管理、存檔和檢索，郴應(yīng)軟件設(shè)計指如何建立數(shù)搖庫以及如何査詢、顯 示、調(diào)用和修改數(shù)據(jù)等。 5. 微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？ 微機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動控制系統(tǒng)相比,具有如下特點(diǎn)： a. 控制規(guī)律靈活多樣，改動方便 b. 控制梢度高，抑制擾動能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)城優(yōu)控制 c. 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)則統(tǒng)計和工況顯示.控制效率高 d. 擰制與聳理一體化，進(jìn)一步提高H動化程度 6. 操作捋導(dǎo)、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？ (1) 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作制系統(tǒng)中，計算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象.屬丁開環(huán)控制纟訂d計乳機(jī)根抑妝 學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過

9、程參數(shù)進(jìn)行處理，計算出冷控制啟應(yīng)冇的較介適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計 算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用.其原理框圖如圖1.2所示。 3 圖1.2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)廉理框圖 (2) 直接數(shù) 汕 制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng)” DDC(DirectDigitalContro 1)系統(tǒng)就是通過檢測元件對?個或多個被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測， 經(jīng)輸入通逍送給微機(jī)，微機(jī)將檢測結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較.再進(jìn)行控制運(yùn)算，然后通過輸出通道控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)的被 控參數(shù)達(dá)到預(yù)宦的要求。DDC系統(tǒng)足閉環(huán)系統(tǒng)，足微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中啟普遍的-■種應(yīng)用形式。其原理框圖如圖1.3所 示. ■ 帳I8Q或開)入給遜 ■

10、 # # 圖1 3DDC系統(tǒng)原理框圖 (3) 計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(Supenisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近工產(chǎn)變化的實(shí)際惜況，因?yàn)?在DDC系統(tǒng)中計算機(jī)只足代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不能運(yùn)行在最建狀態(tài).而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，并 TL還可以進(jìn)行顧序控制、最優(yōu)控制以及門適應(yīng)控制等-SCC系統(tǒng)的原理框圖如圖1.4所示。 或開 開關(guān)tn金入通is 或DDC絨從機(jī) 攏仃機(jī)構(gòu) 圖1.4 SCC系統(tǒng)原理框圖 SCC足操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。 7. 計算機(jī)控制

11、系統(tǒng)的發(fā)展趙勢是什么？ 大規(guī)模及超大規(guī)欖集成電路的發(fā)展，捉高了計算機(jī)的可靠性和性能價格比，從而使計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。為 更好地適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模.以滿足對計算機(jī)擰制系統(tǒng)提出的越來越高的要求，冃前計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨 勢有以下幾個方而。 a. 普及應(yīng)用可編程序控制器 b. 采用集散控制系統(tǒng) c. 研宛和發(fā)展智能控制系統(tǒng) 本章作業(yè) 簡述幾類常見的計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域。 第二章輸入輸出過程通道 習(xí)題參考答案 1?什么是過程通道？過程通道有哪些分類？ 過程通道是在計算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。 按信息傳遞的方向來分，過

12、程通逍叮分為輸入過程通道和輸出過程通逍：按所傳遞和交換的信息來分，過程通道又可分為數(shù) 字最過程通道和模擬駅過程通道. 2?數(shù)字量過程通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？ 數(shù)字雖過程通逍包括數(shù)字就輸入通道和數(shù)字戢輸出通道。 數(shù)字邑輸入通逍主要III輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路、井行接口電路和定時計數(shù)電路等組成。數(shù)字雖輸出 通道主耍山輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中：輸入調(diào)理電路將來11控制裝垃或生產(chǎn)過程的各 種開關(guān)鼠.進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將梵通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高、低電平，同時還要考慮對信號進(jìn)行濾波、保護(hù)、消除觸點(diǎn)抖動， 以及進(jìn)行信號隔離等問題? 3.

13、簡述兩種硬件消抖電路的工作原理. 采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用積分電路將抖動的高頻部分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形. 采用RS觸發(fā)器的硬件消抖電路，主要足利用RS觸發(fā)器的保持功能實(shí)現(xiàn)消抖。 4 ?簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用. 光電耦合器山封裝在一個竹殼內(nèi)的發(fā)光二極仔和光敏三極仔組成，如圖2.1所示。輸入電流流過二極悖時使其發(fā)光，照射到 光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號的光電耦合傳送，它在過程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離. 圖2.1光電耦合器電絡(luò)圖 3模擬量輸入通道由哪蘭部分組成？各部分的作用是什么？ 模擬雖:輸入通逍-?般山I/V變換

14、、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、AD轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯電路組成。 (1) LV變換：提高了信號遠(yuǎn)距離傳遞過程中的抗干擾能力，減少了信號的衰減，為與標(biāo)準(zhǔn)化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配提供了方便. (2) 多路轉(zhuǎn)換器：用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。 (3) 采樣保持器：AD轉(zhuǎn)換器完成一次AQ轉(zhuǎn)換總需要-定的時間。在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，冷望輸入信匕不再變化，以免 造成轉(zhuǎn)換誤差.這樣，就需要在AQ轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器. (4JA/D轉(zhuǎn)換器：模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬呈轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱尢上I J數(shù)轉(zhuǎn)換器 (Analog Digital Com erter.簡稱 A D 轉(zhuǎn)換器

15、或 ADC) 6. 對理想多路開關(guān)的要求越什么？ 理想的多路開關(guān)其開路電阻為無窮大，其接通時的導(dǎo)通電阻為零。此外，還希果切換速度快、噪音小、壽命長、工作可靠. 7. 采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響. 采樣保持器的作用：AD轉(zhuǎn)換器完成一次AD轉(zhuǎn)換總需要一定的時間.在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化， 以免造成轉(zhuǎn)換謀墊.這樣，就需要在AQ轉(zhuǎn)換器之曲加入采樣保持器. 保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的楮度有很大彤響.保持電容侑小，則采樣狀態(tài)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快， 輸出對輸入倡號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(shù)也小，即保持電容放電

16、快，故保持性能基：反Z，保持電容值 大，保持性能好，但跟隨特性差. 5 8?在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中.是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器？為什么？ 不是.對丁輸入信號變化很慢，如溫度信號：或者A，D轉(zhuǎn)換時間較快，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號變化很小，在允許的 AQ轉(zhuǎn)換楮度內(nèi).就不必再選用采樣保持器. 9//D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號有什么作用？根據(jù)該信號在I/O控制中的連接方式，A/D轉(zhuǎn)換有幾種控制方式？它們在接口電路和 程序設(shè)計上有什么特點(diǎn)？ AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號的作用足用以判斷本次AD轉(zhuǎn)換址否完成。 常見的AD轉(zhuǎn)換冇以下幾種控制方式，各門特點(diǎn)如下 ?延時第待i/EOC可不和I/O 口

17、連接.程序設(shè)計時.延時大于ADC轉(zhuǎn)換時間后.取數(shù)據(jù)? ?保持】;待沢EOC與READY相連.EOC無效時f |動插入等待狀態(tài)。/〔至EOC有效時，取數(shù)據(jù)。 ?查詢法:EOC可以和任意I/O 口連接，程序設(shè)計時，反復(fù)判斷EOC是否有效,直至EOC有效時,収數(shù)據(jù)。 ?中斷響應(yīng)法:EOC與外部中斷相連，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后，發(fā)中斷申請，在中斯服務(wù)程序中収數(shù)據(jù). 10?設(shè)被測溫度變化范圍為 log 1 + 吐0.4丿 設(shè)計出8路模擬■采集系統(tǒng)。請畫出接口電路原理圖，并編

18、寫相應(yīng)的8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序. 本例給出用8031、DAC0S09設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例。 把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字雖按序存丁片內(nèi)RAM的30H-37H機(jī)元中.采咔完一遍后停止采集?其數(shù)據(jù)采集的初J始化程序和中 斷服務(wù)程序如下： 初始化程序：MO\- R0, #30H R2> #08H SETB ITO SETB EA MO\- DPTR ? SFEF8H LOOP： MOX^X @DPTR? A SJMP HERE HERE： 中斷服務(wù)程序： MOVX A. @DPTR MOV @R0? A INC DPTR :設(shè)芷數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針 :設(shè)置8路采樣計數(shù)值

19、 :設(shè)置外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式 :CPU開放中斷SETB EXO :送入口地址并指向IN0 :啟動AD轉(zhuǎn)換，A的值無意義 :等待小斷 :允許外部中斷0中斷 INTO： INC RO DJNZ R2? INTO CLR CLR EXO RETI @DPTR. A MO\-X 讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字雖 存入片內(nèi)RAM單元 拆向下一模擬通道 指向下一個數(shù)據(jù)存儲單元 8路未轉(zhuǎn)換完，則繼續(xù) 已轉(zhuǎn)換完，則關(guān)中斷 禁止外部中斷0中斷 中斷返回 再次啟動A/D轉(zhuǎn)換 中斷返回 RETI 12?模擬量輸出通道由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 模擬雖輸出通道-般山接口

20、電路、D A轉(zhuǎn)換器、功率放大和\71變換等信1；調(diào)理電路組成。 ⑴D/A轉(zhuǎn)換益：模擬戢輸出通道的核心圧數(shù)/模轉(zhuǎn)換^(Digital Analog Comerter.簡稱DA轉(zhuǎn)換器或DAC).它足指將數(shù)字磧 轉(zhuǎn)換成模擬雖的元件或裝貿(mào)。 (2)V/I變換：一般情況下，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出足電壓信號。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中.當(dāng)計算機(jī)遠(yuǎn)離現(xiàn)場.為了便丁?倍號的遠(yuǎn) 距離傳輸.減少由于傳輸帶來的干擾和衰減，需要采用電流方式輸出模擬信號.許多標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般是 釆用0?10mA或4?20mA的電流信號驅(qū)動的。肉此，需耍將模擬電圧信號通過電壓/電流(V/I)變換技術(shù)，轉(zhuǎn)化為電流信號。 13?

21、采用DACI832和PE總線工業(yè)控制機(jī)接口.請畫出接口電路原理圖，并編寫產(chǎn)生三角波、梯形波和鋸齒波的程序. 本章作業(yè) 設(shè)計一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng).要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測，存儲10組數(shù)據(jù)，輸數(shù)據(jù)為電壓信號(45V),檢測精度vl%? CPU、AD、DA 可任選. 7 第三章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 習(xí)題參考答案 3?1?什么是數(shù)控程序控制？數(shù)字程序控制有哪幾種方式？ 所謂數(shù)控程序控制是計?算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械(如各種加工機(jī)床)按規(guī)定的工作順序、 運(yùn)動軌跡、運(yùn)動距離和運(yùn)動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。 數(shù)字程序控制方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制和輪廓的切削控

22、制。 3?2?什么是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法？直線插補(bǔ)計算過程和圓弧插補(bǔ)計算過程各有哪幾個步驟？ 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算，就是在某個坐標(biāo)方向上每走一步(即輸出一個進(jìn)給脈沖)，就作一次計算，將實(shí)際 進(jìn)給位置的坐標(biāo)與給定的軌跡進(jìn)行比較，判斷其偏差情況，根據(jù)偏差，再決定下一步的走向(沿X軸進(jìn)給, 還是沿Y軸進(jìn)給)。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)是以階梯折線來逼近給定直線或圓弧曲線，最人逼近誤差不超 過數(shù)控系統(tǒng)的一個脈沖當(dāng)量(每走一步的距離，即步長)。 直線插補(bǔ)計算過程的步驟如下： (1) 偏差判別：即判別上一次進(jìn)給后的偏差值Fm是最人于等于零，還是小于零： (2) 坐標(biāo)進(jìn)給：即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進(jìn)給方向，并在

23、該方向上進(jìn)給一步： (3) 偏差計算：即計算進(jìn)給后的新偏差值Fm+1,作為下一步偏差判別的依據(jù)： (4) 終點(diǎn)判別：即若己到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)，則毛復(fù)上述步驟。 圓弧插補(bǔ)計算過程的步驟如下： (1) 偏差判別 (2) 坐標(biāo)進(jìn)給 ⑶偏差計算 (4) 坐標(biāo)計算 (5) 終點(diǎn)判別 5.若加工第一象限直線OA,起點(diǎn)O (0, 0),終點(diǎn)A (11, 7)。要求： (1》按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計算： (2卅出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。 解：由題意可知Xe=ll,y.=7, Fo=O,我們設(shè)置一個總的計數(shù)器Nxy,其初值應(yīng)為Nxy=|7-0|+|ll-0|=

24、18,則插補(bǔ) 計算過程如農(nóng)3-1所示。根據(jù)插補(bǔ)計算過程表所作出的直線插補(bǔ)走步軌跡圖如下圖所示。 表3—1 步數(shù) 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計算 終點(diǎn)判別 起點(diǎn) Fo=O Ny=18 1 Fo=0 +x Fi=Fo-y=-7 Ny=17 2 Fi<0 +Y F2=Fi+Xt=4 Nxy=16 3 F：>0 +x F3=F2-yt=-3 Nxy=15 4 F3VO +Y F4=F3+Xe=8 Nxy=14 5 F4>0 +x F5=F4-ye=l Nxy=13 6 FsX) +x F6=F5-ye—6 Nxy=12

25、 7 F<0 +Y F7=F6+Xe=5 Nxy=U 8 F7>0 +x F8=F7-y=-2 Ny=10  9 Fs<0 +Y F9=Fs+Xe=9 Nxy=9 10 F9>0 +x Fio=F9-ye=2 Nxy=8 11 FioX) +x Fn=Fio-ye=-5 Nxy=7 12 Fn<0 +Y Fi2=Fii+x<=6 Nxy=6 13 F12>0 +X F13=F12-ye=-l Nxy=5 14 Fb<0 +Y F14=F13+Xe=10 Nxy=4 15 F14>0 +X Fi5=Fi4

26、-y=3 Nxy=3 16 F15>0 +x Fi6=Fi5-yt=-4 Nxy=2 17 F16<0 +Y F17=F16+X^=7 N4 18 F17>O +x F18=F16-ye=O N^O 3.S?設(shè)加工第一象限的圓弧AB,起點(diǎn)A (6, 0),終點(diǎn)B (0, 6)。要求： (1)按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計算； (2》作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)" 解：插補(bǔ)計算過程如表3—2所示。終點(diǎn)判別仍采用第二種方法，設(shè)一個總的計數(shù)器Nq每走一步便減1 操作，當(dāng)Nxy=O時，加工到終點(diǎn)，插補(bǔ)運(yùn)算結(jié)束。下圖為插補(bǔ)過程中的走步軌跡。 y 表

27、3—2 步數(shù) 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計算 坐標(biāo)計算 終點(diǎn)判別 起點(diǎn) Fo=0 xo=6,yo=O 時12 1 F0=O ■X Fi=0-12+l—11 xi=5,yi=0 Nxy=ll 2 Fi<0 +Y F?二 11+0+1 二 10 X2=5,y2=l Nxy=10 3 F2<0 +Y F 尸-10+2+1 二 7 x 尸 5 $3=2 Nxy=9 4 F?<0 +Y FT+4+l=-2 X4=5,y4=3 Nxy=8 5 F4<0 +Y F5=2+6+l=5 X5=5j5=4 Nxy=7 6

28、 F5>0 -X F6=5-10+l 二 4 X6=4,y6=4 Nxy=6 7 f60 -X F8=5-8+l—2 xs=3,ys=5 Nxy=4 9 F8<0 +Y F9=-2+10+l=9 X9=3y9=6 Nxy=3 10 F5>0 -X Fio=9-6+1=4 xio=2>yio=6 Nxy=2 11 Fio>O ■X Fn=4-4+l=l xii=l,yn=6 Nxy=l 12 Fn>0 -X Fi2=l-2+l=0 xi2=O

29、，yi2=6 Nxy=o 3?6三相步進(jìn)電機(jī)有哪幾種工作方式？分別畫出每種工作方式的各相通電順序和電壓波形圖. 解：有三種工作方式： （1）三相單三拍工作方式 各相的通電順序?yàn)锳tBtC,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。 步進(jìn)時鐘 _n_「L_n_n_n_rL Afll」 BHI CAI I— 圖3」單三拍工作的電壓波形圖 （2） 三相雙三拍工作方式 雙三拍工作方式各相的通電順序?yàn)锳BtECtCA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。 噸恂 ruuLrLfuuuui_n_njLri_n_n_ "U ~~U ~~U ~~U L_ ―U―LJ―U―U cw

30、 ―u■―U u―U- 圖3.2雙三拍工作的電斥波形圖 （3） 三相六拍工作方式 在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來，就產(chǎn)生了六拍工作方式，其通電順 序?yàn)锳tABtBtBCtCtCA。各相通電的電壓波形如圖3.3所示。 —ruuuuwLruuuuuuuL "I I I I L XX v/- J I I I I 圖3.3三相六拍工作的電樂波形圖 3.7.采用8255A作為*軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)的控制接口，要求 （1） 畫出接口電路原理圖； （2） 分別列出工軸和y軸步進(jìn)電機(jī)在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍工作方式下的輸出字表。 電路原理圖如圖所示

31、 三相單三拍控制方式輸出字表 ”軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 丿軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 11 ADX1 00000001=01H ADY1 00000001=01H ADX2 OOOOOO1O=O2H ADY2 0000001=02H ADX3 00000100=04H ADY3 00000100=04H 三相雙三拍控制方式輸出字表 乂軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 丿軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 存儲地址標(biāo)號 低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號 高八位輸出字 ADX1 00000011=O3H ADY1 0000001l=03H ADX2 00000110=06H

32、ADY2 00000110=06H ADX3 00000101=05H ADY3 00000101=05H 存儲地址標(biāo)號 低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號 高八位輸出字 三相六拍控制方式輸出字表 ”軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 7軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表 存儲地址標(biāo)號 低八位輸出字 存儲地址標(biāo)號 高八位輸出字 ADXl 00000001=01H ADYl 00000001=01H ADX2 00000011=O3H ADY2 00000011=03H ADX3 00000010=02H ADY3 0000001&=02H ADX4 00000110=06H

33、 ADY4 00000110=06H ADX5 00000100=04H ADY5 00000100=04H ADX6 00000101=05H ADY6 00000101=05H 13 第四章微型計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法 習(xí)題參考答案 4??1?數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計步驟是什么？ 模擬化設(shè)計步驟： (1) 設(shè)計假想的模擬控制器D(S) (2) 正確地選擇采樣周期T (3) 將D(S)離散化為D(Z) (4) 求出與D(S)對應(yīng)的差分方程 (5) 根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序。 2. 某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計為 冬2 = 口 ($) 1 + 石

34、試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z)。 7-1 解：雙線形變換法：把$=—?一代入，則 T N+1 2 z-\ 處5—= 士孚卉冗化篤 專?帀 V+2 石)z+7-2 石 -T Z+1 前向差分法：把Z=y代入，則 旳蟲叭廠黑K + 7仝孚+八石 T 后向差分法：把代入’則 處叫.霽］+心57 ?Tz 43什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量型控制算法？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過程變最，必須將模擬PID算式離散化，變?yōu)閿?shù)字PID算式，為此，在采樣周 期T遠(yuǎn)小于?信號變化周期時，作如卜?近似(T足夠小時，如卜?逼近相當(dāng)準(zhǔn)確

35、，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近): ［胡＜/) 尸0 de - 1) — dt T 15 于是有: # u(k)是全最值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如控制閥門的開度)一一對應(yīng)，所以稱之為位置 型PID算法。 在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸岀的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān)，還 與過去歷次采樣偏差育關(guān)，使得u(k)產(chǎn)生人幅度變化，這樣會引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實(shí)際中 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不足控制量的絕對值，而足其增量時，可以采用增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行 器為步進(jìn)電機(jī)、電動調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等具有保持歷史位冒的功能的

36、這類裝置時，一般均釆用增量型PID 控制算法。 △“(幻=心{[久幻-^-1)] + - + 與位置算法相比，增屋型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 位宜型算式每次輸出與整個過去狀態(tài)冇關(guān)，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計 算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時，計算誤差 對控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。 (2) 為實(shí)現(xiàn)手動一自動無擾切換，在切換瞬時，計算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門開度14若采用堀最型 算法，其輸出對應(yīng)于閥門位置的變化部分，即算式中不出現(xiàn)恥項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動到自動的無擾動切 換。 (3) 采用

37、增量型算法時所用的執(zhí)行器本身都其右?寄存作用，所以即使計算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原 位，不會對生產(chǎn)造成惡劣彫響。 4.4 .已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 以$)= 1 + 0.17$ s 7 1 + 0.085$ 試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和増量型控制算式，設(shè)采樣周期TM).2s. 則乙($)+ 0.0855Z/($)=刀$)+ 0.173ZV) /. //(/)+ 0.085= /)+ 017 心)+ 0.085 心)-少T)= &幻 + 0,)_尹_1) 把T=0.2S代入得 1.425//U)— 0.425,/(/-1) = 4.5&力一 3.5^-1) 位

38、置型/〃)= 3.1579&斤)一 2.4561彳一1)+0.2982//(斤-1) 増最型△"(斤)=加斤)一皿斤一 1)= 3.1579^)-2.4561^-1)一 0.7018//(^-1) (補(bǔ)充題〉己知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 0.085J 試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型PID算法和増量型PID控制算式，設(shè)采樣周期T=0.2so 解：因?yàn)槿?1 + 017$ = 2（! +」_）=心 1 + J- + 3 0.085J 0.17J 卩 邛 八 所以Kp=L 7； = 0.17,刀=0。 故位置型PID控制器 〃伙）=心心）+ 々） +石必）一警T） =2 附）+ 0

39、.2 047 A=0 =2 心）+ 0,4 0J7 7=0 故增量型PID控制器 〃（幻=〃伙一 1） + △〃（） =〃伙一 1） + - &一 1）］+ KSZ 心［&幻-2久彳一 1）+ 久/一 2）］ =〃伙一 1） + 2仏（斤）-氏k-1）］+ 氏心 XZ ?丄， * 〃伙一 1） +4.35貞幻一 2久斤一 1） 4.5.什么叫積分飽和？它是怎么引起的？如何消除？ 解：（1）如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)己經(jīng)到極限位置，仍然不能消除靜差時，由于枳分作用，盡管PID差分方 程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增人或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)己無相應(yīng)的動作，這就叫枳分飽和。 （2） 1,肖偏

40、差產(chǎn)生躍變時，位置型PID算式的輸出將急劇增大或減小，有可能超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 上（下〉限，而此時執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能工作在上限。 2、 系統(tǒng)輸出需要很長時間才達(dá)到給定值，在這段時間內(nèi)算式的積分項(xiàng)將產(chǎn)生一個很大的積累值。 3、 當(dāng)系統(tǒng)輸出超過給定值后，偏差反向，但由于人的積分枳累值，控制量需要相當(dāng)一段時間脫離 飽和區(qū)。囚此引起系統(tǒng)產(chǎn)生人幅度超調(diào)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。 （3） 常用的改進(jìn)方法：枳分分離法和抗枳分飽和 46采樣周期的選擇需要考慮那些因素？ （1） 從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提高控制精度。通常保證在95%的系統(tǒng) 的過渡過程時間內(nèi)，采樣6次?15次即可。 （2）

41、從快速性和抗擾性方面考慮，希望釆樣周期盡最短，這樣給定值的改變町以迅速地通過釆樣得到反映， 而不致產(chǎn)生過大的延時。 （3） 從計算機(jī)的工作量和回路成本考慮，采樣周期T應(yīng)長些，尤其是多回路控制時，應(yīng)使每個回路都有足夠 的計算時間：當(dāng)被控對象的純滯后時間I較大時，常選T= （1/4?1/8） T。 （4） 從計算楕度方面考龍，釆樣周期T不應(yīng)過短，當(dāng)主機(jī)字長鐵小時，若T過短，將使前后兩次采樣值差別 小，調(diào)節(jié)作用因此會減弱。另外，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低，會出現(xiàn)這種情況，即新的控制量己輸出，而前一次控制卻還沒完成，這樣采樣周期再短也將亳無意義，因此T必須大于?執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)時間。 4.7.簡述擴(kuò)充

42、臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。 擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟： (1) 選擇一個足夠短的采樣周期T,例如被控過程有純滯后時，采樣周期T取滯后時間的1/10以下，此時 調(diào)節(jié)器只作純比例控制，給定值1?作階躍輸入。 ⑵逐漸加人比例系數(shù)Kp,使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。由臨界振蕩過程求得相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts,并記 卜此時的比例系數(shù)Kp,將其記作臨界振蕩增益Ksc此時的比例度為臨界比例度，記作6=丄。 (3) 選擇控制度，所謂控制度是數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器所對應(yīng)的過渡過程的誤差平方的積分之比。 (4) 根據(jù)控制度，査表求出T、Kp、Ti和Td值。 (5) 按照求

43、得的整定參數(shù)，投入系統(tǒng)運(yùn)行，觀察控制效果，再適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直到獲得滿意的控制效果為止。 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟： (1) 斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處F于?動操作狀態(tài)。將被調(diào)量調(diào)節(jié)到給定值附近并穩(wěn)定后，然后突然改變給定 值，即給對象輸入一個階躍信號。 (2) 用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖所示。 (3) 在曲線最人斜率處作切線，求得滯后時間T、彼控對象的時間常數(shù)Tc,以及它們的比值Tc/t。 (4) 由t、Tc、Tc/t值，查表，求出數(shù)字控制器的T、Kp、Ti和Td。 4..8.數(shù)字控制器的離散化設(shè)計步驟是什么？ 計算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖4—1所示

44、。 圖4-1計算機(jī)控制系統(tǒng)框圖 由廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)町得閉壞脈沖傳遞*1數(shù)，可求得控制器的脈沖傳遞兩數(shù)D(z)。 數(shù)字控制器的直接設(shè)計步驟如下： (1) 根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)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)①(z) (2) 求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。 (3) 求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。 (4) 根據(jù)D⑵求取控制算法的遞推計算公式。 4$己知被控對象的傳遞函數(shù)為 q（$）= 10 S（0.15?+ 1） 采樣周期THU,,采用寒階保持器。要求 （1）針對單位速度輸入信號設(shè)計最少拍無紋波系統(tǒng)的以習(xí)，并計算輸出響應(yīng)」（/）、控

45、制信號〃伙） 和誤差久幻序列，畫出它們對時間變化的波形? （2）針對單位階躍輸入信號設(shè)計最少拍有紋波系統(tǒng)的Q（z）,并計算輸出響應(yīng)」（幻、控制信號〃伙） g = Z（ 10 $（0?1$+1） 和誤差久Q序列，畫出它們對時間變化的波形。 解：廣義脈沖傳遞函數(shù)為 ?。?+10） lOTz1 1 , 1 ） （1 — M 1-z1 （l-e^z^Y 0.368z_1（l + 0.717z_1） （1一 2s ）（1— 0.3682s） 最少拍無紋波設(shè)計步驟： 1）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù) N （分母多項(xiàng)式的幕次） M （分子多項(xiàng)式的幕次） d=N-M延

46、時 w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)） V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個數(shù) J在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù) q舗入類型） 己知 N=2, M=2 所以d=0 、v=l（即分子多項(xiàng)式中的（1 + 0.717Z-1）） v=l, j=l： q=2（單位速度輸入） 2）確定Fl（z）和F2⑵的農(nóng)次m和!> 〃/= ir+ d 〃=v- y + max（7；q） 坷⑵=1 + /\刃+人2尹+ ??? + />“ 點(diǎn)⑵=+力2尹+…+人”Z" 0/Z）= l-O（Z） 4）確定①⑵ ①⑵=尹［口（1 一冶）點(diǎn)⑵ m- ir+ 〃 = 1 〃=—7+ ma

47、x（7，q） = 2 所以： 坷⑵=1+店 也⑵=n（i-^）（1-刊5）坷⑵ /=1 ■ ■ =（1-』）2（1 +厶十） = l + （/1-l）z-1-Z1z-2+Z1z-3 ■ ■ ①（Z）二廠"fia-Az1）點(diǎn)⑵ .7=1 - = （1 + 0.717屮心十+厶八） =f2Xz-x +（力2 +0.717閃 宀 0.717/才  5）根據(jù)關(guān)系①〉N）= l-①（z）使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等，解出和刀中的系數(shù)。 Zi _2 = -fix 1一2兀=-(厶+0.717無］) 力廠一 0.717^2 3 1.8 4 o 所以： O/z) =

48、 (1-z1)2(1-0.59z1) 6）求控制SD（z） ①⑵= (1+0.717z_ )(1.4 lz"1 - 0.83z_ ) (l_zT)(l —0.368才1) 0?368才1(1 + 0.717才】) v (1 + 0.717^)(1.4lz"1 -0.83z2) (1-z_1)2(1-0.59z_1) (1 — 0?368zT)(1?41 —0?83才1) 0.368(1-^ )(1-0.59Z"1) 23 # 最少拍無紋波設(shè)計步驟： 1）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù) N （分母多項(xiàng)式的扇次） M （分子多項(xiàng)式的農(nóng)次） d=N-M延

49、時 w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)） V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個數(shù) j在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù) q⑻入類型） 2)確定Fl(z)和F2⑵的皋次m和n zzz = w+ d //= v-y + max(y,q) 召⑵=i+/\刃+人2尹+…+ 已知 N=2, M=2 所以d=0 \v=l（即分子多項(xiàng)式中的（1 + 0.717Z-1）） v=l, j=l： q=l（單位階躍輸入） fn = >r+ d - 1 〃=r-y+ max(y,q) = 1 所以： 幷⑵=1+力才 # F"⑵=+ 乙2尹 + …+ V” 3)確定e(z) 也⑵=

50、 1-0（2） 八）曲心G百⑵ ①?⑵=仃(1"E) (1-十嚴(yán)"人⑵ /=1 ■ ■ =(1-』)2(1 +人十) = l + (A1-l)z-1-Zlz-2 # 4)確定e(z) O(z) = z —如T)爲(wèi)(z) 一沖均⑵ = (l + 0.717z-1)/1z-1 5)根據(jù)關(guān)系O#(z) = l-O(z)使等式兩邊同幕次的 = /<1 + 0.717/1z- 確定Fl(z)和F2⑵的幕次m和n 〃/= 〃+ d 〃=v- y+max(y,q) 珂⑵=1 +力才+仏尹+ ... +心廠 耳⑵=+厶Z- +…+人” z

51、?” 確定Oe(z) e,z)= I-0(z)= [U(1 一忖(l-z-1)力2Q坷(z) 系數(shù)相等，解出川和刀中的系數(shù)。 = 解得:= 0,42 4 0.717厶 4 0.58 所以：

52、-1 + 0.42Z-1 最少拍有紋波設(shè)計步驟： 1)根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù) N (分母多項(xiàng)式的幕次) M (分子多項(xiàng)式的幕次) d=N-M延時 u在z平面的單位圓上或圓外零點(diǎn)的個數(shù) V在Z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個數(shù) j在Z平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù) q⑻入類型) 已知 N=2, M=2 所以d=0 u=0(即分子多項(xiàng)式中的(1 + 0.717Z-1)) v=l, j=l： q=l(單位速度輸入) 〃/= 〃+ d = 0 〃=v-y+max(7，q) = 1 所以： 人⑵=1

53、 均⑵"h ■ ①心n(i-^ /=1 ■ ■ =(1 一以) 4）確定①⑵ e（z）= z*H（i-皆】）均⑵ ①(z) = z* fla-Az1) Fg _ /1 ■ = 5）根據(jù)關(guān)系臥⑵=1-①⑵使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等，解出刀和刀中的系數(shù)。 6）求控制器D（z） A^) = 1 ①⑵ 6(z)l-0)(z) 解得：Zi = i 所以： ①0 = (1-八) ①⑵=Z-1 (1 七2(1-0.368二)X 0.368^(1 +0.717Z"1) _ (1 - 0.368

54、刃) -0368(1 +0.717Z1) 4.10被控對象的傳遞函數(shù)為 a（f） = -y s 采樣周期T=ls,采用零階保持器，針對單位速度輸入函數(shù)，按以下要求設(shè)計: Q）最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計①（N）和以； （2）求出數(shù)字控制器輸出序列“（Q的遞推形式. 解：廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) 將T=1S代入，有 最少拍無紋波設(shè)計步驟： 已知 N=2, M=2 所以d=0 W=1 v=2, j=2： q=2(單位階躍輸入) 1）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù) N

55、 （分母多項(xiàng)式的幕次） M （分子多項(xiàng)式的扇次〉 d=N-M延時 w在所有零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)） ▼在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個數(shù) J在1平面的單位圓上極點(diǎn)的個數(shù) q（輸入類型） 2)確定Fl(z)和F2⑴的幕次m和D 〃/ = + d n= iz-y4-iuax(y,q) 召⑵= 1 + /1z-1+/2z~2 + -- + /w/ 〃7= ir+ d = 1 〃=卩一 7+max(y,q) = 2 所以： IS 均⑵=/占+厶+…+// 3)確定0>e(z) rn ①《（Z）= 1-①（Z）= I*】）（1-尹） 右⑵ △⑵"才+公?

56、2 ■ ■ 襄⑵=n(i-^z)(1-十嚴(yán)曲珂⑵ /=1 ■ ■ =(1-』)2(1 +厶十) = 1 + (/1-20 4-(1-2兀)尹 + 店 29 # 4）確定①⑵ ①⑵=尹［口（1一如為爲(wèi)⑵  一少）點(diǎn)⑵ =(1 +刃)(厶"+力2尹) # # 5）根據(jù)關(guān)系①/z） = l-O（z）使等式兩邊同幕次的 系數(shù)相等，解出/!和皿中的系數(shù)。 [Xi_2 = _Zi 5 1 - 2X1 = -(工2 +厶) Ui=-z2 [力1 = 3/4 解得：<711 =5/4 也=-

57、3/4 所以： # # 6）求控制器D（z） A^) = 1 ①⑵ 6?)1-①(z)

58、林算法設(shè)計數(shù)字控制器刀（Z）,并求取M〃）的遞推形式。 ⑴采用Smith補(bǔ)償控制 廣義對象的傳遞函數(shù)為 # # 召G($)=禺($)g($)= $+1 l-eJ s(s+l) # 2(z)=Z[($)] = 其中4=0% =礦】，力]=1一 w-】，Z = * = l,7*=l$ 則24學(xué)-單 E{z) 1-0.3679Z*1 “習(xí)一0.3697才匕*(習(xí)=0.6321(『一 z2 皿) 遞)=0.6321心一 1)- 0.632 以斤一 2)+ 0.3679訛一 1) (2)采用人林算法設(shè)計數(shù)字控制器 取T=is,r = 1 ,K=

59、l,Ti=l,L=r/Z=l,i5期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時間常數(shù)To=O.5S 則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為 尹(1」) 1—尹嚴(yán) ? =- S 爲(wèi)$+1 廣義被控對象的脈沖傳遞皈數(shù)為 6^(z)=Z \-z^e 召G(z)=Z S 1+G __1_ s 1 + $ 冋1-G) 1-Z-滬 31 # (z) 以= 巳3 ■ = 「z L 滬張-廠怙- (1-尸片打 (1-0.3679 八)0 0 1353) 如(

60、瑋-詢HG\^-^e _ (1M).3679)[]ZO. 1353/^-(1- O.1353)z-2] _ 1.3680— 0.50332s ~ l-0.1353z_1-0.8647z~2 比) 則鞏習(xí) 一 0.1353刃“力一0.8647嚴(yán)/(習(xí)=1.3680&習(xí)一 0.5033“&習(xí) 上式反變換到時域，則可得到 //(&)= 1?3680如0- 0.5033心一 1)+ 0.1353訛一 1)+ 0.8647訛一 2) 12?何為振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？ 所謂振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出u(k)以接近二分之一的采樣頻率人幅度上下擺動。它對系統(tǒng)的輸出幾 乎是沒有影響的，

61、但會使執(zhí)行機(jī)構(gòu)因磨損而造成損壞。 消除振鈴現(xiàn)象的方法： (1)參數(shù)選擇法 對于一階滯后對象，如果合理選擇期型閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時間常數(shù)TO利采樣周期T,使RAS0,就 沒刈振鈴現(xiàn)象。即使不能使RAS0,也可以把RA減到敲小，瑕人程度地抑制振鈴。 （2）消除振鈴因子法 找出數(shù)字控制器D（z）中引起振鈴現(xiàn)彖的因子（GP z=-l附近的極點(diǎn)），然后人為地令其中的z=l,就消除 了這個極點(diǎn)。根據(jù)終值定理，這樣做不影響輸出的穩(wěn)態(tài)值，但卻改變了數(shù)字控制器的動態(tài)特性，從而將影 響閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。 13. 前饋控制完全補(bǔ)償?shù)臈l件是什么？前饋和反饋相結(jié)合有什么好處？ 前饋控制完全補(bǔ)償?shù)臈l件是G

62、n（s）+ Do（s）G（S）=0。 如果能將擾動I月素測呈出來，預(yù)先將其變化量送到系統(tǒng)中進(jìn)疔調(diào)整，這樣在被調(diào)呈改變之前就能克服這些 擾動的影響。這種擾動的預(yù)先調(diào)整作用就稱為前饋。若參數(shù)選擇得合適，前饋控制可取得良好的控制效果. 但實(shí)際上，前饋控制環(huán)節(jié)的參數(shù)不易選得那么準(zhǔn)確，而J1 一個實(shí)際系統(tǒng)的擾動也不只一個，因此反饋控制 還足不可少的。主要擾動引起的誤差，由前饋控制進(jìn)行補(bǔ)償；次要擾動引起的誤差，由反饋控制了以抑制. 這樣在不提高開環(huán)增益的情況下，各種擾動引起的誤差均可得到補(bǔ)償，從而冇利丁?同時兼顧提高系統(tǒng)穩(wěn)定 性和減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求。 14. 與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)： （1） 模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動力學(xué)待征的復(fù)雜系統(tǒng)。 （2） 模糊控制不用建立對象精確的數(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)作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作 為控制算法。 15. 多變量控制系統(tǒng)解耦條件是什么？ 多變吊控制系統(tǒng)解耦條件是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣①（$）為對角線矩陣. 33