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微机控制技术复习
一、基本概念：
1、什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？各部分的主要作用是什么？
在计算机控制系统中，计算机的作用主要有三个方面：
1.对于复杂控制系统的控制规律的计算工作量很大，采用模拟解算装置难以实现，因而需要采用计算机进行处理。2.用计算机的软件程序实现对控制系统的校正以保证控制系统具有所要求的动态特性。3.由于计算机具有快速完成复杂工程计算的能力，因而可以实现对系统的最优控制、自适应控制等高级控制功能及多功能计算调节。
主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台
2、计算机DDC控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
3、计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？
计算机操作指导控制系统 直接数字控制系统（DDC） 监督计算机控制系统（SCC）
计算机分级控制系统 集散控制系统（DCS） 现场总线控制系统(FCS)计算机集成制造系统(CIMS)
4、DDC与模拟控制系统相比有何优点？
DDC系统中得计算机参与闭环控制过程，它不仅能完全取代模拟控制器，实现多回路的控制，而且不需改变硬件，只通过改变程序就能有效的实现较复杂的控制，如前馈控制，非线性控制，自适应控制，最优控制等。
5、SCC与DDC相比有何区别？
在DDC中，对生产过程产生直接影响的被控参数的给定值是预先设定的，并且存入计算机的内存中，该给定值不能依据过程条件和生产工艺信息的变化及时修改。而在ＳＣＣ中计算机根据原始工艺信息和其他参数按照生产过程模型自动的改变模拟控制器或以DDC计算机的给定值，从而使生产过程处于最优状态。
6、何为I/O接口？接口一般具备哪些功能？其作用是什么？
主机和外设之间交换信息的连接部件，使主机和外设能够协调工作，有效的完成信息交换。
解决主机CPU与慢速外设通信速度和时序；解决CPU和外设之间的数据转换和匹配问题，解决CPU负载能力与外设端口选择问题
7、何为I/O通道？模拟量输入通道由哪几部分组成？A/D转换器接口电路一般应完成哪些任务？
计算机与控制对象之间信息传递和变换的连接通道
主要组成： 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
8、微机控制系统输出通道若为电压输出，有几种输出形式？一般过程控制采用那种输出形式？为什么？
单极性电压输出方式　双极性电压输出方式
9、计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点？
并行通信 把一个字符的各数位用几条线同时进行传输 串行通信 数据按位进行传送的
其中串行通信又分为 全双工方式，半双工方式 同步通信 异步通信全双工方式 数据信息能沿相反两个方向传送。 半双工方式 数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但同一时刻只能沿一个方向传送。同步通信 在一组字符前后加同步字符，标志一组数据块的开始与结束，接收装置接收到同步字符而开始接收数据，直到接收后同步字符，一帧数据接收结束。 异步通信 要传送的字符代码前加一起始位，以示该字符代码开始，在字符代码后面加一停止位，以示该字符代码结束。
10、简述采样/保持器工作原理，为什么微机控制系统的输入通道需加采样/保持器？
最简单的采样保持器是由开关和电容组成，在电路中当开关闭合时电压V经限流电阻向电容充电，使输出给随V变化即采样。当开关断开，则由于电容具有一定的容量使输出保持不变即保持状态。电容的大小决定其的精度。
保持模拟量信号不变，以便完成ＡＤ转换；同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量；减少DA转换的输出毛刺，把一个ＤＡ的输出分配到几个输出点，以保证输出电压稳定
11、什么是采样过程、量化、孔径时间？
12、CPU对AD转换的数据读取方式有几种？分别是什么？各有何优缺点？
通过询问：将EOC连到并行接口8255的PA0，CPU查询EOC由高变低否
通过延时：由于A/D转换芯片的转换时间是已知的，如A/D0809的标准转换时间是100ms，因此，当启动A/D后，延时120ms（大于标准转换时间）后，取A/D转换好的数据即可。
中断方式：将转换结束信号EOC连到PC机扩展槽的IRQ2端，以便在ADC0809转换结束后，向CPU发中断请求，CPU响应中断后，在中断服务子程序中，执行IN指令，将转换好的数据读入AL中。
13、在数字PID控制系统中，采样周期是如何确定的？采样周期与那些因素有关？
对于响应快、波动大、容易受干扰影响的过程，应该选取较短的采样周期；反之，则长一些。 过程纯滞后较明显，采样周期可与纯滞后时间大致相等
1.加到被控对象的扰动频率　２．对象的动态特性　３．数字控制器所使用的算法及执行器的类型　４．控制回路数　５．对象所要求的控制质量
14、何为测量的量程变换？何谓测量系统的标度变换？
15、何为数字滤波？与模拟滤波相比有何优点？
数字滤波，是通过一定的计算程序对数字信号进行平滑加工，提高其有用信号，消除或减少各种干和噪音，以保证计算机系统的可靠性。
１．不需增加任何硬设备，只要在程序进入数据处理和控制 算法之前，附加一段数字滤波程序即可。
２．由于数字滤波器不需增加硬设备，所以系统可靠性高， 不存在阻抗匹配问题。
３．模拟滤波器通常是每个通道都有，而数字滤波器则可以多个通道共用，从而降低成本。
４．可以对频率很低的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低。
５．使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数。
16、常用的数字滤波有几种？它们有什么优缺点？
一、程序判断滤波二、中值滤波　三、算术平均滤波　四、加权平均滤波　五、一阶滞后滤波　六、复合滤波程序
17、数字PID算法共有几种形式？它们分别适用何种情况？
位置型PID控制算式　增量型PID控制算式　实用递推算式 速度式算式　
算法的使用与执行器的形式和对象特性有关。
1、执行器不带积分部件（如：电液伺服阀），应选位置式算法。
2、执行器带积分部件（如：步进电机或由步进电机带动电位器输出），选择增量式算式。
3、执行器要求速度设定，选速度式算式
18、在控制系统中，积分饱和现象是如何产生的？微机数字PID如何消除积分饱和？
控制系统在刚启动或突然改变给定时，系统输出会出现较大的偏差。这种偏差不可能在短时间内消除，经过积分项的累加后，可能使控制量很大甚至超过执行器由机械或物理性能所决定的极限。
抑制方法：积分分离法　遇限制削弱积分法
19、什么是串模、差模干扰？如何抑制？
20、什么是振铃现象？如何消除？
大林把这种控制量以1/2（2倍采样周期）采样频率振荡现象称之为“振铃现象”它对系统的输出几乎无影响，但是会使执行器频繁地调整，加速磨损
先找出数字控制器中产生振铃现象的极点，令其中z =1，这样就消除了这个极点。根据终值定理，输出稳态不变。
21、简述计算机控制系统设计的一般步骤。
系统总体控制方案设计 微型计算机选择　控制算法设计 硬件设计 软件设计 系统联调
22、系统设计时，微型计算机系统构成方案共有那些方案？
23、系统设计时，算法设计应注意的问题是什么？
1、被控对象的特性和数学模型2、系统的控制指标3、系统的复杂程度
24、何为非线性补偿？简述补偿方法。
无论模拟还是数字显示，都要对测量信号加工， 即线性化处理，称非线性补偿或校正。误差修正。
模拟补偿：通过模拟器件完成，较难。凸轮机构及曲线板；非线性电位计（如对数或指数电位器）；二极管阵列（如用多个二极管组成开方器）；运算放大器
• 数字补偿：通过软件完成，较容易查表法 （关系曲线存储在ROM中）； 线性或分段线性化（如SLPC中十段折线函数）；非线性曲线拟合（如多项式拟合）；神经网络补偿；等
25、何为逐点比较法插补?插补原理。
26、步进电机工作原理。
27、计算机控制系统有哪些主要干扰渠道？例举硬件、软件抗干扰措施。
工业生产中的干扰一般都是以脉冲的形式进入微机，干扰窜入系统的渠道主要有三条：空间干扰（场干扰）,过程通道干扰， 供电系统干扰。为了保证供电的稳定性，防止电源系统的过压与欠压，可以利用交流稳压器，有利于提高整个系统的可靠性；采用分散独立功能块供电，即在每块系统功能模块上用三端稳压集成块组成稳压电源、每个功能块单独对电压过载进行保护。1）光电耦合隔离措施（2）双绞线传输（3）长线传输的阻抗匹配（4）长线的电流传输
１．软件冗余。 ２．设置当前输出状态寄存单元，当干扰侵入输出状态破坏时，系统能及时查询寄存单元的输出状态信息，及时纠正输出状态。 ３．设自检程序
二、分析设计计算
1、采用8位 A/D 转换器 ADC0809 通过 74LS138及门电路与Intel8088总线查询方式、中断方式接口，实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
2、采用DAC1210通过 74LS138及门电路与Intel8088总线接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。3、某报警系统如下图所示，为二个参数的报警系统图，

试编写一个能实现下列功能的报警程序。
（1） 水位上、下限声、光报警。
（2） 温度上、下限声、光报警。
（3） 当系统运行正常时，绿灯亮。（5分）
4、在某顺序控制系统中，各开关的接线如下图所示。

试编写一能实现下述逻辑的控制程序。
⑴ 当开关A和B闭合，C和D打开时，马达1启动。
⑵ 当开关B、D闭合，A、C打开时，马达2启动。
⑶ 当开关全部闭合时，两个马达均启动。
⑷ 其余情况则两个马达均停止。（设启动马达控制信号为“1”，否则为“0”）
5、某计算机控制系统需要扩展两片8255A、两片8253，指定两片8255A的地址范围是90H～93H和94H～97H，两片8253的地址范围为98H～9BH和9CH～9FH，要求采用74LS138作译码器，试设计接口地址译码电路。
6、试确定下图所示译码电路的输出地址Y。

7、一象限直线插补原理说明及程序流程图。
8、步进电机步距角计算，设计三相单三拍步进电机控制系统，包括：
硬件选择，系统原理图，控制程序流程图。
三、常用程序及算法
1、一阶滞后滤波原理及程序框图。
2、位置式PID算法原理及程序框图。
3、积分分离数字PID的控制算法原理，并绘出该算法的程序流程图。
4、试简述带死区的数字PID的控制算法原理，并绘出该算法的程序框图。
四、计算
1、用8位DAC组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V，求对应以下偏移码的输出电压：
① 10000000 ② 01000000 ③ 11111111 ④ 11111110 ⑤ 00000001
（10分）
2、某温度测量系统，假设测量为线性测量，量程范围为0~1600°C，经温度变送器输出1~5V，再经ADC0809转换（ADC0809的输入范围为0~5V）；试计算当采样数值为9BH时，所对应的温度是多少？
3、用一个三相步进电机带动一个10圈的电位器来调整控制系统的给定输入，假定其调整范围为0V~10V，现需要把输出电压由2V升到2.5V，设电机转子齿数为40个，求步进电机转动步数。
4、某压力测量系统，假设测量为线性测量，量程范围为400~1200PA，采用A/D转换器；设某采样周期计算机中经采样滤波后的数字量为ABH，求此时的压力值。
5、某控制系统所设计的控制器传递函数为：

① 试写出此调节规律的数字控制器算式；
② 写出程序实现D（Z）的表达式。
6、设被控对象的传递函数为，采用零阶保持器，采样周期T=0.5s，输入单位速度函数，试：
① 设计最少拍有波纹数字控制器D(z)。
② 校验所设计的系统是否存在纹波及波纹产生原因。
7、设被控对象的传递函数为，采用零阶保持器，采样周期T=1s，输入单位速度函数，试：
① 设计最少拍无波纹数字控制器D(z)。
② 校验所设计的系统是否满足快速无纹波的要求。
8、如下图所示系统，设被控对象的传递函数为，采用零阶保持器，采样周期T=0.5s，所希望的闭环系统的传递函数为：
{其中 }
试：（15分）
① 设计大林算法的数字控制器D(z)。
② 判断是否会发生振铃现象，若有振铃现象出现，消除之。