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1、计算机控制技术课 程 学 习 资 料山东科技大学信息与电气工程学院二九年九月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 1 计算机控制技术课程学习指导资料本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材(计算机控制系统北京大学出版社， 2007.8) ，第一位以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的特点和教学规律进行编写，适用于自动化专业和生物医学学生。第一部分课程的学习目的及总体要求一、课程的学习目的计算机
2、控制技术是为了适应计算机的工业控制领域的需要而发展起来的一门专业技术，主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生 产过程，并 设计出所需要的计算机控制系统。随着我国电力 工业的发展，计算机及自动化控制技术在电力系统中的应用 越来越广泛 ，本课程将 帮助学生理解现有的自动控制 设备的原理，提高对此类产品 的认识，更好的利用这些设备或设 计出相应的满足电力 系统要求的控制 设备。学习本课程需 首先具备 一定的计算机 软（汇编和 MATLAB 语言程序设计） 、硬件（计算机构成、原理 , 单片机原理与 应用）知识，模拟、数字电子 技术知识，以及自动控制 理论的相关知识 。学完本课程 后，应当
3、结合实际设备 进行深入的理解。二、课程的总体要求通过对 本门课程的学习，学生应了 解：计算机控制系统的发展及现状；计算机控制系统的 在过程控制 中的作用，及 在本专业应用 ；主要模板的性能与 应用范围；计算机控制系统 中的复杂控制技术。通过本门课程的学习，学生应 熟悉：数字 程序控制系统技术 ；计算机控制系统的初步分析、设 计方法；能完成简单 计算机控制系统 构成、实时软件 编制；计算机控制系统 调试维护 的基本知识。通过本门课程的学习，学生应 掌握：模拟自动控制系统 与计算机控制系统的 区别；计算机控制系统的 分类及其特点；计算机控制系统的 输入/ 输出通道的构成，及主要参 数的选择；计算机
4、控制系统 中的常规控制技术（如 PID控制器的设计） ；分散型控制系统 （DCS ）与现场总线 （Fieldbus ）技术。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 2 第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章绪论1、本章学习要求本章应 熟悉 的内容 有计算机技术 、计算机控制 理论 的发展 过程和计算机控制系统的发展 趋势 ；应掌握 的内容 有：计算机控制系统的典型形式 、工业控制机的特点和工业控制机的 总线
5、 结构；应熟悉 掌握 的内容 有： 工业控制机的 硬件 组成及软件 组成、 计算机控制系统的工 作原理 。2、本章主要为 概念的理解，因此学习重点在于对概念的理解和掌握。3、本章作业1） 、 什么 是计算机控制系统？它由哪几部 分组成？2） 、 工业控制机 由哪几部 分组成 ？各部 分的主要 作用是 什么？ 工业控制机的特点有 哪些？3） 、 什么 是总线 、内部总线 和外部总线？第二章输入输出接口与过程通道1、本章学习要求本章应 熟悉 的内容 有： 接口 、接口 技术 、过 程通道、量化等的概念 ， 数字 量输 入输出接口 技术， A/D 转换器 、D/A 转换器 的主要技术指 标， D/A
6、 转换器 的接口 技术 ；应掌握的 内容 有：数字 量输 入、 输出通道的组成，A/D 转换器 的接口 技术， 模拟 量输 出通道的设 计，串模干扰 及其抑 制方法 ，共模干扰 及其抑 制方法 ，长线传输干扰 及其抑 制方法 ，CPU抗干扰 技术， 接地 技术 ；应熟悉 掌握 的内容 有：模拟 量输 入通 道设计， 孔径误差 及其与 采样频率 的运算关系。2、本章的重点在于模拟量输入、输出通道及相关理论 的理解和如何 在应用当中实现（设计） ，系统 干扰的存在方式及抑制方法； 难点在于如何 理解实 现有关通道接口 技术的 设计。3、本章的作业有：1） 、 什么 是接口 、接口 技术和 过程通
7、道？2） 、 用 8 位 A/D 转换器 ADC0809通过 8255A与 PC总线 工业控制机 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。3） 、 什么 是采 样过程、量化、孔径 时 间？4） 、 一个 8 位 A/D 转换器 ，孔径 时间为 100us，如 果要求 转换误差 在 A/D 转换器 的转换精度 （0.4%）内，求 允许转换 的正弦波 模拟 信号 的最大频率 为多少？5） 、 什么 是串模干扰 和共模干扰？ 如何 抑制？6） 、 计算机控制系统中一般有哪几种地线？请画出回流 法接地 和一点 接地示意图 。第三章数字程序控
8、制技术1、本章学习要求本章应 熟悉 的内容 有：数字 程序控制的 概念 ，数控系统的 组成，数字 程序控制的 原理， 步进电机的控制 接口 ，闭环数字 程序控制的结 构图，开环 数字 程 序控制的结 构图 ；本章 应掌握 的内容 有：步 进电机的 原理 和工 作方 式，数字 程序控制的 方 式；本章应熟悉掌握 的内容 有： 逐点比较 法插补 原理 ，第一 象限 内的直线插补 的过程及程 序实 现。2、本章重点在于数字程序控制的 原理及数字程序控制方式，逐点比较法插补原名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理
9、- - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 3 理，第一象限内的直线插补的过程及程 序实现，数字程序控制系统的 输出部分常采用的 步进电机原理和工作方式；难点在于逐点比较法插补过程的过程及程序实现。3、本章的作业有：1） 、 什么 是数字 程序控制 ？数字 程序 控制 有哪几种 方式？2） 、什么 是逐点比较插补 法：直线插补 计算 过程和 圆弧插补 计算 过程各有 哪几个 步骤？3） 、 若加 工第一 象限直 线 OA ，起点O（0，0） ，终点 A（ 11，7） 。要求 ： 按逐 点比较 法插补 进行 列表 计算 ；作 出走步轨迹 图，并 标明
10、进给方向和步数 。4） 、 三相步 进电机有哪几种 工作方 式？ 分别画 出每种工作方 式的各相通电 顺序和电压波形图 。第四章常规及复杂控制技术1、本章学习要求本章应 熟悉 的内容 有： 计算机控制系统的设计的 概念 ，常规控制技术 、复杂 控制技术所 包含 的内容 ，PID 控制的 含义 及各项控制的 作 用， 前馈 - 反馈 控制技术 、解 耦控制原理； 应掌握 的内容 有：数字 控制 器的连续 化设计步骤，数字 PID 控制 器的改进方法 ，数字 控制 器的离散化 设计步骤，最少 拍 控制 器的设计，振铃 现象的分析 及消除 方法； 应熟悉 掌握 的内容 有：数字 PID 位置型、增
11、量型 控制算 法的 概念 ，实现方式 的比较 和算 法流程， 数字 PID 控制 器 的参 数整定，串 级控制算 法的计算 顺序，串级控制系统 中，副回路带 来的 优点及主 、 副控制 器的选择 原则。2、本章应重点掌握数字程序控制的 PID控制算 法的原理和实现的优缺点、 实现算法流程，数字控制器的连续化设计步骤，数字 PID 控制器的改进方法，难点在于多种控制算 法的公式理解的差异、实 现上的优缺 点以及应用 上针 对性。3、本章的典型例题: 已知模拟调 节器的传递函 数为 D(s) = U(s)/E(s) = (1 + 0.21s)/(1 + 0.105s)，试写出相 应数字 控制 器的
12、位 置型和增量型 控制算 式，设采样周期 T = 0.1s。解： D(s) = (1 + 0.21s)/(1 + 0.105s) = 1/(1 + 0.105s) * (1 + 0.21s) 此模拟调 节器为一 不完全微 分的 PID 控制， 其中 Df(s) = 1/(1 + 0.105s) 因此其 PID 调节 器的位 置型算式为：u(k) = au(k-1) + (1-a)u(k), u(k) = Kpe(k) + TD(e(k) - e(k-1)/T a = Tf/(Tf + T) = 0.105/(0.105 + 0.1) = 0.5123 u(k) = 0.5123 u(k-1)
13、+ (1-0.5123)(e(k) + 0.21(e(k)-e(k-1)/0.1) = 0.5123 u(k-1) + 0.4877(3.1 e(k) - 2.1 e(k-1) 因此其 PID 调节器的增量型 算式 为：u(k) = au(k-1) + (1-a) u(k) u(k) = Kpe(k)-e(k-1) + KD(e(k) - 2e(k-1) + e(k-2) = e(k) e(k-1) + 0.21/0.1 * (e(k) - 2e(k-1) + e(k-2) = 3.1e(k) 5.2e(k-1) + 2.1e(k-2) u(k) = 0.5123u(k-1) + 0.4877
14、 * (3.1e(k) 5.2e(k-1) + 2.1e(k-2) 4、本章的作业有：1） 、数字 控制 器的连续 化设计步骤是 什么？2） 、 什么 是数字 PID 位置型控制算 法 和增量型 控制算 法？试 比较他们 的优缺 点。3） 、 已知模拟调 节器的传递函 数为 D(S) = U(s)/E(s) = (1 + 0.17s)/(1 + 0.085s) 试名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 4 写出 相 应
15、数字 控制 器的位 置型和增量型 控制算 式，设采样周期 T = 0.2s。4） 、 采样周期 的选择 需要 考虑那 些因 素？5） 、数字 控制 器的离散化设计步骤是 什么？6） 、 前馈 控制 完全补偿 的条件是什么？ 前馈 与反馈 相结合 有什么 好处 ？7） 、 多变量控制系统 解耦的条件是什么？第五章现代控制技术1、本章学习要求本章应熟悉 掌握 的内容 有： 连续 状态方 程的 离散化， 状态空 间输 出 反馈 法的设 计步骤及按极 点配置 设计状态观测 器的设计方法 。2、本章的作业有：1）设单 输入单 输出二阶 系统， 其状态空 间表达 式方程为()112212( )( )010
16、( )( )( )011( )( )1 , 0( )x tx ttxtxtx ttx t=+-=&uy假设 系统 使用零阶保 持器，采 样周期 T =1s， 试设计最少 拍无纹 波控制 器的( )D z 。2） 设系统的 状态方程为1122(1)( )111( )(1)( )011x kx kkxkxk+-=+u试确定状 态反馈 闭环控制( )( )kk= -uKx的反馈 矩阵 K ， 使状态反馈 闭环系统 在 Z 平面 上的极点为10.4z =和20.6z =。3） 已知被控 对象的传递函 数 为1( )(0.11)G sss=+若系统的采 样时间 T =0.1s，采用 零阶保 持器，按极
17、点配置 法设 计状 态反馈 控制规律 L ，使闭环系统的 极点配置 在 Z 平面1,20.80.25jz=+处，求 L 和( )ku。第六章应用程序设计与实现技术1、本章学习要求本章应 熟悉 的内容 有： 应用 软件 的概念 ，数据结 构的 种类，模块化、 结构化程 序设计的 种类和步骤，数据的 查找 技术和 排 序技术 ；本章应掌握 的内容 有：工业控制 组态软件的 内容 ，顺序数 据结 构的种类，线形 化 处理和标度 变换 方法 ，数字 控制 器实现的 偏差处理 ，无平衡无 扰动切换的概念 和处理方法； 本章应熟悉 掌握 的内容 有： 计算机控制系统中 的误差 来源。2、本章应重点掌握 A
18、/D转换器 的字长选择 及分辨率的计算，软件抗干扰 技术的方法，数字滤波技术的 功能和应用 方法，难点在于线形化处理和标度变换，以及关于 A/D字长选择 分辨率的计算，关于数据结构的程序实现，混合编程的实现。3、本章的作业有：1） 、 什么 是模块化程 序设 计和结 构化程 序设 计？程序设 计通常分为哪 5 个步骤？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 5 2） 、 某热 处理炉温 度变化范围 为 0 到 1350
19、，经温 度变 送器变换为 1 到 5V 电压送至ADC0809 ，ADC0809的输入范围 为 0 到 5V。当 t = KT时，ADC0809的转换 结 果为 6AH ，问此时 的炉内温度为多少度？3） 、 为使数字 PID 控制 器实现从手 动到自动的 无平衡无 扰动切换，应采 取哪些措施 ？4） 、某炉温 度变化范围 为 0 到 1500，要求 分辨率 为 3 ，温度变送器输 出范围 为 0 到5V。 若 A/D转换器 的输入范围 也为 0 到 5V， 则 求 A/D 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 600，此时
20、 系统 对炉温变化的 分辨率是多少？5） 、 某执 行机 构的输 入变化范围 为 4 到 20mA ， 灵敏 度为 0.05mA，应 选 D/A 转换器 的字长 N1为多少 位 ？第七章计算机控制系统的抗干扰设计1、本章学习要求 ：理解 干扰 的 基本概念 ，掌握 隔离技术 、 屏蔽 技术 、接地 技术 、电 源抗干扰 技术 ； 掌握常 用的 数字 式滤波的应用 ；理解 看门狗 电路的应用及 提高软件 可靠性的常用方法； 了解关 于系统 接地 的方法 和电源 的抗干扰 技术。2、本章重点在于概念的理解和掌握上，无典型例题。3、本章的作业有：1）干扰 的作用途径 有哪些？2）什么 是串模干扰？
21、如何 抑制串模 干扰？3）什么 是共模干扰？ 如何 抑制共模 干扰？4）简 述长线传输干扰 对系统的 影响 。5）消除 长线传输 中 的波反射的方法有 哪些？6）编制一 个能完成中 位值滤 波加上 算术 平均值滤 波 的子程序。设对 变量采样测量 7 次，7 个采 样值排 序后 取中 间的 3 个采样值平均 ，每个采样 值为 12 位二进制 数。7）防止 程序“跑飞” 的方法有 哪些 ？8）计算机控制系统的接地 技术 有哪几种？9）计算机控制系统中有 哪几种地线？画出一点 接地示意图 。10）为了 保证 计算机控制系统有一个稳定的 电源，一 般可以采 取哪些措施 ？11）画出微机 常用的 直流
22、稳压 电源的结 构示意图 ，并 说明各组 成部分的作用。第八章总线技术与嵌入式系统1、本章学习要求本章应 熟悉 的内容 有：串 行通讯的目的和 种类，开放系统 OSI 的层次 结构，IEEE802标准 的内容 ，工业网络的 性能 评价 ，五种典型 的现 场总线 的特点， 局部网络 常有的拓扑结构 及特点 ；本章应掌握 的内容 有： 异步通 讯和同步通 讯 的实现方法 和 区别 ，传输 访问控制 方式的种类和比较 ，信息交 换技术的 种类，分散型 控制系统的 体系结 构和特点， MIS系统的 概念 和组成； 本章应熟悉 掌握 的内容 有： 面向位和 面向字符的 传送应用和 区别 ，平衡 与不平衡
23、 传输 技术的 区别 和典型 应用， 差错控制技术的 具体内容 。2、本章应重点掌握同步、异步传送的格式比较，平衡与不平衡传输技术的 区别和典型应用，传输访问控制方式的种类和比较，面向位和面向字符的传送应用和区别，信息交换技术的 种类，分散型控制系统的 体系结构和特点， 难点在于所涉及的通讯/ 传输方式较多，如何进行 区分和怎样与现实应用相结合。3、本章重点在于概念的理解和掌握上，无典型例题。4、本章的作业有：1） 、异步传 送和同步传送的 信息格 式是怎 样的？面向字符 和面向位传送的信息格 式又是怎样的 ？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
24、 - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 6 2） 、 什么 是平衡 传输 方式和不平衡 传输 方式？试 比较 两种方式的性能 。3） 、 工业 局部网络 通常有哪 4 种拓扑 结构？各 有什么 特点 ？4） 、 工业 局部网络 常用的 传输 访问 控制 方式有哪 3 种？各 有什么 优缺 点？第三部分综合练习题一、填空题（ 20 分）1、计算机控制系统是由和两大部 分组成。2、计算机控制系统的典型形式 有、和五种 。3、开关量信号 的特 征是以 二 进制和出现， 模拟 量信号 以的 方式出现。4、我
25、们常说 A/D 转换器 的是 5 微 秒，是 3 位半，是 1LSB，是 0-5V。5、A/D 转换器 将模拟 信号转 化成数字 结果的过程参为 称为，若采样频率 为模拟 信号频率的 1.8 倍，则采样信号复观该模拟 信号 。6、D/A 转换器 的主要技术指 标有、。7、采用双绞 线作信号 引线是为了 抑制干扰 ，采用 终端匹 配是为了 抑制干扰 。8、 计算机控制系统中 的 地线 有、五 种 ，通 道馈线 的接地 技术有、。9、常规的 数控系统 常常 采用 开环 程序控制，这种控制的 可靠 性和精度由和来决定。10、若 一三相步 进电机转子的齿数为 6，则它的齿距角 为度，若采用 三拍 方式
26、，则它的步 距角 为度。11、在 PID 控制系统 中，若想增加 系统的 稳定性 ， 则应增大，若想消除 系统 静差，则应增 大， 若想加快系统的 响应， 则应增大。12、 测量数据的 预处 理技术主要 有、。13、软件 上消除周期 性的干扰 应当采用， 消除 高频及低 频干扰 应当采用。二、 选择题，请将你认为正确的答案全部选择出来填入空中（20 分）1、下列抗干扰 措施 中属于软件 抗干扰 技术的 有（） ，属于硬件 抗干扰 技术的 有（） 。采用 双积分 A/D 转换器采用 中位值滤 波采用光 耦滤波采用 LC滤波采用 限幅滤波重复书写指 令串行通讯 方式2、有 一 A/D 转换器 的字
27、长 是 8 位， 则 它的分辨率为（） ， 若一 A/D 转换器 的分辨率为0.0000152 ，则 它的字长应当 为（） 。 0.003921 0.004921 0.005921 14 15 16 3、量化误差 的来 源有（） ，数字 控制 器的给定值处 理有（） 。 SCC 控制偏差处理上下限报警舍入截尾 D/A转换变化率限 制4、 列计算 过程属于直线 插补 的有（） ，属于圆弧插补 的有（） 。偏差计算终点判断插补 计算绘直线画圆弧偏 差判别坐标进 给坐 标计算5、 下列各 项中，属于工业控制机的支持 软件 的有（） ，属于应用 软件 的有（） 。流量 控制程 序 MS-DOS 程序
28、C语言 程序网卡驱 动程 序 OFFICE程序学生 管理文档三、 判断题（10 分）（注：如果有错误 ，请改正！ ）1、I/V 转换 是模拟 量输 入通 道必须 采用的 环节 。 （）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - 7 2、采样奇数 次，然后按大小 排队，取中间的 值为本 次采样 的有效值称 为中 位值滤 波法。（）3、按位传送数据的 方法 称为 异步传送。 （）4、扰动频率 越高 ，采 样周期 应该 越短。
29、（）5、RS-232C 是一 种内部 的串行总线 。 （）四、 问答题 （25 分）1、 采用 74LS244 和 74LS273 与 PC 总线 工业控制机 接口 ，设计 8 路数字 量（开关量）输入接口 和 8 路数字 量（ 开关量）输出接口 ，请画 出接口 电路原理 图，并 分别编写 数字量输 入 和数字 量输 出程 序。 （ 8分）2、 异步 传送和同步传 送的信息格 式 是怎样的/面向字符和面 向位的 传送的 信息格 式又是怎样 的？（8 分）3、 说明 数字 PID 控制 器 的采 样周期 的选择 过程？（9 分）五、 计算及论 述题， 需写 出解题过程 （25 分）1、某炉温 度
30、 变化范围 为 03000，要求 分辨率为 2，温 度变送器的输出范围 为 0-5V。若 A/D 转换器 的输入范围 也是 0-5V ， 求 A/D 转换器 的字 长应为 多少 位？ 若 A/D 转换器的字长 不变 ，现 通过 变 送器零点迁移 将信号 零点迁移到800，此时 系统 对炉温 变化的分辨 率为多少？ （ 13 分）2、已知模拟调 节器的传递函 数为 D(s) = U(s)/E(s) = (1 + 0.21s)/(1 + 0.105s)，试写出 相 应数字 控制 器的位 置型和增量型 控制算 式，设 采样周期 T = 0.1s。 （12 分）综合练习题答案一、填空题（ 每空 0.5
31、 分）1、 工业控制机 、生 产过 程；2、 操 作指导控制系统、直接数字 控制系统 、监督 控制系统 、分散型 控制系统 、现场总线控制系统 ；3、 1、0、连续变 化 量；4、 转换 时间，分辨 率、线性误差 、 量程；5、 量 化过程，不能（ 不可 以） ；6、 分 辨率、建立 时 间、线性误差 ；7、 串 模，长线传输 ；8、 模拟 地、数字 地 、安全地、系统 地、交流地 ， 电路一点 地基 准 、电 缆屏蔽层 的 接地 ；9、 步 进电机， 传动 装置；10、60， 20；11、微分时 间常 数，积分时 间常 数，比例 系数；12、系统 误差 的自动 校准 ，线性化处理， 标度 变
32、换；13、平均值滤 波法，惯性 滤波法。二、 选择题（ 每题 2 分）1、 （采用 中位值滤 波 、采用 限幅滤波、重 复书写指 令） ， （采用 双积分 A/D 转换器 、采用光名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 8 耦滤波 、采用 LC滤波） 。2、 （ 0.003921）,(16)。3、 （ 舍入、 截尾 、D/A 转换 ） ， （SCC控制 、变 化率限制） 。4、 （偏 差计算 、终点判断 、偏差判别、坐
33、 标进给） ， （偏差 计算 、终点判断 、偏差判别、坐标进给 、坐标计算 ） 。5、 （C语言 程序、 OFFICE程序） ， （流量 控制程 序、 网 卡驱 动程 序、 学生 管理文档 ） 。三、 判断题（ 每题 2 分）1、 （X） 改为：I/V 转换 是模拟 量输 入通 道采用的 环节 。2、 （对） 。3、 （错 ）改为：异步 传送是面向字符 的。4、 （对） 。5、 （错 ）改为：RS-232C 是一 种外部 的串行总线 。四、 问答题1、 答 ：利用 74LS245 作为开关量的 输入，一端接外部 开关量信号输 入，一端接到 PC 的8 位 数据线，利用 74LS273 作为开
34、关量的输出，一 端接到 PC 的 8 位数 据线，一 端接开 关量信号输 出。程 序略。2、 答 ：异步通 信的通信 格式为发 送的每 一个数据字符均 带有起始位、停止 位和 可选择 的奇偶 位，数据之间 没有特殊关系，也 没有发送或接收 时钟，电平由高到 低的起 始位通知 接收器接 收信 息，并在所 期望的数 据间隔期间启 动时钟提供锁 存 脉冲 。停止位表示该 字符传送结束 并返回到标志状 态，每个字符的位 数可视使用的要求而 改变 ；同步通信 需要 与数 据一起 传送时钟信息 ， 数据流 中每一个连续不 断的数据位 均 要由一个基 本数 据时钟控制，并定时在 某个特定的 时间间 隔商；面
35、向 字符的传送在空 闲或等待状态为 高电 平，每个 字符以一 个 0 位开始，即起始位， 随后 是 8 个数据位， 随后 是 1，1个 半或 2 个停止 位；面向位的 传输 协议 是使用位 置上 的定位控制 字 符，而不是组合编码 。3、 答 ：对 于数字PID 控制 器的周期 选择 ， 首先 应当清楚 被控对象的有效 频率 的大 小，然 后根据 香农 定理 确定采样信号 的上限 角频率 （或 最低采样频率 ） ，需 考虑 恢复原 信号 的要求， 以及 保 障一定精度 的要求 ；然后考虑给 定 值的要求， 若给 定 值的变化频率越高 ，则应当将采 样频率 提高； 若被 控对象变 化缓慢 ，则采
36、样的频率 应当降低 ；若执行机 构动作惯性 大， 相应的采 样 的频率 也应当降低 ；若系统 同 时控制的 回路 数 教多，则 应当根据 回路 的多少 相应的 倍 增采样频率 ；另 外还应当考虑 控制算 法的类型 。五、 计算及论 述题， 需写 出解题过程1、 解： Xmax = 3000, Xmin = 0, = 2, 由于 A/D 转换器 的输入电 压范围与 温度变送器的输 出电压范围 都 为 0-5V，所以 A/D 转换器 的 字长应为 ：n = log2 (1 + (Xmax - Xmin)/ ) = log22901 12若 A/D 转换器 字长不变 ，改变零 点偏移 ，此时 Xma
37、x = 3000, Xmin = 800,n = 12，系统 对炉温 的分辨率 为： = （3000 800 ）/（212 1 ） 0.537 2、解： D(s) = (1 + 0.21s)/(1 + 0.105s) = 1/(1 + 0.105s) * (1 + 0.21s) 此模拟调 节器为一 不完全微 分的 PID 控制， 其中 Df(s) = 1/(1 + 0.105s) 因此其 PID 调节器的位 置型算式 为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 1
38、0 页 - - - - - - - - - 9 u(k) = au(k-1) + (1-a)u(k), u(k) = Kpe(k) + TD(e(k) - e(k-1)/T a = Tf/(Tf + T) = 0.105/(0.105 + 0.1) = 0.5123 u(k) = 0.5123 u(k-1) + (1-0.5123)(e(k) + 0.21(e(k)-e(k-1)/0.1) = 0.5123 u(k-1) + 0.4877(3.1 e(k) - 2.1 e(k-1) 因此其 PID 调节器的增量型 算式 为：u(k) = au(k-1) + (1-a) u(k) u(k) = Kpe(k)-e(k-1) + KD(e(k) - 2e(k-1) + e(k-2) = e(k) e(k-1) + 0.21/0.1 * (e(k) - 2e(k-1) + e(k-2) = 3.1e(k) 5.2e(k-1) + 2.1e(k-2) u(k) = 0.5123u(k-1) + 0.4877 * (3.1e(k) 5.2e(k-1) + 2.1e(k-2) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -