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1、第一章 计算机限制系统概述习题及参考答案1.计算机限制系统的限制过程是怎样的?计算机限制系统的限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展检测，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展分析，并按已定的限制规律，确定下一步的限制过程。(3)实时限制：根据决策，适时地对执行机构发出限制信号，完成限制任务。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、计算和输出都是在肯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展处理，并在肯定的时间内作出反响并进展限制，超出了这个时间就会失去限制时机，限制也就失去了
2、意义。(2)“在线”方式：在计算机限制系统中，假如消费过程设备干脆及计算机连接，消费过程干脆受计算机的限制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(3)“离线”方式：若消费过程设备不干脆及计算机相连接，其工作不干脆受计算机的限制，而是通过中间记录介质，靠人进展联络并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。3.微型计算机限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微机限制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机限制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种吩咐，同时对被控对象的被控参数进展实时检测及处理。主机的主要功能是限制整个消费过程，按限制规律进展各
3、种限制运算(如调整规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出限制决策；对消费过程进展监视，使之处于最优工作状态；对事故进展预料和报警；编制消费技术报告，打印制表等等。(2)输入输出通道：这是微机和消费对象之间进展信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把消费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限制吩咐和数据，转换成可以对消费对象进展限制的信号。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。(3)外部设备：这是实现微机和外界进展信息交换的设备，简称外设，包括人机联络设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)
4、。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能马上显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有爱护功能。(4)检测及执行机构a.测量变送单元：在微机限制系统中，为了搜集和测量各种参数，采纳了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(05V或420mA)后，再送入微机。b.执行机构：要限制消费过程，必需有执行机构，它是微机限制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的限制信号，变更输出的角位移
5、或直线位移，并通过调整机构变更被调介质的流量或能量，使消费过程符合预定的要求。例如，在温度限制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的限制量，输出给执行机构(调整阀)来限制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等限制形式，也有的采纳马达、步进电机及可控硅元件等进展限制。4.微型计算机限制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。软件是指可以完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进展的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。(1)系统软件：它是由计算机设计者供应的特地用来运用和
6、管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不须要自己设计的。系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调整程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、效劳程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。(2)应用软件:它是面对用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。应用软件包括：a.过程监视程序：指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板效劳程序、数字滤涉及标度变换程
7、序、推断程序、过程分析程序等；b.过程限制计算程序：指的是限制算法程序、事故处理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等；c.公共效劳程序：包括根本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序。(3)数据库：数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索，相应软件设计指如何建立数据库以及如何查询、显示、调用和修改数据等。5.微型计算机限制系统的特点是什么？微机限制系统及常规的自动限制系统相比，具有如下特点：a.限制规律敏捷多样，改动便利b.限制精度高，抑制扰动实力强，能实现最优限制c.可以实现数据统计和工况显示，限制效率高d.限制及管理一
8、体化，进一步进步自动化程度6.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区分和联络？(1)操作指导限制系统：在操作指导限制系统中，计算机的输出不干脆作用于消费对象，属于开环限制构造。计算机根据数学模型、限制算法对检测到的消费过程参数进展处理，计算出各限制量应有的较适宜或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图1.2所示。图1.2操作指导限制系统原理框图(2)干脆数字限制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进展巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果及设定值进展比拟，再
9、进展限制运算，然后通过输出通道限制执行机构，使系统的被控参数到达预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业消费过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图1.3所示。图1.3 DDC系统原理框图(3)计算机监视限制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近消费变更的实际状况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调整器进展限制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进展给定值限制，并且还可以进展依次限制、最优限制以及自适应限制等。SCC系统的原理框图如图1.4所示。图1.4 SCC系统原理框图SCC是操作指导限制系统和DD
10、C系统的综合及开展。7.计算机限制系统的开展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的开展，进步了计算机的牢靠性和性能价格比，从而使计算机限制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应消费力的开展，扩大消费规模，以满足对计算机限制系统提出的越来越高的要求，目前计算机限制系统的开展趋势有以下几个方面。a.普及应用可编程序限制器b.采纳集散限制系统c.探讨和开展智能限制系统本章作业简述几类常见的计算机限制系统的特点及其应用领域。第二章 输入输出过程通道习题及参考答案1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和消费过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。按信息传递的方一直分，过程通道可分为输入
11、过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。其中：输入调理电路将来自限制装置或消费过程的各种开关量，进展电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进展滤波、爱护、消退触点抖动，以及进展信号隔离等问题。3.简述两种硬件消抖电路的工作原理。采纳积分电路的
12、硬件消抖电路，首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出，其次利用施密特触发器整形。采纳RS触发器的硬件消抖电路，主要是利用RS触发器的保持功能实现消抖。4.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图2.1所示。输入电流流过二极管时使其发光，照耀到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。图2.1光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及限制逻辑电路组成。(1)I/V变换：进步了
13、信号远间隔 传递过程中的抗干扰实力，削减了信号的衰减，为及标准化仪表和执行机构匹配供应了便利。(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总须要肯定的时间。在进展A/D转换时间内，盼望输入信号不再变更，以免造成转换误差。这样，就须要在A/D转换器之前参加采样保持器。(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，可以完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter，简称A/D转换器或ADC)。6.对志向多路开关的要求是什么？志向的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外
14、，还盼望切换速度快、噪音小、寿命长、工作牢靠。7.采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总须要肯定的时间。在进展A/D转换时间内，盼望输入信号不再变更，以免造成转换误差。这样，就须要在A/D转换器之前参加采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。8.在数据采样系统中，是不是全部的输入通道都须要加采样保持器？为
15、什么？不是，对于输入信号变更很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变更很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。9.A/D转换器的完毕信号有什么作用？根据该信号在I/O限制中的连接方式，A/D转换有几种限制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？A/D转换器的完毕信号的作用是用以推断本次AD转换是否完成。常见的A/D转换有以下几种限制方式，各自特点如下延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。保持等待法:EOC及READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态。直至EOC有效时，取数据。查询法: EOC可
16、以和随意I/O口连接，程序设计时，反复推断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。中断响应法: EOC及外部中断相连，AD转换完毕后,发中断申请,在中断效劳程序中取数据。10.设被测温度变更范围为0oC1200oC,假如要求误差不超过0.4oC,应选用辨别为多少位的A/D转换器？选择根据：11.设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的8路模拟量数据采集程序。本例给出用8031、DAC0809设计的数据采集系统实例。把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H37H单元中。采样完一遍后停顿采集。其数据采集的初始化程序和中断效劳程序如下：初始化程序：MOV R0，#30H
17、 ；设立数据存储区指针MOV R2，#08H ；设置8路采样计数值SETB IT0 ；设置外部中断0为边沿触发方式SETB EA ；CPU开放中断SETB EX0 ；允许外部中断0中断MOV DPTR，#FEF8H ；送入口地址并指向IN0LOOP：MOVX DPTR，A ；启动A/D转换，A的值无意义HERE：SJMP HERE ；等待中断中断效劳程序： MOVX A，DPTR ；读取转换后的数字量 MOV R0，A ；存入片内RAM单元 INC DPTR ；指向下一模拟通道 INC R0 ；指向下一个数据存储单元 DJNZ R2，INT0 ；8路未转换完，则接着 CLR EA ；已转换完，
18、则关中断 CLR EX0 ；制止外部中断0中断 RETI ；中断返回 INT0： MOVX DPTR，A ；再次启动A/D转换RETI ；中断返回12.模拟量输出通道由哪几部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成。(1)D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称D/A转换器或DAC)。它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。(2)V/I变换：一般状况下，D/A转换电路的输出是电压信号。在计算机限制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远间隔 传输，削减由于传输
19、带来的干扰和衰减，须要采纳电流方式输出模拟信号。很多标准化的工业仪表或执行机构，一般是采纳010mA或420mA的电流信号驱动的。因此，须要将模拟电压信号通过电压/电流(V/I)变换技术，转化为电流信号。13.采纳DAC0832和PC总线工业限制机接口。请画出接口电路原理图，并编写产生三角波、梯形波和锯齿波的程序。设计一八路数据采集及其回放系统。要求八路数据巡回检测，存储10组数据，输数据为电压信号（0-5V），检测精度1%。CPU、AD、DA可任选。第五章 微机数控系统习题及参考答案1.什么是数控系统？数控系统包括哪些？数控系统是采纳数字电子技术和计算机技术，对消费机械进展自动限制的系统，它
20、包括依次限制和数字程序限制两部分。2.什么是依次限制系统？它由哪几部分组成？微机依次限制方式是指以预先规定好的时间或条件为根据，按预先规定好的动作次序依次地进展工作。一般地，把按时序或事序规定工作的自动限制称为依次限制。它包括系统限制器、输入电路、输入接口、输出电路、输出接口、检测机构、显示及报警电路。3.微机数控系统由哪些部分组成？各部分的作用是什么？由五部分组成。(1)输入装置：一般指微机的输入设备，如键盘。其作用是输入数控系统对消费机械进展自动限制时所必需的各种外部限制信息和加工数据信息。(2)微机：微机是MNC系统运算和限制的核心。在系统软件指挥下，微机根据输入信息，完成数控插补器和限
21、制器运算，并输出相应的限制和进给信号。若为闭环数控系统，则由位置检测装置输出的反响信息也送入微机进展处理。(3)输出装置：一般包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等。在微机限制下，输出装置一方面显示加工过程中的各有关信息，另一方面对被控消费机械输出各种有关的开关量限制信号(冷却、启、停等)，还向伺服机构发出进给脉冲信号等。(4)伺服机构：一般包括各种伺服元件和功率驱动元件。其功能是将输出装置发出的进给脉冲转换成消费机械相应部件的机械位移(线位移、角位移)运动。(5)加工机械：即数控系统的限制对象，各种机床、织机等。目前已有特地为数控装置配套设计的各种机械，如各种数控机床
22、，它们的机械构造及一般机床有较大的区分。4.什么是逐点比拟插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？逐点比拟法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实际进给位置的坐标及给定的轨迹进展比拟，推断其偏向状况，根据偏向，再确定下一步的走向（沿X轴进给，还是沿Y轴进给）。逐点比拟法插补的本质是以阶梯折线来靠近给定直线或圆弧曲线，最大靠近误差不超过数控系统的一个脉冲当量（每走一步的间隔 ，即步长）。直线插补计算过程的步骤如下： (1)偏向判别：即判别上一次进给后的偏向值Fm是最大于等于零，还是小于零；(2)坐标进给：即根据偏向推断的结果确定进给方向
23、，并在该方向上进给一步； (3)偏向计算：即计算进给后的新偏向值Fm+1，作为下一步偏向判别的根据；(4)终点判别：即若已到达终点，则停顿插补；若未到达终点，则重复上述步骤。圆弧插补计算过程的步骤如下：(1)偏向判别(2)坐标进给(3)偏向计算(4)坐标计算(5)终点判别5.若加工第二象限直线OA，起点O（0，0），终点A（-4，6）。要求：(1)按逐点比拟法插补进展列表计算；(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。解：由题意可知xe=4,ye=6，F0=0，我们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|6-0|+|-4-0|=10，则插补计算过程如表31所示。根据插补计算过程表所作出
24、的直线插补走步轨迹图如下图所示。表31步数偏向判别坐标进给偏向计算终点判别起点F0=0Nxy=101F0=0-XF1=F0-ye=-6Nxy=92F10+YF2=F1+xe=-2Nxy=83F20-XF4=F3-ye=-4Nxy=65F40+YF5=F4+xe=0Nxy=56F5=0-XF6=F5-ye=-6Nxy=47F60+YF7=F6+xe=-2Nxy=38F70-XF9=F8-ye=-4Nxy=110F90+YF10=F9+xe=0Nxy=06.设加工第一象限的圆弧AB，起点A（6，0），终点B（0，6）。要求：(1)按逐点比拟法插补进展列表计算；(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和
25、步数。解：插补计算过程如表32所示。终点判别仍采纳第二种方法，设一个总的计数器Nxy，每走一步便减1操作，当Nxy=0时，加工到终点，插补运算完毕。下图为插补过程中的走步轨迹。表32步数偏向判别坐标进给偏向计算坐标计算终点判别起点F0=0x0=6,y0=0Nxy=121F0=0-XF1=0-12+1=-11x1=5,y1=0Nxy=112F10+YF2=-11+0+1=-10x2=5,y2=1Nxy=103F20+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y3=2Nxy=94F30+YF4=-7+4+1=-2x4=5,y4=3Nxy=85F40-XF6=5-10+1=-4x6=4,y6=4Nxy=
26、67F60-XF8=5-8+1=-2x8=3,y8=5Nxy=49F80-XF10=9-6+1=4x10=2,y10=6Nxy=211F100-XF11=4-4+1=1x11=1,y11=6Nxy=112F110-XF12=1-2+1=0x12=0,y12=6Nxy=07.三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依次和电压波形图。有三种工作方式：（1）三相单三拍工作方式各相的通电依次为ABC,各相通电的电压波形如图3.1所示。图3.1单三拍工作的电压波形图（2）三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电依次为ABBCCA。各相通电的电压波形如图3.2所示。图3.2双三拍工作
27、的电压波形图（3）三相六拍工作方式在反响式步进电机限制中，把单三拍和双三拍工作方式结合起来，就产生了六拍工作方式，其通电依次为AABBBCCCA。各相通电的电压波形如图3.3所示。图3.3三相六拍工作的电压波形图8.采纳三相六拍方式限制X轴走向步进电机。P1.0P1.1P1.2P1.7非门非门非门光电隔离功率放大步进电机ABC方向限制(“1”正转,“0”反转)8031主程序: MOV A，#0FH；方向输入信号 MOV P1，AXMM：MOV A，P1 JNB ACC.7，XM；P1.7=0反转 LCALL STEP1；调正转子程序 SJMP XMMXM： LCALL STP2；调反转子程序
28、SJMP XMM+X走步伐程序：STEP1： MOV DPTR，#TAB；指表头 CLR A MOVX A，A+DPTR；取数CJNE A，#05H，S11；是否最终单元 MOV DPTR，#TAB；重置表头 SJMP S12S11： INC DPTR；地址加1S12： MOV R0，#7FH；延时S13： DJNZ R0，S13； CLR A； MOVX A，A+DPTR；取数据 MOV P1，A RET-X走步伐程序：STEP2： MOV DPTR，#TAB CLR AMOVX A，A+DPTR； CJNZ A，#01H，S21 MOV DPTR，#TAB ADD DPTR，#0006H
29、SJMP S12S21： CLR C DEC DPL SJMP S12TAB： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H本章作业若加工第二象限直线OA和圆弧AB，已知直线起点O（0，0），终点A（-4，6）。圆弧起点A（-4，6），终点A（-6，10）要求：(1)按逐点比拟法插补进展列表计算；(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。第四章 微型计算机限制系统的限制算法习题及参考答案1.数字限制器的模拟化设计步骤是什么？模拟化设计步骤：（1）设计假想的模拟限制器D(S)（2）正确地选择采样周期T（3）将D(S)离散化为D(Z)（4）求出及D(S)对应的差分方程（5）根据差分方程编
30、制相应程序。2.某连续限制器设计为试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字限制器D(Z)。双线形变换法：把代入，则前向差分法：把代入，则 后向差分法：把代入，则3.在PID调整器中系数、各有什么作用？它们对调整品质有什么影响？系数为比例系数，进步系数可以减小偏向，但恒久不会使偏向减小到零，而且无止境地进步系数最终将导致系统不稳定。比例调整可以保证系统的快速性。系数为积分常数，越大积分作用越弱，积分调整器的突出优点是，只要被调量存在偏向，其输出的调整作用便随时间不断加强，直到偏向为零。在被调量的偏向消退后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因此能保持静差为零。但单
31、纯的积分也有弱点，其动作过于缓慢，因此在改善静态品质的同时，往往使调整的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调整可以消退静差，进步限制精度。系数为微分常数，越大微分作用越强。微分调整主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克制振荡，消退系统惯性的影响。4.什么是数字PID位置型限制算法和增量型限制算法？试比拟它们的优缺点。为了实现微机限制消费过程变量，必需将模拟PID算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变更周期时，作如下近似(T足够小时，如下靠近相当准确，被控过程及连续系统非常接近)：于是有：u(k)是全量值输出，每次的输出值都及执行机构的位置(如限制阀门的开度)一一对应
32、，所以称之为位置型PID算法。在这种位置型限制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的限制量u(k)不仅及本次偏向有关，还及过去历次采样偏向有关，使得u(k)产生大幅度变更，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以实际中当执行机构须要的不是限制量的肯定值，而是其增量时，可以采纳增量型PID算法。当限制系统中的执行器为步进电机、电动调整阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采纳增量型PID限制算法。及位置算法相比，增量型PID算法有如下优点：(1)位置型算式每次输出及整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏向的累加值，简洁产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，
33、从而可消退调整器的积分饱和，在精度缺乏时，计算误差对限制量的影响较小，简洁获得较好的限制效果。(2)为实现手动自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采纳增量型算法，其输出对应于阀门位置的变更部分，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。(3)采纳增量型算法时所用的执行器本身都具有存放作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对消费造成恶劣影响。5.已知模拟调整器的传递函数为试写出相应数字限制器的位置型和增量型限制算式，设采样周期T=0.2s。则把T=0.2S代入得位置型增量型6.有哪几种改良的数字PID限制器？有四种：（1）积分分
34、别PID限制算法（2）不完全微分PID限制算法（3）带死区的PID限制算法（4）消退积分不灵敏区的PID限制10: 什么叫积分饱和？ 它是怎样引起的？如何消退？答案：在PID位置式算法中须要偏向信号的累加值，当累加值超出执行机构的额定范围后，执行机构的输出值不再随限制信号的增加而增加，于是就出现了积分饱和现象。消退方法：1采纳增量式算法；2采纳积分分别式算法。7.采样周期的选择须要考虑那些因素？(1)从调整品质上看，盼望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，进步限制精度。通常保证在95%的系统的过渡过程时间内，采样6次15次即可。(2)从快速性和抗扰性方面考虑，盼望采样周期尽量短，这样给定值的变
35、更可以快速地通过采样得到反映，而不致产生过大的延时。(3)从计算机的工作量和回路本钱考虑，采样周期T应长些，尤其是多回路限制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间较大时，常选T=（1/41/8）。(4)从计算精度方面考虑，采样周期T不应过短，当主机字长较小时，若T过短，将使前后两次采样值差异小，调整作用因此会减弱。另外，若执行机构的速度较低，会出现这种状况，即新的限制量已输出，而前一次限制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此T必需大于执行机构的调整时间。8.简述扩大临界比例度法、扩大响应曲线法整定PID参数的步骤。扩大临界比例度法整定PID参数的步骤：(1)选择一
36、个足够短的采样周期T，例如被控过程有纯滞后时，采样周期T取滞后时间的1/10以下，此时调整器只作纯比例限制，给定值r作阶跃输入。(2)渐渐加大比例系数Kp，使限制系统出现临界振荡。由临界振荡过程求得相应的临界振荡周期Ts，并登记此时的比例系数Kp，将其记作临界振荡增益Ks。此时的比例度为临界比例度，记作。(3)选择限制度，所谓限制度是数字调整器和模拟调整器所对应的过渡过程的误差平方的积分之比。(4)根据限制度，查表求出T、Kp、Ti和Td值。(5)根据求得的整定参数，投入系统运行，视察限制效果，再适当调整参数，直到获得满足的限制效果为止。扩大响应曲线法整定PID参数的步骤：(1)断开数字调整器
37、，让系统处于手动操作状态。将被调量调整到给定值旁边并稳定后，然后突然变更给定值，即给对象输入一个阶跃信号。(2)用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变更过程曲线，如图所示。(3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间、被控对象的时间常数Tc，以及它们的比值Tc/。(4)由、Tc、Tc/值，查表，求出数字限制器的T、Kp、Ti和Td。9.数字限制器干脆设计步骤是什么？计算机限制系统框图如图41所示。图41计算机限制系统框图由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得限制器的脉冲传递函数D(z)。数字限制器的干脆设计步骤如下：(1)根据限制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲
38、传递函数(z)。(2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。(3)求取数字限制器的脉冲传递函数D(z)。(4)根据D(z)求取限制算法的递推计算公式。10.被控对象的传递函数为 采样周期T=1s，采纳零阶保持器，针对单位速度输入函数，设计： (1)最少拍限制器； (2)画出采样瞬间数字限制器的输出和系统的输出曲线。(1)最少拍限制器可以写出系统的广义对象的脉冲传递函数将T=1S代入，有由于输入r(t)=t，则(2)系统闭环脉冲传递函数则当输入为单位速度信号时，系统输出序列Z变换为y(0)=0,y(1)=0,y(2)=2T,y(3)=3T,11.被控对象的传递函数为采样周期T=1s，要求：(1)采纳
39、Smith补偿限制，求取限制器的输出；(2)采纳大林算法设计数字限制器，并求取的递推形式。(1)采纳Smith补偿限制广义对象的传递函数为其中则(2)采纳大林算法设计数字限制器取T=1S,K=1,T1=1,L=1,设期望闭环传递函数的惯性时间常数T0=0.5S则期望的闭环系统的脉冲传递函数为广义被控对象的脉冲传递函数为则又则上式反变换到时域，则可得到12.何为振铃现象？如何消退振铃现象？所谓振铃现象是指数字限制器的输出u(k)以接近二分之一的采样频率大幅度上下摇摆。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。消退振铃现象的方法：（1）参数选择法对于一阶滞后对象，假如合理选择
40、期望闭环传递函数的惯性时间常数T0和采样周期T，使RA0，就没有振铃现象。即使不能使RA0，也可以把RA减到最小，最大程度地抑制振铃。（2）消退振铃因子法找出数字限制器D(z)中引起振铃现象的因子(即z=-1旁边的极点)，然后人为地令其中的z=1，就消退了这个极点。根据终值定理，这样做不影响输出的稳态值，但却变更了数字限制器的动态特性，从而将影响闭环系统的动态响应。13.前馈限制完全补偿的条件是什么？前馈和反响相结合有什么好处？前馈限制完全补偿的条件是。假如能将扰动因素测量出来，预先将其变更量送到系统中进展调整，这样在被调量变更之前就能克制这些扰动的影响。这种扰动的预先调整作用就称为前馈。若参
41、数选择得适宜，前馈限制可获得良好的限制效果。但事实上，前馈限制环节的参数不易选得那么准确，而且一个实际系统的扰动也不只一个，因此反响限制还是不行少的。主要扰动引起的误差，由前馈限制进展补偿；次要扰动引起的误差，由反响限制予以抑制，这样在不进步开环增益的状况下，各种扰动引起的误差均可得到补偿，从而有利于同时兼顾进步系统稳定性和减小系统稳态误差的要求。14.及PID限制和干脆数字限制相比，模糊限制具有哪些优点？及PID限制和干脆数字限制相比，模糊限制的优点：（1）模糊限制可以应用于具有非线性动力学特征的困难系统。（2）模糊限制不用建立对象准确的数学模型。（3）模糊限制系统的鲁棒性好。（4）模糊限制
42、是以人的限制阅历作为限制的学问模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为限制算法。15.多变量限制系统解耦条件是什么？多变量限制系统解耦条件是系统的闭环传递函数矩阵为对角线矩阵。本章作业用C语言编写数字PID算法、大林算法、施密斯算法通用子程序。第五章 微型计算机限制系统的应用软件设计习题及参考答案1.简述应用软件的设计步骤。图51给出了应用软件设计的流程图，它描绘了应用软件设计的根本任务和设计过程。图51 应用软件设计流程图（1）问题定义（2）程序设计（3）手编程序（4）过失（5）测试（6）文件编制（7）维护和再设计2.什么是计算延时？当采样信号送入CPU，按限制算法要求进展数据处理
43、时，由于计算机执行每条指令均须要肯定时间，这样，从数据采样到结果输出之间就要产生肯定的时间延迟，称为计算延时。3.如何在应用软件设计中削减计算延时？在应用软件设计过程中，为削减计算延时，通常将运算分为前台运算和后台运算。前台运算：为得到当前输出值U(k)，而必需进展的运算。后台运算：为得到下一时刻输出值U(k +1)以及及当前输出无关的其他计算和管理算法。N采样时刻到？A/D采样前台算法D/A输出Y后台算法4.标度变换在工程上有什么意义？在什么状况下运用标度变换程序？微机限制系统在读入被测模拟信号并转换成数字量后，往往还要转换成操作人员所熟识的工程值。这是因为消费现场的各种工艺参数量纲不同。例如，压力的单位为Pa，流量的单位为m3/h，温度的单位为。这些参数A/D转换后得到一系列的数码，这些数码的值并不肯定等于原来带有量纲的参数值，它仅代表参数值的大小，故必需把它转换成带有量纲的数值后才能运算、显示或打印输出。这种转换称为工程量转换，也称为标度变换。标度变