微型计算机控制技术答案(赖寿宏)

第二章 输入输出接口技术和输入输出通道

1. 何谓I/O接口？在计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？ 答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。

2. 一个微处理机（CPU）采用程序控制查询方式时，管理50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上立即显示出来。已知CPU查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200μs，若程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打入字符，问CPU是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？又问CPU最多能管理多少个这种终端？ 答：1000ms/(200us*10)=500, 能可靠的管理全部50个终端

3. 在本章第二节，查询式I/O方式应用举例中，假设X、Y、Z三轴服务子程序的执行时间分别为100μs、150μs、120μs，主程序执行时间（执行查询指令等）为80μs，试估算不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？（速度以脉冲/s计算） 答：2702

4. 某微机实时控制系统有1#、2#、3#三个外围设备。由一个CPU进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务

时间分别是：

C1=5ms S1=300μs C2=8ms S2=1.3ms C3=1ms S3=400μs

问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不行的话，试提出改进方答：不行。可采用中断嵌套的方式解决。

6. 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》 答：见教材

7. 某8086 最大模式系统中，需扩展8255A 、8253和DAC0832芯片各一片。采用74LS138 译码器，若已指定给各芯片的地址范围是：

8255A E0H、E2H、E4H、E6H、 8253 E1H 、E3H、E5H、E7H、 DAC0832 F0H

试设计接口扩展的译码电路（除74LS138 外, 可增加必要的其他逻辑电路芯片。

A1 A0 A0 A0 A2 A1 8255 A1 A1 8255A /CS /Y0 /CS

G A7 A1 A0 G /Y4 A7 A0 A0 /G2A A2 A1 8253 A6 1 /G2A /Y1A1 A1 8255A A6 /G2B /Y5 A5 1 /CS /G2B A5 /CS /Y0 74LS138 74LS138 /Y6 A1 A0 /Y/Y4 0 A0 A0 C A 4 C A4 ≥1 A2 A1 DAC0832 /Y7 A1 A1 8255A B A3 A1 B A 3 /CS /CS A A2 A0 A A2

A0 A0 A1 A1 8255A /CS

8某8088最大模式系统中，需扩展8255A 四片，指定各芯片的地址范围分别是90~93H、94~97H、98~9BH、9C~9FH, 采用74LS译码器，试设计接口地址译码电路。 解：

9．模拟输入通道中为什么要加采样保持器？采样保持器的组成及要求是什么？

答：为了保证A/D 转换精度，就要在A/D 转换之前加上采样保持电路，使得在A/D 转换期间保持输入模拟信号不变。

精选文档

.

10要求：

（1）将下图中CPU 换为89C51单片机，不改变地址线的连接方式，画出电路图； （2）确定8 个通道的端口地址；

（3）编写程序，对第8 通道的模拟量进行转换，把转换结果存在30H 存储器中。

+5V 接8259A D0 D7 /RD /WR CPU A6 8088 A7 +5V 接8259A D0 EOC VCC VREF(+) D0 D7 IN0 G1 /G2A /G2B Y7 C 74LS138 时钟 ≥1 ≥1 IN1 0809 ADC 0808 EOC VCC VREF(+) D0 D7 数据总线 ≥1 ≥1 G1 /G2A /G2B Y7 C IN0 ADC 0808 ……IN1 0809 八路模拟电压输入D7 /RD /WR 89C51 数据总线 …… 八路模拟电压输入 P0.6 P0.7 P0.5 P0.4 OE START ALE A5 A4 A3 OE 时钟 START ALE

11.有4位AD转换器，满刻度为5V，现在输入4.15V模拟电压，请说明逐次逼近转换原理。并分析采用逐次逼近法逼近的转换过程。

解： 先通过置数逻辑电路将SAR中最高位置1，其余全0，井DA转换成模拟电压U0与输入模拟电压Ui在电压比较器下进行比较，若Ui≥U0,则保留最高位1，否则清除最高位为0；其次置次高位为1，延续上述过程，直至确定最低位的状态。

量化单位为q=5v/24=0.3125V 本题目中图表转换如下： 步骤 SAR U0 Ui,U0大小 该位去留 8 4 2 1 1 1 0 0 0 2.5 保留 2 1 1 0 0 3.75 保留 3 4 结果 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 4.375 去 4.0625 保留 偏差4.15-4.0625=0.0875 图略。

12、什么叫做I/O 接口的独立编址方式？

答：将存储器的地址空间和I/O 接口地址空间分开设置，互不影响。 13、在进行数据采集时为什么要满足采样定理？

答：满足采样定理，就可以通过理想的低通滤波器，由采样信号 完全恢复出原始信号

第三章 数字控制器的模拟化设计

1. 数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？

答：（1）数字调节器能实现复杂控制规律的控制（2）计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制（3）数字调节器具有灵活性，使用简单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。（4）除实现PID数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。 2. 为什么说增量型PID控制器调节比位置型PID调节效果更 好? 二者的区别是什么?

答：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小；(2)在i时刻的输出ui，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的输出值ui-1，这大大节约了内存和计算时间；(3)在进行手动-自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。

精选文档

.

3. 按一定性能指标要求对某控制系统综合校正后求得其应加的串联-校正装置为 解： 即s2(s2as)U(s)E(s)

U(s)4sU(s)8E(s)s2U(s)asU(s)E(s)

化成微分方程

d2u(t)du(t)ae(t)2dtdtQd2u(t)u(k)2u(k1)u(k2)dt2T2；

n2D(s)22s2nsn

du(t)u(k)u(k1) dtTu(k)2u(k1)u(k2)u(k)u(k1)ae(k)

T2T2aT1T2u(k)u(k1)u(k2)e(k)

1aT1aT1aT4．已知某连续控制器的传递函数为

试用双线性变换法求出相应的数字控制的脉冲传递函数 ，其中 。

T1s

1z1答：s21z1

n2D(z)22s2nsn

1T1sD(S)1T2s

n2(12z1z2)整理得：D(z)24n2n8z1(42n)z26. 设被控对象传递函数为(T=1s)

试用差分变换法（后向差分），求该装置的递推输出序列。（设输入为e(t)，输出为u(t)）

G(s)U(s)1T1s解：由D(S) E(s)1T2s得(1T2s)U(s)100(40s1)(0.5s1)(1) 试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器Gc(s)。 (2) 将Gc(s)用双线性变换法离散化为数字控制器D(z)，并将其 转换为差分方程。 解：令 设：

(1T1s)E(s)

U(s)T2sU(s)E(s)T1sE(s)

u(t)T2当tkT

du(t)de(t) e(t)T1dtdtdu(t)dte(kT)T1de(t)dt

k100,Ts140,Ts20.5其中： τTs140s1Gc(s)TIs0(s)Gc(s)Gp(s)TI2T2KT2T2s221TIs(Ts2s1)k得：

u(kT)T2近似为：

tkTtkT由：

TI2kTs2100u(k)T2u(k)u(k1)e(k)e(k1)e(k)T1

TTT2TT1Tu(k)u(k1)e(k)1e(k1)

TT2TT2TT25. 已知某连续控制器的传递函数为

（2） (z)D31.6z31.6U(z)80z80E(z)T(z1)uiui10.395ei0.395ei1Gc(s)s2(z1)7. 已知某连续控制器的传递函数为

精选文档

.

D(s)10.17s

0.085sD(s)10.17s10.17 0.085s0.085s0.085现用数字PID算法来实现它，试分别写出其相应的位置型和增量型PID算法输出表达式。设采样周期TPID控制算法的模拟表达式为

1s 。

KP2 TI=0.17 TD=0

其位置表达式为：

1u(t)Kp[e(t)TI位置型输出表达式为

de(t)e(t)dtT] D0dttu(k)2e(k)11.765e(j)

j0k其增量表达式为：

Tu(k)Kpe(k)KpTI

增量型输出表达式为：

e(j)Kpj0kTD[e(k)e(k1)]Tu(k)13.765e(k)2e(k1)

8. 试述采样周期T的选择原则 答：(1)必须满足香农采样定理的要求

（2）从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T小些好。干扰频率越高，则采样频率越高越好，以便实现快速跟随和快速抑制 （3）根据被控对象的特性，快速系统的T应取小，反之，T可取大些。

（4）根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T应取大些。否则，执行机构来不及反映控制器输出值的变化。 （5）从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T应选大些。

（6）从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。

TTTDTu(k)u(k1)(KpKpKpD)e(k)(Kp2KpD干扰。)e(k1)Ke(k2) pTITTT

而对模拟表达式u(t)求拉式变换得

1u(s)Kp[1sTD]e(s)

TIsKpu(s)1Kp[1sTD]KpKpTDs e(s)TIsTIs1、已知一被控对象的传递函数为

Gc(s)10

s(10.1s)(10.05s)G(z)0.76z1(10.05z1)(11.065z1)(1z1)(10.135z1)(10.0185z1)设采用零阶保持器，采样周期T为0.2s。试针对单位速度输入函数设计快速有波纹系统的 ，计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘制图形。

2．在题1中，针对单位速度输入函数设计快速无波纹系统的 ，计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘制图形。 1、2题、解

10(1e0.2s) G(s)H0(s)GC(s)2s(0.1s1)(0.05s1)

(z)1e(z)az1(11.065z1)e(z)(1z1)(1bz1)11(z)1e(z)az(11.065z)11e(z)(1z)(1bz)得

az1(11.065z1)1(1z1)(1bz1)(1b)z1bz2az11.065az2解得：

a0.484b0.516精选文档

.

e(z)(1z1)(10.516z1)1e(z)0.584z1(11.065z1)Gc(s)Kdes用飞升曲线法测得电阻炉的有关参

1TdsD(z)1e(z)G(z)e(z)数如下：Kd1.16,30s,Td680s若采用零阶保持器，取采样周期T6s ，要求闭环系统的时间常数T350s ，用大林算法求取对电阻炉实现温度控制的数字控制器的算式。 解 5

0.636(10.0185z1)(10.135z1)(10.05z1)(10.516z1)0.484z1(11.065z1)C(z)(z)R(z)1z10.484z1z2z3U(z)C(z)0.4840.0509z10.0037z20.000186z3G(z)Gp(s)KdτseTds1TTd

C(nT) 1.0 1eTsKdτs1eG(z)Z[e]Kdz(N1)TsTds11eTdz1求得大林控制器D(z)Kd(1e(1eTTdTTc)(1ez1)TTcTTd)[1ez1(1eTTc)z(N1)0.5 nT 2T 3T

1.628(10.991z1)10.983z10.17z6、已知控制系统的被控对象的传递函数为

0

3、设被控对象的传递函数为

3.68z1(10.717z1)G(z)1采用零阶保持器，采样周期T=1s(1z1)(10.368z)，输入单位速度函数，试按最少拍无波纹要求设计D(z) ，并检验一下所设计的系统是否满足快速无波纹的要求。 解

可见G(z)零点为0.717(单位圆内),极点为1

(单位圆上),0.368(单位圆内)。故u=0,v=0 (单位圆上极点不包括),m=1,p=1。 设Φ(z)z1(10.717z1)c,求得c0.5800

Φ(z)1 D(z)1Φ(z)G(z)

110.158(1z)(10.368z) 10.58z10.416z2

4、某电阻炉，其传递函数可近似为带纯滞后的一阶惯性环节

esGc(s)采样周期T1s ，若选闭环系统

(2s1)(s1)的时间常数T0.1s ，问是否会出现振铃现象？试用大林算法设计数字控制器D(z) 。 解:

会出现振铃现象。 (10.36z-1)(10.607z1)D(z)

0.253(1z1z2)

6、已知计算机控制系统开环脉冲传递函数

0.368z0.264

G(z)2 z1.368z0.368（T=1s）试分别作下列双线性变换，然后作伯德图。 解

0.104w20.528w0.632(1) G(w)G(z)|1w z2.736w21.264w[此文档可自行编辑修改，如有侵权请告知删除，

0.104w21.056w2.528(2) G(w)G(z)|T感谢您的支持，我们会努力把内容做得更好] 21w2.736w5.472w2zT1w21w精选文档

(伯德图略）.

精选文档