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1
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?
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;
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、本章的典型例题及解答见第36页到38页:
8路模拟量输入电路的设计与编
程。
4、本章的作业有:
1)、什么是接口、接口技术和过程通道?
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。
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
2
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
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、本章的典型例题及解答见教材第69-70页例3.1。
4、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。
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;
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D(s)=1/(1+0.105s)f
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)=Kp[e(k)+T(e(k)-e(k-1))/T]D
a=T/(T+T)=0.105/(0.105+0.1)=0.5123ff
u(k)=0.5123u(k-1)+(1-0.5123)(e(k)+0.21(e(k)-e(k-1))/0.1)
=0.5123u(k-1)+0.4877(3.1e(k)-2.1e(k-1))
因此其PID调节器的增量型算式为:
Δu(k)=aΔu(k-1)+(1-a)Δu’(k)
Δu’(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+K(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))D
=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)
Δu(k)=0.5123Δu(k-1)+0.4877*(3.1e(k)–5.2e(k-1)+2.1e(k-2))4、本章的作业有:
3
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
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=0.2s。
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?
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;
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/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、本章的典型例题教材198页例。
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?
2)、某热处理炉温度变化范围为0到1350?
,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?
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;
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;
面向位和面向字符的传送应用和区别,
平衡与不平衡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
4
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。
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?
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?
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,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、(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()。
0.0039210.0049210.005921141516
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
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C语言程序
网卡驱动程序OFFICE程序学生管理文档
三、(10分)1、I/V转换是模拟量输入通道必须采用的环节。
()
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。
5、RS-232C是一种内部的串行总线。
四、(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
3、说明数字PID控制器的采样周期的选择过程?
(9分)
五、(25分)1、某炉温度变化范围为0~3000?
,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)
0.5
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;
6
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,标度变换;
13、平均值滤波法,惯性滤波法。
二、2
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
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、2
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、
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、
1、解:
Xmax=3000,Xmin=0,λ=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=log(1+(Xmax-Xmin)/λ)=log2901?
1222
7
若A/D转换器字长不变,改变零点偏移,此时Xmax=3000,Xmin=800,n=12,
系统对炉温的分辨率为:
12λ=(3000–800)/(2–1)?
0.537?
2、解:
此模拟调节器为一不完全微分的PID控制,其中D(s)=1/(1+0.105s)f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)=Kp[e(k)+T(e(k)-e(k-1))/T]Da=T/(T+T)=0.105/(0.105+0.1)=0.5123ff
Δu(k)=0.5123Δu(k-1)+0.4877*(3.1e(k)–5.2e(k-1)+2.1e(k-2))
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- 计算机控制 技术
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