计算机控制技术第3章
2023年大学_计算机控制技术第二版(温希东著)课后答案下载
2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。
主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。
为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。
本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。
计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。
计算机控制技术(第三版)章 (3)
的逻辑顺序读取现场工作状态信号；按预先规定的逻辑算式 进行与、或、非等逻辑运算；按运算结果判断是否发出某种 控制信号。根据图3-4所给出的流程图及表3-1所示输入/输出 信号安排，按程序实现数字逻辑功能的方法，可编出控制程 序如下：
…
STAGE1：MOV A，P1；读P1口输入信号
ANL
A，＃03H；取出A信号和原位信号
前已述，钻孔动力头在一个工作循环中有快进、工进、 工进延时、快退和停止等五个工作状态。从前一个工作状态 转入下一个工作状态，是根据来自现场的输入信号的逻辑判 断决定的。现场输入信号有启动按钮A、原位开关x0、行程开 关x1和x2以及延时信号。
这些电器触点的通断，通过输入电路变成电位信号，引入到 微型计算机的输入接口的输入端上，CPU按一定逻辑顺序读取 这些信号，并逐一判断是否满足各工作状态转换条件。若满 足，则发出相应的转换工作状态的控制信号。控制信号从微 型计算机的输出接口引出，经过隔离放大电路驱动相应的电 磁阀吸合或释放，从而改变液压油路的状态，使动力头进入 新的工作状态。若不满足，则等待(当CPU只控制一台动力头 时)或跳过，转向询问另一台动力头(当CPU控制多台动力头时 )。整个工作过程是以一定的硬件为基础，通过CPU执行一段 控制程序来实现的。下面介绍采用AT89C51单片微型计算机实 现动力头的顺序控制。
计算机控制技术第3章-PID控制解析
2020/9/24
6
（1）比例调节器
e
控制规律：
1
u(t ) K Pe(t ) u0
1
其中： KP为比例系数；
0
t0
u
t
u0 为控制量的基准。
比例调节的特点：比例调节器对于 偏差是即时反应，偏差一旦产生， 调节器立即产生控制作用使被控量 朝着减小偏差的方向变化，控制作 用的强弱取决于比例系数。只有当 偏差发生变化时，控制量才变化。
umin u umax
4
1.模拟PID调节器
e(t) r(t) y(t)
PID
Kp
r e
Ki / s
u
对象
y
Kds
图l 模拟PID控制
• PID控制器是一种线性控制器；
• 根据对象的特性和控制要求，可
灵活地改变其结构。
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5
PID调节器的基本结构
1. 比例调节器 2. 比例积分调节器 3. 比例微分调节器 4. 比例积分微分调节器
2020/9/24
Kp
u0
0
t0
t
图2 P调节器的阶跃响应
缺点：不能消除静差；KP 过大，会使
动态质量变坏，引起被控量振荡甚至
导致闭环不稳定。
7
（2）比例积分调节器
控制规律：
e
u(t )
K P[e(t )
1 Ti
t
0 e(t )dt ] u0
其中： Ti 为积分时间常数。
1 0
t0 u
0u
1
pK pK
0t
0
2020/9/24 图3
iT
PI调节器的阶跃响应
积分调节的特点：调节器的 输出与偏差存在的时间有关。 t 只要偏差不为零，输出就会 随时间不断增加，并减小偏 差，直至消除偏差，控制作 用不再变化，系统才能达到 稳态。
智能控制技术-第三章
3、多输入模糊推理 多输入是指有多个输入的情况。 前提1：如果A且B，那么C 前提2：现在是A’且B’ 结论： C ' ( A ' A N D B ')[ ( A A N D B ) C ]
4、多输入多规则推理 多输入，多规则。就是对于一个控制系统，它的控制规
则有多个。比如 IF A1 AND B1…，THEN C1 IF A2 AND B2…，THEN C2 …… IF An AND Bn…，THEN Cn
取所有具有最大隶属度输出的平均。J为具有相同 最大隶属度输出的总数。
当输出值为多个时候， （1）、求每个输出的最大隶属度数值；
v 0 m a xv(v),v V
（2）、求和，再平均得到其最大隶属度
v01 JjJ 1vj,vj m v a V xv(v),Jv
2、重心法 重心法 是取模糊隶属度函数的曲线与横坐标围
模糊控制器结构指的是输入输出变 量、模糊化算法、模糊推理规则和精确 化计算方法。
控制器的设计第一步首先确定控制器的输 入输出变量。
1、控制器输入输出变量
主要讲单输入-单输出模糊控制结构。
单输入-单输出模糊控制结构指的是系 统控制量只有一个，系统输出量只有一个。
单输入-单输出模糊控制结构又分一维模糊 控制器、二维模糊控制器和多维模糊控制 器。
1、最大隶属度函数性 1）、当在输出论域中，其最大隶属度函数对应的输
出值为一个。
v 0 m a xv(v),v V
（取所有规则推理结果的模糊集合中隶属度最大的 元素作为输出值。）
2）、当在输出论域中，其最大隶属度函数对应 的输出值为多个
v01 JjJ 1vj,vj m v a V xv(v),Jv
计算机控制技术PPT第3章
目的操作数 源操作数 功能: 可完成: OP1 OP2 通用寄存器 段寄存器 存储器 存储器 注意：目的操作数不能是CS！ 立即数 存储器
通用寄存器 通用寄存器 通用寄存器 段寄存器 通用寄存器
符号扩展传送指令MOVSX 格式：MOVSX OP1，OP2 ；OP1为16位或32位通用寄存器 OP2为8位或16位通用寄存器或存储器 例如： MOV MOVSX DL，-16 BX，DL ；DL = F0H ；BX = FFF0H，而DH，DL不变
AH,4CH ；设置功能号 21H ;返回DOS START
CODE
查表转换指令XLAT 格式: XLAT ；将DS:[BX+AL]
● ● ● ●
AL
使用XLAT指令的条件:
在数据段中建一张表 数据段段基址送DS 表首地址的偏移量送BX 待转换数放入AL中
例：将16进制数 0～F 转换为与之对应的ASCII码 ACTAB MOV MOV XLAT ┇ DB ‘0123456789ABCDEF’ ┇ BX，OFFSET ACTAB AL，[SI] ；表首地址的偏移量→BX ；取待转换数 ；转换结果→AL
PUSHA
执行后有：
注意：压栈的顺序为 AX、CX、DX、BX、 SP、 BP、SI、DI 33H 00H SP 11H 00H xxH 2007EH 20080H
如：AX=11H， BX=22H CX=33H， DX=44H SI =55H， DI =66H SP=7CH， BP =84H
PUSHA
零扩展传送指令MOVZX 格式：MOVZX OP1，OP2 ；OP1为16位或32位通用寄存器 OP2为8位或16位通用寄存器或存储器 例如：MOVZX EAX，CX ；将CX中16位数高位加0扩展为32位送入EAX
计算机控制技术：3.3 数字控制技术(三)
新的加工点的偏差为 Fm+1=xm+12+ym+12-R2=(xm-1)2+ym2-R2=Fm-2xm+1
在本模块中，学生将学习算法初步、统计、概率的基础知识。1．算法是数学及其应用的重要组成部分，是计算科学的重要基础。随着现代信息技术飞速发展，算法在科学技术、社会发展中发挥着越来越大的作用，并日益融入社会生活的许多方面，算法思想已经成为现代人应具备的一种数学素养。中学数学中的算法内容和其他内容是密切联系在一 起的，比如线性方程组的 求解、数列的求和等。具体来说，需要通过模仿、操作、探索，学习设计程序框图表达解决问题的过程，体会算法的基本思想和含义，理解算法的基本结构和基本算法语句，并了解中国古代数学中的算法。在本教科书中，首先通过实例明确了算法的含义，然后结合具体算法介绍了算法 的三种基本结构：顺序、条件和循环，以及基本的算法语句，最后集中介绍了辗转相除法 与更相减损术、秦九韶算法、排序、进位制等典型的几个算法问题，力求表现算法的思想，培养学生的算法意识。2．现代社会是信息化的社会，人们面临形形色色的问题，把问题用数量化的形式表示，是利用数学工具解决问题的基础。对于数量化表示的问题，需要收集数据、分析数据、解答问题。统计学是研究如何合理收集、整理、分析数据的学科，它可以为人们制定 决策提供依据。本教科书主要介绍最基本的获取样本数据的方法，以及几种从样本数据中提取信息的统计方法，其中包括用样本估计总体分布及数字特征和线性回归等内容。本教科书介绍的统计内容是在义务教育阶段有关抽样调查知识的基础上展开的，侧重点放在了介绍获得高质量样 本的方法、方便样本的缺点以及随机样本的简单性质上。教科书首先通过大量的日常生活 中的统计数据，通过边框的问题和探究栏目引导学生思考用样本估计总体的必要性，以及样本的代表性问题。为强化样本代表性的重要性，教科书通过一个著名的预测结果出错的案例，使学生体会抽样不是简单的从总体中取出几个个体的问题，它关系到最后的统计分析结果是否可靠。 然后，通过生动有趣的实例引进了随机样本的概念。通过实际问题情景引入系统抽样、分 层抽样方法，介绍了简单随机抽样方法。最后，通过探究的方式，引导学生总结三种随机抽样方法的优缺点。3．随机现象在日常生活中随处可见，概率是研究随机现象规律的学科，它为人们认识客观世界提供了重要的思维模式和解决问题的模型，同时为统计学的发展提供了理论基础。因此，统计与概率的基础知识已经成为一个未来公民的必备常识。在本模块中，学生将 在义务教育阶段学习统计与概率的基础上，结合具体实例，学习概率的某些基本性质和简单的概率模型，加深对随机现象的理解，能通过实验、计算器（机）模拟估计简单随机事件发生的概率。教科书首先通过具体实例给出了随机事件的定义，通过抛掷硬币的试验，观察正面朝上的次 数和比例，引出了随机事件出现的频数和频率的定义，并且利用计算机模拟掷硬币试验， 给出试验结果的统计表和直观的折线图，使学生观察到随着试验次数的增加，随机事件发生的频率稳定在某个常数附近，从而给出概率的统计定义。概率的意义是本章的重点内容。教科书从几方面解释概率的意义，并通过掷硬币和掷骰子的试验，引入古典概型，通过转盘游戏引入几何 概型。分别介绍了用计算器和计算机中的Exc el软件产生（取整数值的）随机数的方法， 以及利用随机模拟的方法估计随机事件的概率、估计圆周率的值、近似计算不规则图形的面积等。教科书首先通过具体实例给出了随机事件的定义，通过抛掷硬币的试验，观察正面朝上的次数和比例，引出了随机事件出现的频数和频率的定义，并且利用计算机模拟掷硬币试验，给出试 验结果的统计表和直观的折线图，使学生观察到随着试验次数的增加，随机事件发生的频 率稳定在某个常数附近，从而给出概率的统计定义。概率的意义是本章的重点内容。教科书从几方面解释概率的意义，并通过掷硬币和掷骰子的试验，引入古典概型，通过转盘游戏引入几何概型。分别介绍了用计算器和计算机中的Excel软件产生（取整数值的）随机数的方法，以及利用随机模拟的方法估计随机事件的概率、估计圆周率的值、近似计算不规则图形的面积等。
计算机控制技术chapter3(2012)
3.2.2 逐点比较插补法原理
3. 逐点比较法直线插补
y
（1）第1象限内的直线插补
A(xe,ye) ym
m(xm,ym)
偏差计算公式
xm/ym=xe/ye 即 ymxe-xmye=0 定义偏差公式为：Fm= ymxe-xmye
x 0 xm
图3-3 第一象限直线
若Fm=0，表明点m在OA直线段上 若Fm>0，表明点m在OA直线段上方 若Fm<0，表明点m在OA直线段下方
等规律自动地完成工作的自动控制
数字程序控制系统组成：输入装置、输出装置、控制器、 插补器 应用：机床的自动控制， 数控机床：采用数字程序控制的机床，能加工形状复杂的零件、 加工精度高、生产效率高、便于改变加工零件品种等优点
3.2 数字程序控制
3.2.1 数字程序控制基础
3.2.2 逐点比较法插补原理
进给 方向
-y +y -x +x +x -x +y -y
偏差计算
坐标计算
xm+1=xm ym+1=ym±1 xm+1=xm± 1 ym+1=ym xm+1=xm±1 ym+1=ym xm+1=xm ym+1=ym±1
Fm+1=Fm-2ym+1
Fm+1=Fm2xm+1 Fm+1=Fm+2xm+ 1
Fm+1=Fm+2ym+ 1
步 数 起点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 偏差判别 F0 = 0 F1 < 0 F2 > 0 F3 < 0 F4 > 0 F5 = 0 F6 < 0 F7 > 0 F8 < 0 F9 图 > 0 3-8 坐标进给 F0 = 0 F1 = F0ye = 04 = 4 F2 = F1 + xe = 4 + 6 +y =2 +x F3 = F2 ye = 2 +y F4 = F3 + xe = 4 +x F5 = F4 ye = 0 +x F6 = F5 ye = 4 +y F7 = F6 + xe = 2 +x F8 = F7 ye = 2 +y F9 = F8 + xe = 4 +x F10 = F9 ye = 0 直线插补走步轨迹图 +x 偏差计算 终点判断 E = 10 E = 101=9 E = 91=8 E=7 E=6 E=5 E=4 E=3 E=2 E=1 E=0
计算机控制技术王建华主编第二版第三章课后答案
1、A/D 转换的主要性能指标有哪些？ 答：转换时间、分辨率、线性误差、量程、对基准电源的要求等。
2、计算机与模拟量输入接口交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点？ 答：程序查询式：程序设计比较简单，可靠性高，但实时性差； 延时采样方式：硬件设计简单，但信息传递较前述方式慢； 中断方式：提高了系统的工作效率； DMA 方式：传输速率大大提高。
3、模拟量输入接口设计主要解决那几个方面的问题？ 答：数据输出线的连接方式，选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法，电源和地 线的处理，与计算机信息传递的方式。
4、模拟量输入通道由那几部分组成？ 答：模拟量输入通道一般由 I/U 变换，多路转换器、程控放大器、采样/保持器、A/D 转 换器、接口及控制逻辑等组成。
5、采样/保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样/保持器？为什 么？ 答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可 采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在 A/D 转换之前信号就发生了变化， 致使 A/D 转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。
并不是所有 的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是为了防止在 A/D 转换之前信号 就发生了变化，致使 A/D 转换的结果出错，所以只要 A/D 转换的时间比信号变化的时间短 就不需要。
6、在模拟量输入通道中，为何通常要使用可编程放大器？ 答：因为在模拟输入通道中，多路被测信号常常共用一个测量放大器，而各路的输入信号 大小往往不同， 但都要放大到模数转换器的同一量程范围内获取适合的分辨力， 所以常要使 用可编程放大器。
7、隔离放大器有几种形式？各有什么特点？ 答： （1）变压器耦合隔离放大器：线性和稳定性好，隔离电压和共模抑制比高，应用电路 简单，频带较宽； （2）主要起到抗共模干扰和良好的安全保障作用。
第3章计算机控制技术-电子教案
微分作用的增加有助于加速系统的动态响 使系统超调减少，系统趋于稳定。 应，使系统超调减少，系统趋于稳定。但微分 作用有可能放大系统的噪声， 作用有可能放大系统的噪声，减低系统的抗干 扰能力。 扰能力。
3.4 数字控制器的直接设计方法
数字控制器的连续化设计技术， 数字控制器的连续化设计技术，是立足于连续 控制系统控制器的设计， 控制系统控制器的设计，但是连续化设计技术要 求相当短的采样周期， 求相当短的采样周期，因此只能实现较简单的控 制算法。由于控制任务的需要， 制算法。由于控制任务的需要，必须根据控制系 统的性能要求，应用离散控制理论， 统的性能要求，应用离散控制理论，直接设计数 字控制系统， 字控制系统，这种控制器的设计方法称为数字控 制器的直接设计方法。 制器的直接设计方法。
一、数字控制器的直接法设计步骤
(1)根据对控制系统性能指标的要求和其他的约 束条件，确定闭环系统脉冲函数； (2) 确定数字控制器； (3)编程实现。
二、最少拍数字控制器的设计
所谓最少拍控制， 所谓最少拍控制，就是要求闭环系 统对于某种特定的输入在最少个采样周 期内达到无静差的稳态。 期内达到无静差的稳态。
6.带死区的PID算法 6.带死区的PID算法 带死区的PID
在计算机控制系统中， 在计算机控制系统中，某些系统为了避免控制 动作过于频繁， 动作过于频繁，以消除由于频繁动作所引起的振 有时采用带有死区的PID控制系统。 PID控制系统 荡，有时采用带有死区的PID控制系统。带死区的 PID控制 就是在标准数字PID 控制， PID调节器前面增加一 PID控制，就是在标准数字PID调节器前面增加一 个非线性环节。 个非线性环节。
《计算机控制技术》第三章线性化处理
一：热电偶的非线性补偿。 T=A*E^4+B*E^3+C*E^2+D*E+F
也可以写成 T=(((A*E+B)*D+C)*E+D)*E+F
C语言实现…………
计算法
• 二：平方根的数字实现 直接法：如计算根2. 级数展开法： 牛顿迭代法：
二：二次插值原理 y=y0+k1*(x-x0)+k2*(x-x0)*(x-x1) 简写成：y=y0+(x-x0)*(k1+k2*(x-x1))
二次插值精确，但是运算量大。
折线近似
• 原理见图（P88） 思想：将曲线分段，每段看成一小段直线。 程序：。。。。。。。。。。
查表法
• 适用范围：有计算公式，但是计算机较为 复杂，如：三角函数，微分，积分等。 或没有计算公式。 根据自变量多少，选取数组的维数。 见黑板举例。T=F(X,Y,Z)
表格中数据是离散的，两点间的数据需要插 值处理。
插值逼近
一：一次线性插值原理（P87，图3.14） y=y0+k*(x-x0) k=(y1-y0)/(x1-x0)
线性化处理
• 线性化处理的意义：一般传感器 简单。
• 如：流量传感器，差压信号P和流量G之间 的关系是G=K*P0.5
线性处理方法
• 硬件方式：凸轮机，曲线板，非线性电位 器等。
• 缺点：精度不高，设备复杂。 • 软件方式：计算法，查表法，折线法。
计算法
计算机控制技术课后习题
第一章1. 什么是计算机控制系统? 它的工作原理是怎样的？2. 计算机控制系统由哪几部分组成? 请画出计算机控制系统的组成框图。
3. 计算机控制系统的典型型式有哪些?各有什么优缺点?4. 实时、在线方式和离线方式的含义是什么?5. 简述计算机控制系统的发展概况。
6. 讨论计算机控制系统的发展趋势。
第二章1. 什么是接口、接口技术和过程通道?2. 采用74LS244和74LS273与PC/ISA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。
3. 用8位A/D转换器ADC0809与PC/ISA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。
4. 用12位A/D转换器AD574与PC/ISA总线工业控制机接口，实现模拟量采集。
请画出接口电路原理图，并设计出A/D转换程序。
5. 请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图，并分别说明各元器件的作用?6. 什么是采样过程、量化、孔径时间?7. 采样保持器的作用是什么?是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器?为什么?8. 一个8位A/D转换器，孔径时间为100μS，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是多少?9. 试AD574、LF398、CD4051和PC/ISA总线工业控制机接口，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。
10. 采用DAC0832和PC/ISA总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A 转换程序。
11. 采用DAC1210和PC/ISA总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A 转换程序。
12. 请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式。
计算机控制技术3
§3.1 数据采集系统
7．A/D转换器 ． 转换器 a).类型：逐次逼近式、双积分式、计数 比较式 类型： 类型 逐次逼近式、双积分式、计数—比较式 逐次逼近式芯片： 逐次逼近式芯片：ADC0809(8路8位)，AD574(12位) 路 位， 位 b).主要性能指标： 主要性能指标： 主要性能指标 分辨率——一般用数字量的位数表示 分辨率 一般用数字量的位数表示 转换时间 绝对精度，相对精度——转换后所得结果相 转换后所得结果相 绝对精度，相对精度 对于实际值的准确度 c).A/D输出编码方式 输出编码方式——符号数值码、偏移二进制码、补码、 符号数值码、 输出编码方式 符号数值码 偏移二进制码、补码、 BCD码 码 d).输出方式 输出方式——并行、串行、分时顺序输出 并行、 输出方式 并行 串行、
一 模拟量输入通道
1．单通道 ．
§3.1 数据采集系统
2．多通道 ．
§3.1 数据采集系统
3．信号调理 ． 信号变换 ——将非电量（温度、压力、流量等）转换成标准电量 将非电量（ 将非电量 温度、压力、流量等） 将非标准电量（电压、电流等） 将非标准电量（电压、电流等）转换成标准电量 线性化处理 ——有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 所以必须对 有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 有些电信号转换后与被测参量呈现非线性 信号进行线性化处理，使它接近线性。 信号进行线性化处理，使它接近线性。如热电耦温度线性化 等。 滤波 ——有源滤波、无源滤波（RC网络） 有源滤波、 网络） 有源滤波 无源滤波（ 网络
§3.1 数据采集系统
通道禁止->PC3 －通道选择->PC0-PC2, 通道禁止 通道选择 采样和保持->ADC574的STS+反相器 －LF398采样和保持 采样和保持 的 反相器 －AD547A的R/C, CS, CE ->PC4-PC6 的 转换状态检测STS->PA7 －转换状态检测 数据输入： －数据输入：高4位->PA0-PA3，低8位->B口 位 ， 位 口
计算机控制技术课件4
2019/11/22
计算机控制技术
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第3章 计算机总线技术
•同步方式 可分为同步方式和异步方式。在同步方式下，总线
上主模块与从模块进行一次数据传输的时间是固定 的，并严格按照系统时钟来统一定时主模块、从模 块之间的传输操作，只要总线上的设备都是高速的， 就可达到很高的总线带宽。
第3章 计算机总线技术
计算机控制技术课件4
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第3章 计算机总线技术
第3章 计算机总线技术
• 总线的基本概念 • 内部总线 • 外部总线
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第3章 计算机总线技术
3.1 总线的基本概念
•总线的定义 总线就是一组信号线的集合，它定义了各引 线的信号、电气和机械特性，使计算机系统 内部的各部件之间以及外部的各系统之间建 立信号联系，进行数据传递和通信。
计算机控制技术
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第3章 计算机总线技术
3.2 内部总线
本节主要内容 • STD总线 • PC系列总线
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第3章 计算机总线技术
3.2.1 STD总线
• STD总线起初设计为可用于64K存储空间的8位总 线，后发展成可用于寻址16M空间的16位总线
•STD总线的特点：
第3章 计算机总线技术
总线的分类（续）
•内部总线：系统总线或板级总线
– 内部总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微 机总线就是指系统总线，如STD总线、PC总线、ISA总线、 PCI总线等
– 按功能可分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB、 和电源总线PB
计算机控制技术第三版第3章
(2)有源I/V变换
有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器、电阻组成。
当I为0～10mA输入电流信号，
取R1=100Ω，R2=500Ω，
输出电压V为0～5V； 当I为4～20mA输入电流信号， 取R1=100Ω，R2=250Ω， 输出电压U为1～5V。
图3.10 无源I/V变换
R4 A V =1+ R3
⒉输入调理电路
数字量输入通道的基本功能就是接收外部装置或生产过程的状 态信号。 状态信号的形式：可能是电压、电流、开关的触点，因此会引
起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态 信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收 的逻辑信号，这些功能称为信号调理。
⑷阀门的打开与关闭；
数字量信号的共同特征： ⑴信号只有两个状态，“导通”和“截止”；
⑵需要经过电路变换将两个状态用二进制的逻辑“1”和“0”
代表。
1.数字量输入接口
对生产过程进行控制，要收集生产过程的各种状态信息，根据 状态信息，再输出控制量。 采用三态门缓冲器74LS244可取得状态信息，与PC机的接口 电路如图3.1所示，经过端口地址译码，得到片选信号。 当CPU执行IN指令时，产生信号
常用的逐次逼近式A/D转换器有8位分辨率的ADC0801，
ADC0809等，12位分辨率的AD574A等； 常用的双积分式A/D转换器有3位半（相当于2进制11位分辨率） 的MC14433，4位半（相当于2进制14位分辨率）的ICL7135等。
⒈8位A/D转换器ADC0809
ADC0809是美国国家半导体公司生产的带有8通道模拟开关的8 位逐次逼近式A/D转换器，采用28脚双列直插式封装。
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(2)等速输入时
(3)等加速输入时
对于上述三种情况，进行z反变换后得到三种输入相对应的输出响应
(二)最少拍控制器的可实现性问题 (三)最少拍控制系统的稳定性问题 (四)一般情形最少拍控制器的设计
（五）最少拍控制的存在问题 (1)对不同输入信号类型的适应性差 (2)对系统参数变化敏感
(3)控制易于超过允许范围 (4)在采样点之间存在纹波
1．各参数对系统性能的影响
2．整定步骤 (1)先整定比例部分
(2)加入积分控制
(3)加入微分控制
(三)按简易工程法整定PID参数
1．扩充临界比例度法
1)选择一个足够短的采样周期，具体地说就是选择采样周期为被控对象 纯滞后时间的1／10以下。
2)用选定的采样周期使系统工作，去掉积分作用(T1取很大的数)和微分 作用,仅保留比例作用。
二、数字控制器的连续化设计
(一)数字控制器的连续化设计步骤 1．设计假想的模拟控制器D (s) 2．选择合适的采样周期 3．将D (s)离散化为D (z) 4．用仿真的方法检查系统性能是否满足设计要求 5．求得计算机编程算法
(二)模拟控制器的离散化
模拟控制器的离散化，就是利用某种离散化方法，由D (s)求出相应的D (z)，并使D (z)的动态特性近似于D (s)的动态特性。下面介绍工程上实用的近 似离散化方法。
第二节 数字PID控制
一、数字PID控制器 (一)模拟PID控制器 在工业控制系统中，常常采用的单回路模拟PID控制系统，其控制规 律为
（二）数字PID控制算法 鉴于增量型算法的优点，我们可以对位置型算式作些改进。利用增量的 概念，将式改写成式便是位置型PID控制算式的递推算法。
(三)数字PID算法实施中的问题 1．算法编程 3．积累整量化误差 二、数字PID控制器的改进 (一)积分项的改进 1．积分分离法 (二)微分项的改进 1．不完全微分PID控制算法
(1)极点和有限零点
(2)无限零点
(3)低频增益
得
零极点匹配法的主要特点如下： 1)要求对D (s)进行零极点分解，计算相对复杂些。 2)D (s)稳定，D (z)一定稳定。 3)当D (s)分子阶次比分母低时，在D (z)分子上匹配(z+1)因子，可获得双 线性变换的效果。 (三)由计算机实现的编程算法 设数字控制器D (z)的一般形式为
二、最少拍无纹波控制器的设计
(一)最少拍无纹波系统对积分环节的要求
1)阶跃输入，当
时，有
常数。
2)速度输入，当
时，有
常数。
3)加速度输入，当
时，有
常数。
(二)最少拍控制器稳态输出不波动的条件
(三)最少拍无纹波控制器确定的方法
三、非最ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ拍控制 (一)惯性因子法
(二)非最少有限拍控制
第四节 达林(Dahlin)算法
(一)振铃产生的原因 1．带纯滞后环节的一阶惯性环节 2．带纯滞后环节的二阶惯性环节
(二)振铃现象的消除 第一种方法是先找出D (z)中引起振铃现象的极点，然后令其中的 z=1。
第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期丁及系 统闭环时间常数 ，使得数字控制器的输出不产生强烈的振铃现象。
一、达林算法数字控制器的形式 IBM公司的达林(Dahlin)针对一类带有纯滞后环节的工业对象，于 1968年提出了克服大纯滞后环节影响的控制算法。具体讲，达林算法适用 于以下的对象： 一阶惯性环节带纯滞后环节：
二阶惯性环节带纯滞后环节：
式中，K为对象增益；
为对象时间常数； 为对象纯滞后时间。
二、振铃现象及其消除
2．输出限幅
2．抗积分饱和法 2．微分先行PID控制算式
(三)带死区的PID控制算法
三、数字PID控制器的参数整定
(一)采样周期的选择 1．三个基本条件 2．具体考虑的因数 (1)给定值的变化频率 (3)执行机构的类型 (5)控制的回路数
(2)被控对象的特性 (4)控制算法的类型
(二)凑试法确定PID控制器参数
3)选择控制度Q
4)根据选定的控制度 5)在PID控制器中设定所得参数，将系统投入运行并观察控制效果。 2．扩充响应曲线法 1)数字控制器不接人控制系统，手动突然改变给定值，给对象一个阶跃 输入信号。
2)用记录仪表记录对象阶跃输入下的输出飞升曲线(s形曲线)。
3)在曲线最大斜率处作切线，按图示求得滞后时间 ，被控对象时间常
第一节 数字控制器连续化设计技术
一、数字控制器的两类设计法 数字控制器D (z)的设计要分两步走：先设计一个模拟控制器D (s)，然 后采用某种离散化方法应用于模拟控制器，获得对应的数字控制器D (z)。 这种方案称为连续化设计法，也称为间接设计法。
数字控制器D (z)就可直接用z传递函数来设计，也就是在z域中直接按 离散控制理论设计数字控制器。这种方案称为离散化设计法，也称为直接设 计法。
第五节 控制算法仿真
具体来讲，我们需要一个包含控制器、被控对象的控制系统仿真模型， 它要满足：
1)适合初学者使用。初学者能很快掌握仿真模型的使用，加深对控制 器理论部分的理解。
2)便于使用。读者可以很方便地修改控制器参数、对象参数，观察系统 的运行动态过程。
3)能适应不同的控制算法。读者可以自行设计新的控制算法。 4)控制算法易于移植到实际系统上。这就要求算法是以差分方程来表示 并编程。
1．后向差分变换法 后向差分变换法的主要特点如下： 1)变换计算简单，不要对D (s)进行z变换。 2)D(s)稳定，D (z)也稳定。 3)D(z)不能保持和D (s)相同的频率响应。
2．双线性变换法 双线性变换法的主要特点如下： 1)变换计算简单，不要对D (s)进行z变换。 2)离散化精度高于差分变换法。 3)D (s)稳定，D (z)也稳定。 4)D (z)不能保持和D (s)相同的频率响应。 3．零极点匹配法 D (s)到D (z)的变化法则如下：
数 以及它们的比值
，即可得数字控制器的参数：
及采
样周期T。 4)在PID控制器中设定所得参数，将系统投入运行并观察控制效果。根
据效果可适当微调参数，以获得满意的控制效果。
(四)归一参数整定法
第三节 最少拍控制器
一、最少拍控制器的设计 (一)闭环脉冲传递函数的确定 三种不同输入时对应的输出：
(1)阶跃输入时