微型计算机控制技术考试重点

1.1 计算机控制系统的结构。

(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产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控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

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行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(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)。

其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；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，即应有保护功能。

(4)检测与执行机构a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用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(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。

b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。

例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控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、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。

1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些? 各有什么优缺点?计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。

优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。

（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。

（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。

（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构1.3 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、计算和输出都是在一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行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

2.1 采用74LS244和74LS273，设计与PC总线等工业控制机的数字量(开关量) 输入输出接口，要求画出接口电路原理图，并采用8086汇编语言编写数字量输入输出程序。

数字量输入程序（设片选端口地址为port）：MOV DX，portIN AL , DX数字量输出程序：MOV AL , DATAMOV DX , portOUT DX，AL2.2 用8位A／D转换器ADC0809与PC总线等工业控制机接口，设计模拟输入通道以及数据采集程序流程图。

2.3采样信号有何特点? 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?（1）采样信号在时间上是离散的，但在幅值上仍是连续的。

（2）采样保持器作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。

在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。

（3）不是，对于输入信号变化很慢，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化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。

2.4 什么是串模干扰和共模干扰? 如何抑制?（1）所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。

也称为常态干扰。

串模干扰的抑制方法①采用低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。

②当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。

若干扰信号是周期性的而积分时间又为信号周期或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。

③对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。

④从选择器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。

⑤采用双绞线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。

选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。

（2）共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

共模干扰也称为共态干扰。

共模干扰的抑制方法①变压器隔离②光电隔离③浮地屏蔽④采用仪表放大器提高共模抑制比2.5 计算机控制系统中地线有哪几种?在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。

模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。

数字地作为计算机中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。

安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。

通常安全地又称为保护地或机壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。

系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。

众所周知，地球是导体而且体积非常大，因而其静电容量也非常大，电位比较恒定，所以人们把它的电位作为基准电位，也就是零电位。

交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位很不稳定。

2.6 什么是波反射? 如何消除波反射?波反射现象：阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。

这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。

消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。

3.1 插补计算程序流程： (1) 直线插补程序；(1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm 是最大于等于零，还是小于零； (2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步； (3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据； (4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。

(2) 圆弧插补程序。

(1)偏差判别 (2)坐标进给 (3)偏差计算 (4)坐标计算 (5)终点判别3.2 给出一段直线或圆弧。

要求：(1) 按逐点比较法插补进行列表计算；(2) 作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。

设加工第一象限的圆弧AB ，起点A （6，0），终点B （0，6）。

要求： (1)按逐点比较法插补进行列表计算； (2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。

解：插补计算过程如表3—2所示。

终点判别仍采用第二种方法，设一个总的计数器N xy ，每走一步便减1操作，当N xy =0时，加工到终点，插补运算结束。

下图为插补过程中的走步轨迹。

1023456123456NR1y x表3—23.3 三相步进电机的工作方式。

有三种工作方式： （1）三相单三拍工作方式各相的通电顺序为A →B →C,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步数 偏差判别坐标进给偏差计算 坐标计算 终点判别 起点 F 0=0 x 0=6,y 0=0 N xy =12 1 F 0=0 -X F 1=0-12+1=-11 x 1=5,y 1=0 N xy =11 2 F 1<0 +Y F 2=-11+0+1=-10 x 2=5,y 2=1 N xy =10 3F 2<0 +Y F 3=-10+2+1=-7 x 3=5,y 3=2 N xy =9 4 F 3<0 +Y F 4=-7+4+1=-2 x 4=5,y 4=3 N xy =8 5F 4<0 +Y F 5=-2+6+1=5 x 5=5,y 5=4 N xy =7 6 F 5>0 -X F 6=5-10+1=-4 x 6=4,y 6=4 N xy =6 7 F 6<0 +Y F 7=-4+8+1=5 x 7=4,y 7=5 N xy =5 8 F 7>0 -X F 8=5-8+1=-2 x 8=3,y 8=5 N xy =4 9 F 8<0 +Y F 9=-2+10+1=9 x 9=3,y 9=6 N xy =3 10 F 9>0 -X F 10=9-6+1=4 x 10=2,y 10=6 N xy =2 11 F 10>0 -X F 11=4-4+1=1 x 11=1,y 11=6 N xy =1 12F 11>0-XF 12=1-2+1=0x 12=0,y 12=6N xy =0（2）三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电顺序为AB→BC→CA。

各相通电的电压波形如图3.2所示。

图3.2双三拍工作的电压波形图（3）三相六拍工作方式在反应式步进电机控制中，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，其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA。

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3.4 利用8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制电路，要求：(1) 画出接口电路原理图；(2) 分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍或三相六拍工作方式下的输出字表。

4.1 数字控制器的连续化设计步骤。

模拟化设计步骤：（1）设计假想的模拟控制器D(S)（2）正确地选择采样周期T（3）将D(S)离散化为D(Z)（4）求出与D(S)对应的差分方程 （5）根据差分方程编制相应程序。

4.2 PID 控制器的三个参数对系统性能的影响。

系数p k 为比例系数，提高系数p k 可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数p k 最终将导致系统不稳定。