2012《计算机控制技术》(A)(建电80901)(答案)

2012《计算机控制技术》（A）答案及评分参考
一、单项选择题（每小题 1 分，共10 分）
1. C
2. A
3. D
4. B
5. B
6. A
7. C
8. A
9. B 10. D
二、填空题（每小题 1 分，共10 分）
1.假设ADC0809的基准电压V REF
（+）=5.12V，V REF
（-）
=0V，则此时它的量化单位
q= 20 mV
2. （1）模拟量输出通道的主要功能是将CPU输出的数字量转换成（模拟信号）。

（2）在计算机控制系统中，模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。

（模拟信号）
3.过程通道解决两类基本问题：一是将（外部传感器信号转换成计算机能接受的数字信号）。

二是将计算机输出的数字信号转换为外部执行器能接受的信号。

4. D/A变换器的精度主要由线性误差、偏置误差和增益误差的大小决定的。

5. 插补程序
6. 三相步进电机按双三拍方式工作，各相通电次为。

（AB→BC→CA→AB …）
7. 闭环负反馈控制的基本功能是。

（测量偏差、纠正偏差）
8. 仪表放大器
9.控制装置
10. 常用的数字滤波方法有惯性滤波、限幅滤波、平均值滤波和____。

（中值滤波）
三、名词解释（每小题 3 分，共15 分）
1.数字滤波：通过一定的计算或者判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重
2.过程通道：是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

3.孔径误差：孔径误差就是指因孔径时间而产生最大A/D转换误差。

4.积分饱和：所谓积分饱和是执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差，由于
积分的积累作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行结构已无相应的动作。

5.看门狗：用来检测系统出错并自动恢复运行，也可用来检测硬件的故障。

四、简答题（每小题 5 分，共30分）
1.数字量输入输出通道的基本功能是什么？。

答：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，这些状态信号包括开关信号、脉冲信号或数字编码信号。

（2分）
数字量输出通道的基本功能就是将计算机与被控对象隔离开，以防止来自现场的干扰或强电侵入，通常采用的隔离器件是光电耦合器，功率驱动电路。

（3分）2.试简单说明增量型PID控制算法的优点。

答 : （1）增量型算法不需做累加，计算误差和计算精度问题，对控制量的计算影响较小。

（2分）
（2）增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会影响系统的工作。

位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。

（2分）
（3）采用增量型算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。

（1分）
3.什么是数字滤波技术？与传统的模拟滤波器相比他有什么优点？
答：数字滤波技术，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。

（2分）
与模拟滤波器相比，有以下几个优点：
（1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好。

且一种滤波程序可以反复调用，使用灵活、方便, 便于修改。

（2）数字滤波可以对频率很低(如0．01HZ)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷。

（3）数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

（3分）
4. 试述A ／D 变换器精度与分辨率的含义以及两者的关系。

答：精度：对于一给定的数字量的实际模拟量输入与理论值接近的程度；（2分） 分辨率：输出数字量对输入模拟量变化的分辨能力。

（2分）
两者不同，但应一致，通常精度高，分辨率亦应高。

（1分）
5. 试比较平衡与不平衡传输方式的传输性能。

答：在不平衡传输方式中，信号线上所感应到的干扰河地线上的干扰将迭加后影响接收信号，在平衡传输方式中，双绞线上感应的干扰相互抵消，地线上的干扰又不影响接收端，平衡传输方式在抗干扰方面有较好的性能，并适合较远距离的数据传输。

6.产生量化误差的原因。

答：（1）A/D 转换的量化效应。

（2）控制规律计算中的量化效应
（3）控制参数的量化效应 （4）D/A 转换的量化效应
五、计算题（第1题8分，第2、3、4每小题9分，，共 35 分）
1. 某炉温度变化范围为0—1500℃，要求分辨率为3℃，温度变送器输出范围为0—5V 。

若A/D 转换器的输入范围也为0—5V ，则请在ADC0809(8位)与AD574A(12位)间选择A/D 转换器，要求写出计算过程。

选定A/D 转换器后，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为多少？ 解： （1500－0）/2n <3，n ≈9，所以应选用分辨率为10位字长的A/D 转换器。

（4分）
（1500－800）/2n <3，n ≈8，所以应选分辨率为8位字长的A/D 转换器。

（4分）
2. 已知某连续控制器的传递函数为12()s
D S s +=，现用PID 算法来实现它，请先
写出P ID 控制算法的模拟表达式、位置型输出表达式和增量型输出表达式后，再对模拟表达式()u t 求拉式变换，试分别求其相应的位置型和增量型PID 算法输出表达式。

（设采样周期1T s =）
解：PID 控制算法的模拟表达式为
01()()[()()]t p D I de t u t K e t e t dt T T dt =++⎰ （1分） 位置型输出表达式为
0()()()[()(1)]k D p p p j I T T u k K e k K e j K e k e k T T ==++--∑ （1分） 增量型输出表达式为：
()(1)()()(2)(1)(2)
D D D p p p p p p I T T T T u k u k K K K e k K K e k K e k T T T T =-+++-+-+-（1分）
而对模拟表达式()u t 求拉式变换得
1
()[1]()p D I u s K sT e s T s
=++ ()1
[1]()p p D p p D I I K u s K sT K K T s e s T s T s =++=+
+ （2分） 本题中，121
()2s
D S s s +==+
所以0D T =，2p K =，2I T = （1分）
于是，本题的位置型输出表达式为
()2()()k
j u k e k e j ==+∑ （1分）
增量型输出表达式为：
()(1)3()2(1)u k u k e k e k =-+-- （2分）
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), 设采样周期为0.2秒。

（1）试用一阶向后差分变换法，将其离散，求D(z)=？（2）试求实现计算机控制的控制算法。

解：1）D(S)=U(S)/E(S)=(1+0.17S)/(1+0.085S)
S=(z-1)/T z =(z-1)/(0.2z)=5(1-z -1
)
2）D(Z)=D(S)|S=5(1-z-1)=(1.298-0.596Z-1)/(1-0.298Z-1)
位置型算式: u(k)=0.298u(k-1)+1.298e(k)-0.596e(k-1)
评分：
（1）第1小题4分，第2小题5分；
（2）若第1小题中替换关系正确，计算有误，可给2分；
（3）由于第1小题计算有误，使第2小题有误，但方法正确，可给3分
4．加工一条直线，起点为坐标原点，终点为E（4，-2），要求：
(1) 按逐点比较法插补进行列表计算；
(2) 画出走步轨迹图, 并标出进给方向步数
解：坐标进给的总步数Nxy = 4+2 = 6, Xe = 4, Ye = 2, 插补计算过程如表所示：
（画出直线：1分；插补方向正确：3分（插补方向部分正确只能给1分））。