计算机控制系统习题参考答案

习题参考答案

2-3 信号调理单元的功能是什么？通常包括那些电路？

放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波，将传感器输出的电信号尽可能不失真地转变为标准的电流或电压信号（通常为4～20mA 、0～5V 等）。

通常包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。

2-5 仪表放大器与普通运算放大器有何不同？其特点有哪些？

对于输出阻抗大，共模电压高的输入信号，需要用到高输入阻抗和高共模抑制比的差动放大器，仪器放大器是专为这种应用场合设计的增益可调的放大器。

如果由普通的运放构成增益可设定的差动放大器，因其输入阻抗低，电阻参数对称性调整复杂，共模抑制比低，故而不适合作为传感器输出信号的差动放大器。

2-11 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？

采样保持器的作用是：在A/D 转换期间保持输入模拟信号不变。

并不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器，如被采样的模拟信号的变化频率相对于A/D 转换的转换速度较低的话，可以不加采样保持器。

2-13 A/D 转换器有哪些技术指标？

(1) 分辨率 通常用转换后的数字量的位数表示，如8位、10位、12位、16位等 (2) 量程 它是指所能转换的电压范围。如5V 、10V 等。

(3) 转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确度。A/D 转换器的转换精度取决于量化误差q 、微分线性度误差DNLE 和积分线性度误差INLE 。通常用绝对精度和相对精度两种表示方法。绝对精度常用数字量的位数表示法，如绝对精度为±1/2LSB 。，相对精度用相对于满量程的百分比表示。如满量程为10V 的8位A ／D 转换器，其绝对精度为

81/210/219.5mV ⨯=±，而8位A ／D 的相对精度为%59.0%1002/)2/1(8=⨯FSR 。

精度和分辨率不能混淆。即使分辨率很高，但温度漂移、线性不良等原因可能造成精度不是很高。

(4) 转换时间 它是指启动A/D 到转换结束所需的时间，即孔径时间。

(5) 工作温度范围 较好的A/D 转换器的工作温度为-40～85℃，一般的为0～70℃。

2-14 一个12位的A/D 转换器，孔径时间为20μs ，绝对精度为±1LSB ，若不使用采样保持器，为了确保转换精度，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少？

/100

2100A D m

U ft U δπ∆⨯=

=⨯

6

/(1/4096)*100

1.9Hz 2100

2π2010100

A D f t δ

π-∴=

=

≈⨯⨯⨯⨯

2-16 为什么模拟量输出通道中要有零阶保持器？通常用何电路实现？

模拟量输出通道中要有输出保持器，这是因为计算机控制是分时的，每个输出回路只能周期地在一个时间片上得到输出信号，即这时执行部件得到的是时间上离散的模拟信号，而实际的执行部件却要求连续的模拟信号，因此为了使执行部件在两个输出信号的间隔时间内仍然能得到输出信号，就必须有输出保持器，通过它将前一采样控制时刻的输出信号保持下来，直到下一个采样控制时刻到来，重新得到新的输出信号

计算机控制系统中通常采用零阶保持器，即前一采样时刻的输出值原封不动的（理想化的）保持到下一采样时刻到来。

零阶保持器通常用和模拟量输入通道中的采样保持器一样的电容保持电路来实现。

2-19 数字量输入通道中的调理电路通常哪几种功能？

电平转换、滤波、隔离和过电压保护

2-24 常用数字滤波有几种方法？各有何特点何用途？

限幅滤波、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、加权递推平均滤波法和一阶惯性滤波法。

平均值滤波法适用于周期性干扰，中位值滤波法和限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰，惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号，加权平均值滤波法适用于纯迟延较大的被控制对象。如果同时采用几种滤波方法，一般先用中位值滤波法或限幅滤波法，然后再用平均值滤波法。

2-25某热处理炉温度变化的范围为0～1350℃,经温度变送器变换为1～5V 电压输入AD574A ，AD574A 的输入范围为0～10V 。当t=KT 时， AD574A 的转换结果为56AH ，问此时炉内的温度为多少度？

解 1350x A C =︒，00A C =︒，5m N =，01N V =，

561386AH =101386 3.3854095

x V

N =

⨯= 0

000

()

x x m m N N A A A A N N -=-+-

3.3851

(13500)080551

C =-⨯

+=︒-－

或解：56AH 对应的电压值为

1056 3.3854095

V

AH V ⨯=

1350051 3.3851Y

-=-- 805x A C =︒

C

3-1工业控制计算机有什么主要特点?有哪几种主要类型?

工业控制计算机的主要特点

(1) 可靠性高

(2) 实时性好

(3) 环境适应能力强

(4) 输入和输出模板配套好

(5) 系统通信功能强

(6) 系统开放性和扩充性好

(7) 控制软件包功能强

(8) 后备措施齐全，具有冗余性

工业控制计算机的主要类型

(1) 通用型IPC

(2) 工业总线工控机

(3) DCS现场控制站

(4) 智能程控仪表和总线型测控仪表

(5) 嵌入式工控机

(6) PLC

(7) 单元式控制器。

3-2何谓总线？何谓总线标准？

总线是连接一个或多个部件的一组电缆的总称，通常包括地址总线、数据总线和控制总线。

总线标准是指芯片之间、插板之间及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应遵守的一些协议与规范。总线标准包括硬件和软件两个方面，如总线工作时钟频率、总线信号线定义、总线系统结构、总线仲裁机构与配置机构、电气规范、机械规范和实施总线协议的驱动与管理程序。

3-12 RS-232C和RS-485是什么总线？试对两者进行对比。

RS-232C、RS-485为串行总线。