计算机控制技术课程答案

第一章（绪论）作业

1.1什么是计算机控制系统？工作原理是怎样的？

答：（1）计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程控制的系统。、（2）计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：

a、实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

b、实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

c、实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

1.2它由哪几部分组成？

答：计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关装置。计算机控制系统的组成框图见书本第2页（图1.2）。

1.3 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？

答：（1）操作指导控制系统

优点：结构简单，控制灵活，安全。

缺点：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（DDS）

优点：实时性好，可靠性高，适应性强。

（3）监督控制系统（SCC）

优点：生产过程始终处于最优工况。

（4）分散控制系统（DCS）

优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。

（5）现场总线控制系统（FCS）

优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。

1.4 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。

1.6 计算机控制系统的发展趋势是什么？

大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。

a.普及应用可编程序控制器

b.采用集散控制系统

c.研究和发展智能控制系统

第二章（输入输出接口与过程通道）作业

2.5 请分别画出一个有源I/V变换电路和一个无源I/V变换电路图。并分别说明各个器件的作用。

答：有源变换电路见书本上第32页（图2.19）：

同相放大器电路把电阻1R 上的输入电压变成标准的输出电压（放大倍数为43

1R A R =+

）； 极性电容C 能起到滤波作用，防止高频的干扰； 5R 为平衡电容。

无源变换电路见书本上第31页（图2.18）：

极性电容C 起滤波的作用；

二极管D 起限幅保护作用（当输出电压大于5V 时，D 导通减少流过2R 的电流从而降低2R 上的电压，保证输出不超过5V ）；

2.6 什么是采样过程？量化，孔径时间？

答：采样过程：按一定的时间间隔T ，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时刻0，T ，2T ，、、、、、、kT 的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程。

量化：采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。

孔径时间：在模拟输入通道中，A/D 转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次A/D 转换所需要的时间称为孔径时间。

2.7 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？

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，可以采用带有保持器电路的采样器。当被测信号变化很慢时，若A/D 转换器时间足够短，可以不加采样保持器。

2.9 试用8255A 、AD574、LF398、CD4051和PC 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8路模拟量数据采集程序。

答：原理图见书本上第36页（图2.25）。

数据采集程序如下：设8255A 的地址为2C0H —2C3H ，主过程已对8255A 初始化，且已装填DS 、ES （两者段基值相同），采样值村入数据段中的采样值缓冲区BUF 。其8通道数据采集的程序见书本上第37（图2.26）。

AD574A PROC NEAR

CLD

LEA DI , BUF

MOV BL , 00000000B //

MOV CX , 8

ADC : MOV DX , 2C2H

MOV AL , BL

OUT DX , AL

NOP

NOP

OR AL , 01000000B

OUT DX , AL

AND AL , 10111111B

OUT DX , AL

MOV DX , 2C0H

PULLING: IN AL , DX

TEST AL , 80H

JNZ PULLING

MOV AL , BL

OR AL , 00010000B

MOV DX , 2C2H

OUT DX , AL

OR AL , 01000000B

OUT DX , AL

MOV DX , 2C0H

IN AL , DX

AND AL , 0FH

MOV AH , AL

INC DX

IN AL , DX

STOSW

INC BL

LOOP ADC

MOV AL , 00111000B

MOV DX ,2C2H

OUT DX , AL

RET

ADC574A ENDP

2.10 采用DAC0832和PC 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。

答：原理图见书本上第41页（图2.29）。

若DAC0832的片选地址为200H,则8位2 进制数6DH 转换为模拟电压的接口程序为： MOV DX ， 200H

MOV AL ， 6DH

OUT DX ， AL

HLT

2.12 请分别画出D/A 转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推出输出电压与输入数字两之间的关系式。

解：D/A 转换器的单极性和双极性输出电路见书本上第44页（图2.33）。

1OUT V 为单极性输出，若D 为输入数字量，REF V 为基准参考电压，且为n 位D/A 转换器，则有1*2

OUT REF n D V V =-； 2OUT V 为双极性输出，可以推出：

3321112(**)*(1)2

OUT REF OUT REF n R R D V V V V R R -=-+=-