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山東科技大學 計算機控制技術 練習題 第一章 計算機控制系統(tǒng)概述 習題一 1 計算機系統(tǒng)由哪些部分組成 并畫出方框圖 2 計算機控制系統(tǒng)是怎樣分類的 按功能和控制規(guī)律可分為幾類 3 計算機控制系統(tǒng)的主要特點有哪些 4 計算機控制系統(tǒng)的主要性能指標有哪些 5 控制對象對控制性能有何影響 6 現代集成控制系統(tǒng)的體系結構 7 信息網絡對控制網絡的推動作用 8 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展動向主要表現在哪幾個方面 第二章 過程輸入輸出通道技術 習題二 1 簡述過程輸入輸出通道的組成及功能 2 說明過程輸入輸出通道的編址方式及特點 3 過程輸入輸出通道的主要控制方式有哪些 請說明其工作流程 4 試說明過程接口電路設計中應解決的主要問題 5 多路開關如何擴展 試用兩個 CD4097 擴展成一個雙 16 路輸入和雙 2 路輸出系統(tǒng) 并說 明其工作原理 6 采樣 保持器有什么作用 試說明保持電容的大小對數據采集的影響 7 在數據采集系統(tǒng)中 是不是所有的輸入通道都無原則加采樣 保持器 為什么 8 開關量輸出通道與計算機的接口有哪些方法 9 開關量輸出的功率接口技術主要有哪些 10 開關量有哪些主要形式 各有什么特點 11 試介紹開關量的整形與電平變換的主要功能 12 CPU 對開關量輸入信號有哪些主要形式 13 試述權電阻解碼型 D A 轉換原理 為什么實際采用 R 2R T 型 D A 轉換電路 14 試介紹數字輸入碼與模擬輸出電壓的關系 15 用 8 位 DAC 芯片組成雙極性電壓輸出電路 其參考電壓為 5V 5V 求對應以下偏移 碼的輸出電壓 1 10000000 2 01000000 3 11111111 4 00000001 5 011111111 6 11111110 16 說明 D A 轉換的雙極性輸出的原理 并畫出電路原理圖 17 簡述 D A 轉換器產生尖峰的原因及抑制尖峰的方法 18 DAC0832 與 CPU 有幾種連接方式 它們在硬件接口及軟件程序設計方面有何不同 19 試用 DAC0832 設計一個單緩沖的 D A 轉換器 要求畫出接口電路圖 并編寫出程序 20 試用 8255A 的 B 口和 DAC0832 設計一個 8 位 D A 轉換接口電路 并編寫出程序 設 8255A 的地址為 8000H 8003H 21 采用二片 DAC0832 設計一個雙路模擬量輸出通道 要求 1 雙路輸出同時改變 2 輸出為單極性 3 提供與 8031 的接口及實現的程序 22 某數字式單相交流功率測量裝置采用 8031 作為主控制器 其測量算法是 山東科技大學 31 0 k kikuKP 其中 K 是功率歸算系數 u k i k 為電壓 電流采樣值 每個正弦波 周期采樣 32 點 請設計一個模擬量輸入通道及其與 8031 的接口 該通道采用 AD574A 最 后決定采樣周期 設交流頻率為 50Hz 23 為什么高于 8 位的 D A 轉換器與 8 位微機接口連接必須采用雙緩沖方式 這種緩沖工 作方式與 DAC0832 的雙緩沖工作方式在接口上有什么不同 24 A D 轉換器原理有幾種 它們各有什么特點和用途 25 試說明逐次逼近型 A D 轉換器的轉換原理 26 A D 轉換器的結束信號 設為 EOC 有什么作用 根據該信號在 I O 控制中的連接方 式 A D 轉換有幾種控制方式 它們各在接口電路和程序設計上有什么特點 27 設某 12 位 A D 轉換器的輸入電壓為 0 5V 求當輸入模擬量為下列值時輸出的數字量 1 1 25V 2 2V 3 2 5V 4 3 75V 5 4V 6 5V 28 設被測量溫度變化范圍 00C 12000C 如果要求誤差不超過 0 40C 應選用分辯率為多少 位的 A D 轉換器 設 ADC 的分辯率與精度一樣 29 高于 8 位的 A D 轉換器與 8 位 I O 微機及 16 位微機接口有什么區(qū)別 試以 A D574A D 轉換器為例加以說明 30 以 A D574A D 轉換器為例說明單極性和雙極性兩種輸入工作方式的電路連接 補充練習 離散系統(tǒng) 1 計算機控制系統(tǒng)的數學描述分為幾類 2 采樣信號的物理意義是什么 3 采樣定理與信號復現的關系是什么 4 設采樣周期為 T 試求以下連續(xù)時間被控對象的脈沖傳遞函數 1 3 2 1 bsas K s e sG bsas K sG ass K sG Ts 5 已知 as a sG s sG 1 21 試分別求出他們中間沒有采樣開關隔開時 和中間有采 樣開關隔開時的脈沖傳遞函數 6 設有閉環(huán)采樣控制系統(tǒng)如圖 2 27 所示 試求出該系統(tǒng)閉脈沖傳遞函數 G1 s G2 s r t Y t 圖 2 27 閉環(huán)采樣控制系統(tǒng)結構圖 7 設采樣控制系統(tǒng)的特征方程如下所示 試確定相應系統(tǒng)的漸進穩(wěn)定性 山東科技大學 0122 5 015 05 055 1 4 0325 1 3 01939 2 035 1 234 234 123 334 23 zzzz zzzz zzz zzzz zzzz 8 設采樣控制系統(tǒng)的特征方程為0 1 5 1 23 kkzkzz 試決定為保證系統(tǒng)穩(wěn)定 k 的取值范圍 9 討論系統(tǒng) 01 1 1 01 1 1 azazaz bzbzbzb zG zR zY n n n n nn n L L 假設 kr輸入序列是有界 的 即 11 2 1 0 MkMkrL 為一界常數 若系統(tǒng)是漸進穩(wěn)定的 即 zG的所有極 點都在單位圓內 試證明系統(tǒng)輸出 ky也是有界的 即 22 2 1 0 MkMkyL 為一有 界常數 10 已知一采樣控制系統(tǒng) 如圖 2 28 所示 試求 1 系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數 2 判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性 3 系統(tǒng)對階躍輸入和斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差 r t T 1s y t s e s 1 105 0 11 0 2 sss 圖 2 28 采樣控制系統(tǒng)結構圖 11 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與哪些因素有關 第三章 常規(guī)控制算法 習題三 1 試說明數字控制系統(tǒng)設計的模擬設計法和直接數字設計法各自的步驟和特點 2 模擬控制器的離散化方法有哪些 各有什么特點 3 什么叫模擬 PID 調節(jié)器的數字實現 它對采樣周期有什么要求 理由何在 4 位置式 PID 算法和增量式 PID 算法各有什么樣的特點 5 試描述 PID 調節(jié)器中比例系數 積分時間常數和微分時間常數的變化對閉環(huán)系統(tǒng)控制性 能的影響 6 PID 參數整定有些什么樣的方法 它們各自的特點和適應范圍如何 7 什么是積分飽和現象 它是怎樣引起的 通常采樣什么方法克服積分飽和 8 干擾對數字 PID 控制器有什么影響 為消除干擾的影響 在控制算法上可以采取什么樣 的措施 9 在采用數字 PID 控制器的系統(tǒng)中 應當根據什么原則選擇采樣周期 10 什么是最少拍數字控制系統(tǒng) 在最少拍數字控制系統(tǒng)的設計當中應當考慮那些因素 山東科技大學 11 在圖 2 21 所示的計算機控制系統(tǒng)中 被控對象的傳遞函數為 2 1 10 s sGp 設采樣周 期 0 1s 試針對單位階躍輸入設計最少拍控制器 計算在采樣瞬間數字控制器輸出和系統(tǒng)輸 出響應 并繪制響應圖形 12 對題 3 11 所示系統(tǒng) 試針對單位階躍輸入設計最少拍無紋波數字控制器 計算在采樣 瞬間數字控制器輸出和系統(tǒng)輸出響應 并繪制響應圖形 13 設廣義被控對的脈沖傳遞函數為 1 1 5 01 5 0 z z zG 試針對單位速度輸入設計最少拍無 紋波數字控制器 并計算數字控制器輸出和系統(tǒng)輸出 當參數變化 使得 4 01 6 0 1 1 z z zG 時 若 D z 保持不變 系統(tǒng)輸出響應將如何變化 14 最少拍數字控制系統(tǒng)有些什么缺點 為了克服這些缺點 通常采樣什么方法 15 已 知 在 圖 2 21 所 示 的 計 算 機 控 制 子 系 統(tǒng) 中 被 控 對 象 的 傳 遞 函 數 為 s p e ss sG 1 0 101 1 5 試用達林算法設計數字控制器 D z 16 振鈴現象是如何產生的 它有些什么樣的危害 怎樣克服 17 已知控制系統(tǒng)的被控對象傳遞函數為 1 12 1 ss e sG s p 已知采樣周期 T 1s 試 用大林算法設計 D z 18 在題 3 17 中 若選閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數s1 0 是否會出現振玲現象 如何消除 第四章 現代控制技術 習題四 1 什么叫狀態(tài)變量 對實際系統(tǒng)來說 它的狀態(tài)變量的選取是否唯一 2 求下述系統(tǒng)的狀態(tài)方程描述 y k 2 y k 1 0 16y k u k 1 2u k 3 求下述脈沖傳遞函數描述系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 2 1 5 2 zzzU zY 4 設離散時間系統(tǒng)的狀態(tài)方程為 1 1 116 0 10 1 kukk xx 初始狀態(tài) 1 1 0 x 試求系統(tǒng)在單位階躍輸入序列 即 u k 1 k 0 1 2 作用下的狀態(tài)響應 x k k 0 1 2 5 已知離散時間系統(tǒng)的狀態(tài)方程描述為 山東科技大學 11 1 0 05 0 5 01 1 kky kukk x xx 試求它的脈沖傳遞函數描述 6 離散時間系統(tǒng)的能控性和能觀測性是如何定義的 它們之間有什么不同 7 檢驗下列系統(tǒng)的能控性和觀測性 1 1 1 10 02 1 kukk xx 01 kkyx 2 1 1 0 5 000 01 00 011 0 1 kukk xx 111 kuky 8 已知系統(tǒng) 11 1 1 0 1 1 kky kuk b a k x x x 的狀態(tài)完全可控又可觀時 求參數 a b 的值 9 什么叫做狀態(tài)方程的坐標變換 坐標變換有些什么樣的重要特性 10 利用坐標變換 將下述系統(tǒng)轉換成能控標準形 1 0 1 310 120 112 1 kukk xx 11 給定被控對象 1 0 116 0 10 1 kukk xx 試確定狀態(tài)反饋增益矩陣 T f 使經狀態(tài)反饋后所得的閉環(huán)系統(tǒng)的極點為5 05 0 5 05 0 21 jj 12 給定被控對象 1 0 11 10 1 kukk xx 試分別用解聯立方程的方法和通過 能控標準型的方法狀態(tài)反饋增益矩陣 T f 使閉環(huán)系統(tǒng)的極點為1 0 1 5 0 2 山東科技大學 13 已知被控對象的狀態(tài)方程為 20 01 00 200 010 011 1 kkkuxx 試確定狀態(tài)反 饋增益矩陣 F 使得閉環(huán)系統(tǒng)的極點為2 01 0 2 0 3 21 j 14 已知被控對象的狀態(tài)方程為 11 1 0 3 02 0 1 00 1 kky kukk x xx 試設計它的狀態(tài)觀測器 并將觀測器的極點配置到2 01 0 2 1 j 15 對于題 5 4 所示的被控對象 試設計一具有狀態(tài)觀測器的極點配置控制器 并將閉環(huán)系 統(tǒng)的極點配置到5 05 0 2 1 j 使觀測器的極點為 2 01 0 2 1 j 同時得出可在 計算機中直接實現的關于 U z 和 Y z 之間的關系式 第五章 數據處理技術 習題五 1 微機數據處理系統(tǒng)與模擬數據處理系統(tǒng)相比有什么優(yōu)點 2 查表方法有幾種 試說明它們的優(yōu)缺點 并說明其應用場合 3 數字濾波與模擬濾波相比有什么特點 4 常用的數字濾波方法有幾種 它們各有什么優(yōu)缺點 5 算術平均濾波 加權濾波以及滑動平均濾波三者的區(qū)別是什么 6 為什么要采用量程自動轉換技術 7 標度變換在工程上有什么意義 在什么情況下使用標度變換 8 某壓力測量系統(tǒng) 其測量范圍為 0 1000mmH2O 柱 經 A D 轉換后對應的數字量為 00 FFH 試編寫一標度變換子程序 使其能對該測量值進行標度變換 9 某一加熱爐的溫度變化范圍為0 1600oC 經溫度變送器輸出電壓為1 5V 再經ADC0809 轉換 ADC0809 的輸入范圍為 0 5V 試確定當采樣值為 9BH 時 所對應的加熱爐溫度是 多少 10 線性插值法有什么優(yōu)缺點 使用中是否分段越多越好 第六章 總線技術與嵌入式系統(tǒng) 習題六 1 DCS 系統(tǒng)的發(fā)展及各代的特點是什么 2 DCS 系統(tǒng)主要由哪幾部分組成 3 FCS 系統(tǒng)的主要特點是什么 4 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)向 FCS 系統(tǒng)發(fā)展的主要標志是什么 5 典型的 FCS 系統(tǒng)有哪些 6 Profibus