微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)答案(賴壽宏)

第二章 輸入輸出接口技術(shù)和輸入輸出通道 1 何謂 I O 接口 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中為什么要有 I O 接口電路 答 是主機(jī)和外圍設(shè)備之間交換信息的連接部件 2 一個(gè)微處理機(jī) CPU 采用程序控制查詢方式時(shí) 管理 50 個(gè)鍵盤顯示中斷 要求將各終端打入的任一字符在顯示 器上立即顯示出來(lái) 已知 CPU 查詢每個(gè)終端并完成每一字符的接收和處理時(shí)間需 200 s 若程序員以每秒打 10 個(gè)字 符的速度同時(shí)連續(xù)打入字符 問(wèn) CPU 是否能按要求 可靠的管理全部 50 個(gè)終端 又問(wèn) CPU 最多能管理多少個(gè)這種終 端 答 500 3 在本章第二節(jié) 查詢式 I O 方式應(yīng)用舉例中 假設(shè) X Y Z 三軸服務(wù)子程序的執(zhí)行時(shí)間分別為 100 s 150 s 120 s 主程序執(zhí)行時(shí)間 執(zhí)行查詢指令等 為 80 s 試估算不造成控制失誤三軸所能達(dá)到的最高速度是多少 速 度以脈沖 s 計(jì)算 答 2702 4 某微機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)有 1 2 3 三個(gè)外圍設(shè)備 由一個(gè) CPU 進(jìn)行管理 已知各外圍設(shè)備的最短響應(yīng)時(shí)間和服務(wù) 時(shí)間分別是 C1 5ms S1 300 s C2 8ms S2 1 3ms C3 1ms S3 400 s 問(wèn)若采用查詢方式是否能可靠管理這三個(gè)外圍設(shè)備 為什么 若不行的話 試提出改進(jìn)方答 不行 可采用中斷嵌套 的方式解決 6 計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備交換信息有哪幾種控制方式 它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn) 答 見教材 7 某 8086 最大模式系統(tǒng)中 需擴(kuò)展 8255A 8253 和 DAC0832 芯片各一片 采用 74LS138 譯碼器 若已指定給各芯 片的地址范圍是 8255A E0H E2H E4H E6H 8253 E1H E3H E5H E7H DAC0832 F0H 試設(shè)計(jì)接口擴(kuò)展的譯碼電路 除 74LS138 外 可增加必要的其他邏輯電路芯片 8 某 8088 最大模式系統(tǒng)中 需擴(kuò)展 8255A 四片 指定各芯片的地址范圍分別是 90 93H 94 97H 98 9BH 9C 9FH 采用 74LS 譯碼器 試設(shè)計(jì)接口地址譯碼電路 解 9 模擬輸入通道中為什么要加采樣保持器 采樣保持器的組成及要求是什么 答 為了保證 A D 轉(zhuǎn)換精度 就要在 A D 轉(zhuǎn)換之前加上采樣保持電路 使得在 A D 轉(zhuǎn)換期間保持輸入模擬信號(hào)不變 10 要求 A7 A6 A5 A4 A3 A2 G G2A G2B C B A A0 A1 8255A CS A0 A1 8255A CS A0 A1 8255A CS A0 A1 8255A CS A0 A1 A0 A1 A0 A1 A0 A1 74LS138 Y6 Y5 Y4 Y7 A6 A5 G G2A G2B C B A A0 A1 8255 CS A0 A1 8253 CS A0 A1 DAC0832 CS A1 A2 A1 A2 A1 A2 74LS138 1 1 A7 A4 A3 A0 1 A1 A2 Y1 Y 0 Y 0 Y0 Y4 1 將下圖中 CPU 換為 89C51 單片機(jī) 不改變地址線的連接方式 畫出電路圖 2 確定 8 個(gè)通道的端口地址 3 編寫程序 對(duì)第 8 通道的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換 把轉(zhuǎn)換結(jié)果存在 30H 存儲(chǔ)器中 11 有 4 位 AD 轉(zhuǎn)換器 滿刻度為 5V 現(xiàn)在輸入 4 15V 模擬電壓 請(qǐng)說(shuō)明逐次逼近轉(zhuǎn)換原理 并分析采用逐次逼近法逼 近的轉(zhuǎn)換過(guò)程 解 先通過(guò)置數(shù)邏輯電路將 SAR 中最高位置 1 其余全 0 井 DA 轉(zhuǎn)換成模擬電壓 U0 與輸入模擬電壓 Ui 在電壓比較器 下進(jìn)行比較 若 Ui U0 則保留最高位 1 否則清除最高位為 0 其次置次高位為 1 延續(xù)上述過(guò)程 直至確定最低位 的狀態(tài) 量化單位為 q 5v 2 4 0 3125V 本題目中圖表轉(zhuǎn)換如下 步驟 SAR U0 Ui U0 大小 該位去留 8 4 2 1 1 1 0 0 0 2 5 保留 2 1 1 0 0 3 75 保留 3 1 1 1 0 4 375 去 4 1 1 0 1 4 0625 保留 結(jié)果 1 1 0 1 偏差 4 15 4 0625 0 0875 圖略 12 什么叫做 I O 接口的獨(dú)立編址方式 答 將存儲(chǔ)器的地址空間和 I O 接口地址空間分開設(shè)置 互不影響 13 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)為什么要滿足采樣定理 答 滿足采樣定理 就可以通過(guò)理想的低通濾波器 由采樣信號(hào) 完全恢復(fù)出原始信號(hào) 第三章 數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì) 1 數(shù)字控制器與模擬調(diào)節(jié)器相比較有什么優(yōu)點(diǎn) 答 1 數(shù)字調(diào)節(jié)器能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律的控制 2 計(jì)算機(jī)具有分時(shí)控制能力 可實(shí)現(xiàn)多回路控制 3 數(shù)字調(diào)節(jié)器具有靈活性 使用簡(jiǎn) 單方便 可改善調(diào)節(jié)品質(zhì) 提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量 4 除實(shí)現(xiàn) PID 數(shù)字控制外 還能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控 數(shù)據(jù)采集 數(shù)字顯示等其他功能 2 為什么說(shuō)增量型 PID 控制器調(diào)節(jié)比位置型 PID 調(diào)節(jié)效果更 好 二者的區(qū)別是什么 答 1 計(jì)算機(jī)只輸出控制增量 即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分 因而誤動(dòng)作影響小 2 在 i 時(shí)刻的輸出 ui 只需用到此時(shí)刻的偏差 以及前 一時(shí)刻 前兩時(shí)刻的偏差 ei 1 ei 2 和前一次的輸出值 ui 1 這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間 3 在進(jìn)行手動(dòng) 自動(dòng)切換時(shí) 控制量沖擊小 能夠較平滑地過(guò)渡 3 按一定性能指標(biāo)要求對(duì)某控制系統(tǒng)綜合校正后求得其應(yīng)加的串聯(lián) 校正裝置為 解 2 sEsUass D0 D7 RD WR 89C51 P0 6 P0 7 P0 5 P0 4 G1 G2A G2B Y7 C 74LS138 1 1 EOC VCC VREF D0 D7 IN0 ADC 0808 IN1 0809 OE START ALE 接 8259A 時(shí)鐘 5V 八 路 模 擬 電 壓 輸 入 數(shù)據(jù)總線 D0 D7 RD WR CPU A6 8088 A7 A5 A4 A G1 G2A G2B Y7 C 1 1 EOC VCC VREF D0 D7 IN0 ADC 0808 IN1 0809 OE START ALE 接 8259A 時(shí)鐘 5V 八 路 模 擬 電 壓 輸 入 數(shù)據(jù)總線 即 2 4 8 s U ssU sE s 2 sEsasUsUs 化成微分方程 2 2 te dt tdu a dt tud 2 22 2 1 2 d u tu ku ku k dtT 1 du tu ku k dtT 1 2 1 2 2 ke T kuku a T kukuku 1 2 1 1 1 1 2 2 ke aT T ku aT ku aT aT ku 4 已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為 1 2 1 1 Ts D S T s 試用差分變換法 后向差分 求該裝置的遞推輸出序列 設(shè)輸入 為 e t 輸出為 u t 解 由 1 2 1 1 TsU s D S E sT s 得 21 1 1 T s U sTs E s 21 U sT sU sE sTsE s 21 du tde t u tTe tT dtdt 當(dāng)tkT 21 t kTt kT du tde t u kTTe kTT dtdt 近似為 21 1 1 u ku ke ke k u kTe kT TT 211 222 1 1 TTTT u ku ke ke k TTTTTT 5 已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為 2 2 2 2 nn n ss sD 試用雙線性變換法求出相應(yīng)的數(shù)字控制的脈沖傳遞函數(shù) 其中 sT1 答 1 1 1 1 2 z z s 2 2 2 2 nn n ss zD 整理得 21 2 21 2 24 824 21 zz zz zD nnn n 6 設(shè)被控對(duì)象傳遞函數(shù)為 T 1s 1 試用 二階工程最佳 設(shè)計(jì)法確定模擬控制器 Gc s 2 將 Gc s 用雙線性變換法離散化為數(shù)字控制器 D z 并將其 轉(zhuǎn)換為差分方程 解 令 設(shè) 其中 由 得 2 7 已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為 s s sD 085 0 17 01 現(xiàn)用數(shù)字 PID 算法來(lái)實(shí)現(xiàn)它 試分別寫出其相應(yīng)的位置型和增量型 PID 算法輸出表達(dá)式 設(shè)采樣周期sT1 PID 控制算法的模擬表達(dá)式為 0 1 t pD I de t u tK e te t dtT Tdt 15 0 140 100 ss sG s1s2 100 40 0 5kTT c I 1 s G s Ts s1 40T 0cp I s2 1 1 sG s G s T s T s k I 2 2 s2 2 2 2 T T K T T Is2 2100TkT 2 1 c 1 11 31 631 6 8080 0 3950 395 z s T z iiii zU z D zG s zE z uuee 位置型輸出表達(dá)式為 0 1 k D ppp j I TT u kK e kKe jKe ke k TT 增量型輸出表達(dá)式為 1 2 1 2 DDD pppppp I TTTT u ku kKKKe kKKe kKe k TTTT 而對(duì)模擬表達(dá)式 u t求拉式變換得 1 1 pD I u sKsT e s T s 1 1 p pDppD II K u s KsTKK T s e sT sT s 085 0 17 0 085 0 1 085 0 17 01 ss s sD 2 P K TI 0 17 TD 0 其位置表達(dá)式為 k j jekeku 0 765 11 2 其增量表達(dá)式為 1 2 765 13 kekeku 8 試述采樣周期 T 的選擇原則 答 1 必須滿足香農(nóng)采樣定理的要求 2 從控制系統(tǒng)的隨動(dòng)和抗干擾的性能來(lái)看 則 T 小些好 干 擾頻率越高 則采樣頻率越高越好 以便實(shí)現(xiàn)快速跟隨和快速抑制 干擾 3 根據(jù)被控對(duì)象的特性 快速系統(tǒng)的 T 應(yīng)取小 反之 T 可 取大些 4 根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作慣性大時(shí) T 應(yīng)取 大些 否則 執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)不及反映控制器輸出值的變化 5 從計(jì)算機(jī)的工作量及每個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算成本來(lái)看 T 應(yīng) 選大些 6 從計(jì)算機(jī)能精確執(zhí)行控制算式來(lái)看 T 應(yīng)選大些 1 已 知 一 被 控 對(duì) 象 的 傳 遞 函 數(shù) 為 05 01 1 01 10 sss sGc 設(shè)采用零階保持器 采樣周期 T 為 0 2s 試針對(duì)單位速度 輸入函數(shù)設(shè)計(jì)快速有波紋系統(tǒng)的 計(jì)算采樣瞬間數(shù)字控 制器和系統(tǒng)的輸出響應(yīng)并繪制圖形 2 在題 1 中 針對(duì)單位速度輸入函數(shù)設(shè)計(jì)快速無(wú)波紋系 統(tǒng)的 計(jì)算采樣瞬間數(shù)字控制器和系統(tǒng)的輸出響應(yīng)并繪 制圖形 1 2 題 解 0185 01 135 01 1 065 11 05 01 76 0 111 111 zzz zzz zG 065 11 1 11 zazzz e 1 1 11 bzzz e 1 1 1 065 11 1111 bzzzaz 2121 065 1 1 azazbzzb 1 1 065 11 1 11 11 bzzz zazzz e e 得得 解得 解得 516 0 484 0 b a 105 0 11 0 1 10 2 2 0 0 sss e sGsHsG s C 3 設(shè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 采用零階保持器 采樣周期 T 1s 輸入單位速度函數(shù) 試按最少拍無(wú)波紋要求設(shè)計(jì) zD 并檢驗(yàn)一下所設(shè)計(jì)的 系統(tǒng)是否滿足快速無(wú)波紋的要求 解 4 某電阻爐 其傳遞函數(shù)可近似為帶純滯后的一階慣性 環(huán)節(jié) s d d c e sT K sG 1 用飛升曲線法測(cè)得電阻爐的有關(guān)參 數(shù)如下 sTsK dd 680 30 16 1 若采用零階保持 器 取采樣周期sT6 要求閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) sT350 用大林算法求取對(duì)電阻爐實(shí)現(xiàn)溫度控制的 數(shù)字控制器的算式 解 5 已 知 控 制 系 統(tǒng) 的 被 控 對(duì) 象 的 傳 遞 函 數(shù) 為 1 12 ss e sG s c 采樣周期sT1 若選閉環(huán)系統(tǒng) 的時(shí)間常數(shù)sT1 0 問(wèn)是否會(huì)出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象 試用大 林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器 zD 解 6 已知計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù) T 1s 試分別作下列雙線性變換 然后作伯德圖 解 065 11 584 0 1 516 01 1 11 11 zzz zzz e e 516 01 05 01 135 01 0185 01 636 0 1 11 11 zz zz zzG z zD e e 321 1 11 484 0 1 065 11 484 0 zzz z zz zRzzC 321 000186 00037 00509 0484 0 zzz zG zC zU 1 0 0 5 T 2T 3T n C nT 0 11 11 3 68 1 0 717 1 1 0 368 zz G z zz 11 00 11 12 0 717 1 0 717 0 58 1 1 0 158 1 1 0 368 1 0 580 416 G z uv mp zzzcc z D z z G z zz zz 可見零點(diǎn)為單位圓內(nèi) 極點(diǎn)為1 單位圓上 0 368 單位圓內(nèi) 故 0 0 單位圓上極點(diǎn)不包括 1 1 設(shè)求得 d d cd dcc d p d 1 d d d 1 1 1 1 d 1 16 e 1 1 e1 e e 1 1 e 1 e 1 e 1 e 1 e 1 e 1 628 1 0 991 1 0 9830 17