計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

1、 采用PC（ISA或PCI）總線和8255A設(shè)計(jì)x軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)的控制接口，要求：（1）畫(huà)出接線電路原理圖；（2）分別列出x軸y軸步進(jìn)電機(jī)在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍方式下的輸出字表。答：（1）接線電路原理圖兩臺(tái)三相歩進(jìn)電機(jī)控制接線示意便（2）輸出字表答:接線電路原理圖U兩臺(tái)三相歩進(jìn)電機(jī)控制接線示意便（2）輸出字表答:接線電路原理圖U冊(cè)屜電抿PCL-7JArtlJS.X軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高從位輸出字ADX00000001=01HADYl00000001=O1HADX.00000010=Q2Hady200000010=02H

2、ADX.00000100=O4Hady300000100=04H扎三相更三拍控制方式輸出字表乩三相霰三拍控制方式輸出字表就軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y軸歩進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高丿.1值輸出字ADX.00000011=03HADYj00000011.=03HADXl00000110=06H00000110=06Hadx300000101=05HAD00000101.=O5HC.三相六拍控制方式輸出字表x軸步進(jìn)電;機(jī)輸出字表y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)低八位輸岀字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸岀字ADXx00000001=O1HADi00000001=DIMADX,00000011

3、=Q3HADV.0000001l.=Q3HADX.00000010=O2Hady300000010=02HADX,00000110=O6HADY400000110=O6Hadx500000100=04Hady500000100=04Hadx500000101=O5Hady5000QO101=O5H第4章常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟是什么？答：設(shè)計(jì)步驟為：(1)設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器D(s)選擇采樣周期T(3)將D(s)離散化為D(Z)(4)設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法(5)校驗(yàn)8.數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么？答：設(shè)計(jì)步驟為：(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和其它約束條件，確定

4、所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(2)根據(jù)式求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)(3)根據(jù)式求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)4）根據(jù)式求取控制量的遞推傳遞函數(shù)計(jì)算公式9.數(shù)字控制器的工程實(shí)現(xiàn)包括那幾個(gè)部分？主要是指：給定值和被控量，偏差處理，控制算法的實(shí)現(xiàn)，控制量處理以及手動(dòng)自動(dòng)切換。10.選擇采樣周期要考慮哪些因素？答:（1）首要要考慮的因素：香農(nóng)采樣定理給出了采樣周期的上限。采樣周期的下限為計(jì)算機(jī)執(zhí)行控制程序和輸入輸出所耗費(fèi)的時(shí)間，系統(tǒng)的采樣周期只能在和之間選擇。（2）其次要考慮以下給方面的因素：1）給定值的變化頻率；2）被控對(duì)象的特性；3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型；4）控制算法的類(lèi)型；5）控制的回來(lái)數(shù)11數(shù)字PID增量型控

5、制算法答：由于：u=啓如*罠0+冒悶_產(chǎn)珂（此式由數(shù)字四増量型控制算法得出），則可得到咻一1）=瓦壬.輙+坊心一竽菽一,弔兩式相減則得到數(shù)字PID増量型控制算法為以光=以*）銳（在_1）=貳比_1）_莊聲慶）_懇口咸匕）2窗*_1）咸上2）（式中心=i占稱(chēng)新比例增益為比例帶遼.=m稱(chēng)為積分系數(shù)kd=kt稱(chēng)為徹分系數(shù)），為了編程方便，可將上式整理為，Au（k）=qXA）十葩成Ar-1）亠e（/c-2）（式中，%=心1斗二十，巒=心（1+也込=心）、注：上述過(guò)程中岀現(xiàn)得為采樣周期，砂采樣序號(hào)忌珥為積疥時(shí)間常數(shù)霞打問(wèn)微分時(shí)間常數(shù)增量式算法與位置式算法相比的優(yōu)點(diǎn)是：增量算法不需要累加，控制量增量的確定

6、僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計(jì)算誤差或者計(jì)算精度問(wèn)題，對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。而位置算法要用到過(guò)去的誤差的累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差。增量式算法得出的是控制量的增量，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過(guò)邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作。而位置算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動(dòng)作影響較大。采用增量算法，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。為消除積分不靈敏區(qū)，通常采用以下措施：答：措施為：增加D/A和A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長(zhǎng)運(yùn)算字長(zhǎng)，這樣可以提高運(yùn)算精度。當(dāng)積分項(xiàng)連續(xù)幾次出現(xiàn)輸出精度的情況時(shí)，不要把它們作為“零”舍掉，而是把它們一次次累加起來(lái)，即，直到累加值大于時(shí)，才輸出，同時(shí)把累加單元清零。例：

7、傳遞喲數(shù)為D=-二例：傳遞喲數(shù)為D=-二,采樣周朗為7=0.試用后差分法計(jì)算O.lz解；叱=D-=：普=半|OAzJ73j3-2z-1巫打=諾韭悶=譏比-0-%的-2冷第7章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5某爐溫度變化范圍為01500，要求分辨率為5,溫度變送器輸出范圍為05V。若A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍為05V，則求A/D轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)應(yīng)為多少位？若A/D轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)不變，現(xiàn)在通過(guò)變送器零點(diǎn)遷移而將信號(hào)零點(diǎn)遷移到800，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)爐溫變化的分辨率為多少？解：.1)k,hg(l-)=log；(1+-)=log,301-8.23,取叫=10(叫取大于等于8都對(duì)(2)=L2_-Lj_=io7C(P226-P2

8、37:尸一110236某執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入變化范圍為420mA,靈敏度為005mA，應(yīng)選D/A轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)為多少位？解：hen（l=log,（1=log,321=8.33,取叫=的（一般情20.05亠況下$可選DZA轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)小于或等于心九字長(zhǎng)）（P227）7溫度-20+50,溫度變送器變換為15V電壓，送至12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574（05V）,計(jì)算：（1）若AD574的轉(zhuǎn)換結(jié)果為800H時(shí)，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)溫度為多少？解；.800/7=8x256=20482V204S廠勺f2523-12.5-17-(-20)5-150-(-20)2.5-17-(-20)5-150-(-20)=7=&：丄竺=jL-

9、n打=3=匚劉H52-18.中位值濾波法是怎樣的？該濾波法適用于什么情況？答：中位值濾波法的原理是對(duì)被測(cè)參數(shù)連續(xù)采樣m次（）且是奇數(shù)，并按大小順序排列；再取中間值作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)。中位值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來(lái)使用，濾波效果更好。即在每個(gè)采樣周期，先采用中位值濾波法得到m個(gè)濾波值，再對(duì)這m個(gè)濾波值進(jìn)行算術(shù)平均，得到可用的被測(cè)參數(shù)第8章分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1.工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)通常有哪4種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)？各有什么特點(diǎn)？答：4種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)：星形、環(huán)形、總線型和樹(shù)形。各自特點(diǎn)：（1）星形：1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于控制和管理，建網(wǎng)容易2）網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短，傳輸錯(cuò)誤率較低3）網(wǎng)絡(luò)可靠性較低，一旦中央節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障將

10、導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓4）網(wǎng)絡(luò)資源大部分在外圍點(diǎn)上，相互之間必須經(jīng)過(guò)中央節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)才能傳送消息5）通信電路都是專(zhuān)業(yè)線路，利用率不高，故網(wǎng)絡(luò)成本較高（2）環(huán)形：1）信息流在網(wǎng)絡(luò)中式沿固定的方向流動(dòng)，故兩節(jié)點(diǎn)之間僅有唯一的通路，簡(jiǎn)化了路徑選擇控制2）環(huán)路中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)信息均由環(huán)路口控制，因此控制軟件較簡(jiǎn)單環(huán)路中，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，可采用旁路環(huán)的方法，提高了可靠性環(huán)結(jié)構(gòu)其節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加將影響信息的傳輸效率，故擴(kuò)展受到一定的限制總線型：1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，擴(kuò)展方便可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快共享資源能力強(qiáng)，便于廣播式工作設(shè)備少，價(jià)格低，安裝和使用方便由于所有節(jié)點(diǎn)共用一條總線，因此總線傳送的信息容易發(fā)生沖突和碰撞，故不易用

11、在實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合(4)樹(shù)形：樹(shù)形結(jié)構(gòu)是分層結(jié)構(gòu)，使用與分級(jí)管理和控制系統(tǒng)。與星形結(jié)構(gòu)相比，由于通信線路總長(zhǎng)度較短，故它的連網(wǎng)成本低，易于維護(hù)和擴(kuò)展，但結(jié)構(gòu)較星形復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)中除葉節(jié)點(diǎn)及其連線外，任一節(jié)點(diǎn)或連線的故障均影響其所在支路網(wǎng)絡(luò)的正常工作。工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)常用的傳輸訪問(wèn)控制方式有哪三種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：3種控制方式：沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/CD)、令牌環(huán)(TokenRing)、令牌總線(TokenBus)各自的優(yōu)缺點(diǎn)：(1)沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/CD)：CSMA/CD方式原理較簡(jiǎn)單，且技術(shù)上較易于實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)出于同等地位，無(wú)需集中控制，但不能提供優(yōu)先

12、級(jí)控制，所有節(jié)點(diǎn)都有平等競(jìng)爭(zhēng)的能力，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不重情況下有較高的效率，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)送信息的等待時(shí)間加長(zhǎng)，效率顯著降低。(2)令牌環(huán)(TokenRing)：優(yōu)點(diǎn)是能夠提供可調(diào)整的訪問(wèn)控制方式，能提供優(yōu)先權(quán)服務(wù)，有較強(qiáng)的實(shí)用性。缺點(diǎn)是需要對(duì)令牌進(jìn)行維護(hù)，且空閑令牌的丟失將會(huì)降低環(huán)路利用率；控制電路復(fù)雜。(3)令牌總線(TokenBus)：優(yōu)點(diǎn)：1)吞吐能力大，吞吐量隨數(shù)據(jù)傳輸速率的提高而增加控制功能不隨電纜線長(zhǎng)度的增加而減弱不需沖突檢測(cè)，故信號(hào)電壓可以有較大的動(dòng)態(tài)范圍具有一定的實(shí)時(shí)性缺點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)獲得令牌的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)較大，一般一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要等待多次無(wú)效的令牌傳送后才能獲得令牌。什么是現(xiàn)場(chǎng)總線？

13、有哪幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線？它們的特點(diǎn)怎樣的？答：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制系統(tǒng)之間的全數(shù)字化、雙向、多站點(diǎn)的串行通信網(wǎng)絡(luò)，與控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表聯(lián)用，組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。5種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線：CAN、Lonworks、ProfiBUS、HART、FF。各自的特點(diǎn)：CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))：CAN通信速率為、，節(jié)點(diǎn)數(shù)110個(gè)，傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纖等CAN采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播幾種方式發(fā)送接收數(shù)據(jù)CAN可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)且無(wú)主、從機(jī)之分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均主動(dòng)發(fā)送報(bào)文，用此特點(diǎn)可方便的構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級(jí)仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的

14、節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)發(fā)送信息；按節(jié)點(diǎn)類(lèi)型分成不同的優(yōu)先級(jí)，可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。CAN支持4類(lèi)報(bào)文幀：數(shù)據(jù)幀，遠(yuǎn)程幀，出錯(cuò)幀，超載幀。采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字?jǐn)?shù)為8個(gè)。這樣傳輸?shù)臅r(shí)間短，受干擾的概率低，且具有較的檢錯(cuò)效果。CAN采用循環(huán)冗余檢驗(yàn)CRC(CyclicRedundancyCheck)及其它檢錯(cuò)措施，保證了極低的消息出錯(cuò)率CAN節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉功能，當(dāng)節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤嚴(yán)重時(shí)的情況下，則自動(dòng)切斷與總線的聯(lián)系，這樣不影響總線正常工作。CAN單片機(jī)：Motorola公司生產(chǎn)的帶CAN模塊的MC68HC05x4,Philips公司生產(chǎn)82C200，Intel公司生

15、產(chǎn)帶CAN模塊的P8XC592CAN控制器：Philips公司生產(chǎn)的82C200，Intel公司生產(chǎn)的82527CANI/O器件：Philips公司生產(chǎn)的82C150，具有數(shù)字和模擬I/O接口LONWORKS(局部操作網(wǎng)絡(luò))：LONWORKS通信速率為，節(jié)點(diǎn)數(shù)為32000個(gè)，傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜、光纖、電源線等LONWORKS采用LonTalk通信協(xié)議，該協(xié)議遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO定義的開(kāi)放系統(tǒng)互連OSI(OpenSystemInterconnection)全部7層模型LONWORKS的核心是Neuron(神經(jīng)元)芯片，內(nèi)含了3個(gè)8位的CPU：第1個(gè)CPU為介質(zhì)訪問(wèn)控制處理器，實(shí)現(xiàn)Lo

16、nTalk協(xié)議的第1層和第2層；第2個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3層至第6層；第3個(gè)CPU為應(yīng)用處理器，實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第7層，執(zhí)行用戶編寫(xiě)的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)Neuron芯片的編程語(yǔ)言為NeuronC，它是從ANSIC派生出來(lái)的。LONWORKS提供了一套開(kāi)發(fā)工具LonBuilder和NodeBuilderLonTalk協(xié)議提供了5種基本類(lèi)型的報(bào)文服務(wù)：確認(rèn)(Acknowledged),非確認(rèn)(U“acknowledged)，請(qǐng)求/響應(yīng)(Request/Response),重復(fù)(Repeated)，非確認(rèn)重復(fù)(UnacknowledgedRepea

17、ted)LonTalk協(xié)議的介質(zhì)訪問(wèn)控制子層(MAC)對(duì)CSMA作了改進(jìn)，采用一種新的稱(chēng)作PredictiveP-PersistentCSMA，根據(jù)總線負(fù)載隨機(jī)調(diào)整時(shí)間槽n(163),從而在負(fù)載較輕時(shí)使介質(zhì)訪問(wèn)延遲最小化，而在負(fù)載較重時(shí)使沖突的可能最小化(3)PROFIBUS(過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線)PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)用于過(guò)程自動(dòng)化，通過(guò)總線供電，提供本質(zhì)安全型，可用于危險(xiǎn)爆炸區(qū)域PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification)用于一般自動(dòng)化PROFIBUS-DP用于工業(yè)自動(dòng)化，適用于分散的外圍設(shè)備PROFIBUS引入功能模塊

18、的概念，不同的應(yīng)用需要使用不同的模塊。在一個(gè)確定的應(yīng)用中，按照PROFIBUS規(guī)范來(lái)定義模塊，寫(xiě)明其硬件和軟件的性能，規(guī)范設(shè)備功能與PROFIBUS通信協(xié)議的一致性。PROFIBUS為開(kāi)放系統(tǒng)協(xié)議，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在德國(guó)建立了FZI信息研究中心，對(duì)制造廠和用戶開(kāi)放，對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行一致性檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)性檢測(cè)。HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路)：可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路HART是美國(guó)Rosemount研制，HART協(xié)議參照ISO/OSI模型的第1、2、7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，主要有如下特性：物理層采用基于Bell202通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK技術(shù)，即在420mADC模擬信號(hào)上疊加FSK數(shù)字信號(hào)，邏輯1為1200Hz,邏輯0為2200Hz，波特率為1200b/s，調(diào)制信號(hào)為或025(250為負(fù)載)。用屏蔽雙絞線單臺(tái)設(shè)備距離為3000m，而多臺(tái)設(shè)備互連距離為1500m數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度不固定，最長(zhǎng)25個(gè)字節(jié)?？蓪さ刂窞?15，當(dāng)?shù)刂窞?時(shí)，處于420mADC與數(shù)字通信兼用狀態(tài)；當(dāng)?shù)刂窞?15時(shí)，則出入全數(shù)字通信狀態(tài)。通信模式為“問(wèn)答式”或“廣播式”。應(yīng)用層規(guī)定了3類(lèi)命令；第一類(lèi)