微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后于海生第2版習(xí)題詳解答案

3.微型計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的硬件由哪幾局部組成？各局部的作用是

什么？

由四局部組成。

圖1.1微機(jī)限制系統(tǒng)組成框圖

Q）主機(jī)：這是微型計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個(gè)局部

發(fā)出各種吩咐，同時(shí)對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)展實(shí)時(shí)檢測及處理。主機(jī)的主要

功能是限制整個(gè)消費(fèi)過程，按限制規(guī)律進(jìn)展各種限制運(yùn)算（如調(diào)整規(guī)律運(yùn)算、最

優(yōu)化計(jì)算等）和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出限制決策；對消費(fèi)過程進(jìn)展監(jiān)視，使之

處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進(jìn)展預(yù)料和報(bào)警；編制消費(fèi)技術(shù)報(bào)告，打印制表等

等。

⑵輸入輸出通道：這是微機(jī)和消費(fèi)對象之間進(jìn)展信息交換的橋梁和紐帶。過程

輸入通道把消費(fèi)對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī)可以接收的數(shù)字代碼。過程輸出通

道把微機(jī)輸出的限制吩咐和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對消費(fèi)對象進(jìn)展限制的信號(hào)。過

程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。

⑶外部設(shè)備：這是實(shí)現(xiàn)微機(jī)和外界進(jìn)展信息交換的設(shè)備?簡稱外設(shè)?包括人機(jī)

聯(lián)絡(luò)設(shè)備G集作臺(tái)）、輸入輸出設(shè)備（磁盤驅(qū)動(dòng)器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等）和

外存貯器（磁盤）。其中操作臺(tái)應(yīng)具備顯示功能?即根據(jù)操作人員的要求■能馬上

顯示所要求的內(nèi)容；還應(yīng)有按鈕-完成系統(tǒng)的后、停等功能；操作臺(tái)還要保證

即使操作錯(cuò)誤也不會(huì)造成惡劣后果-即應(yīng)有爰護(hù)功能。

⑷檢測及執(zhí)行機(jī)構(gòu)

a.測量變送單元：在微機(jī)限制系統(tǒng)中，為了搜集和測量各種參數(shù)，采納了各種檢

測元件及變送器?其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量轉(zhuǎn)換成電量?例如熱電

偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號(hào)；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào)，這些信號(hào)

經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)（0~5V或4~20mA）后，再送入微

機(jī)。

b.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：要限制消費(fèi)過程，必需有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是微機(jī)限制系統(tǒng)中的重要部

件?其功能是根據(jù)微機(jī)輸出的限制信號(hào)■變更輸出的角位移或直線位移?并通

過調(diào)整機(jī)構(gòu)變更被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使消費(fèi)過程符合預(yù)定的要求。例如，

在溫度限制系統(tǒng)中，微機(jī)根據(jù)溫度的誤差計(jì)算出相應(yīng)的限制量?輸出給執(zhí)行機(jī)

構(gòu)（調(diào)整閥）來限制進(jìn)入加熱爐的煤氣（或油）量以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的溫度值。常用的執(zhí)行

機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等限制形式，也有的采納馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元

件等進(jìn)展限制。

6.操作指導(dǎo)、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)分和聯(lián)絡(luò)？

(1)操作指導(dǎo)限制系統(tǒng)：在操作指導(dǎo)限制系統(tǒng)中?計(jì)算機(jī)的輸出不干脆作用于消

費(fèi)對象?屬于開環(huán)限制構(gòu)造。計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型、限制算法對檢測到的消費(fèi)

過程參數(shù)進(jìn)展處理，計(jì)算出各限制量應(yīng)有的較適宜或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參

考?這時(shí)計(jì)算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用。其原理框圖如圖1.2所示。

圖1.2操作指導(dǎo)限制系統(tǒng)原理框圖

⑵干脆數(shù)字限制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng)):DDC(DirectDigitalControl)系統(tǒng)就是通過

檢測元件對一個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)展巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將

檢測結(jié)果及設(shè)定值進(jìn)展比擬，再進(jìn)展限制運(yùn)算，然后通過輸出通道限制執(zhí)行機(jī)

構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)到達(dá)預(yù)定的要求。DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)?是微機(jī)在工業(yè)

消費(fèi)過程中最普遍的一種應(yīng)用形式。其原理框圖如圖1.3所示。

圖1.3DDC系統(tǒng)原理框圖

(3)計(jì)算機(jī)監(jiān)視限制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(SupervisoryComputerControl)系統(tǒng)

比DDC系統(tǒng)更接近消費(fèi)變更的實(shí)際狀況，因?yàn)樵贒DC系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)只是代替

模擬調(diào)整器進(jìn)展限制，系統(tǒng)不能運(yùn)行在最佳狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)展給

定值限制?并且還可以進(jìn)展依次限制'最優(yōu)限制以及自適應(yīng)限制等。SCC系統(tǒng)

的原理框圖如圖1.4所示。

圖1.4SCC系統(tǒng)原理框圖

SCC是操作指導(dǎo)限制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合及開展。

4.簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用。

光電耦合器由封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如圖2.1所

示。輸入電流流過二極管時(shí)使其發(fā)光?照耀到光敏三極管上使其導(dǎo)通?完成信

號(hào)的光電耦合傳送，它在過程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。

圖2.1光電耦合器電路圖

10.設(shè)被測溫度變更范圍為0℃~1200℃,假如要求誤差不超過0.4℃,應(yīng)選用辨

別為多少位的A/D轉(zhuǎn)換器？

(1200、

選擇根據(jù)：〃Nlog1+—。12

11.設(shè)計(jì)出8路模擬量采集系統(tǒng)。請畫出接口電路原理圖,并編寫相應(yīng)的8路模

擬量數(shù)據(jù)采集程序。

本例給出用8031、DAC0809設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例。

把采樣轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量按序存于片內(nèi)RAM的30H-37H單元中茶樣完一遍

后停頓采集。其數(shù)據(jù)采集的初始化程序和中斷效勞程序如下：

初始化程序：MOVRO，#30H；設(shè)立數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)指針

MOVR2，#08H；設(shè)置8路采樣計(jì)數(shù)值

SETBITO；設(shè)置外部中斷。為邊沿觸發(fā)方式

SETBEA;CPU開放中斷SETBEXO

；允許外部中斷。中斷

MOVDPTR■#FEF8H；送入口地址并指向INO

LOOP:MOVX@DPTR，A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換-A的值無意義

HERE:SJMPHERE；等待中斷

中斷效勞程序：

MOVXA?@DPTR；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量

MOV@R0-A；存入片內(nèi)RAM單元

INCDPTR；指向下一模擬通道

INCR0；指向下一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

DJNZR2-INTO；8路未轉(zhuǎn)換完，則接著

CLREA；已轉(zhuǎn)換完?則關(guān)中斷

CLREXO；制止外部中斷0中斷

RETI；中斷返回

INTO:MOVX@DPTR，A；再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

RETI;中斷返回13.采納DAC0832和

■o+5V

ILEVccVREF

，數(shù)據(jù)總線RDI7總

8086CPU

D“hn

地

地址線DAC0832

址=u°

Yo

譯CS

M/1O碼WR：

XFER

DGNC

WRWRiAGND

PC總線工業(yè)限制機(jī)接口。請畫出接口電路原理圖，并編寫產(chǎn)生三角波'梯形波

和鋸齒波的程序。

本章作業(yè)

設(shè)計(jì)一八路數(shù)據(jù)采集及其回放系統(tǒng)。要求八路數(shù)據(jù)巡回檢測，存儲(chǔ)10組數(shù)據(jù),

輸數(shù)據(jù)為電壓信號(hào)（0-5V），檢測精度＜1%。CPU'AD'DA可任選。

5.若加工第一象限直線OA，起點(diǎn)O（0，0）,終點(diǎn)A（11，7）。要求：

（1）按逐點(diǎn)比擬法插補(bǔ)進(jìn)展列表計(jì)算；

（2）作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。

解：由題意可知xe=llzye=7-Fo=O?我們設(shè)置一個(gè)總的計(jì)數(shù)器Nxy,其初值應(yīng)為

Nxy=|7-0|+|ll-0|=18?則插補(bǔ)計(jì)算過程如表3—1所示。根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算過程表

所作出的直線插補(bǔ)走步軌跡圖如下圖所示。

表3—1

步數(shù)偏向判別坐標(biāo)進(jìn)給偏向計(jì)算終點(diǎn)判別

起點(diǎn)

Fo=ONXy=18

1F=ON=17

o+xFi=F0-ye=-7xy

2Fi<0+YF2=Fi+xe=4NXy=16

3F2>0+XF3=F2-ye=-3Nxy=15

4F3<O+YF4=F3+xe=8Nxy=14

5FO+XN=13

4>F5=F4-ye=lxy

6F5>O+XF6=Fs-ye=-6Nxy=12

7F6<O+YF7=F6+xe=5Nxy=ll

8F7>O+XF8=F7-ye=-2NXy=10

9F8<O+YF9=F8+xe=9Nxy=9

10F9>O+XFio=F9-ye=2NXy=8

11FIO>O+XFii=Fi0-ye=-5Nxy=7

12Fn<0+YFi2=Fn+xe=6NXy=6

13F12>。+XFi3=Fi2-y=-lNxy=5

e

F14=Fi3+X=

14F13<。+Ye10Nxy=4

15F14>0+XFi5=Fi4-ye=3Nxy=3

16F15>0+XFi6=Fi5-ye=-4NXy=2

17Fi6<0+YFi7=Fi6+xe=7Nxy=l

18F17>0+XFi8=Fi6-ye=0NXy=0

3.5.設(shè)加工第一象限的圓弧AB,起點(diǎn)A(6,0)，終點(diǎn)B(0,6)。要求：

(1)按逐點(diǎn)比擬法插補(bǔ)進(jìn)展列表計(jì)算；

(2)作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。

解：插補(bǔ)計(jì)算過程如表3—2所示。終點(diǎn)判別仍采納第二種方法?設(shè)一個(gè)總的計(jì)

數(shù)器Nxy-每走一步便減1操作■當(dāng)Nxy=0時(shí)?加工到終點(diǎn)，插補(bǔ)運(yùn)算完畢。

下圖為插補(bǔ)過程中的走步軌跡。

表3—2

步偏向判坐標(biāo)計(jì)算

坐標(biāo)進(jìn)給偏向計(jì)算終點(diǎn)判別

數(shù)別

起xo=6,yo=O

Fo=ONxy=12

點(diǎn)

Fi=0-12+l=-Xi=5,yi=0

1Fo=O-XNxy=ll

11

X2=5,y=l

F2=-ll+0+l2

2Fi<0+YNXy=10

=-10

F3=-10+2+lX3=5,y3=2

3F2<0+YNxy=9

=-7

F4=-7+4+l=乂4=5/丫4=3

4F<O+YNy=8

3-2X

F5=-2+6+l=X5=5,y5=4

Nxy=7

5F4<O+Y

5

X6=4,y6=4

F6=5-10+l=-

6F5>O*xNXy=6

4

F7=-4+8+l=X7=4,y7=5

7F6<0+YNxy=5

5

_

8F7>OxF8=5-8+l=-2X8=3,y8=5Nxy=4

F9=-2+10+lX9=3,y9=6

9F8<O+YNXy=3

=9

Xio=2,yio=

10F9>O-XFio=9-6+l=4Nxy=2

6

xn=l,yu=

11FIO>O-XF11=4-4+l=lNxy=l

6

Xi2=0,yi2=

12Fn>0-XFi2=l-2+l=0NXy=0

6

3.6.三相步進(jìn)電機(jī)有哪幾種工作方式？分別畫出每種工作方式的各相通電依次

和電壓波形圖。

解：有三種工作方式：

(1)三相單三拍工作方式

各相的通電依次為A-B-C,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。

圖3.1單三拍工作的電壓波形圖

(2)三相雙三拍工作方式

雙三拍工作方式各相的通電依次為AB-BC-CA。各相通電的電壓波形如圖3.2

所示。

圖3.2雙三拍工作的電壓波形圖

(3)三相六拍工作方式

在反響式步進(jìn)電機(jī)限制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來?就產(chǎn)生

了六拍工作方式?其通電依次為A-ABTBTBCTCTCA。各相通電的電壓波

形如圖3.3所示。

圖3.3三相六拍工作的電壓波形圖

3.7.采納8255A作為x軸步進(jìn)電機(jī)和y軸步進(jìn)電機(jī)的限制接口，要求

(1)畫出接口電路原理圖；

(2)分別列出x軸和y軸步進(jìn)電機(jī)在三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍工作

方式下的輸出字表。

電路原理圖如圖所示

三相單三拍限制方式輸出字表

X軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表JZ軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表

存儲(chǔ)地址標(biāo)

低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸出字

號(hào)

ADX1OOOOOOO1=O1HADY100000001=01H

ADX20=02HADY20=02H

ADX300000100=04HADY300000100=04H

三相雙三拍限制方式輸出字表

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)

低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸出字

號(hào)

ADX1OOOOOO11=O3HADY100000011=03H

ADX200000110=06HADY200000110=06H

ADX300000101=05HADY300000101=05H

三相六拍限制方式輸出字表

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)

低八位輸出字存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)高八位輸出字

號(hào)

ADX1OOOOOOO1=O1HADY100000001=01H

ADX200000011=03HADY200000011=03H

ADX300000010=02HADY300000010=02H

ADX400000110=06HADY400000110=06H

ADX500000100=04HADY500000100=04H

ADX600000101=05HADY600000101=05H

2.某系統(tǒng)的連續(xù)限制器設(shè)計(jì)為

試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字限制器D(Z)。

解：雙線形變換法：把s=2?3代入，則

Tz+1

前向差分法：把2=/代入，則

T

后向差分法：把代入，則

Tz

4.3什么是數(shù)字PID位置型限制算法和增量型限制算法？試比擬它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)限制消費(fèi)過程變量，必需將模擬PID算式離散化，變?yōu)閿?shù)字

PID算式，為此，在采樣周期T遠(yuǎn)小于信號(hào)變更周期時(shí)，作如下近似(T足夠小

時(shí)，如下靠近相當(dāng)精確?被控過程及連續(xù)系統(tǒng)非常接近)：

于是有：

u(k)是全量值輸出?每次的輸出值都及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如限制閥門的開度)

——對應(yīng)，所以稱之為位置型PID算法。

在這種位置型限制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸出的限制量u(k)

不僅及本次偏向有關(guān)?還及過去歷次采樣偏向有關(guān)，使得u(k)產(chǎn)生大幅度變更，

這樣會(huì)引起系統(tǒng)沖擊?甚至造成事故。所以實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)須要的不是限制

量的肯定值，而是其增量時(shí)?可以采納增量型PID算法。當(dāng)限制系統(tǒng)中的執(zhí)行

器為步進(jìn)電機(jī)、電動(dòng)調(diào)整閥、多圈電位器等具有保持歷史位置的功能的這類裝

置時(shí)?一般均采納增量型PID限制算法。

及位置算法相比，增量型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn)：

⑴位置型算式每次輸出及整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)?計(jì)算式中要用到過去偏向的累加

值，簡單產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從

而可消退調(diào)整器的積分飽和，在精度缺乏時(shí)，計(jì)算誤差對限制量的影響較小，

簡單獲得較好的限制效果。

⑵為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)——自動(dòng)無擾切換?在切換瞬時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始

閥門開度uo■若采納增量型算法?其輸出對應(yīng)于閥門位置的變更局部?即算式

中不出現(xiàn)uo項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無擾動(dòng)切換。

⑶采納增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有存放作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生

故障，執(zhí)行器仍能保持在原位?不會(huì)對消費(fèi)造成惡劣影響。

4.4.已知模擬調(diào)整器的傳遞函數(shù)為

試寫出相應(yīng)數(shù)字限制器的位置型和增量型限制算式，設(shè)采樣周期T=0.2s。

則U(s)+0.085SU(s)=E(s)+0.17SE(s)

把T=0.2S代入得

位置型MO=3.1579e(^)-2.4561e(k-1)+0.2982u(k-1)

增量型=“伏)_〃僅-1)=3.1579e的一2.4561e(Z-1)-0.701-1)

(補(bǔ)充題)已知模擬調(diào)整器的傳遞函數(shù)為

試寫出相應(yīng)數(shù)字限制器的位置型PID算法和增量型PID限制算式，設(shè)采樣周

期T=0.2s。

解：因?yàn)閆)(s)=^I^=2(l+—1—)=K,(l+-!-+7?

''0.085s0.17sp*d

所以Kp=2,7；.=0.17,4=0。

故位置型PID限制器

故增量型PID限制器

4.7.簡述擴(kuò)大臨界比例度法、擴(kuò)大響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。

擴(kuò)大臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟：

Q)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期T，例如被控過程有純滯后時(shí)，采樣周期T取滯

后時(shí)間的1/10以下?此時(shí)調(diào)整器只作純比例限制，給定值r作階躍輸入。

⑵漸漸加大比例系數(shù)Kp-使限制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。由臨界振蕩過程求得相應(yīng)

的臨界振蕩周期Ts?并登記此時(shí)的比例系數(shù)Kp?將其記作臨界振蕩增益Ks。

此時(shí)的比例度為臨界比例度?記作瓦='。

⑶選擇限制度，所謂限制度是數(shù)字調(diào)整器和模擬調(diào)整器所對應(yīng)的過渡過程的誤

差平方的積分之比。

⑷根據(jù)限制度?查表求出T、Kp、Ti和Td值。

⑸根據(jù)求得的整定參數(shù)，投入系統(tǒng)運(yùn)行?視察限制效果，再適當(dāng)調(diào)整參數(shù)?直

到獲得滿足的限制效果為止。

擴(kuò)大響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟：

⑴斷開數(shù)字調(diào)整器?讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)。將被調(diào)量調(diào)整到給定值旁邊并

穩(wěn)定后?然后突然變更給定值?即給對象輸入一個(gè)階躍信號(hào)。

(2)用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變更過程曲線，如圖所示。

(3)在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)間T、被控對象的時(shí)間常數(shù)Tc?以及

它們的比值TC/T。

⑷由T、Tc、TC/T值，查表，求出數(shù)字限制器的T、Kp、Ti和Td。

4..8.數(shù)字限制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么？

計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)框圖如圖4—1所示。

圖4—1計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng)框圖

由廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，可求得限制器的脈沖傳遞

函數(shù)D(z)°

數(shù)字限制器的干脆設(shè)計(jì)步驟如下：

⑴根據(jù)限制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要求和其它約束條件?確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函

數(shù)①⑵。

⑵求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)G⑵。

⑶求取數(shù)字限制器的脈沖傳遞函數(shù)D⑵。

(4)根據(jù)D⑵求取限制算法的遞推計(jì)算公式。

4.9已知被控對象的傳遞函數(shù)為

采樣周期T=O.ls,采納零階保持器。要求

(1)針對單位速度輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍無紋波系統(tǒng)的D(z)，并計(jì)算輸出響

應(yīng)y(Q、限制信號(hào)”(A)和誤差e(口序列，畫出它們對時(shí)間變更的波形。

(2)針對單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍有紋波系統(tǒng)的D(z)，并計(jì)算輸出響

應(yīng)y(Q'限制信號(hào)以口和誤差e(Q序列，畫出它們對時(shí)間變更的波形。

解：廣義脈沖傳遞函數(shù)為

最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟：

1)根據(jù)廣義對象的傳遞國數(shù)確定參數(shù)已知N=2-M=2

N(分母多項(xiàng)式的器次)所以d=0

M(分子多項(xiàng)式的募次)w=l(即分子多項(xiàng)式中的

d=N-M延時(shí)(1+0.717z-1))

w在全部零點(diǎn)的總數(shù)(不包括無窮遠(yuǎn)的V=11j=l；

零點(diǎn))q=2(單位速度輸入)

v在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)

數(shù)

j在Z平面的單位圓上板點(diǎn)的個(gè)數(shù)

q(輸入類型)

m=vv+J=1

2)確定Fl(z)和F2(z)的帚次m和n

n=v-j+max(j,q)=2

m-w+J

n-v-j+max(J,q)所以：

Z)=1+3+Z-2+…+1

邛力幾九廠"F,(z)=l+/11z-

2n2

F2(z)=f2iZ-'+f22Z-+-+f2l,Z-F2(Z)=/21Z-'+/22Z-

3)確定3e(z)①,(z)=什(1—%T)(l—zT)maMM)G(z)

_i=l_

①*z)=l-①(z)=甘(1-a/T)(l-zT)2g)6(z)121

=(l-z-)(l+/IIz-)

_/=1_

=1+5-1)Z-J7nz-2+啟z-3

4)確定3(z)①(z)=z"n(l-^.z-')F式z)

_i=\_

①(z)=z"n(jz-i)F2(Z)=(1+0.717ZT)(以z-J力2zW

_/=1_

23

=f^''+J22+0.717/2I)Z--0.717/22Z-

'Z1-2=-/

5)根據(jù)關(guān)系①,(z)=l-①(z)使等式兩邊21

.1-2/1I=-(/22+0.717/21)

同器次的系數(shù)相等,解出勺■和反中的￡=—0.717%

系數(shù)。

[Z^-0.59

解得：以=141

If22=-0.83

所以：

121

(De(z)=(l-z-)(l-0.59z-)

①(z)=(1+0.717z-1)(1.41z-1-0.83z-2)

、(1—ZT)(1—0.368ZT)

6）求限制器D（z）n(

0.368z-'(l+0.717z^)

D(z)=———吆2-(1+0.717Z-1)(1.4lz-1-0.83z-2)

G(z)l-O(z)x-------------------------------------------

(1-Z-I)2(1-0.59Z-1)

_(1-0.3682-l)(1.41-0.83z_1)

0.368(1-z-1)(1-0.59z-1)

最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟：

已知N=2，M=2

1）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)

所以d=0

N（分母多項(xiàng)式的哥次）

w=l（即分子多項(xiàng)式中的

M（分子多項(xiàng)式的募次）

-1

d=N-M延時(shí)(1+0.717z))

V=1-j=l；

w在全部零點(diǎn)的總數(shù)（不包括無窮遠(yuǎn)的

單位階躍輸入）

零點(diǎn)）q=l（

V在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)

數(shù)

j在Z平面的單位圓上板點(diǎn)的個(gè)數(shù)

q（輸入類型）

m=w+d=1

2）確定Fl（z）和F2⑵的募次m和n

n=v-j+max(j,q)=1

根=vv+d

n=v-j+max(j,q)所以：

i2m1

Fl(z)=l+filz-+fi2z-+-+flmz-F1(z)=l+/Ilz-

2nl

F2(z^f2]z-'+f22z-+-+f2nz-F2(z)=f2lz-

確定,ma)

3)(De(z)①,(z)=n(l-a,.Z-')(l-z-)^F,(z)

-9_

1=(1-ZT)2(1+/MT)

O￡,(z)=l-O(z)=-afz-)(1一zT)”，M")片⑶

①(z)=z-①(1-獷)Z

4)確定(t)(z)F2()

①(Z)=Z-dn(l-A.Z-')1

F2(z)=(1+0.717Z-)/21Z-'

_1=1.,2

=/2|Z-+0.717^|Z-

H解得.[啟=042

5）根據(jù)據(jù)系①《（Z）=1-①（Z）使等式兩邊R-1=-/2,

[九=0.717%.[%=0.58

同器次的系數(shù)相等,解出￡1和反中的

所以：

系數(shù)。

①,(Z)=(1-ZT)(1+0.42ZT)

a>(z)=0.58z-|(l+0.717z-1)

6）求限制器D（z）D(z)---------：-------------

0.368z-'(l+0.717z-')

10(z)

D(z)0.58ZT(1+0.717ZT)

G(z)l-O(z)

(l-z-l)(l+0.42z_,)

1-0.368Z-1

-l+0.42z-1

最少拍有紋波設(shè)計(jì)步驟：

已知N=2,M=2

1）根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)

所以d=0

N（分母多項(xiàng)式的鬲次）

u=0（即分子多項(xiàng)式中的

M（分子多項(xiàng)式的鬲次）

（1+0.717z-'））

d=N-M延時(shí)

V=1?j=l；

u在z平面的單位圓上或圓外零點(diǎn)的個(gè)

q=l（單位速度輸入）

數(shù)

v在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)

數(shù)

j在z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)

q(輸入類型)

=〃+d=0

2)確定Fl(z)和F2(z)的鬲次m和n

〃=□-/+max(j,q)=1

m=u+d

n=v-j-Vmax(j,q)所以：

耳仁)=1+工廠+九ZU+???+_/；,r'"E|(z)=]

E(2)=上廠+/222-2+…+后工"B(z)="

3)確定旗e(z)甘(l—6zT)(l—zT)ma"M耳(z)

_/=!_

①/z)=1-①(z)=并(1—qz-i)(l-z-'尸由M)耳(z)=(—T)

3=1_

4)確定Q(z)①(Z)=Z"fid-"'),2(Z)

,/=1_

①(z)=z、n(l-Z>,.z-')8(z)-fz\Z1

_i=l_

5)根據(jù)關(guān)系①,(Z)=1-①(Z)使等式兩邊解得:%=1

同器次的系數(shù)相等,解出勺■和中的所以：

系數(shù)。①e(z)=(l-Z")

①(z)=z-i

…(1-ZT)(1-0.368ZT)、，z-'

6)求限制器D(z)0(z)—j\--x：-

0.368ZT(1+0.717ZT)(1-Z-1)

(l-0.368z-')

-0.368(1+0.717z-1)

4.10被控對象的傳遞函數(shù)為

采樣周期T=1S，采納零階保持器，針對單位速度輸入函數(shù)，按以下要求設(shè)

計(jì)：

(1)最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)①⑶和O(z)；

(2)求出數(shù)字限制器輸出序列“(幻的遞推形式。

解：廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)

將T=1S代入，有

最少拍無紋波設(shè)計(jì)步驟：

已知N=2,M=2

1)根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)

所以d=0

N(分母多項(xiàng)式的鬲次)

w=l

M(分子多項(xiàng)式的鬲次)

v=21j=2;

d=N-M延時(shí)

q=2(單位階躍輸入)

w在全部零點(diǎn)的總數(shù)(不包括無窮遠(yuǎn)的

零點(diǎn))

v在z平面的單位圓上或圓外極點(diǎn)的個(gè)

數(shù)

j在z平面的單位圓上極點(diǎn)的個(gè)數(shù)

q(輸入類型)

"7=vv+d=1

2)確定Fl(z)和F2⑵的器次m和n

H=v-7+max(j,q)=2

m=vv+d

n-v-j+max(J,q)所以：

邛Z)=1+/“zT+幾Z-2+…+工,廠"片⑶句+工廠

2n2

F2(Z)=f2lz-'+f22z-+-+f2nZ-F2(z)=f2lz-'+f22z-

3)確定(Pe(z)max(

①,(z)=n(l-a(.z-')(l-Z-')^F,(Z)

_/=1_

①/z)=1-①(z)=[,(1—)(1-zT)2M)

Ft(.,21

=(l-z-)(l+/11z-)

|234

=1+(/I1-2)Z-+(1-2/I1)Z-+/；1Z-

4)確定e(Z)

①(z)=z-"n(l-/>,.z-')F2(Z)

_i=\_

=(l+zT)(3+%Z-2)

①(z)=z-”「[(1-匠)F2(Z)

_i=l_23

-f2tz-'+(f2i+f22)z-+f22z-

5)根據(jù)關(guān)系①0=1-①(Z)使等式兩邊6-2=-以

“1-2力］=-(/22+/2?

同器次的系數(shù)相等,解出向和反中=~fl2

［九=3/4

的系數(shù)。

解得：%=5/4

%=一3/4

所以：

①，(Z)=(1-ZT)2(1+3/4ZT)

a>(z)=(l+z-I)(5/4z-1-3/4z-2)

6)求限制器D(z)

1①(Z)

。⑶(1+ZT)(5/4ZT-3/4Z-2)

G(z)1—①(z)

(1一ZT)2(1+3/4ZT)

10-6zT

4+3z-1

11.被控對象的傳遞函數(shù)為

采樣周期T=ls，要求：

(1)采納Smith補(bǔ)償限制，求取限制器的輸出“(A);

(2)采納大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字限制器。⑶，并求取“⑹的遞推形式。

(1)采納Smith補(bǔ)償限制

廣義對象的傳遞函數(shù)為

其中q=e%=e-',b1=l-e-',L=-=l,T=\S

則34p@l(z-T)

八7￡(z)1-0.3679z-1

(2)采納大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字限制器

取T=1S〃=I,K=LTI=LL=T/T=L設(shè)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)

To=O.5S

則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為

廣義被控對象的脈沖傳遞函數(shù)為

則

z9(l—

D(z}=____皿盟____=______rz『J

-HG(Z)[1-G(Z)]“GC(Z)[1_Z-12_》Q

CB|l-z-|e-2-z_2(l-e-2)]

(1-z-'e-'

(l-zV'Xl-e-2)

(1-e-1Jl-z-le^-(1-e-2)z~2]又

(l-0.3679z-')(l-0.1353)

飛-0.3679*-0.1353〉-(-0.1353*]

_1.3680-0.5033ZT

-1-O.1353ZT—0.8647Z-2

則(7(z)-0.1353z-'t/(z)-0.8647z-2<7(z)=1.3680f(z)-0.5033z-|E(z)

上式反變換到時(shí)域?則可得到

1、一臺(tái)三相步進(jìn)電機(jī)，設(shè)計(jì)由單片微機(jī)輸出口限制步進(jìn)電機(jī)的接口原理框圖?

并說明限制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)工作原理。

2設(shè)A/D轉(zhuǎn)換電路如圖1所示，

(1)說明圖中A/D轉(zhuǎn)換方式。(3分)

（2）寫出圖中8255A的地址。（4分）

（3）畫出實(shí)現(xiàn)該A/D轉(zhuǎn)換的流程圖。（5分）

（4）編寫完成A/D轉(zhuǎn)換的程序。（8分）

答：（1）圖中A/D轉(zhuǎn)換為查詢方式（3分）

（2）寫出圖中8255A的地址。（4分）

G1G2AG2BCBA

P2.7P2.6P2.50P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0

1110110XX

Y6

所以,8255A的地址是:F800H—FB00H（或:F8FFH—6BFFH）

（3）畫出實(shí)現(xiàn)該A/D轉(zhuǎn)換的流程圖如下（5分）

A/D轉(zhuǎn)映程后]

a255初始化

啟^tTA/D

讀EOC:伏通

?A/D轉(zhuǎn)換程序（8分）

START:MOVA-#82H;8255

初始化2分

MOVDPTR-#OFBOOH

MOVX@DPTR.?A

MOVA，#09H;啟動(dòng)A/D2分

MOVX@DPTR.-