1、 1 微机计算机控制技术课后于海生 (第 2 版 ) 习题详解答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的 ? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤: (1)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。 (2)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。 (3)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。 2.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
2、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。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成?各部分的作用是什么? 由四部分组成。 图 1.1 微机控制系统组成框图 (1)主机: 这是微型计算机控制系统的核心,通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令,同时对被控对象的被控参数进行实时
3、检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程,按控制规律进行各种控制运算 (如调节规律运算、最优化计算等 )和操作,根据运算结果作出控制决策;对生产过程进行监督,使之处于最优工作状态;对事故进行预测和报警;编制生产技术报告,打印制表等2 等。 (2)输入输出通道: 这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成 微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据,转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备: 这是实现微机和外界进行信息交换的设备,简称外设,包括人机联系设备
4、(操作台 )、输入输出设备 (磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等 )和外存贮器 (磁盘 )。其中操作台应具备显示功能,即根据操作人员的要求,能立即显示所要求的内容;还应有按钮,完成系统的启、停等功能;操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果,即应有保护功能。 (4)检测与执 行机构 a.测量变送单元:在微机控制系统中,为了收集和测量各种参数,采用了各种检测元件及变送器,其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量,例如热电偶把温度转换成 mV 信号;压力变送器可以把压力转换变为电信号,这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号 (0 5V或 4 20mA)后,再送入微机。 b.执行机构
5、:要控制生产过程,必须有执行机构,它是微机控制系统中的重要部件,其功能是根据微机输出的控制信号,改变输出的角位移或直线位移,并通过调节机构改变被调介质的流量或能量,使生产过程符合预定的要求。例如,在温度 控制系统中,微机根据温度的误差计算出相应的控制量,输出给执行机构 (调节阀 )来控制进入加热炉的煤气 (或油 )量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式,也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。 6.操作指导、 DDC 和 SCC系统工作原理如何?它们之间有何区别和联系? (1)操作指导控制系统:在操作指导控制系统中,计算机的输出不直接作用于生产对象,属于开环控
6、制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理,计算出各控制量应有的较合适或最优的数值,供操作员参考,这时计算 机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图 1.2所示。 3 图 1.2 操作指导控制系统原理框图 (2)直接数字控制系统 (DDC 系统 ): DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测,经输入通道送给微机,微机将检测结果与设定值进行比较,再进行控制运算,然后通过输出通道控制执行机构,使系统的被控参数达到预定的要求。 DDC系统是闭环系统,是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图 1
7、.3 所示。 图 1.3 DDC 系统原理框图 (3)计算机监督 控制系统 (SCC 系统 ): SCC(Supervisory Computer Control)系统比 DDC 系统更接近生产变化的实际情况,因为在 DDC 系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制,系统不能运行在最佳状态,而 SCC 系统不仅可以进行给定值控制,并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。 SCC 系统的原理框图如图 1.4所示。 4 图 1.4 SCC 系统原理框图 SCC 是操作指导控制系统和 DDC系统的综合与发展。 4.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。 光电耦合器由封装在一个管壳内的
8、发光二极管和 光敏三极管组成,如图 2.1 所示。输入电流流过二极管时使其发光,照射到光敏三极管上使其导通,完成信号的光电耦合传送,它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。 图 2.1 光电耦合器电路图 10.设被测温度变化范围为 0oC1200oC,如果要求误差不超过 0.4oC,应选用分辨为多少位的 A/D转换器? 选择依据: 124.0120012lo g n11.设计出 8 路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图,并编写相应的 8 路模拟量数据采集程序。 本例给出用 8031、 DAC0809设计的数据采 集系统实例。 把采样转换所得的数字量按序存于片内 RAM的 30H37
9、H单元中。采样完一遍后停止采集。其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下: 5 初始化程序: MOV R0, #30H ;设立数据存储区指针 MOV R2, #08H ;设置 8 路采样计数值 SETB IT0 ;设置外部中断 0为边沿触发方式 SETB EA ; CPU 开 放 中 断 SETB EX0 ;允许外部中断 0中断 MOV DPTR, #FEF8H ;送入口地址并指向 IN0 LOOP: MOVX DPTR, A ;启动 A/D转换, A的值无意义 HERE: SJMP HERE ;等待中断 中断服务程序: MOVX A, DPTR ;读取转换后的数字量 MOV R0, A ;存
10、入片内 RAM单元 INC DPTR ;指向下一模拟通道 INC R0 ;指向下一个数据存储单元 DJNZ R2, INT0 ; 8 路未转换完,则继续 CLR EA ;已转换完,则关中断 CLR EX0 ;禁止外部中断 0中断 RETI ;中断返回 INT0: MOVX DPTR, A ;再次启动 A/D转换 RETI ;中断返回 6 13.采用 DAC0832 和 PC 总线工业控制机接口。请画出接口电路原理图,并编写产生三角波、梯形波和锯齿波的程序。 本章作业 设计一八路数据采集及其回放系统。要求八路数据巡回检测,存储 10 组数据,输数据为电压信号( 0-5V),检测精度 0 +X F
11、3=F2-ye=-3 Nxy=15 4 F30 +X F5=F4-ye=1 Nxy=13 6 F50 +X F6=F5-ye=-6 Nxy=12 7 F60 +X F8=F7-ye=-2 Nxy=10 9 F80 +X F10=F9-ye=2 Nxy=8 11 F100 +X F11=F10-ye=-5 Nxy=7 12 F110 +X F13=F12-ye=-1 Nxy=5 14 F130 +X F15=F14-ye=3 Nxy=3 16 F150 +X F16=F15-ye=-4 Nxy=2 17 F160 +X F18=F16-ye=0 Nxy=0 3.5.设加工第一象限的圆弧 AB,起
12、点 A( 6, 0),终点 B( 0, 6)。要求: (1)按逐点比较法插补进行列表计算; (2)作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数。 解:插补计算过程如表 3 2 所示。终点判别仍采用第二种方法,设一个总的计数器 Nxy,每走一步便减 1 操作,当 Nxy=0 时,加工到终点,插补运算结束。下图为插补过程中的走步轨迹。 8 10234561 2 3 4 5 6N R 1yx表 3 2 步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 坐标计算 终点判别 起点 F0=0 x0=6,y0=0 Nxy=12 1 F0=0 -X F1=0-12+1=-11 x1=5,y1=0 Nxy=11 2 F10 -X F
13、6=5-10+1=-4 x6=4,y6=4 Nxy=6 7 F60 -X F8=5-8+1=-2 x8=3,y8=5 Nxy=4 9 F80 -X F10=9-6+1=4 x10=2,y10=6 Nxy=2 11 F100 -X F11=4-4+1=1 x11=1,y11=6 Nxy=1 12 F110 -X F12=1-2+1=0 x12=0,y12=6 Nxy=0 3.6 .三相步进电机有哪几种工作方式?分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。 解: 有三种工作方式: 9 ( 1)三相单三拍工作方式 各相的通电顺序为 ABC, 各相通电的电压波形如图 3.1所示。 图 3.1 单三
14、拍工作的电压波形图 ( 2)三相双三拍工作方式 双三拍工作方式各相的通电顺序为 ABBCCA 。各相通电的电压波形如图 3.2所示。 图 3.2 双三拍工作的电压波形图 ( 3)三相六拍工作方式 在反应式步进电机控制中,把单三拍和双三拍工作方式结合起来,就产生了六拍工作方式,其通电顺序 为 AABBBCCCA 。各相通电的电压波形如图 3.3 所示。 图 3.3 三相六拍工作的电压波形图 3.7. 采用 8255A作为 x轴步进电机和 y轴步进电机的控制接口,要求 ( 1)画出接口电路原理图; ( 2)分别列出 x轴和 y 轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍和三相六拍工作方式下的输出字表。 1
15、0 电路原理图如图所示 三相单三拍控制方式输出字表x 轴步进电机输出字表 y 轴步进电机输出字表 存储地址标号 低八位输出字 存储地址标号 高 八位输出字 ADX1 00000001=01H ADY1 00000001=01H ADX2 00000010=02H ADY2 00000010=02H ADX3 00000100=04H ADY3 00000100=04H 三相双三拍控制方式输出字表x 轴步进电机输出字表 y 轴步进电机输出字表 存储地址标号 低八位输出字 存储地址标号 高八位输出字 ADX1 00000011=03H ADY1 00000011=03H ADX2 00000110
16、=06H ADY2 00000110=06H ADX3 00000101=05H ADY3 00000101=05H 三相六拍控制方式输出字表x 轴步进电机输出字表 y 轴步进电机输出字表 存储地址标号 低八位输出字 存储地址标号 高八位输出字 ADX1 00000001=01H ADY1 00000001=01H ADX2 00000011=03H ADY2 00000011=03H ADX3 00000010=02H ADY3 00000010=02H ADX4 00000110=06H ADY4 00000110=06H ADX5 00000100=04H ADY5 00000100=04H