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
