计算机控制技术课程答案

第一章（绪论）作业1.1 什么是计算机控制系统？工作原理是怎样的？答：（1） 计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程控制的系统。、（2）计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：a、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。b、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。c、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。1.2 它由哪几部分组成？答： 计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成。工业控制机是指按生产 过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、 测量变送、执行机构、电气开关装置。计算机控制系统的组成框图见书本第2 页（图 1.2）。1.3 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 答：（1）操作指导控制系统优点：结构简单，控制灵活，安全。 缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDS）优点：实时性好，可靠性高，适应性强。（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最优工况。（4）分散控制系统（DCS） 优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。（5）现场总线控制系统（FCS）优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开 放式互联系统结构。1.4 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。1.6 计算机控制系统的发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控 制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机 控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。a.普及应用可编程序控制器b.采用集散控制系统c.研究和发展智能控制系统第二章（输入输出接口与过程通道）作业2.5请分别画出一个有源I/V变换电路和一个无源I/V变换电路图。并分别说明各个器件的 作用。答：有源变换电路见书本上第32 页（图 2.19）：同相放大器电路把电阻R上的输入电压变成标准的输出电压（放大倍数为A =1 +才）； 1R3极性电容C能起到滤波作用，防止高频的干扰；R 为平衡电容。5 无源变换电路见书本上第31 页（图2.18）： 极性电容C起滤波的作用；二极管D起限幅保护作用（当输出电压大于5V时，D导通减少流过R的电流从2而降低R上的电压，保证输出不超过5V）；22.6 什么是采样过程？量化，孔径时间？答：采样过程：按一定的时间间隔T,把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时 刻 0， T， 2T，、kT 的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程。量化：采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。孔径时间:在模拟输入通道中,A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间， 完成一次A/D转换所需要的时间称为孔径时间。2.7 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什 么？ 答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可以 采用带有保持器电路的采样器。当被测信号变化很慢时，若A/D转换器时间足够短，可以 不加采样保持器。2.9试用8255A、AD574、LF398、CD4051和PC总线工业控制机接口设计出8路模拟量采 集系统，请画出接口电路原理图，并编写相应8路模拟量数据采集程序。 答：原理图见书本上第36页（图 2.25）。数据采集程序如下：设8255A的地址为2C0H2C3H,主过程已对8255A初始化，且 已装填DS、ES （两者段基值相同），采样值村入数据段中的采样值缓冲区BUF。其8通道 数据采集的程序见书本上第37（图 2.26）。AD574A PROC NEARCLDLEA DI , BUFMOV BL , 00000000B /MOV CX , 8ADC :MOV DX , 2C2HMOV AL , BLOUT DX , ALNOPNOPOR AL , 01000000BOUT DX , AL AND AL , 10111111B OUT DX , ALMOV PULLING: IN TEST JNZ MOV OR MOV OUT OR OUT MOV IN AND MOV INC INSTOSW INC LOOP MOV MOV OUT RET ADC574A ENDPDX , 2C0H AL , DX AL , 80H PULLING AL , BL AL , 00010000B DX , 2C2H DX , AL AL , 01000000B DX , AL DX , 2C0H AL , DX AL , 0FH AH , AL DX AL , DXBLADC AL , 00111000B DX ,2C2H DX , AL2.10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D/A转换 程序。答：原理图见书本上第41 页（图 2.29）。若DAC0832的片选地址为200H,则8位2进制数6DH转换为模拟电压的接口程序为:MOV DX ，200HMOV AL ， 6DHOUT DX ， ALHLT 2.12请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推出输出电压与输入 数字两之间的关系式。解：D/A转换器的单极性和双极性输出电路见书本上第44页（图2.33）。Vout 1为单极性输出，若D为输入数字量，篇为基准参考电压，且为n位DA转换器，则有V二-V* D ；C9OUT 1REF 2nVout 2为双极性输出，可以推出:V=(Z*V+ R3*V ) = V *(2 -1)OUT 2R REF R OUT 1REF2n13.1. 什么是数控程序控制？数字程序控制有哪几种方式？ 所谓数控程序控制是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床) 按规定的工作顺序、 运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制。 数字程序控制方式：点位控制、直线切削控制和轮廓的切削控制。3.2. 什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？ 逐点比较法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步(即输出一个进给脉冲)，就作 一次计算，将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较，判断其偏差情况，根据偏差，再决定下一步的 走向(沿 X 轴进给，还是沿 Y 轴进给)。逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线， 最大逼近误差不超 过数控系统的一个脉冲当量(每走一步的距离，即步长)。直线插补计算过程的步骤如下：(1) 偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值 Fm 是最大于等于零，还是小于零；(2) 坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步；(3) 偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1,作为下一步偏差判别的依据；(4) 终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。 圆弧插补计算过程的步骤如下：(1)偏差判别 (2)坐标进给 (3)偏差计算 (4)坐标计算 (5)终点判别3.4 若加工第一象限直线0A,起点0 (0, 0),终点A (11, 7)。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：由题意可知xe=ll,ye=7, F0=0,我们设置一个总的计数器Nxy，其初值应为 NXy=|7-0| + |ll-0|=18,则插补计算过程如表31 所示。根据插补计算过程表所作出的直线插补走步轨迹图如下图所示。 表31步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别起点 F0=0 Nxy=181 F0=0 +X F1=F0-ye=-7 Nxy=172 F1<0 +Y F2=F1+xe=4 Nxy=163 F2>0 +X F3=F2-ye=-3 Nxy=154 F3<0 +Y F4=F3+xe=8 Nxy=145 F4>0 +X F5=F4-ye=1 Nxy=136 F5>0 +X F6=F5-ye=-6 Nxy=127 F6<0 +Y F7=F6+xe=5 Nxy=118 F7>0 +X F8=F7-ye=-2 Nxy=109 F8<0 +Y F9=F8+xe=9 Nxy=910F9>0+XF10=F9-ye=2 Nxy=811F10>0+XF11=F10-ye=-5Nxy=712F11<0+YF12=F11+xe=6Nxy=613F12>0+XF13=F12-ye=-1Nxy=514F13<0+YF14=F13+xe=10Nxy=415F14>0+XF15=F14-ye=3Nxy=316 F15>0 +X F16=F15-ye=-4 Nxy=217 F16<0 +Y F17=F16+xe=7 Nxy=118 F17>0 +X F18=F16-ye=0 Nxy=03.5.设加工第一象限的圆弧AB,起点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32所示。终点判别仍采用第二种方法，设一个总的计数器xy，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。10234561 2 3 4 5 6N R 1yx表32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=121 F0=0 -X F1=0-12+1=-11 x1=5,y1=0 Nxy=112 F1<0 +Y F2=-11+0+1=-10 x2=5,y2=1 Nxy=103 F2<0 +Y F3=-10+2+1=-7 x3=5,y3=2 Nxy=94 F3<0 +Y F4=-7+4+1=-2 x4=5,y4=3 Nxy=85 F4<0 +Y F5=-2+6+1=5 x5=5,y5=4 Nxy=76 F5>0 -X F6=5-10+1=-4 x6=4,y6=4 Nxy=67 F6<0 +Y F7=-4+8+1=5 x7=4,y7=5 Nxy=58 F7>0 -X F8=5-8+1=-2 x8=3,y8=5 Nxy=49 F8<0 +Y F9=-2+10+1=9 x9=3,y9=6 Nxy=310 F9>0 -X F10=9-6+1=4 x10=2,y10=6 Nxy=211 F10>0