计算机控制技术习题广州工业大学.docx

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计算机控制技术习题广州工业大学

1.1什么是计算机控制系统？

它由哪几个部分组成？

1.2计算机控制系统的典型形式有哪些？

各有什么优缺点？

1.3实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

1.4工业控制机的哪几个部分组成？

各部分的主要作用是什么？

工业控制机的特点有哪些？

1.5什么是总线、内部总线和外部总线？

1.6PC总线和STD总线各引线的排列和含义是怎样的？

1.7RS-232C和IEEE-488总线各引线的排列和含义是怎样的？

2.1什么是接口、接口技术和过程通道？

2.2采用74LS244和74LS273及PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字输入和数字输出程序。

2.3采用8位A/D转换器ADC0809通过8255A及PC总线工业控制机接口，实现8路模拟量采集。

请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。

2.4用12位A/D转换器AD574通过8255A及PC总线工业控制机接口，实现模拟量采集。

请画出接口原理图，并设计出A/D转换程序。

2.5请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图,并分别说明各元器件的作用？

2.6什么是采样过程、量化、孔径时间？

2.7采样保持器的作用是什么？

是否所有的模拟器输入通道中都需要采样保持器？

为什么？

2.8一个8位A/D转换器，孔径时间为100μs,如果要求转换误差在A/D转换器的转换精度（0.4%）内，求允许转换的正选波模拟信号的最大频率是多少？

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，并编写相应的8路模拟量的数据采集程序。

2.10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。

2.11采用DAC1210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转化程序。

2.12请分别画出D/A转化器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推导出输出电压及输入数字量之间的关系式。

2.13采用DAC0832、运算放大器、CD4051等元器件及PC总线工业控制机接口，设计8路模拟量采集。

请画出接口原理图，并编写出8路模拟量的数据采集程序。

2.14什么是串模干扰和共模干扰？

如何抑制？

2.15MAX1232有哪些主要功能？

2.16计算机控制系统中有哪几种地线？

请画出回流法地线和一点接地示意图。

.1什么是数字程序控制？

数字程序控制有哪几种方式？

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？

3.3试用汇编语言写下列各插补计算程序

（１）第一象限直线插补程序

（２）第一象限里插补程序

3.4若加工第一象限OA,起点O（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）做出走步轨迹图，并标明进给方向和参数

3.5设加工第一象限逆弧，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，并标明进行方向和步数

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。

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。

4.1数字控制器的连续化设计步骤是什么？

4.2某系统的连续控制器设计为

试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D（s）,并分别给出三种方法对应的递推控制算法。

4.3什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算法？

试比较他们的优缺点。

4.4已知模拟调节器的传递函数为

试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算法，设采用周期T=0.2s。

并编写出相应的汇编语言程序。

4.5什么叫积分饱和？

它是怎样引起的？

如何消除？

4.6采样周期的选择需要考虑哪些因素？

4.7试叙述试凑法、扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定PID参数的步骤。

4.8数字控制器的离散化设计步骤是什么？

4.9已知被控制对象的传递函数为

采样周期T=1s,采用零阶保持器。

要求：

（１）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的D（z）,并计算输出响应y（k）,控制信号u（k）和误差e（k）序列，画出他们对时间变化的波形。

（２）针对单位阶跃输入信号设计最少怕有纹波系统D（z），并计算y（k）、u（k）、e（k）序列，画出它们对时间变化的波形。

4.10对控对象的传递函数为

采样周期T=1s,采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：

（２）求出数字控制器输出序列μ（k）的递推形式；

（３）画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输入曲线。

4.11被控制对象的传递函数为

采样周期T=1s。

要求：

（１）采用施密斯预估控制，并按图4.21所示的结构，求取控制器的输出μ（k）；

（２）试用达林算法设计控制数字控制器D（z）,并求取u（k）的递推形式。

4.12在图4.25所示的计算机串级控制系统中，已知采样周期为T,具有

4.13前馈控制完全补偿的条件是什么？

前馈和反馈相结合有什么好处？

4.14多变量控制系统解耦的条件是什么？

5.1设一阶单输入单输出系统的状态方程为

采样周期为T,试设计最少拍无纹波控制器D（z）.

5.2被控对象的传递函数为

采样周期T=0.1s,采用零阶平衡器，按极点配置方法设计状态反馈控制规律L,使闭环系统的极

5.3在题5.2中，进行全状态直接反馈，但只能侧到一个状态变量，现设计一个状态观测器（预

5.4什么是分离性原理？

该原理有何指导意义？

6.1什么是模块化程序设计和结构化程序设计？

程序设计通常分为哪5个步骤？

6.2试述堆栈和队列的区别、线形表和链表的去表，如何实现链表的插入和删除？

6.3某热处理炉温度变化范围为0～1350，经温度变送器变换为1～5V电压送至ADC0809,ADC0809的输入温度为0～5V。

当t=KT时，ADC0809的转换结果为6AH,问此时的炉内的温度为多少度？

6.4为使数字PID控制器实现从手动到自动的无平衡无扰动切换，应采取哪些措施？

6.5某炉温度变化范围为0～1500,要求分辨率为3,温度变送器输出范围为0～5V。

若A/D转换器的输入范围也为0～5V,则求A/D转换器的字长应为多少位？

若不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到600，此时系统对炉温度的分辨率为多少？

6.6某执行机构的输入变化范围为4～20mA,灵敏度为0.05mA,应选D/A转换器的字长为多少位？

6.7编制一个能完成中位值滤波加上算术平均值滤波的子程序。

设对变量采样测量7次，7个采样值排序后取中间的3个采样值平均，每个采样值为12位二进制数。

7.1异步传送和同步传送的信息格式试怎样的？

面对字符和面向位的传送的信息格式又是怎样的？

7.2什么是平衡方式和不平衡传输方式？

试比较两种方式的性能。

7.3简要说明RS-232C、RS-423A、RS-422A、RS-485串行通讯接口标准的性能。

7.4工业局部网络通常有哪四种拓扑结构？

各有什么特点？

7.5工业局部网络常有的传输访问控制方式有哪三种？

各有什么优缺点

7.6国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连参考模型即OSI模型是怎样的？

7.7IEEE802标准包括哪些主要内容？

7.8位总线（Bitbus）通讯规程有几层结构？

各层的主要内容是什么？

7.9什么是现场总线？

有哪几种典型的现场总线？

他们的特点各是怎样的？

第1章计算机控制系统概述

1．上网查阅相关自动控制产品

5

※<第二章习题>

第2章基本输入输出接口技术

1．采用自选的CPU和8255芯片设计一个打印机接口，并写出初始化和字符打印程序。

2．从各种杂志和用户手册上查找10种不同的I∕O接口芯片，写出其主要特性和接口要点。

3．准备准备接口试验的程序。

5

※<第三章习题>

第3章过程通道和数据采集系统

1．准备A/D，D/A试验程序

2．设有8路1～10V模拟量输入信号，要求每次从0号通道开始，顺序将8个通道输入的模拟量转换成数字量并存入RAM。

A/D结束后可以采用中断方式向CPU请求处理。

①实现ADC0809及单片机的接口。

②编写实现以上数据采集功能的程序。

5

※<第四章习题>

第4章程序控制和数值控制

1．试用微型计算机汇编语言，编写下列插补程序：

①4方向逐点比较法第一象限中的直线插补程序；

②4方向逐点比较法第一象限中的顺圆插补程序。

2．画出步进电机速度控制（包括加速、匀速、减速）程序的流程图。

5

※<第五章习题>

第5章数字PID控制算法

1．什么叫模拟PID调节器的数字实现？

它对采样周期有什么要求？

理由何在？

2．什么是位置式和增量式PID数字控制算法？

试比较它们的优缺点。

3．PID调节器的参数K，Ti，Td对控制质量各有什么影响？

结合第2题讨论改变采样周期T时对控制质量的影响。

4．在模拟PID控制的数字实现中，对采样周期的选择从理论上和算法的具体实现上各应考虑哪些因素？

5

※<第六章习题>

1．什么叫做采样控制系统的直接数字设计？

能否用直接设计方法得到相应于PID控制的低阶控制算法，使它在T→0时及参数为K，Ti，Td的模拟PID控制器相当？

这一算法中的参数应如何选取？

2．最少拍设计的要求是什么？

在设计过程中怎样满足这些要求？

它有什么局限性？

3．什么叫振铃现象？

在使用达林算法时，振铃现象是由控制器中哪一部分引起的？

为什么？

5

※<第七章习题>

填写内容

5

※<第八章习题>

第8章微型计算机控制系统设计

1．设计一个以8086或8096为核心的微型计算机控制系统，要求：

①32KRAM和64KEPROM；

②16位的A/D，D/A各2路；

③16个数字量I/O，要求驱动微型继电器；

④具有键盘扫描和数码显示；

⑤RS232通信接口；

③PID控制算法，参数可调整。

5

※<第九章习题>

第9章分布式计算机控制系统

1．分布式控制系统的特点是什么？

及仪表控制系统相比较其优势在哪里？

2．先进控制算法在分布控制系统中的应用基础是什么？

3．基本控制器的组成是什么？

4．分布式控制系统的软件主要包含什么？

5

※<第十章习题>

第10章现场总线技术及其应用

1．比较ControlNet，FF，DeviceNet，ProfiBus的不同应用场合。

2．比较ControlNet，FF，DeviceNet，ProfiBus的优缺点。

5

※<第十一章习题>

第11章计算机控制系统软件

1．查资料软件设计方法

习题一

1、微型计算机控制系统硬件由哪几部分组成？

各部分的作用是什么？

2、微型计算机控制系统软件有什么作用？

说出各部分软件的作用。

3、操作指导、DDC和SCC系统工业原理如何？

它们之间有何区别和联系？

4、分布式控制系统（DCS）的特点是什么？

5、微型机控制系统及模拟控制系统相比有什么特点？

6、什么叫现场总线系统？

它有什么特点？

7、未来控制系统发展趋势是什么？

8、为什么说单片机是智能化仪器和中、小型控制系统应用最多的一种微型计算机？

1．控制系统的主要性能指标有哪些？

对控制系统的性能指标要求是什么？

2．什么是控制系统的数学模型？

经典控制理论中常用的数学模型有哪些？

计算机控制系统中的数学模型有哪几种？

采用的分析方法有哪些？

3.电路如题图2-1所示，是电阻R、电感L和电容C的串联电路。

当外加输入电压ui变化时，输出电压uo发

生相应变化。

试列出微分方程式。

4．描述某系统的微分方程为

求输入

t≥0,

时的全响应。

5.求下列原函数的拉氏变换

（1）

（3）

（2）

（4）

6.求下列象函数的拉氏反变换

（1）

（3）

（2）

（4）

7.用留数法求题6中象函数F（s）的拉氏反变换。

8．某系统的微分方程为：

输入

t≥0,

。

用拉氏变换法求全响应。

9．控制系统稳定的充分和必要条件是什么？

劳斯判据判别系统稳定的充分和必要条件是什么？

10．单位反馈系统的动态结构如题图2-2所示。

已知开环传递函数分别为

（1）

试用劳斯判据分别确定系统稳定时K1，K2，K3的取值范围。

11．已知某控制系统的传递函数为

（1）

（3）

（2）

（4）

用留数法求其Z变换。

12．求下列函数的初值和终值。

（1）

（2）

13．分别用部分分式展开法和留数法求下列函数的Z反变换。

（1）

（3）

（2）

（4）

14．已知某系统的差分方程为：

x（n+2）-4x（n+1）+3x（n）=

初始条件为x（n）=0，当n≤0；单位脉冲函数

时，用Z变换求差分方程的解x（n）。

15．求题图2-3所示系统的脉冲传递函数G（z）。

16．什么是PID控制？

写出连续系统的PID控制表达式和离散系统的PID脉冲传递函数表达式。

17．指出PID控制器中KP、TI和TD的作用，它们分别及哪些因素有关？

它们的取值对系统的调节品质有什么影响？

18．在数字PID控制器中，比较位置型和增量型PID的区别和优缺点。

19．已知某连续系统控制器的传递函数为

。

现欲用数字PID算法实现，试分别写出位置型PID和增量型PID算法的输出表达式。

采样周期T=0.2s。

20．在数字PID控制算法中，PID参数整定都有哪些方法？

1．什么是直接数字控制（DDC）系统?

DDC及传统的PID控制相比较有何优点？

2．什么是最少拍无纹波随动系统？

说明其误差传递函数及数字控制器脉冲传递函数的关系。

3．某连续系统的控制器传递函数为

，设采样周期T=0.2s。

（1）用差分反演法将连续系统控制器离散化，写出数字控制器的脉冲传递函数。

（2）在阶跃输入情况下，试比较原连续控制器和离散化后的数字控制器的输出稳态值。

4．已知两个控制系统的被控对象的传递函数Gc（s）及其采样周期T分别为

（1）

T=0.5s

（2）

T=1s

5．已知数字控制器D（z）分别为

（1）

（2）

（3）

根据数字控制器D（z）表达式的性质，分别选择直接程序设计法、串行程序设计法和并行程序设计法三种设计方法实现D（z），写出实现D（z）的表达式，并画出实现D（z）的原理框图。

1．什么是模糊逻辑、模糊推理和模糊矩阵？

2．模糊控制系统一般有几部分组成？

模糊控制器主要由哪几部分组成？

3．简述模糊控制器设计的一般方法。

4．模糊控制系统及PID控制系统及DDC控制系统相比较有哪些优点？

5．简述模糊化接口、清晰化接口在模糊控制器中的作用。

6．设计一个液面自动模糊控制器，通过控制双向调节阀A，使蓄水池的水位X稳定在点O附近。

双向调节阀A可以向蓄水池注水，也可以排水。

1、基于微处理器的单片微型计算机内部含有哪些功能部件？

它和一般微型计算机相比有什么特点？

2、MCS-51系列单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？

3、MCS-51单片机设有四个8位并行I/O口，在使用时有哪些特点和分工？

简述各并行I/O口的结构。

4、MCS-51单片机的内部数据存储器可以分为几个不同的区域？

各有什么特点？

5、画出8051单片机外扩一片2764（8KBEPROM）和两片6264（8KB+8KBSRAM）的硬件连接图。

6、简述51系列单片机的寻址方式和每种寻址方式所涉及的寻址空间。

7、MCS-51单片机的中断系统由哪些部分组成？

MCS-51单片机有哪几种中断源？

8、MCS-51单片机中定时器/计数器的4种计数工作方式各有什么特点？

9、简述PC机和工控机的主要区别。

1、接口及总线有何异同之处？

2、接口的数据传输方式有哪些？

各有什么特点？

3、接口电路有哪些基本基本功能？

4、接口及总线有哪些分类？

5、Centronics和IEEE1284并行接口主要用于何种场合？

6、STD、PC/104和CompactPCI总线各有什么特点？

7、异步传输和同步传输有何不同？

8、RS232C、RS449和RS485各有什么特点？

9、20mA电流环路串行接口有何特点？

10、I2C总线和SPI总线有何异同？

11、什么是1-wire单总线寄生供电方式？

12、什么是现场总线？

它有哪些技术特征？

1、过程通道主要解决什么问题？

前向通道主要完成哪些功能？

2、传感器及变送器有何差异？

3、一般变送器输出怎样的标准信号？

4、什么是信号调理？

前向通道中的信号调理包括哪些内容？

5、开关信号、脉冲信号和数字量信号各有什么特点？

6、阅读理解图7-11及相应的中断服务程序，指出P1.0和P1.1起什么作用？

如不使用中断方式，而通过定时读取P1.2和P1.3状态来判断正转或反转，应如何编写相应的程序？

7、对逐次逼近式ADC，为何其转换速度不会因串行输出而降低？

8、对传输距离较远、传输速度不是太高的场合，宜选用何种ADC？

对速度和精度均有较要求的场合，宜选用何种ADC？

9、对孔径时间ta/d=10μs的8位ADC芯片，为保证其量化精度，在没有采用保持器时，允许输入信号的最大频率为多少？

如采用了保持器，其保持器在10μs采样时间内的电压下降率为1mV/秒，则允许输入信号的最大频率为多少？

10、阅读理解图7-39及采用1F+1B数据结构的采样程序，试编写2F+2B数据结构的采样程序。

1、微机控制系统中的开关量输出，通常采用哪几种接口电路？

2、固态继电器由哪些主要元器件组成？

它的特点是什么？

3、D/A转换器的性能指标有哪些？

指标中的精度和分辨率有何区别？

4、用D/A转换器作波形发生器时，输出波形的最高频率取决于哪些因素？

5、设计一个采用PWM技术控制直流伺服电机转速的电路。

6、简述步进电机细分运行的原理。

1、用行扫描法识别闭合键的工作原理是什么？

简述线反转法搜索键的基本工作原理。

2、画出利用89C52单片机的P0口外扩一片74LS273，再利用P1口，实现8位LED数码块动态扫描显示的电路图。

3、液晶显示器有什么特点？

它及LED显示器的区别是什么？

4、目前触摸屏共分为哪几类？

简述这几类触摸屏的原理。

5、打印机并行接口信号有哪些？

其中哪些是必须使用的信号？

哪些是可以选用的信号？

6、打印机并行接口及串行接口各有什么特点？

.什么是控制系统中的可靠性？

其含义有哪些？

2.什么是电磁兼容性（EMC）？

其含义有哪些？

3.产生干扰的必要条件有哪些？

4.噪声有哪些分类？

5.什么是常模噪声和共模噪声？

它们有何不同点？

6.可靠性设计的基本途径有哪些？

7.滤波和去耦有何异同？

8.隔离和屏蔽有何异同？

9.具有停电保护功能的数据存储器有哪些？

各有什么特点？

10.查阅有关X5045资料，结合图10-42编写出有关使用Watchdog功能的程序结构。

11.用于抗干扰的数字滤波方法有哪两两类？

各有什么特点？

12.参照10.3.2中一阶RC低通滤波器算法（filter_20），编写出返回值为长整型（long）数据类型的滤波算法，并指出能正常处理的数据范围。

13.查阅有关74HC595和74HC165芯片的资料，编写出图1042所示串行输入输出接口电路的开机自检程序和输入输出程序。

第1章

1．计算机控制系统是由哪几部分组成的？

各部分的作用是什么？

2．操作指导、DDC及SCC控制系统工作原理如何？

它们之间有何区别和联系？

3．计算机控制系统及模拟调节系统相比有什么特点？

4．为适应控制现场的工作环境，对工作控制机有何要求？

5．PC总线工业控制机及普通个人计算机相比，有何不同？

6．试述计算机控制系统的发展方向和主要研究课题。

第2章

1．何谓I/O接口？

在计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？

2．一个微处理机（CPU）采用程序控制查询方式时，管理50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上立即显示出来。

已知CPU查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200μs，若程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打入字符，问CPU是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？

又问CPU最多能管理多少个这种终端？

3．某微机实时控制系统有1#、2#、3#三个外围设备。

由一个CPU进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务时间分别是：

C1=5msS1=300μs

C2=8msS2=1.3ms

C3=1msS3=400μs

问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？

为什么？

若不行的话，试提出改进方案。

4．计算机及外围设备交换信息有哪几种控制方式？

它们各有什么优缺点》

5．某8086最大模式系统中，需扩展8255A、8253和DAC0832芯片各一片。

采用74LS138作译码器，若已指定分配给各芯片的地址范围是：

8255AFFE0H、FFE2H、FFE4H、FFE6H

8253FFE1H、FFE3H、FFE5H、FFE7H

DAC0832FFF0H

试设计接口扩展的地址译码电路（除74LS138外，可增加必要的其他逻辑电路芯片）。

6．某8088最大模式系统中，需扩展8255A四片，指定各芯片的地址范围分别是90～93H、94～97H、98～9BH、9C～9FH，采用74LS138作译码器，试设计接口地址译码电路。

7．何谓I/O通道？

模拟量输入通道由哪几部分组成？

8．模拟输入通道中为什么要加采样保持器？

采样保持器的组成及要求是什么？

9．模拟输出通道中为什么要加输出保持器？

试分析输出保持器及输入采样保持器在作用上、电路上的异同。

10．有一个四位满量程5V的逐次逼近型A/D转换器，设输入模拟量电压4.15V，试用列表和图示的方法表示其逐次逼近的转换过程。

11．用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃，线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率和精度。

12．进入I/O通道的干扰按其对电路的作用形式通常分哪两种？

试述对每种干扰应采取的主要抑制措施。

13.什么是接口、接口技术和过程通道？

14.采用74LS244和74LS273及P