2012-2013(2)计算机控制技术考题A - 标准答案全

南昌航空大学2012—2013学年第二学期期末考试

课程名称：计算机控制技术 闭卷 A卷 120分钟

题号 满分 实得分 一 20 二 10 三 18 四 20 五 20 六 12 合计 100 姓名----------------- 重修标记 评阅人 得分 一、计算题（共20分，每小题10分）

1、用8位DAC芯片组成基本的双极性电压输出电路，其参考电压为+5V， 求对应以下偏移码的输出电压：（1）10000000；（2）11111111。

解：双极性电压输出的公式是VOUT2???2VOUT1?VREF??VREF??2N?256?? (4分)

256??班级------------------- 学号-------------- 1）10000000B，即N=128，当VREF=+5V时，VOUT2=0V，输出电压0V (3分)

2）11111111B，即N=255，当VREF=+5V时，VOUT2=4.961V，输出电压+4.961V (3分)

按照单极性解答的且正常直接扣6分

如果错，但N的十进制算对，至少得2分

2、设ADC0809的输入电压为0~+5V，求出当输入模拟量为下列值时输出的数字量。 (1)2.5V; (2)5V

解：由于输入电压为0~+5V，说明参考电压Vref=5V，ADC0809是8位A/D转换，有

N?VXV?256?X?256 , 且取整数，但不能等于256。 (4分) Vref5.02.5?256?128?80H (3分) 5.05?256?256，超限，取N?255?FFH (3分) (2) Vx=5V，则N?5.0(1) Vx=2.5V，则N?

没专门写公式的，直接在(1)和(2)计算中隐含了公式的，公式分要给； 公式中，256写成255，扣5分；

计算N=256，然后取N=255或者FFH或者0xFF不写，扣1分。

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二、分析计算题（共10分）

梯度炉温度变化范围为0~1600°C，经温度变送器输出电压为1~5V，

再经ADC0809转换，ADC0809的输入范围为0~5V，试计算当采样数

值为99H时，所对应的梯度炉温度是多少？

解：由于测量下限0°C对应温度变送器输出电压为1V，而ADC0809的输入范围为0~5V，故测量下限0°C对应ADC0809的A/D转换值是256*(1/5)=51.2，取整N0=51 (2分) 测量上限1600°C (1分) 对应ADC0809的A/D转换值是256*(5/5)=256，超过8位数表达范围，取Nm=255。 (2分) 故利用(7-15)公式进行标度变换Ax??Am?A0? 评阅人 得分 Nx?N0?A0

Nm?N0由于A0?0，则Ax?AmNx?N0 (2分) Nm?N0当采样数值为99H时，其十进制数是153，代入公式得 (1分)

Ax?1600153?51?800

255?51故当采样数值为99H时对应的梯度炉温度是800°C。 (2分)

按照变通的计算方法计算的Ax直接扣4分

原则上不连续扣分！！

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评阅人 得分 三、硬件电路连线及程序填空题（共18分）

图1所示电路是51系列兼容的AT89S52单片机与A/D转换芯片 ADC0809的接口电路，已经有部分引脚通过网络标号进行了连接，1）

完成图1中未连接的信号线，要求单片机工作在大系统，但不扩展完整地址总线，采用线选法决定端口地址，写3FFFH端口为启动给定信号VS2的A/D转换，写7FFFH端口为启动反馈信号VS4的A/D转换，要求查询P3.3引脚了解A/D转换的状态，转换结束时从3FFFH端口读入A/D转换的数据（提示：未用地址均设为1；假设单片机的晶体是12MHz，要求ADC0809的CLOCK是500KHz）；2）填空完成A/D转换的子程序。

图1 某A/D转换电路原理图

答： 通道对应输入模拟量 十六进制地址 二进制地址A15~A0 0 VS2 1 VS4 3FFFH 7FFFH 结论 0011 1111 1111 1111B A14连ADD-A以便选通道 0111 1111 1111 1111B A15作AD0809线选地址线 标注网络标号后的连线图如图1所示。具体包括A14、/RD、A15、/WR、ENABLE、START、P33、CLOCK、ALE、GND 1线1分(10分)

初始化部分程序

#define AD0 XBYTE[0x3FFF] #define AD1 XBYTE[0x7FFF] sbit EOC = P3^3;

unsigned char r_kT,m_kT; 采样工作部分程序 AD0=0x00;

while(EOC == 0); r_kT = AD0 ; AD1=0x00 ; while(EOC == 0);

m_kT = AD1 ; (8分，每空2分)

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评阅人 得分 四、算法分析题（20分）

已知某连续PID控制器的传递D(s)= 3?5?0.5s, 欲用数字PID s算法实现之，1）该连续PID的控制参数KP、TI、TD；2）设采样周期T=0.2秒，离散化后的数字PID的参数KP、KI、KD；3）写出其相应的增量型PID算法输出表达式。 解：1）由于PID控制器传递函数

??115D?s??K1??Ts?K?K?KTs?3??0.5s

P??TIsD??PPTIsPDs?KP?3.0?KP?3???KP?5 解得?TI?0.6 ?TI?T?1/6??D??KPTD?0.5显然该PID控制的比例系数KP=3.0，TI=0.6秒，TD=1/6秒 (6分，可

以不写公式直接计算)

2）离散化后的数字PID的参数如下： KP=3.0

KI=KP*(T/TI)=1

KD=KP*(TD/T)=2.5 (6分) 3）增量型PID控制输出表达式为

?P?k??3??E?k??E?k?1???1?E?k??2.5??E?k??2E?k?1??E?k?2?? 或者?PP?k??3??E?k??E?k?1??

?PD?k??2.5??E?k??2?E?k?1??E?k?2??

?P?k???PP?k???PI?k???PD?k? (8分) 算法错误扣6分

?PI?k??E?k?

原则上不连续扣分！！

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评阅人 得分 五、程序设计和程序填空题（共20分，每小题10分）

1．试用C51设计位置型PID子程序，假设已经定义的变量和参数如表1所示，要求该子程序包含迭代操作，并且说明资源占用和运算量情况。

表1 PID控制中使用的资源情况 定义 float e_kT,e_kT_T; float p_P_kT,p_I_kT,p_D_kT,p_I_kT_T, p_kT; float Kp,Ki,Kd; 说明 误差有关量定义 控制有关量定义 参数有关定义 答：编写程序如下： void PID(void) (1分) { p_P_kT=Kp*e_kT; (1分) p_I_kT=p_I_kT_T+Ki*e_kT; (1分) p_D_kT=Kd*(e_kT-e_kT_T); (1分) p_kT=p_P_kT+p_I_kT+p_D_kT; (1分) e_kT_T=e_kT; (1分) p_I_kT_T=p_I_kT; (1分) } 多写了程序行也扣分！！！ 资源占用情况：变量10个，具体e_kT,e_kT_T, p_P_kT,p_I_kT,p_D_kT,p_I_kT_T, p_kT, Kp, Ki, Kd。

或者变量7个，具体为：e_kT,e_kT_T, p_P_kT,p_I_kT,p_D_kT,p_I_kT_T, p_kT。

常量3个，具体为：Kp,Ki,Kd。 (2分) 运算量情况：

乘法3次，加法3次，减法1次，移位2次。 (1分) 2．图2所示是误差电压越限报警示意图，要求对未完成程序填空并且加注释，具体各常数、变量定义和程序如下：

#define delta 2 //上、下限误差限常数定义 #define H 0.2 //误差上限带常数定义 #define L 0.2 //误差下限带常数定义

#define HH 2.1 //HH = delta + H / 2 上限报警值

#define HL 1.9 //HL = delta – H / 2 上限报警复位值 #define LH -1.9 //LH = -delta + L / 2 下限报警复位值 #define LL -2.1 //LL = -delta – L / 2 下限报警值 sbit ALARM_S = P3^5; //蜂鸣器，为0表示蜂鸣器发声

bit over_flag=0,below_flag=0; //越上限报警标志、越下限报警标志定义，为1表示报警 float ekT; //误差电压 void Alarm(void)

{ if( ekT>=HH ) //超过HH { if(over_flag==0) //首次(A点)

{ over_flag=1 ; //置标志

ALARM_S =0; //蜂鸣器报警 }

}

else if( ekT

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{ if(over_flag!=0) //已报警 (B点)

{ over_flag=0 ; //清除标志

ALARM_S =1; //关闭报警 }

else if( ekT

{ below_flag=1; //置标志

ALARM_S =0; //蜂鸣器报警 } }

else if( ekT>LH ) // 超过LH { if(below_flag!=0) // 已报警(D点)

{ below_flag=0; //清除标志

ALARM_S =1; //关闭报警 } }

}

} 评分标准：每空

1分，共计6分，注释4分，酌情给分

六、测试实验题（共12分）

图3所示照片是某种PID算法控制得到的波形照片反色后的图片，水

评阅人 得分 平方向每小格5个数据刷新点，数据刷新周期是10ms，用稳态值的±

5%作为允许误差范围，试从图3的曲线测量出上升时间、峰值时间、调节时间、最大超调量、振荡次数、稳态误差（包括在图上标注刻度）。

0.9 0.2 4.0 7.3 3.2 14

图3 某种PID改进算法控制得到的波形照片反色后的图片

答：画出坐标见图3中上图，允许有±0.5的作图误差； (6分) 下列读数允许有±0.5的读数误差。

超调量σ=0.9div/4.0div=0.22.5=22.5% (1分) 调节时间ts=0.01s/dot*5dot/div*14div=0.7s (1分) 上升时间tr=0.01s/dot*5dot/div*3.2div=0.16s (1分) 峰值时间tp=0.01s/dot*5dot/div*7.3div=0.365 (1分) 振荡次数N=1 (1分) 稳态误差ess=0 (1分)

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