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？

1.6 PC总线和STD 总线各引线的排列和含义是怎样的？ 1.7 RS-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与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 与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 与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与输入数字量之间的关系式。

2.13采用DAC 0832、运算放大器、CD4051 等元器件与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？ 2.15 MAX 1232 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 8255 A 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=0.2 s。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？

7.7 IEEE 802 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与单片机的接口。 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时与参数为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？与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、 微型机控制系统与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

,t≥0,

时的全响应。

5. 求下列原函数的拉氏变换

(2) (4)

,

,求输入

(1)(3)

6. 求下列象函数的拉氏反变换

(1)

(2)

(3) (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：

,

。用拉氏变换法求全响应。

,输入

,t≥0,

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)

(2)

(3)

用留数法求其Z变换。 12．求下列函数的初值和终值。

(4)

(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)(2)

(3) (4) ,初始条件为

14．已知某系统的差分方程为：x(n+2)-4x(n+1)+3x(n)= x(n)=0，当n≤0；单位脉冲函数

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