研究生微机控制及接口技术试题2014..doc

山东科技大学20—2014学年第学期《》考试试卷班级 姓名 学号 题号 一 二 三 四 五 总得分 评卷人 得分 计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分软件部分。硬件部分主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、 操作台软件包括系统软件和应用软件 经典控制理论以单输入单输出系统为研究对象,所用数学模型为高阶微分方程，采用传递函数法(外部描述法)和拉普拉斯变换,来作为研究方法和研究工具。分析方法和设计方法主要运用 频域(复域)、频率响应、根轨迹法和PID控制及校正网络。 现代控制论理论以多输入多输出系统为研究对象，采用一阶微分方程作为数学模型。研究问题时，以状态空间法(内部描述)为研究方法，以线性代数矩阵为研究工具。同时，分析方法采用了 复域、实域，可控和可观测，设计方法采用了状态反馈和输出反馈。 另外，经典控制理论中，频率法的物理意义直观、实用，难于实现最优控制，现代控制理论则易于实现最优控制和实时控制。采样也称抽样，是信号在时间上的离散化，即按照一定时间间隔△t 在模拟信号x(t)上逐点采取其瞬时值。它是通过采样脉冲和模拟信号相乘来实现的。 在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍 何谓总线？工业控制中常用的系统总线和外部总线主要有哪些？ 系统总线：PCI总线、AT总线、PC总线 什么是接口、接口技术和过程通道？ 接口：完成计算机和外设之间的信息变换和缓冲功能的部件。是计算机和外设之间联系的桥梁，每个外设都要通过接口和主机系统相连接。 接口技术：专门研究CPU和外设之间的数据传送方式、接口电路的工作原理和使用方法的一项技术。? 过程通道：在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括AI、AO、DI、DO。 推导出，则D/A转换器的位数为11位。 2．计算机控制系统需要对一个传感器信号进行采样，该信号经过信号调理后输出变化范围为0~+10V的模拟电压，试设计一个接口电路对此信号进行采样： （1）采样分辨率≤0.05%，确定所采用A/D转换器的位数。 解：其采样分辨率≤0.05%，则 则所采用A/D转换器的位数为15位。 假设该接口的孔径时间为100us，为了保证0.1%的量化精度，问被采样信号的频率最大为多少？ 根据公式得： 即采样信号的频率最大为1.59Hz。 3. 对某轧钢加热炉的炉温进行检测，采用红外温度传感器，已知传感器的温度检测范围是600~1500℃，采用4~20mA电流输出；监控计算机采用12位A/D转换器，输入为0~3.3V电压信号。 （1）针对上述要求，画出从传感器到A/D转换器的信号传输和变换框图，说明如何将传感器输出的电流信号转换为与A/D转换器输入所匹配的电压信号，给出具体的参数以及必要的计算； 传感器将加热炉内的温度转变成4-20mA的电流信号，经过电流/电压转换（采样电阻和减法电路），将电流信号转变成A/D转换器所需的电压信号，再由A/D转换器进行模数转换，从而实现对数据的采集。其中采样电阻的大小为 传感器将加热炉内的温度转变成4-20mA的电流信号，经采样电阻，转变为： 转变后的电压信号不满足A/D转换器的输入电压的要求，此时需要添加一个减法电路来实现A/D转换器的输入电压的要求。如下图所示： 要满足A/D转换器输入电压的要求，则在反相端的输入电压达到0.82V，计算得： 得到 经减法电路得到输出电压为 满足条件。 为了实现温度的显示，如何从A/D转换器的采样数据得到实际的温度数据，建立相应的数学表达式，并给出必要的说明。 由于监控计算机采用12位A/D转换器，假设实际的温度数据为T，A/D转换器的采样数据为D，则数学表达式为： 由此数学表达式，通过在监控计算机上获得的采样数据D，就可以得到加热炉中的实际温度。 三、综合设计：（共30分） 1．某系统的连续控制器设计为 分别使用双线性变换法、前向差分法求取数字控制器D（z），分别求出两种方法对应的递推控制算法。 2．为了得到尽可能准确的采样数据，往往需要采用数字滤波对采样数据进行处理： 请以MCS-51汇编语言子程序或C语言函数的形式编写针对3个采样数据的中值滤波程序，要求程序简洁运算量尽可能的少； PUSH PSW PUSH A SORT: MOV R0,DATA ；数据存储区单元首址 MOV R7,TIME ；读比较次数