《计算机控制系统》课后题答案刘建昌等科学出版社.docx
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1、第一章计算机控制系统概述习题与思考题1.I什么是计算机控制系统?计算机控制系统较模拟系铳有何优点?举例说明,解答:由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统,被称为计算机控制系统。与模拟系统相比,计算机控制系统具书设计和控制灵活,能实现集中监视和操作,能实现统合控制,可戕性商,抗干扰能力强等优点,例如,典型的电阻炉炉油计停机控制系统,如卜图所示:炉品计算机控制系统工作过程如下:电阻炉海僮这一物理房经过热电偈检测后,变成电信号(亳伏级),再经变送器变成标准估号(1-5V或4-20mA)从现场进入控制室:羟A/D转换器采样后变成数字伯号进入计蜕机,与计算机内部的温度绐定比较,犯到偏差佶号,该信号经过
2、计算机内部的应用软件即控制舞法运獴后得到一个控制信号的数字量.再经HID/A转换器将该数字址捽制信号转换成模拟拉:控制信号桢拟量作用于执行机构触发器,进而捽制双向品闸管对交流电压(22OV)进行PwM调制,达到控制加热电阻两茄电压的目的:电阻两箍电压的高低决定了电阻加热能力的大小,从而周节炉温变化,最终达到计算机内部的给定温度.由于计算机控制系统中,数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的,所以很容易实现赤种控制算法,修改控制兑法的参数也比较方便,还可以通过软件的标准化和模块化,这些控制软件可以反更、多次调用。又由于计獴机具有分时操作功能,可以监视几个或成十上百个的控制减,把生产过程的各个
3、被控对象都管理起来,祖成一个统的控制系统,便于犬中监视、集中操作笆理。计尊机控SM不仅能实现常规的控制规律,而且由于计算机的记忆、逻物功能和判断功能,可以综合生产的各方面情况,在环境与参数变化时,能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制,必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预,这些都是传统模拟控网无法胜任的。在计算机控制系统中,可以利用程序实现故障的自诊断、自修熨功能,使计算机控制系统具有很强的可维护性。另,方面,计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的,程序代码存储于计算机中,一般情况下不会因外部干扰而改变,因此计W机控制系统的抗干扰能力较强。因此,计算机控制系统具有上述优点,1.
4、2计算机控制系统由哪几部分组成?各部分的作用如何?解答:计罄机控制系统典鞭结内由数字控制器、DA转换潜、执行机构和被控对象、测刑变送环节、采样开关和A)D转换环节等组成.被控对象的物理墙经过测埴变送环节变成标准信号(1-5V或4-2OmAk再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机,计算机利用其内部的控制律法运算后得到一个控制信号的数字ht,再经由D/A料换器将该数字业控制信号也换成模拟业:控制信号模拟法作用于执行机构触发器,进而控制被控对皴的物理址,实现控制要求.1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。解答:741.S244T1.P-521-41.4应用逻辑器
5、件设计一个指示灯经过计算机数据总线输出的电路图.解答:多用敕m开关模拟址粕入通道扭成与结构同1.6设计一个计算机总线接口至一个420mA模拟信号输出的结构框图.总线接口控制电路沙波器多路模拟开关+20InA撰假信号偷出1.7简述并举例说明内部、外部和系统总线的功能.斛答:内部总线指计电机内部各外用芯片与处理器之间的总线,用于芯片一级的互连,是微处理器总线的延伸,是微处理器与外部硬件接口的通路,图1.8所示是构成微处理器或子系统内所用的并行总线。内部并行总处通常包括地1止总线、数据总战和控制总线三类.效入改*Wiiia图1.8内部并行总戏及加成系统总线指计算机中各插件板与系统板之间的总线(如MU
6、1tibuS总线、STD总线、PC总线),用丁插件板一级的互连,为计算机系统所特有,是构成计算机系统的总线.由于微处理器芯片总线第功能力仃眼,所以大贵的技口芯片不力It接挂在以处理的芯片上,同择,如果存储器芯片、W接口芯片太多,在一个印刷电路板上安排不下时,采用模块化设计又增加了总线的负载,所以微处理器芯片与总线之间必须加上驱动器.系统总线及组成如图1.IQ所示。IFHg期6匕nM1.10系统总战及货1.成外部总线指计算机和计算机之间.计算机与外部其他仪衣或设符之间进行连接通信的总畿,计算机作为种设备,通过该总规和其他设拓迸行信息与数据交换,它用于设备一级的互连.外部电线通常通过电线控制器拄接
7、在系统总线E,外部总线及组成加图I.11所示.mi.Ii外郃总统及祖成1. 8详述基于权电阻的D/A转换器的工作过程.解答:DA转换湍是按照规定的时间间1.T对控制静输Hi的数字St进行SA转换的.D1A转换器的工作原理,可以归结为“按权展开求和”的某本原则,刻输入数字量中的狗一位,按权位分别转换为模拟Jk然后通过运算放大器求和,得到相应模拟量编出.相应于无符号整数形式的二进制代码,n位DAC的输出电压VoUi且守如下等式:2吟)(1.3)式中,VFSe为输出的满帕值电压,B,是二进制的用腐有效位,B,是最低有效位.以4位二进制为例,图1.12给出了一个说明实例.在图1.12中每个电流源值取决
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