微型计算机控制技术(简答题).docx
2 ， 例络数1：如图所示，R,C低通网分析输出对输入的传递函O/(s)Uc(s)= C s_ U m u*) 1 RCs=UQ) U .(S)RCs RCs(b)L3)(l +)=RCs33)RCsN(s)(c)图Z-6 RC电埠方块图1G(s)=UM) _ RCsRC s + 1U ,3) i +p r例2.2U( t ) = Kpe( t(1)进行拉普拉斯变换；(2)画方块图;+ K PTdS T SP dKU (s) = K、E(s)+ 艺U 3) , k=K p +E(s) PE(s)+ K pTd ,SE (s)例2.3g(t )=心 iG(s)=心 i12=Lri(s + 2)(s+8)=2e-2t 8e-8t图5-25快速有波纹系统框图KT例5.1计算机数字控制系统如图5.25所示，其被控对 象的传递函数为sd + 1)，其中K=10s-1,T=Tm=1s,若系统的输入信号为单位速度函数，试设 计快速有波纹系统的控制器脉冲传递函数D(z).解：皿5)*1勺号-G(n) = ZG(s) = X(1 一厂1)Tm _ 1 厂 121 _ -1寡八、3.68zT(1 + 0.718zT)代入K=1OS-S T=Tm=1S,有G(z)=(*；i_ 0.368显然，w = 0? v = L m = 19 q = 2系统准确性性能巳经满足或包含了稳定性 条件要求，故中可降一阶设计，设(z) = zT(0)o + /T)OJzXl-z-1)2t(1)=o + 1=1由式(5.5。)有(1)="2虹。解得o=2 Q二1也可由待定系数法解得o=2,i=-1,但=1故闭环脉冲传递函数为中(Z)= z-1(2"z-1)牌。，画幽0g(z) = (l-z-1)2所求数字控制器的脉冲传递函数为1(z) _ 0.545(1-0.5Z-1 )(1-0.368Z-1)(刃茹5 心)(1 -】)(1 + 0.71彩一1)由 "*)(?)，系统的输出为C(z) = (2?t - z2)(1 - z-1)= T(2z2 +3z3 +4z4 + )= 2z" +3/3 +4/4 + 由C(z) = U(z)G(z),可得数字控制器的输出为“小 C(z) Tzx .(l-z-1 )(1-0.368)U(z) = = (2z 2 )-例5.2在例5.1中，试针对单位速度输入函数设 计最少拍无波纹系统控制器脉冲传递函数D(z)。 -解：被控对象的传递函数为。(矽=近鬲，有一个积分 环节，说明它有能力平滑地产生单位速度输出响应， 满足无波纹系统设计的必要条件。-由例5.1知，系统的广义对象的脉冲传递函数为、3.68/1(1 +0.7182一1) G(z) =i(l-z_1)(l-0.368z_1)由于是针对单位速度输入信号设计控制器，所以q=2, 又由于G(z)存在z=1的极点，显然此例中系统设计的稳定性 条件已经包含在准榔性条件中，可进行降阶设计。根据式(5.52)可设 中(z) = zT(1 + .0718zT)(<Do+0)izT)色(Z)= (1F)2(1 + ZT)由式(5.53)或用待定系数法可求得 0 = 1.407 1 = -0.826 甲 = 0.592所以 (3)= z-1(l +0.718 z-1 )(1-407 - 0.826 z-1)，怂)= (1 2-)2(1 + 0.5921)最后求得数字控制器的脉冲传递函数为、1(z)0.382 (1 - 0.368 z-1 )(1 -0.587 z-1)(1 _ 厂)(1 + 0.592 厂)3闭环系统的输出序列为C(z) = R(z)(z)二/ (1+0.71 &t )(1.407-0.82&T)0-z )= 1.41z 2 +3z3 +4z-4 +5z5 + 数字控制器的输出序列为U(z)二= z-1 (1 + 0.718)(1.407 - 0.826z-1)G(z) (1 一厂')2、,(1-厂')(1-0.368广)3.68z-1 (1 + 0.718Z-1)=0.38Z1 +0.02z2 +0.10z3 +0.10z4 + -可见，在第三拍后，u(k)恒为常数，系统输出无波纹。无 波纹系统的数字控制器和系统的输出波形如图5-28所示。a数字控制器输出波形b系统的输出波形图5-28输出序列波形图9.1.2微机控制系统设计的一般步骤1系统总体方案设计1确定控制任务2)确定控制要求：3)系统总体结构4)分时控制方式选择5)控制系统的 结构框图和系统主要技术指标提出的一般要求6)硬件与软件的协调平衡7)系统现有资 源的分配和接口扩展8)人机接口设计9 )操作规范制定10)采样周期的选择2微型计算机的选择1) 微型计算机系统构成方案选择2) 微型计算机性能指标选择3控制算法设计控制算法设计要根据具体的对象、控制性能指标要求以及所选择的微型计算机对数据的处理 能力来进行。在设计中注意以下几个问题：(1)选定的控制算法必须满足控制速度、控制精度和系统稳定性的要求。(2 )由于系统的数学模型往往具有一定的近似性，因此，对设计的控制算法进行必要的 修正是必然的。(3) 对于一些复杂的控制系统，应抓住影响系统性能的主要因素，适当地对系统进行简 化，进而简化系统数学模型和控制算法程序，给系统设计和软件调试带来很多方便。4硬件设计在自行开发设计功能模块时，应注意如下问题：(1) 设计输入输出I/O模块时，输入输出通道要留有一定量的裕量，以备系统扩展之用。(2) 注意I / O通道信号的隔离。考虑系统总线的带负载能力，适当增加总线信号驱动电路。(4) 设计硬件抗干扰电路，提高系统的抗干扰性能。(5) 尽可能采用常用的I / O接口芯片和逻辑元件。(6) 合理地分配I/O 口地址，避免与其它设备发生冲突。(7) 在设计印刷电路板时，模拟部分和数字部分最好分开走线，最后一点接地。(8) 输入输出接插件要安装方便，接触可靠。(9) 避免虚焊、漏焊。5软件设计1)编程语言的选择2)应用程序的设计步骤和方法3)控制系统应用程序设计A/D转换的精度：分为绝对精度和相对精度。常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位， 如精度最低位的位，即。如果满量程为10，10位转换器的绝对精度为4.88。若表示为绝对 精度与满量程的百分比则为相对精度，如10位换器的相对精度为0.1% o注意精度和分辨率是两个不同的概念。精度为转换后所得结果相对实际值的准确度。而分 辨率指的是对转换结果发生影响的最小输入量。
