重點習題和思考題

第1章計算機控制習題概述

1、計算機控制系統中實時性、離線方式、在線方式的含義？

答：生產過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式為在線方式；

生產過程不和計算機連接，且不受計算機控制、而是靠人進行聯系并作相應操作

的方式為離線方式。

實時：信號的輸入、計算、輸出都要在一定的時間范圍內完成。

2、計算機控制系統由哪幾部分組成？

答：硬件組成：主機、10接口、通用外部設備、檢測元件和執行機構、操作臺。

軟件組成：系統軟件和應用軟件。

3、計算機控制技術的主要發展趨勢是什么？

答：（1）綜合自動化，包括CIMS和CIPS；（2）網絡化；（3）智能化；（4）

虛擬化；（5）綠色低碳化。

第2章工業控制計算機

1、什么是總線、內部總線、外部總線

答：總線是一種接口信號的標準和協議，提供通用的電平信號來實現各種電路信

號的傳遞。

內部總線指微機內部各功能模塊間進行通信的總線。

外部總線指用于計算機與計算機之間或計算機與其他智能外設之間的通信線路

2、哈佛結構和馮諾伊曼結構的區別

答：馮諾伊曼結構，程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起的存儲結構；哈佛

結構程序指令存儲和數據存儲分開的存儲結構。

3、工控機和普通PC的區別

答：機箱加固、防塵；工業電源，有時雙電源；無源母板；一體化主板

第3章10接口和過程通道

1、什么是接口、接口技術和過程通道？

答：接口是計算機和外部設備交換信息的橋梁，包括輸入和輸出接口；接口技術

是研究計算機和外部設備之間如何交換信息的技術；過程通道指在計算機和生產

過程之間設置的信息傳送和交換的連接通道。

2、模擬輸入通道中信號調理的作用，為什么需要量程變換，為什么需要I/U變

換？

答：現場過來的信號經過放大、量程自動轉換、可流/電壓轉換、濾波、線性化、

隔離等措施轉換成計算機能接收的邏輯信號。多參數信號采集時，各路信號

電流信號經過長距離傳輸到計算機接口電路，經過I/U變換成電壓信號才能進行

A/D轉換進入計算機被處理。

3、利用8255A、AD574、LF398、CD4051和51單片機接口，設計出8路模擬量

采集系統，畫出接口電路原理圖，并編寫相應的程序。

M

KOI

wn.3

RK5XTM

o

74LS3T3T1

DTSG

MhlPHB

QI4v>

1

J

I

FClf

1

Org1000II

MOVDPTR#2000H（數據首地址）

MOVR7#08H（8個通道）

MOVRO#7EH（C口地址）

MOVR2#COH（通道。開始地址）

MAIN：

MOVAR2

MOVX@R0A（啟動A/D）

MOVRI#7CH（A口）

L00P1:

MOVXA@R1

ANLA#80H（檢測STS）

JNZLOOP1

MOVA#10H

ORLAR2

MOVX@R0A

MOVXA@R1

ANLA#OFH

MOVX@DPTRA

INCDPTR

INCRI

MOVXA@R1

MOVX@DPTRA

INCR2

DJNZR7MAIN

RET

4、采樣保持器的作用是什么？是否所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持

器？

（1）為了保證A/D轉換的精度，需要應用采樣保持器；（2）同時采樣幾個模擬

量，以便進行數據處理和測量；（3）減少D/A轉換器的輸出毛刺，從而消除輸

出電壓的峰值及縮短穩定輸出值的建立時間；（4）把一個D/A轉換器的輸出分

配到幾個輸出點，以保證輸出的穩定性。

當被測信號變化緩慢時，若A/D轉換器轉換時間足夠短，可以不加采樣保持器。

5、分別畫出DA轉換器的單極性和雙極性電壓輸出電路，分別推導輸出電壓和

輸入數字量之間的關系式。

弋

VJ一-V—二D

JS澤匕盤）=3%各2=3罟D

憶y%7

12SJ2xl2S

3—言=—.

6、什么是串模干擾和共模干擾？如何抑制？

串模干擾指疊加在被測信號上的干擾噪聲。方法：（1）采用硬件濾波器

抑制串模干擾是一種常用的方法。（2）對于電磁感應產生的串模干擾，應對被

測信號盡可能早的進行信號放大，以提高電路中的信號噪聲比；或者盡可能早的

完成A/D轉換再進行長線傳輸；或者采用隔離和屏蔽等措施。（3）從選擇元器

件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。（4）利用數字濾波技術對進入

計算機的串模干擾進行數據處理，可以有效濾去難以抑制的串模干擾。

共模干擾是指模/數轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。方法：（1）

利用雙端輸入的放大器作前置放大器；（2）利用變壓器或光電耦合器把各種模

擬負載和數字信號隔離，即“模擬地”與“數字地”斷開，被測信號通過變壓器

或光電耦合器獲得通路，而共模干擾不能形成回路而得到抑制；（3）采用雙層

屏蔽一浮地輸入方式。

7、數字信號通道一般采取哪些抗干擾措施？

答：數字信號負邏輯傳輸；提高數字信號的電壓等級；通過光電耦合隔離；提高

輸入端的門限電壓。

8、推導下面儀用放大器電路的放大倍數，并簡述該電路的特點，注意要寫出推

導過程。

=＞解：

U.-Ug=U.-U=1.22

u.-u.及

U.S%%

UK，u國

R4K,

URFCULUg)用

則:AL即哈

該電路最大優點是輸入阻抗高，共模抑制作用強，增益調節方便，并由于結構對

稱，失調電壓和溫度漂移小，在傳感器微弱信號放大系統中得到廣泛應用。

第四章順序控制和數字控制技術

1、什么是順序控制？順序控制系統有何特點？

指以預先規定好的時間或條件為依據，按預先規定好的動作次序，對控制過程各

階段順序地進行自動化。

1）順序控制系統的輸入、輸出信號以開關量信號為主

2）邏輯關系復雜

3）控制程序客觀

4）可靠性要求高

2、什么是逐點比較法？

原理：每當畫筆或刀具向某一方向移動一步，就進行一次偏差計算和偏差判別，

也就是到達新的點位置和理想線型上對應點的理想位置坐標之間的偏離程

度，然后根據偏差的大小確定下一步的移動方向，使畫筆或刀具始終緊靠

理想線型運動，起到步步逼近的效果。

特點：

1）逐點逼近，以直線或折線（階梯狀的）來逼近直線或圓弧等曲線的，它與給定

軌跡之間的最大誤差為一個脈沖當量；

2）只要把運動步距取得足夠小，便可精確地跟隨給定軌跡，以達到精度的要求。

3、假設給定的加工曲線為第二象限的順時針圓弧AB,該圓弧所屬圓的圓心坐標

為如圖所示，試進行插補計算（步長為1）,完成下面表格。

F20：+Ax,F'=F+2x+3

F<0；+Ay,F'=F+2y-3

序號偏差判別進給方向偏差計算終點判別

0FOO,x=-5,y=2nxy=8

=

1F0=0+AxFl=F0+2x+3=-7,x=-4,y=2nxy7

2Fl=-7<0+AyF2=Fl+2y-3=-6,x=-4,y=3nxy=6

3F2=-6<0+AyF3=F2+2y-3=-3,x=-4,y=4n.5

4F3=-3<0+AyF4=F3+2y-3=2,x=-4,y=5nxy=4

5F4=2>o■AxF5=F4+2x+3=-3,x=-3,y=5nxy=3

6F5=-3<0+AyF6=F5+2y-3=4,x=-3,y=6nxy=2

7F6=4>0+AxF7=F6+2X+3=1,x=-2,y=6

nxy=l

8F7=1>o+AxF8=F7+2x+3=0,x=-1,y=6nxy=0

9

10

3、簡述反應式步進電機的步進原理。

答：給處于錯齒狀態的相通電，轉子在電磁力作月下，將向磁導率最大的位置轉

動，趨丁?對齒狀態轉動。

第五章數字控制器

1、數字控制器模擬化設計方法有哪些步驟？

1.設計假想的連續控制器D(s)

2.選擇采樣周期T

3.將〃3離散化為DU)

4.設計由計算機實現的控制方法

5.校驗

2、寫出數字PID控制器的位置算式、增量算式，并簡述增量式優點。

；)藕)號畫金)■麗叨

“野=局1%?3

(1)計算機輸出增量，所以誤動作影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉;

(2)在位置型控制算法中，由手動到自動切換時，必須首先使計算機的輸出值等

十閥門的原始升度，即P(k-1),才能保證手動/自動尢擾動切換，這將給程

序設計帶來困難。而增量設計只與本次的偏差值有關，與閥門原來的位置

無關，因而增量算法易于實現手動/自動無擾動切換。在位置控制算式中，

不僅需要對E(j)進行累加，而且計算機的任何故障都會引起P(k)大幅度變

化，對生產產生大利。

⑶不產生積分失控，所以容易獲得較好的調節品質。

3、采樣周期的選擇需要考慮哪些因素？

(1)作用于系統的擾動信號頻率f通常f0越高，要求采樣頻率fs也要相

應提高，即采樣周期(T=2n/fs)縮短。

(2)對象的動態特性。當系統中僅是慣性時間常數起作用時，3.2103,“3m

為系統的通頻帶；當系統中純滯后時間丁占有一定份量時，應該選擇

T/10；當系統中純滯后時間T占主導作用時，可選擇TNTO

(3)測量控制回路數。測量控制回路數N越多，采樣周期T越長。若采樣時間

為T,則采樣周期T'NT。

(4)與計算字長有關。計算字越長，計算時間越多，采樣頻率就不能太高。反

之，計算字長較短，便可適當提高采樣頻率。

3、簡述離散化設計方法的設計步驟？

(1)由46”和求取廣義對象的脈沖傳遞函數仍如；

(2)根據控制系統的性能指標及實現的約束條件構造閉環脈沖傳遞函數￡出)：

(3)確定數字控制器的脈沖傳遞函數〃如；

(4)由確定控制算法并編制程序。

第六章控制系統的數據處理技術

1、何謂系統誤差？如何實現系統誤差的全自動校準？

答：系統誤差是指在相同條件下，經過多次測量，誤差的數值（包括大小符號）

保持恒定，或按某種已知的規律變化的誤差。

荃雄電EUR

1911t電Euy

2、某電阻爐溫變化范圍為0-1600℃,經溫度變送器輸出電壓為1?5V,再經

AD574A轉換，AD574A輸入電壓范圍為0?5V,當采樣值為3D5H時，電阻爐

溫是多少？

解：3D5H=981;

981—

-----------x（5-0）=120V

4095-0

1600-0

^-j-xGJ20-l）+0=80+100=^80

3、數字濾波和模擬濾波相比有哪些優點？

（1）由于數字濾波采用程序實現，所以無需增加任何硬設備，可以實現

多個通道共享一人數

字濾波程序，從而降低了成本。

（2）由于數字濾波器不需增加硬設備，所以系統可靠性高、穩定性好，

各回路間不存在阻抗

匹配問題。

（3）可以對頻率很低（如0.01Hz）的信號實現濾波，克服了模擬濾波器

的缺陷。

（4）可根據需要選擇不同的濾波方法，或改變濾波器的參數。較改變模

擬濾波器的硬件電

路或元件參數靈活、方便。

4、如何實現對輸入數字量和輸出數字量的軟件抗干擾？

輸入數字量：

（1）干擾信號多呈毛刺狀，作用時間短，利用這一特點，對于輸入的數字信號,

可以通過

重復采集的方法，將隨機干擾引起的虛假輸入狀態信號濾除掉。

（2）若多次數據采集后，信號總是變化不定，則停止數據采集并報警；或者在

一定采集時

間內計算出現高電平、低電平的次數，將出現次數高的電平做為實際

采集數據。對每

次采集的最高次數限額或連續采樣次數可按照實際情況適當調整。

輸出數字量：

（1）當系統受到干擾后，往往使可編程的輸出端口狀態發生變化，因此可以通

過反復對這

些端口定期重寫控制宇、輸出狀態字，來維持既定的輸出端口狀態。

（2）重復周期盡可能短，外部設備受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作

出有效的反

應，一個正確的，輸出信息又來到了，就可及時防止錯誤動作的發生。

（3）對于重要的輸出設備，最好建立反饋檢測通道，CPU通過檢測輸出信號來

確定輸出結果

的正確性，如果檢測到錯誤及時修正。

5、什么是指令冗余，如何實現。

答：在關鍵地方人為地插入一些單字節指令如NOP,或將有效單字節指令重復

書寫，稱之為指令冗余。

（1）在一些對程序流向起決定作用的指令和某些對工作狀態起重要作用的指令

之前插入兩條NOP指令，以保證跑飛的程序能迅速納入正常軌道。

（2）在一些對程序流向起決定作用的指令和某些對工作狀態起重要作用的指令

的后面重復書寫這些指令，以確保這些指令的正確執行。

6、什么是軟件陷阱，如何實現。

答：當跑飛程序進入非程序區（如EPROM未使用的空間）或表格區時，可以利用軟

件陷阱技術攔截跑飛程序。

軟件陷阱一般安排在以下五種地方：

（1）未使用的中斷向量區；

（2）未使用的大片ROM區；

（3）表格

（4）運行程序區

（5）中斷服務程序區

第十章控制網絡技術

1、工業局域網常用的傳輸訪問控制方式有哪三種？各自有什么優缺點？

答：CSMA/CD、令牌環、令牌總線。

CSMA/CD：原理簡單，技術上容易實現，無需集中控制、不能提供優先級控制，

所有節點有平等競爭的能力，在網絡負載不重情況下有較高效率，但負載較大時,

分送信息的等待時間加長，效率顯著下降；

令牌環：能提供可調整的訪問控制方式，有優先權服務，有較強實時性，缺點是

需要對令牌進行維護，且空閑令牌的丟失將會降低環路的利用率，控制電路負載。

令牌總線：吞吐能力大，吞吐量隨數據傳輸速率的提高而增加，控制功能不隨電

纜線長度的增加而減弱，不需沖突檢測，有一定實時性。缺點節點獲得令牌的時

間開銷較大，一般一個節點都需要等待多次無效的令牌傳送后才能獲得令牌。

2、什么是現場總線？有哪幾種典型的現場總線？

答：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結

構的通信網絡。典型總線：FF、LONWORKS、PROFIBUS、HART、CAN。

3、工業以太網的關鍵技術有哪些？

答：（1）通信實時性；（2）總線供電；（3）互操作性；（4）網絡生存性；（5）

網絡安全性；（6）本質安全和安全防爆技術；（7）遠距離傳輸

4、簡述差錯控制技術中的奇偶校驗。

答：奇偶校驗（ParityCheck）是一個字符校驗一次，在每個字符的最高位置后

附加一個奇偶校驗位。通用常一個字符（b0-b7）來表示，其中，位字符碼位，

而最高位b7為校驗位。這個校驗位可為1或0,以便保證整個字節為1的位數

是奇數（稱奇校驗）或偶數（偶校驗）。發送端成照奇或偶校驗的原則編碼后，

以字節為單位發送，接收端按照同樣的原則檢查收到的每個字節中1的位數。如

果是奇校驗，發送端發出的每個字節中1的位數也為奇數。若接收端收到的字節

中1的位數也為奇數，則傳輸正確；否則傳輸錯。偶校驗方法類似。

￡海工荏位*'人孝

（勤J奮、求是、創新、奉獻）

2011-2012學年第1學期考查試卷

學院：機械工程學院班級姓名學號

《計算機控制技術》課程試卷A

（本卷考試時間90分鐘）

題號一二三四五總得分

題分1230262()12100

得分

一、概念題（本題共6小題，每小題2分，共12分）

1、何謂模擬信號？何謂數字信號？

2、何謂量程自動轉換?

3、何謂采樣和量化?

4、何謂數字程序控制?

5、何謂指令冗余？

6、何謂現場總線？

二、簡答題（本題共5小題，每小題6分，共30分）

1、簡述數字濾波器的優點。

2、何謂串模干擾？抑制串模干擾的常用方法有哪些?

3、何謂系統誤差？如何實現系統誤差的全自動校準？

4、何謂標度變換？為什么要進行標度變換？

5、簡述差錯控制技術中奇偶校驗的基本原理。

三、計算題（第1小題5分，第2小題7分，第3小題14分，共26分）

1、利用希爾排序對數據［5446771334231065］進行排序（注意:第一次增量為4,

第二次增量為2）。（本小題5分）

2、假設某電阻爐溫度變化范圍為100?600C,經溫度變送器輸出電壓為1?5V,再經8位

A/D轉換器轉換，假設該8位AD輸入電壓范圍為?5?+5V（注意該AD輸出的最高位為符號

位，1表示負，0表示正），計算當采樣值為6BH時（對應十進制107）,電阻爐溫度是多

少？注意應寫出計算過程，（本小題7分）

3、假設給定的加工曲線為第二象限的順時針圓弧AB,該圓弧所屬圓的圓心坐標為（21）,

如圖所示，試進行插補計算（步長為1）,完成下面表格。（本小題14分）

仔號偏差判別進給方向偏差計算終點判別

()

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1()

四、推導題（本題共2小題，每小題10分，共20分）

1、下圖是常用的儀用測量放大器電路，試推導其放大倍數，并簡述該電路的特點，注意要

寫出推導過程。

2、下圖為T型電阻DA轉換器的原理圖，其中Ko~誨為模擬電子開關，該開關在運算放

人器電流求和點和虛地之訶進行切換，該開關受相應二進制碼位（圖中ao,a1,a2,a3）控制，

碼位為I開關接運放的虛地，碼位為0時開關接地。試推導輸出電壓U。的表達式，注意應

寫出推導過程。

五、論述題（共1題，12分）

試畫出模擬量輸入通道的組成框圖，并簡述通道中各功能模塊的作用。

￡海工荏位*'人孝

（期J奮、求是、創新、奉獻）

2011?2012學年第1學期考查試卷

學院：機械工程學院班級姓名學號

《計算機控制技術》課程試卷A答案

（本卷考試時間90分鐘）

題號一二三四五總得分

題分1230262()12100

得分

一、概念題（本題共6小題，每小題2分，共12分）

1、何謂模擬信號？何謂數字信號？

模擬信號：時間上和幅值上都連續的信號。

數字信號：時間上離散，幅值也離散的信號。

2、何謂量程自動轉換？

根據需要對所處理的信號利用可編程增益放電器進行放大倍數的自動調整，以滿足后續

電路和系統的要求。

3、何謂采樣和量化？

采樣是用采樣開關（或采樣單元）將模擬信號按一定時間間隔抽樣成離散模擬信號的過程。

采樣信號經整量化后成為數字信號的過程稱為量化。

4、何謂數字程序控制？

根據數據和預先編制好的程序，控制生產機械按規定的工作順序、運動軌跡、運動距離

和運動速度等規律自動地完成工作的自動控制。

5、何謂指令冗余？

在關鍵地方人為地插入一些單字節指令如NOP,或將有效單字節指令重復書寫，以保

證跑飛的程序能迅速納入正常軌道。

6、何謂現場總線？

現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。

它的關鍵標志是能支持雙向、多節點、總線式的全數字通信。

二、簡答題（本題共5小題，每小題6分，共30分）

I、簡述數字濾波器的優點。

（1）由于數字濾波采用程序實現，所以無需增加任何硬設備，可以實現多個通道共享一個數

字濾波程序，從而降低了成本。

（2）由于數字濾波器不需增加硬設備，所以系統可靠性高、穩定性好，各回路間不存在阻

抗匹配問題。

（3）可以對頻率很低（如0.01Hz）的信號實現濾波，克服了模擬濾波器的缺陷。

（4）可根據需要選擇不同的濾波方法，或改變濾波器的參數。較改變模擬濾波器的硬件電

路或元件參數靈活、方便，

2、何謂串模干擾？抑制串模干擾的常用方法有哪些？

答：串模干擾指疊加在被測信號上的干擾噪聲。

抑制方法：

（1）采用硬件濾波器抑制串模干擾是一種常用的方法。

（2）對于電磁感應產生的串模干擾，應對被測信號盡可能早的進行信號放大，以提高電路

中的信號噪聲比；或者盡可能早的完成A/D轉換再進行長線傳輸；或者采用隔離和屏蔽等

措施。

（3）從選擇元器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制庠模干擾。

（4）利用數字濾波技術對已進入計算機的串模干擾進行數據處理，可以有效地濾去難以抑

制的串模干擾。

3、何謂系統誤差？如何實現系統誤差的全自動校準？

答：系統誤差是指在相同條件下，經過多次測量，誤差的數值（包括大小符號）保持恒定,

或按某種已知的規律變化的誤差。

荃碓電壓UR

例M電Euy

4、何謂標度變換？為什么要進行標度變換？

答：將A/D轉換后的數字量轉換成與實際被測量相同量綱的過程稱為標度變換

在測量過程中，所有這些參數經傳感器或變送相檢測，再利用相應的信號調理電路，將

非電量轉換成電量，并進一步轉換成A/D轉換器所能接收的統一電壓信號，又由A/D轉換器

將其轉換成數字量送到計算機進行顯示、打印等相關操作。而A/D轉換后的數值量并不一定

等于原來帶有量綱的參數值，它僅僅與被測參數有一定的函數關系，故必須把它轉換成帶有

量綱的數值后才能運算、顯示或打卬輸出，這種轉換就是標度變換。

5、簡述差錯控制技術中奇偶校驗的基本原理。

答：奇偶校驗是一個字符校驗一次，在每個字符的最高位置后附加一個奇偶校驗位。通

常用一個字符（bo~b?）來表示，其中，bo~b6字符碼位，而最高位b?為校驗位。這個校驗位

可為1或0,以便保證整個宇節為1的位數是奇數（稱奇校驗）或偶數（稱偶校驗）。發送

端按照奇或偶校驗原則編碼后，以字節為單位發送，接收端按照同樣的原則檢查收到的每個

字節中I的位數。如果為奇校驗，發送端發出的每個字節中1的位數也為奇數。若接收端收

到的字節中1的位數也為奇數，則傳輸正確；否則傳輸錯。偶校驗方法類似。

三、計算題（第1小題5分，第2小題7分，第3小題14分，共26分）

1、利用希爾排序對數據［5446771334231065］進行排序（注意：第一次增量為4,

第二次增量為2）。（本小題5分）。

解：

初始數據5446771334231065

dl=43423101354467765

d2=21013342354467765

排序結果1013233446546577

2、假設某電阻爐溫度變化范圍為100~600℃,經溫度變送器輸出電壓為卜5V,再經8位

A/D轉換器轉換，假設該8位AD輸入電壓范圍為-5~+5V（注意該AD輸出的最高位為符號

位,I表示負，0表示正），計算當采樣值為6BH時（對應十進制107）,電阻爐溫度是多

少？注意應寫出計算過程，

解：

600100

------------x(4.21-1)?100

107-0^x(5-0)-42IV

127-0=125x3^14100

=501.25^

3、假設給定的加工曲線為第二象限的順時針圓弧AB,該圓弧所屬圓的圓心坐標為（21）,

如圖所小，試進行插補計舜（步長為1）,完成卜面表格。（本小題14分）

F20：+Ax,

F<()：+Ay,F'=F+2y?l

序號偏差判別進給方向偏差計算終點判別

0F0=0?x=-6,y=lnxy=8

1F()=()+AxFl=F0+2x+5=-7,x=-5,y=li\二7

2Fl=-7<0+AyF2=Fl+2y-l=-6,x=-5?y=2n”=6

3F2=-6<0+AyF3=F2+2y-l=-3,x=-5>y=3nxy=5

4F3=-3<0+AyF4=F3+2y-1=2,x=-5,y=4nxy=4

5F4=2>0+AxF5=F4+2x+5=-3,x=-4,y=4nxy=3

6F5=-3<0+AyF6=F5+2y-l=4,x=-4,y=5nxy=2

7F6=4>0+AxF7=F6+2x+5=1,x=-3,y=5nxy=l

8F7=1>0+AxF8=F7+2x+5=0,x=-2,y=5nxy=0

9

10

四、推導題（本題共2小題，每小題10分，共20分）

1、下圖是常用的儀用測量放大器電路，試推導其放大倍數，并簡述該電路的特點，注意要

寫出推導過程。

5%

[=>解：及2?&R.u.-u_

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UK，UH=U4

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則:…御哈

該電路最大優點是輸入阻抗高，共模抑制能力強，增益調節方便，并由于結構對稱，失調電

壓和溫度漂移小，在傳感器微弱信號放大系統中得到廣泛應用。

2、下圖為T型電阻DA轉換器的原理圖，其中Ko~&為模擬電子開關，該開關在運算放

大器電流求和點和虛地之間進行切換，該開關受相應二進制碼位（圖中ao,ai,a2,a3）控制，

碼位為I開關接運放的虛地，碼位為o時開關接地。試推導輸出電壓Uo的表達式，注意應

寫出推導過程。

解:

KIOK

u.=M?43%?2

五、論述題（共1題，12分）

試畫出模擬量輸入通道的組成框圖，并簡述通道中各功能模塊的作用。

PC

總線

1、信號調理部分依據檢測信號及受干擾情況的不同而不同。通常包括信號的放大、量程自

動轉換、電流/電壓轉換、濾波、線性化、隔離等。

2、多路轉換器就是用來進行模擬電壓信號切換的關鍵元件。

3、采樣保持器的主要作用：

(1)當某一通道進行A/D轉換時，由于A/D轉換需要一定的時間，如果輸入信號變化較快，

就會引起較大的轉換誤差。為了保證A/D轉換的精度，需要應用采樣保持器。

(2)同時采樣幾個模擬量，以便進行數據處理和測量；

(3)減少D/A轉換器的輸出毛刺，從而消除輸出電壓的峰值及縮短穩定輸出值的建立時間。

4、A/D轉換器是將模擬電壓或電流轉換成數字量的器件或裝置，是模擬輸入通道的核心部

件。

￡海工荏位*'人孝

（期J奮、求是、創新、奉獻）

2011?2012學年第1學期考查試卷

學院：機械工程學院班級姓名學號

《計算機控制技術》課程試卷B

（本卷考試時間90分鐘）

題號一二三四五總得分

題分1230262012100

得分

一、概念題（本題共6小題，每小題2分，共12分）

1.何謂系統誤差。

2.何謂軟件陷阱？

3.寫出4種常見的現場總線名稱

4.寫出電子設備中“地”的兩種含義

5、何謂軟件抗干擾技術？

6、何謂順序控制?

二、簡答題（本題共5小題，每小題6分，共30分）

1、為什么在模擬采樣通道中一般都設置了采樣保持器？在什么情況下也可以不設置采樣保

持器？

2、寫出增量型PID衣達式，并商述其注意優點。

3、何謂共模干擾？抑制夫模干擾的常用方法有哪購？

4、工業以太網的優點及在工業現場推廣工業以太網有什么好處？

5、簡述滑動平均值濾波的基本原理和主要特點。

三、計算題（第1小題5分，第2小題7分，第3小題14分，共26分）

1、利用快速排序對數據［5446771335231065］進行排序（分割點選為35）。（本

小題5分）

2、假設某電阻爐溫度變化范圍為100?1200C,經溫度變送器輸出電壓為1~5V,再經12位

A/D轉換器轉換，假設該12位AD輸入電壓范圍為0~+10V,計算當采樣值為6c3H時（對

應十進制1731）,電阻爐溫度是多少？注意應寫出計算過程。（本小題7分）

3、假設給定的加工曲線為第四象限的順時針圓弧AB,該圓弧所屬圓的圓心坐標為（2,-1）,

如圖所示，試進行插補計算（步長為1）,完成下面表格。（本小題14分）

序號偏差判別進給方向偏差計算終點判別

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

四、推導題（本題共2小題，每小題10分，共20分）

1、下圖是常用的儀用測量放大器電路，試推導其放大倍數，并簡述該電路的特點，注意要

寫出推導過程。

2、下圖為D/A轉換器實現單極性、雙極性輸出電路，試推導出單極性、雙極性輸出時的計

算公式，同時根據計算公式，以8位D/A轉換器為例，說明輸入端D=0、80H、FFH時輸

出端的值。

五、論述題（共1題，12分）

A/D轉換器的接口設計包含硬件設計及軟件設計。一次A/D轉換過程中硬件及軟件設計均

包括啟動轉換以及根據數據輸出格式讀出轉換結果。論述在硬件及軟件設計中，如何啟動

A/D轉換、如何讀取轉換結果。

￡海工荏位*'人考

（勤奮、求是、創新、奉獻）

2011?2012學年第1學期考查試卷

學院：機械工程學院班級姓名學號

《計算機控制技術》課程試卷B答案

（本卷考試時間90分鐘）

題號—?二三四五總得分

題分1230262012100

得分

一、概念題（本題共6小題，每小題2分，共12分）

1.何謂系統誤差。

系統誤差是指在相同條件下，經過多次測最，誤差的數值（包括大小符號）保持恒定,

或按某種已知的規律變化的誤差。

2.何謂軟件陷阱？

用一條引導指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程

序出錯進行處理的程序。

3.寫出4種常見的現場總線名稱

FF基金會現場總線：L0NW0RKS局部操作網；PR0FIBUS過程現場總線

CAN控制器局域網；HART可尋址遠程傳感器數據通路（注：任意四種，中英文均

可）

4.寫出電子設備中“地”的兩種含義

一種是“大地（安全地）”；另一種是“信號基準地（信號地）”。

5、何謂軟件抗干擾技術？

軟件抗干擾技術是當系統受干擾后使系統恢復正常運行或輸入信號受干擾后去偽求真

的一種輔助方法。

6、何謂順序控制？

指以預先規定好的時旬或條件為依據，按預先規定好的動作次序，對控制過程各階段順

序地進行自動化控制。

二、簡答題（本題共5小題，每小題6分，共3。分）

1、為什么在模擬采樣通道中一般都設置了采樣保持器？在什么情況下也可以不設置采樣保

持器？

答：（1）為了保證A/D轉換的精度，需要應用采樣保持器。

（2）同時采樣幾個模擬量，以便進行數據處理和測量：

（3）減少D/A轉換器的輸出毛刺，從而消除輸出電壓的峰值及縮短穩定輸出值的建立

時間；

（4）把一個D/A轉換器的輸出分配到幾個輸出點，以保證輸出的穩定性。

當被測信號變化緩慢時，若A/D轉換器轉換時間足夠短，可以不加采樣保持器。

2、寫出增量型PID表達式，并簡述其注意優點。

答：

優點：（1）計算機輸出增鼠，所以誤動作影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉；

（2）在位置型控制算法中，由手動到自動切換時，必須首先使計算機的輸

出值等于閥門的原始開度，即P（k-l）,才能保證手動/自動無擾動

切換，這將給程序設計帶來困難。而增量設計只與本次的偏差值有

關，與閥門原來的位置無關，因而增量算法易于實現手動/自動無擾

動切換。在位置控制算式中，不僅需要對E（j）進行累加，而且計算

機的任何故障都會引起P（k）大幅度變化，對生產產生不利。

（3）不產生積分失控，所以容易獲得較好的調節品質。

3、何謂共模干擾？抑制夫模干擾的常用方法有哪些？

答：共模干擾是指模/數轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。

方法：（1）利用雙端輸入的放大器作前置放大器，

（2）利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負載和數字信號隔離，即“模擬地”與“數字地”

斷開，被測信號通過變壓器或光電耦合器獲得通路，而共模干擾不能形成回路而

得到抑制，

（3）采用雙層屏蔽一浮地輸入方式。

4、工業以太網的優點及在工業現場推廣工業以太網有什么好處？

答：以太網具有以下優點:①應用廣泛；②成本低廉；③通信速率高；④軟硬件資源豐

富；⑤可持續發展潛力大；⑥易于與Inlemet連接，能

實現辦公自動化網絡與工業控制網絡的信息無縫集成。

工業控制網絡采用以太網，就可以避免其發展游離于計算機網絡技術的發展主流之外，

從而使工業控制網絡與信息網絡技術互相促進,共同發展,并保證技術上的可持續發展，在技

術升級方面無需單獨的研究投入。

5、簡述滑動平均值濾波的基本原理和主要特點。

答：1）首先采樣N個數據放在內存的連續單元中組成采樣隊列，計算其算術平均值或加權

算術平均值做為第1次采樣值：

2）接下來將采集隊列向隊首移動，將最早采集的那個數據丟掉，新采樣的數據放在隊

尾，而后計算包括新采樣數據在內的N個數據的算術平均值或加權平均值。

3）這樣，每進行一次采樣，就可計算出一個新的平均值，從而大大加快了數據處理的

速度。

特點：

每采樣一次，移動一次數據塊，然后求出新一組數據之和，再求平均值。

三、計算題（第1小題5分，第2小題7分，第3小題14分，共26分）

1、利用快速排序對數據［5446771335231065］進行排序（分割點選為35）。（本

小題5分）。

解：取分割點數據35,排序如下圖。

5446771335231065

1023771354354665

3546771354231065

10467713542335651023351354774665

1023133554774665

103577135423465

2、假設某電阻爐溫度變化范圍為100?1200C,經溫度變送器輸出電壓為1~5V,再經12位

A/D轉換器轉換，假設該12位AD輸入電壓范圍為0~+10丫，計算當采樣值為6c3H時（對

應十進制1731）,電阻爐溫度是多少？注意應寫出計算過程。（本小題7分）

解:

1731

x(10-Q)=4227v

4095-0

^12=0-0--^10x0(4227^I)fl00=8874254100=987425

5―1℃o

3、假設給定的加工曲線為第四象限的順時針圓弧AB,該圓弧所屬圓的圓心坐標為（2,-1）,

如圖所示，試進行插補計算（步長為1）,完成下面表格。（本小題14分）

解:

F20：-Ax,Fr=F-2x+5

F<()：-Ay,Ff=F-2y-l

序號偏差判別進給方向偏差計算終點判別

0