部分计控习题答案 (2)

【3】采用74LS138、DAC0832运算放大器和CD4051等设计D/A转换接口电路，设定DAC0832的端口地址为200H，CD4051的端口地址为201H，要求：(1) 画出D/A转换接口电路；(2) 编写D/A转换程序。

地址线A9 A8……A1 A0=10……00时端口地址0200H，选通DAC0832 地址线A9 A8……A1 A0=10……01时端口地址0201H 选通CD4051

程序参考P27页

问题：没有给出端口地址，程序改错，

【5】用8位A/D转换器ADC0809通过8255与PC总线工业控制机接口，实现8路模拟采集。请画出接口原理图，并编写8路模拟量A/D转换程序。

程序:

MOV DX, 02C3H; 控制口地址

MOV AL, 10011000B; 设PC0~PC3为输出口，PC4~PC7为输入，PA输入 OUT DX, AL

MOV DX,02C2; 送通道号IN0并启动0809 OUT DX, AL

CALL DELAY; 延时 IN AL, DX WAIT: MOV BL, AL

TEST BL, 10000000B; 判断EOC是否高电平，即模数转换是否结束 JZ WAIT

MOV DX, 02C3H

MOV AL, 10010000B; 设PC0~PC3为输出，PC4~PC7为输出，PA输入 OUT DX, AL

MOV DX, 02C2H; PC口

MOV AL,10000000B; 选通OE，为读入数据准备 OUT DX, AL

MOV DX, 02C0H; PA口

IN AL, DX; 将模数转换数据通过PA口读入CPU 【6】用12位A/D转换器AD574A通过8255与PC总线工业控制机接口，实现模拟量采集，请画出接口电路原理图，并设计A/D转换程序。

参考P39页图2-33，8通道模拟量电路原理图

【13】题参考P61页图2-63, 6位动态显示电路 图中添加PB6和PB7，依次接左边开始的第一个数码管，修改CH中数为80H 【17】参考P51页，采用8255端口构成的4×8矩阵键盘

根据图2-53流程图

采用8086汇编语言，写出示例程序如下。

KEY:

…… PROC

NEAR KEYCHK

;检查键盘有无按键

KEYSCAN: CAL L

JNZ KSO ;有键按下，转KSO KSO: KS1: KS2: KS3:

KS4: KEY: KEYCHK:

RET

CALL DIY10MS CALL KEYCHK JNZ KS1 RET

MOV AH, 0FEH MOV AL, AH MOV DX, 800H OUT DX，AL INC DX INC DX IN AL, DX AND AL, 0FH CMP AL, 0FH JNZ KS3 ROL AH, 1 MOV AL, AH DEC DX DEC DX AND AL, 01H JNZ KS2 RET MOV

BH, AL

CALL DIY10MS CALL KEYCHK JNZ KS4 CALL KEYP RET ENDP PROC NEAR MOV

DX, 800H

;延时，防按键抖动 ;再次确认有无按键 ;有键按下，转KS1

;对应第一列扫描值

;送PA端口地址

从PC端口读入行值

;有键按下, 转KS3 ;得到下一列扫描值

;检查8列是否已扫描完成 ;没有继续检查下一列

;保存已读入按键的行值到BH

;等待按键释放

;根据扫描所得按键的行、列值（分别存于BH、AH寄存器）做键盘处理

;检查有无键按下子程序 ;送PA端口地址

KEYCHK:

MOV OUT MOV IN AND CMP RET ENDP ……

AL, 00H DX, AL DX, 802H AL, DX AL, 0FH AL, 0FH

;列输出线全部为0

;送PC端口地址 ;从PC端口读入行值

主程序通过定时调用键盘扫描程序KEY，就可以，就可以监视有无按键操作。如果无键按下，则程序返回；如果有键按下，则读取按键的行值与列值，然后，调用按键处理子程序。

按键处理子程序的主要功能是，根据按键的行值与列值求得按键的键值，在根据键值转入对应按键的处理程序。按键处理的示例程序如下：

KEYP: KP1: KEYTAB:

PROC MOV INC SHR JC DEC NOT AND DEC MOV MUL ADD SHL MOV JMP JMP JMP JMP …… JMP JMP

NEAR BL, 0 BL AH, 1 KP1 BL BH BH, 0FH BH AL, 08H BH AL，BL AL，1 BX，AX KEYTAB[BX] SHORT KEY00 SHORT KEY01 SHORT KEY02

SHORT KEY29 SHORT KEY30

;根据按下键的行值和列值计算出键值

;得到按键值

;根据按键转移值 ;按键转移表

KEY00: KEY01: KEY02: KEY1D: KEY1E: KEY1F: KEYP:

JMP …… RET …… RET …… RET …… …… RET …… RET …… RET ENDP

SHORT KEY31

;按键处理

每一个按键都有一段处理程序与之对应。如果按下的是数字键，则程序记录下数字值；如果按下的是功能键，则程序根据该键设定的功能，完成相对的功能操作。

【18】（1）1v对应数字量为33H （2）2v对应数字量为66H （3）2.5v对应数字量为80H （4）5v对应数字量FFH

第3章

【1】.求下列函数的z变换。 (1)f(t)1eatz(1eaT)z1(1eaT) F(z) =

(z1)(zeaT)(1z1)(1z1eaT)(2)f(t)=t,t0 ， (3) f(t)eat

zeaTsinTsint, a0, t0，F(z)=2 aT2aTz2zecosTeT2z(z1) (4)f(t)t F(z)=

(z-1)32【2】. 求下列拉氏变换式的z变换：

(1)F(s)1Tz； F(z)=22s(z1)(2) F(s)s212；F(z)= (s1)(s4)3(1z1eT)3(1z1e4T)KeTs(3)F(s)；

s(sa)1eTsK(4)F(s)；

sT1s1【3】. 求下列函数的初值和终值

z2(1) F(z)；f(0)1;f()0

(z0.8)(z0.15)z；f(0)0;f()2 2z1.5z0.5z2(3) F(z)2；f(0)0;f()0

z4z3(2) F(z)z2(4) F(z)；f(0)1;f()2

(z0.5)(z1)

【4】求下列各函数的Z反变换。 (1) F(z)10z； f（kT）=10(2k1)

(z1)(z2)2z(z21)(2) F(z)2； 2(z1)0.5z2(3) F(z)；

(z1)(z0.5)(4) F(z)

3z311()， ； F(z)

(z1)2(z1)24(z1)2(z+1)2Af(k)A(k1)p(k1)F(z)查表得 2(zp)k0

【5】用Z变换方法求解下列差分方程。

(1)y(k2)2y(k1)y(k)u(k)，

设输入u(k)k(k0,1,2,)y(0)0,y(1)0 解:由z变换性质

z2[y(z)-y(0)-z-1y(1)]+2z[y(z)-y(0)]+y(z)=Tz 2(z-1)所以，y(z)=TzTz1111=[-++]

(z+1)2(z-1)24(z-1)2z-1(z+1)2z+11１１Ｔｋｋ，k=0,1,2,…… y(k)=k－Ｔ+（－１）ｋ+（－１）4４４４

(2) y(k)0.4y(k1)u(k)，设输入u(t)1(t)，当k0时y(k)0 解：y(z)－0.4z-1y(z)=z z-1z2５ｚ２ｚy(z)==－

(z-0.4)(z-1)３ｚ－１３ｚ－0.452y(k)=-(0.4)k

33【6】. 已知系统方块图如习题6图所示

(z)TR(s)-E(z)KD(s)U(z)1eTss0.5sTC(z)

Gp(z)（1）试写出系统闭环脉冲传递函数(z) （2）若K=2，试求使系统稳定的T取值范围。 解：（1）广义对象脉冲传递函数

K(1-e-Ts)0.5G(z)=Z[]ss0.5K=(1-z-1)Z[2]

sTK=2(z-1)则(z)=KG(z)KT =1+KG(z)2z-2+KT2TT =2z-2+2Tz-1+T令z-1+T=0，当|z|<1时，系统稳定，则0【7】．已知系统结构如习题7图所示，T1秒。

（1）当K8时，分析系统的稳定性；（2）求K的临界稳定值。

u(t) Ky(t) 1eTss(s2) T s －

解：广义对象的脉冲传递函数为

（2）当K=2时，(z)=1-e-TsKG(z)=Z[]ss(s+2)1=K(1-z-1)Z[2]s(s+2)

0.284K(z-0.524)=(z-1)(z-0.135)K=8时，(z)=G(z)2.271z-1.188 =21+G(z)z+1.135z-1.053系统特征方程的根为z1=-1.74，z2=0.608，有一个单位圆外极点，故系统不稳定。 （2）(z)=G(z)0.284K(z-0.523) =21+G(z)z+(0.284K-1.135)z+0.135-0.149K特征方程为：z2+(0.284K-1.135)z+0.135-0.149K=0

w+1代入，化简后0.135kw2+(1.73+0.298k)w+2.27-0.433k=0 w-1利用劳斯判据得到，2.27-0.433k>0且1.73+0.298k>0, 0.135k>0 所以，稳定范围0将z=【8】 已知系统结构如习题7图所示，其中K1，T0.1秒，输入为u(t)t，试

用静态误差系数法求稳态误差。 解：

1-e-TsKG(z)=Z[]ss(s+2)

0.050.250.25=(z-1)[-+-0.2]2(z-1)z-1z-e系统的开环脉冲传函0(z)=G(z)

ess=lim(z-1)z11Tz=2 21+0(z)(z-1)【10】给定线性定常离散系统为

x1(k1)a bx1(k) 1x(k1)c dx(k) 1u(k)

22x1(k)y(k)[1 0] x(k)2确定a、b、c、d在什么情况下，系统是状态完全能控和完全能观的。

解：系统状态完全能控的充要条件是

1 a+bWc[BABAn1B]=rank=c+d-a-b0 1 c+d即c+da+b，

系统状态完全能观的充要条件是

1 0rankWg[CCACAn1]T=rank=b0 a b得到b0

故系统状态完全能控和完全能观的充要条件是c+da+b且b0

第4章 【1】已知模拟调节器的传递函数为D(s)U(s)11.2s，试写出相应数字控E(s)10.5s制器的位置式控制算式，设采样周期T0.5s。

解: D(s)U(s)11.2s E(s)10.5s所以U(s)+0.5sU(s)= E(s)+1.2E(s)u(k)-u(k-1)e(k)-e(k-1) =e(k)+1.2TT整理后，控制器的位置式算式为

差分方程为u(k)+0.5u(k)=0.5u(k-1)+1.7e(k-1)-1.2e(k-1)

【10】. 系统如习题4-10图所示，求r(t)t时的最小拍系统的D(z)。计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应，并绘制它们的波形。

R(s)-T0.2s1eTssY(s)10s(0.1s1)(0.05s1) 解：（1）求取并分析广义对象脉冲传递函数G(z)

1-e-Ts10G(z)=Z[]ss(0.1s+1)(0.05s+1)101.520.5=(1-z-1)[2-+-]sss+10s+20

10Tz1.5z2z0.5z=(1-z-1)[--1+--20T]2-10T(z-1)zz-ez-e0.76z-1(1+0.045z-1)(1+1.14z-1)=(1-z-1)(1-0.135z-1)(1-0.0183z-1)分子的最高阶次z-1，分母的最高阶次z0=1，所以，分子比分母低一阶 有一个不稳定零点，一个极点在单位圆上，其余零极点都在单位园内 （2）确定闭环脉冲传递函数(z)

(z)=z-1(1+1.14z-1)，根据物理可实现、稳定性条件 (z)=z-1(1+1.14z-1)F1(z)

e(z)=(1-z-1)2F2(z)

令F1(z)=k(1+az-1)，F2(z)=1+bz-1，因1-(z)=e(z) 则kz-1(1+1.14z-1)(1+az-1)+(1-z-1)2(1+bz-1)=1 所以，k=1.184，b=0.817，a=-0.605

1(z)1.1835(1-0.135z-1)(1-0.0183z-1)(1-0.605z-1)=控制器D(z)=

G(z)1-(z)0.76(1+0.045z-1)(1-z-1)(1+0.816z-1)Y(z)=(z)R(z)=0.237z-2+0.6008z-3+0.8z-4+..... U(z)=0.312z-1+0.067z-2+0.118z-3+0.101z-4+0.1004z-5

【11】.单位反馈系统的连续对象传递函数为G(s)10，设采样周期T1s，s(s1)试确定它对单位阶跃输入的最小拍控制器D(z)，并计算出系统的输出量序列

y(k)及控制量序列u(k)。检验所算出的输出序列是否正确，并计算出采样中间

时刻的输出值。这个最小拍系统有无纹波？ 解: （1）广义对象脉冲传函G(z)

1-e-Ts103.679z-1(1+0.718z-1)G(z)=Z[]= -1-1ss(s1)(1-z)(1-0.369z)（2）单位阶跃信号R(z)=1 1-z-1(z)=z-1，e(z)=1-(z)=1-z-1

1(z)0.2717(1-0.3679z-1)=（3）D(z)= -1G(z)1-(z)1+0.718zz-1Y(z)=(z)R(z)=-1=z-1+z-2+z-3+.......

1-zU(z)=D(z)E(z)0.2717(1-0.3679z-1) =-11+0.718z=0.2718-0.2951z-1+0.2119z-2-0.15z-3+0.109z-4-0.07847z-5+....答：有纹波。

【17】．设被控对象的传递函数为G(s)2e3s，期望的闭环系统时间常数4s1T4.5s，采样周期T1s，试用达林算法设计数字控制器。

解：T1=4s，T=1s，=3s，所以N=/T=3

T=4.5s，K=2

1-e-Tse-NTs(z)=Z[]

sTs+1(1eT/T)(1eT/T1z1)D(z)K(1eT/T1)[1eT/Tz1(1eT/T)z(N1)]27.022(1-0.0183z-1)=1-0.0111z-1-0.989z-4

0.2(10.65z1)【20】 采用达林算法设计出的数字控制器为D(z)，判断有11(1z)(10.9z)无振铃现象，若有，计算振铃幅度并说明如何消除振铃现象。

0.2(1-0.65z-1)解：从D(z)=可知控制器有两个极点，其中z=-0.9接近z=-1，是

(1-z-1)(1+0.9z-1)引起振铃的极点。

消除振铃采用振铃因子法，令该项因子中的z=1， 则有消除振铃控制器

0.2(1-0.65z-1)0.105(1-0.65z-1)D(z)==

(1-z-1)(1+0.9z-1)1-z-11振铃RA=a1-b1=-e-T/T +e-T/T0.2(1-0.65z-1)比较式（4-46）和D(z)=，得到a1=-0.1， b1=-0.65 -1-1(1-z)(1+0.9z)所以，振铃RA=a1-b1=-0.1+0.65=0.55 第5章

[2] 一台两相混合式步进电机步距角为0.90/1.80，试问：（1）这是什么意思？（2）转子齿数是多少？（3）写出两相四拍运行方式时的一个通电顺序。（4）在A相绕组中测得电流频率为240Hz，电机每分钟的转速是多少？

解：1)步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电动机所转过的角度。 2）转子齿数为50

3）两相单四拍供电方式：TA-TB-Tx-Ty-TA（反转） 两相双四拍供电方式：TAB-TBx-Txy-TyA-TAB（反转） 4）一分钟内，电动机转过的角度：=240601.8o=25920o 相当于转过的圈数：/360o=72r

电动机每分钟的转速72r/min

[4] 结合UC3717芯片，试用80C51单片机设计一个完整的二相步进电动机驱动控制电路，并编写单片机控制程序实现步进电机正反转及调速等功能？

单片机P1口分别输出I1B,I0B,I1A,I0A,PhaseA,PhaseB, UC3717是TTL兼容电路，为增加驱动能力，需要加驱动电路CD4050，P1.0和P1.1是开漏输出，需外接上拉电阻，时钟脉冲由P3.2输入，电路图如下，两图中，I1B,I0B,I1A,I0A,PhaseA,PhaseB是互连的。

程序清单： ORG 0000H AJMP MAIN

ORG 0003H AJMP ROTATE

ORG 0030H

MAIN: MOV 50H, #00H

SETB P3.2 SETB IT0

SETB EX0 SETB EA SJMP $

ROTATE: PUSH ACC PUSH PSW MOV A, 50H

MOV B, A

MOV DPTR, #CODE MOVC A, @A+DPTR MOV P1，A MOV A, B INC A

MOV 50H, #00H

L1： POP PSW

POP ACC RETI

CODE: DB 30H,34H,1CH,14H,10H,11H,13H,01H,00H,04H,0CH,24H,20H,21H,33H,31H

【讨论】

1）上述程序是1/4步方式正转，若改为反转，只需code部分改为

CODE: DB 31H,33H,21H,20H,24H,DCH,04H,00H,01H,13H,11H,10H,14H,1CH,34H,30H 2）调速功能可通过修改外部中断信号CP频率实现。

[10] 对第一象限的直线OA，起点O(0,0),终点A(8,10)。试用直线插补法计算轨迹控制过程。

解：插补从直线起点开始，因为起点总在直线上，所以F0.0=0，下表列出直线插补过程。

序号/判别 0 1 F0.0=0 进给方向 +x 运算 F0,0=0 X0=0 F10=F00-yA=-10 X1=1 Y0=0 2 F10<0 3 F11<0 4 F12>0 5 F22<0 6 F23>0 7 F33<0 8 F34>0 9 F44<0 10 F45=0 11 F55<0 12 F56<0 13 F57<0 14 F67<0 15 F68>0 16 F78<0 17 F79>0 18 F89<0 +y +y +x +y +x +y +x +y +x +y +y +x +y +x +y +x +y F11=F10+xA=-2 F12=F11+xA=6 F22=F12-yA=-4 F23=F22+xA=4 F33=F23-yA=-6 F34=F33+xA=2 F44=F34-yA=-8 F45=F44+xA=0 F55=F45-yA=-10 F56=F55+xA=-2 F57=F56+xA=6 F67=F57-yA=-4 F68=F67+xA=4 F78=F68-yA=-6 F79=F78+xA=2 F89=F79-yA=-8 F8,10=F89+xA=0  X2=2 X3=3 X4=4 X5=5 X6=6 X7=7 X8=8 Y1=1 Y2=2 Y3=3 Y4=4 Y5=5 Y6=6 Y7=7 Y8=8 Y9=9 Y10=10 [11] 设加工轨迹为第一象限逆圆弧AB，起点A(8,0)，终点B(0,8)，试进行圆弧插补计算，标明进给方向和步数？

解: 终值判别值：n=（8-0）+（8-0）=16

开始加工时，刀具从A点开始，即在圆弧上，F0,0=0，加工过程如下表

序号 0 判 别 方向 运 算 终点判别 F0,00 x08,y00 n16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 F0,00 F1,00 F1,10 x F1,0F0,02x1016+115 F1,1F1,02y1150114 x17,y00 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 y x17,y11 x17,y22 y F1,2F1,1+2y+1=142111 F1,3F1,2+2y+1=112*216 F1,462*311 F1,20 F1,30 y x17,y33 x17,y44 x26,y44 y F1,40 F2,40 F2,5<0 F2,6>0 F3,6<0 F3,70 x F2,4F1,4-2x+1=12*7112 F2,5122*41-3 F2,6-3+2*518 y x26,y55 +y x26,y66 x35,y66 x35,y77 x F3,682*61-3 F3,7-3+2*6110 F4,7102*511 +y x x44,y77 x53,y77 F4,70 F5,7<0 F5,8>0 F6,80 F7,80 x F5,712*41-6 F5,8-6+2*719 F6,89-2*314 +y x53,y88 x62,y88 x x F7,842*211 F8,812*110 x71,y88 x80,y88 x