1两种 USB口的特点及区别？通用指标，传输模式，U SB 器件，硬件接口。
答：
两种 USB的特点：
(1)USB 接口支持设备的热插拔功能 , 采用菊花式的连接 .
(2)USB 有2电源线(5V),2 数据线 ,采用差分信号传输 ,可为连接在其上的设备提供 5V 电压 /100mA电流的供电 ,最大可提供 500mA的电流 .
(3)一个 USB控制器可以连接多达 127个外设 ,而两个外设间的距离(线缆长度)可达 5 米. 两种 USB的区别 : 协议不同 ,USB1.1 传输速率是 12Mbps,USB2.0 传输速率是
480Mbps.
2光驱、硬盘、软驱的总线形式。
答：
(1)光驱 :IDE ATA/ATAPI ，内部并行总线 .
(2)硬盘:IDE SATA ，内部并行总线 .
(3)软驱:软驱分内置和外置两种 ,内置软驱使用专用的 FDD接口 ,而外置软驱一般用于笔
记本电脑 , 使用 USB接口 .
3I2C、 SPI、SCI 总线的特点？
答：
(1)I2C 总线由数据线 SDA与时钟线 SCL两条线构成通信线路，既可以发送数据也可以接收数据，在 CUP与被控 IC 之间，IC 与 IC 之间都可以进行双向传送，最高传输速度为 400Kbps.
(2)S PI 是一个环形总线结构 , 是一种标准的四线同步双向串行总线 , 在 SCK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换 , 可以同时发出和接收串行数据 .
(3)S CI 是一种通用异步通信接口 UART. SCI 模块采用标准非归零( NRZ)数据格式 ,能够实现多 CPU之间或同其他具有兼容数据格式 SCI 端口的外设进行数据通信 .
4指出 RS-232、RS-485、 USB等总线的特点及发展趋势。
答：
(1)RS-232 的特点：全双工数据传输，单端输入输出 , 有地线、发送和接受三条线即可实现数据传输 , 传输速率 20kb/s ，传输距离限于 15m,采用单端驱动和接收电路 . 采用负逻辑高电平为( -5--15v )，低电平为 (5-15v) ，电源电压为 +15v 或 +12v. (2)R S-485 的特点：半双工工作方式，差分信号传输，传输距离为几十米到上千米，速率 10Mbit/s, 采用屏蔽双绞线传输 . 可连接 32 个设备 . 电平逻辑“ 1”以两线间的电压差为 (+2 — 6V)表示；逻辑“ 0”以两线间的电压差为 (-2 —6V)表示，外接电源电压一般为 5v.
(3)USB 即插即用 ,菊花式连接 ,有 2电源线( 5V)，2数据线，而两个外设间的距离(线缆长度)可达 5米,差分信号传输 , 可外接 127 个设备.
5、简要归纳 ISA、 PCI 和 STD三种端口的特点。
答：
ISA：有 98 根信号线，数据线宽 16 位，地址线宽 24 位，总线时钟 8MHz，中断源为边沿触发，数据传输速度为 16MB/S。
PCI：64 位总线( 3.3V )或者 32 位( 5V)，最高总线频率为 33.3MHz/66MHz，数据传输速度为 80MB/S，(最高传输速度为 133MB/S)，支持 10 个外设。
STD：公共母板结构， 56 根信号线，是 8/16 位总线标准，有 8/16 条数据线， 16/24 地址线， 22 条控制线。
6、概要描述计算机系统如何通过 PCI 端口对外部设备进行控制，指出地址范围。
答：
信号输入时：首先外设作为中断源（int a# ～ int h# 引脚是低电平有效的中断请求线）
申请中断，在 CLK的上升沿到来时，系统采样 AD0～AD31，把信号送到微处理器，触发中断。接着 C/BEJ~ C/BE0 配置 I/O 读写，在 FRAME低电平时，传送数据存储地址，FRAME高电平且 TRDY低电平时，开始读取数据。
信号输出时：首先 C/BEJ~ C/BE0 配置存储器读及 I/0 写，接着 FRAME高电平且 IRDY 低电平时，开始写数据。
I/O 口地址空间分为两部分，把 1024个端口的前 246 个（ 000H— 0FFH）专用系统板上的 I/O 接口芯片使用，后 768个（ 100H—3FFH）为 I/O 接口扩展卡使
用。
6、７４ＬＳ２４４与７４ＬＳ２７３的驱动是多少？它们有什么不同的特点和应用？答： 74ls244 是一个 8 个通道单向传输的三态门缓冲器，灌电流可以达到 24mA 。按at89c51 上拉电阻 10K来计算， 5/10000=0.5mA ，可以驱动近 50个 IO 口。
74LS273是 8通道单向的地址锁存器，不仅可以作为驱动器，还有存储的功能，灌电流可以达到 8mA。
集成电路知识： 54系列军用产品和 74系列民用产品； H高速、L低功耗、 S肖特基（低功耗、大电流、超高速、反向恢复时间极短）、A 改进型、LS（下拉强、上拉弱）、ALS 、HC（CMOS 接口、上下拉一样）、HCT（TTL 接口）
74ls244 是一个 8 个通道单向传输的三态门缓冲器，灌电流可以达到 50mA 。按
at89c51 上拉电阻 10K来计算， 5/10000=0.5mA ， 74ls244 最多可以驱动 100个 IO 口。 74LS273是 8通道单向的地址锁存器，不仅可以作为驱动器，还有存储的功能，灌电流可以达到 25mA。
7、图２ -16 中的 VＤ的作用是什么？如果将 K接在三极管 e 极有什么缺点？
答①因继电器线圈呈电感性，为了克服三极管断开时继电器线圈反电势，所以线圈两端必须加装续流二极管 D，以保护三极管。
②如将继电器线圈接在三极管 e 极的话，电路形成负反馈，使得线圈无法最大电压导通；另外由于电路形成负反馈，会影响导通速度；
③从图中可看出三极管有电压转换的作用，从低电压的信号到高电压的驱动，但如果接在
e 极驱动不了继电器。
8、采用 74ls244 和 74ls273 与 PC/ISA 总线工业控制机接口，设计 8 路数字（开关量）输入接口和 8 路数字量（开关量）输出接口。请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。
答：利用 74LS244作为开关量的输入，一端接外部开关量信号输入，一端接到PC的 8位数
据线，利用 74LS273作为开关量的输出，一端接到 PC的 8 位数据线，一端接开关量信号输出。片选端口地址为 port1 ，输出片选端口地址为 port2 。
输入程序： MOV DX, port1 IN AL, DX
输出程序： MOV AL, DATA
MOV DX, port2
OUT DX, AL
9、用 8位 A/D 转换器 ADC0809 与 PC/ISA 总线工业控制机接口，实现 8位模拟量采集。 请画出接口原理图，并设计出 8 路模拟量的数据采集程序。 程序：
MOVX A ，@DPTR ；读取转换后的数字量 MOV @R0 ，A ；存入片内 RAM 单元 INC DPTR ；指向下一模拟通道
INC R0 ；指向下一个数据存储单元
10、采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？
答：（ 1）保存即将转换的信号，避免某些随时间变化较快的信号在转换时发生变化，提高转换精度，或者模拟量输入信号的频率范围。
（ 2）不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器，当被测信号变化缓慢时，若A/D 转换器转换时间足够短，可以不加采样保持器。
11、一个 8位 A/D 转换器，孔径时间为 100us，如果要求转换误差在转换器的精度 0.4% 求允许转换的正弦模拟信号的最大频率是多少？
答： f=0.4/（2*pi*100*10 -6*100）=6.4hz
12、采用 DAC0832 和与 PC/ISA 总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编
写 D/A 转换程序。
若 DAC0832 的 CS 的口地址为 BASE ，则 7FH 数据转换为模拟电压的接口程序为：DAOUT ：MOV DA ， BASE
MOV AL ， 7FH
OUT DX ， AL
RET
13、思考：还有其他方法可以代替A/D 吗？
答：可以采用 VF 转换的方法，就是压频转换芯片，把电压模拟量转换成频率信号，然后通过检测，转换成数字信号输出。
14、分别画出 D/A 转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推导出输出电压与输
入数字量之间的关系式。
V OUT1 =-V REF*( D/2 n)
V OUT2 =V REF(D/2 n-1-1) 15、试叙步进电机的特点
答： 1)步进电机的参数一频率、力矩、步距角和相电流等表示。
2)步进电机输入的是脉冲，输出的是位移，误差不累积，改变脉冲的频率，改
变速度。改变各相导通顺序可以控制步进电机的方向。
3)一般步进电机的精度为步进角的 3~5%，。
4)步进电机的力矩与其中的电流成正比，由于电感效应力矩会随转速的升高而下降。
5)步进电机高于一定的速度运行时，若电机转矩小于负载转矩时，会产生失步或睹
转，睹转不会烧毁电机，但伴有呼叫声。
16，试叙步进电机驱动器的种类和特点
答：步进电机驱动器的种类 :
A，单电压驱动：简单、价格低廉。
B，高低压驱动：简单实用、较单电压驱动性能有一定提高，但是高压固定，不能兼顾各种频率。
C，恒流崭波：采用较高的驱动电压，控制相电流快速导通和保持恒定，在一定频率范围具有均匀的力矩，大大提高运行频率，但可能产生噪声，特别在一定频率范围产生震荡。
D，调频调压：采用可调的驱动电压，保证相电流快速导通和恒定，在一定频率范围具有均匀的力矩，大大提高运行频率，不会产生噪声。
E，细分电路驱动：采用细分电路或者等分调节各相电流，将原来的一步细分为多步运
行，减少脉冲当量，提高精度。
4.2某系统的连续控制设计为 D(S)=U(S)/E(S)=(1+T 1S)/(1+ T2S)试用双线性变换法，前向差分法，后向差分法分别求取数字控制器 D(Z) ，并分别给出三种方法对应的递推控制算法。
2. 双线性变换法：
前向差分法：
后向差分法：
4.3 什么是数字 PID 位置控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点。 答： 位置型输出表达式为
u(k) K p e(k) K p
增量型输出表达式为： u(k) u(k
1) (K p
小。位置型算法用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差。
（ 2）增量型算法得出的是控制的增量， 误动作影响小， 必要时通过逻辑判断限制或 禁止本次输出，不会影响系统的工作。位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作 影响大。
3）通常增量型算法计算量少，位置型算法计算量大。
4）通常增量型算法容易计算，位置型算法易于观测参数变化。
4.4 某系统的连续控制设计为 D(S)=U(S)/E(S)=(1+0.17S)/(1+0.085S) 试写出相应数字控制器 的4.位置型控制算式和增量型控制算式。设采样周期 T=0.2S.
双线性变换法：
2*
Z 1 2.7 0.7z 1
U(Z)
T *
Z 1 1.85 0.15z 1
E(Z)
得：:u ((k k ))=0 .-08.811u u ((k k-11))+11.4.4559944e
e ((k )k )0-.03.7387383e (e k (k 1-1) ) u(k 1) 0.081u(k 2) 1.4594 e( k 1) 0.3783 e( k 2) u(k) u(k 1)得 :
u(k) 0.081[u(k 1) u(k 2)] 1.4594 e(k) 1.8378 e(k 1) 0.3783 e( k 2)
4.5 什么叫积分饱和？它是怎么引起的？如何消除？ 因长时间出现偏差或者偏差较大，计算出的控制量有可能溢出或小于零，此时，如果执 行机构已经达极限值，仍然不能消除偏差时 ,，由于积分执行机构已无相应的动作这就称为 积分饱和。
D(Z) D(S) S
2
*
Z 1
T
*
Z 1
T 2T 1 (T 2T 1)Z T 2T 2 (T 2T 2 )Z
D(k)
1 T 2T 2
[( T 2T 2 )U (k 1) (T
2T 1 )E(k) (T 2T 1)E(k
1)]
D(Z)
D(S) S
Z 1 T T 1 (Z 1) T T T 2 (Z 1)
(T T 1)Z 1
T 1
(T T 2)Z 1 T 2 D(Z)
D(S) S
Z1
TZ 0.37Z 0.17 0.285 Z 0.085
1）增量型算法不需做累加， 计算误差后产生的计算精度问题，
对控制量的计算影响较 D(Z) D(S) T I j K p
[e(k) e(k 1)]
1) K p T
D
e(k 2)
3) `````
措施：可对计算出的控制量限幅，同时把积分作用切除。
4.7 试叙扩充临界比例度法；扩充响应曲线法整定 PID 参数的步骤。 答案：(1)扩充临界比例度法：
①选择短的采样频率。 ②去掉积分与微分作用，逐渐减小比例度δ，直到系统发生持续等幅振荡。 ③ 选择控制度。
④ 根据选定的控制度，查表求得 T 、kp 、TI 、TD 的值。
( 2)扩充响应曲线法： ①数字控制器不接入控制系统，系统开环，再手动给对象输入
阶跃信号。 ②纪录被控量的过渡过程曲线。
③根据曲线求得滞后时间τ 、被控对象的时间常数 Tm ，它们的比值 Tm / τ，以及 选择的控制度，查表 4.2，求得数字控制器的 T 、 kp 、TI 、TD 的值。 (1)最小拍控制器： 输入单位阶跃信号时：
4.9 已知被控对象的传递函数为 (1)针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的 信号 U(K) ，和误差信号 (2)针对单阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的 号9
U(K) ，和误差信号 e(k) ，画出它们对时间变化的波形。 1 ] (1 10
Gc(s)=10/s(0.1s+1),T=1S 采用零玠保持器， D(Z) ，并计算输出响应 y(k), 控制 e(k)，画出它们对时间变化的波形。 D(Z) ，并计算输出响应 y(k), 控制信 脉冲传递函数： G 号
1 Z[
TS
e
s 100
] s(s 10)] (1
1
10 1 z
S 2
S
1
10Z z 1
)[ 2
(z 1)z 1
z
10
]
2 10 2
0.99945z 2
(1 11e 10
)* z
2
11
(1 z 1
)(1 0.00005z 1
)
D(Z) 1 Z
G(Z)1
(
Z
2
1 2 D(z) 2
z 1
z 2
1 2z 1
z
2
(2)Y(Z)
R(Z) (Z) y(k) 2y(k 2) 3y(k (3)R(z)*
e(z) 1 得： E(z)
故：
e(k) e(z) E(Z) (z) 1 z
e(k 1)
z
2
)
G Z
2T z 2
3T
3) 4y(k 4)
4
4T z 4
12
1 2Z 1
Z 2
* 1
2 (1 Z 1) 所以 : u(k)
0.2222u(k 1) 0.0247 u (k
U (Z) E(Z)* D(Z) (1
Z 1
1 0.00005 Z 1
Z 1 9
2
Z 2
1
2Z 1 1
Z 1
) 2 9.00005 1 )(1 0.00005 Z 0.999945 Z 2
9Z 1
2 3
81Z
1
4.11.被控对象的传递函数为： 1．采 样周期 T=1s ，要求：
(1)采用斯密斯预估控制，并按图
r (t ) 1,
R(Z ) (z) Z
(1)D(Z)
10
1 10
G (z) 1 (z) (9 e 10) z 1 (1 11e 10)
(2)Y(Z) R(Z) * (Z)
Z 12 1
Z
2
3
Z
``````````
(3)E(Z) R(Z ) e(z) 1
得e( k) 0
(4)U (Z) E(Z)* D(Z)
1 0.12
2 Z 2 0 .014 Z
u(k) 0.122 u( k 0.014 u( k ````````
1
2
z
10 1
Gc(s) 1 e s [T s1 1 反馈回路的偏差 e(k) r (k) y(k)
2 纯滞后补偿输出 1S]
e(k
) (k ) y u((s s ))
Gp(s)(1
Tf 1 1
1(1 s
e
)
1, Kf 1, T 1 k e
y (k 1, NT 1) (1 1
1
)[u(k 1) u(k n 1)]
e 2 k e 1k 控制器输出 y k u(k) Kp[
e
2k
u(k ) u(k 1) Kp 为 PID 比例系数 Ki Kp * T
T 为积分系数 K D Kp*T D /T e 2( k 1)]
K i
e 2k
K
D [e 2k
2
e
2(k 1) e
2(k
2)
]
4-21 所示结构求取控制器的输出 U(k)
。
计算机控制系统试卷四答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题3分，共30分） 1.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？ 答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。 2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。 答： 3.什么是信号重构？ 答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。 4.写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传 递函数的极点有何影响？ 答：零阶保持器的传递函数为 1e () Ts H s s - - =。零阶保持器的引入并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。 5.阶跃响应不变法的基本思想是什么？ 答：阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。 6.如何消除积分饱和现象？ 答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个PD调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振荡。只有当误差e在门限ε之内时，加入积分控制，相当于PID控制器，则可消除静差，提高控制精度。 7.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。 答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下： (1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数() Φz。 (2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程序。
8. 采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是什 么？ 答：采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是系统状态完全能控。 9. 说出实施信号隔离的主要方法。 答：信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适用于模拟信号隔离，光电隔离则特别适合数字信号的隔离。 10. 故障诊断中的状态估计方法的基本思想是什么？ 答：故障诊断中的状态估计方法的基本思想是：首先重构被控过程的状态，通过与可测变量比较构成残差序列，再构造适当的模型并用统计检验法，从残差序列中把故障诊断出来。因此，这就要求系统可观测或部分可观测，通常用各种状态观测器或滤波器进行状态估计。 二、已知系统框图如下所示：T =1s(15分) 试求闭环离散系统的闭环脉冲传递函数，并判别系统的稳定性。 解：广义对象脉冲传递函数为 系统闭环脉冲传递函数为 则闭环系统的特征方程为 由z 域直接判据 ①｜W (0)｜=0.632<1 ②W (1)=1-1+0.632>0 ③W (-1)=1+1+0.632>0 知闭环系统稳定。 三、已知某被控对象的传递函数为(15分) 要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为T ＝1s 。要求闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。 解：广义对象脉冲传递函数为 根据要求设定闭环脉冲传递函数为 r (t ) y (t ) -T
计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:
设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？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，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，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，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算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复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，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制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，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，因此计算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。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；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算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，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。
计算机控制系统作业-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
研究生课程考试成绩单（试卷封面）
任课教师签名： 日期： 注：1.以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语” 栏缺填无效。 2.任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。 3.学位课总评成绩以百分制计分。
题目1：设有计算机控制系统如图一所示，采样时间T=2s，要求采用w’变换方法设计数字调节器D(z)，使系统满足如下指标：相角裕量≥45o，静态速度误差系数K v≥3。 图一：计算机控制系统 解： (1).被控对象的脉冲传递函数 令K=1，利用典型环节对照表可以得 代入T=2s求得 直接利用MATLAB中的突斯汀变换指令： >>numz=[1.13530.5940]; >>denz=[1-1.13530.1353]; >>[nwdw]=d2cm(numz,denz,2,'tustin') 结果为： 将其变换到w’域上得 (2).在w’域中设计数字控制器D(w’) 首先进行系统开环放大系数设计。根据系统静态误差系数要求则有： 进行数字控制器D(w’)设计，取D(w’)=k=3，
此时w’平面的开环传递函数为 在w’域检查开环稳定裕度要求，利用MATLAB做出Bode图： >>nw=[-0.7152-1.56962.2848]; >>dw=[1.00000.76160]; >>figure(1);margin(nw,dw); grid 图(a) 从图(a)（图中相角实际为）中可得相位裕度。可见未校正的系统是不稳定的，为了使系统稳定并且满足相位裕量不低于45°条件，选用滞后校正装置，其传递函数为：。滞后校正转置的引进，将引起相位曲线发生变化，因此在给定的相位裕量上再加上5°到12°，以补偿引起的相位变化。因为与45°相位裕量相应的虚拟频率是0.42rad/s，为防止滞后网络的时间常数过大，可将虚拟转角频率选在0.05rad/s上，由于这一虚拟转角频率离0.42rad/s很近，所以滞后网络引起的相位变化可能很大，因此在给定的相位裕量上增加12°，所以需要的相位裕量就变成了57°。由未校正系统传递函数可知，在附近的相角等于-123°（即相位裕量为57°），故选择新的虚拟增益交界频率。 由特性曲线可查的，所以由得：。 于是另一个虚拟转角频率。滞后校正装置的传递函数。 校正后的系统在w’平面的开环传递函数为：
计算机控制系统试题 一、选择题（只有一个正确答案，每题2分，共40分） 1．劳斯稳定判据在离散系统中主要解决的是（ C ）。 A、S平面中系统的稳定性； B、Z平面中系统的稳定性； C、三阶以上特征方程稳定判据。 2．某系统的Z传递函数为 0.5(0.5) () ( 1.2)(0.5) z G z z z + = +- ，可知该系统是（B）。 A、稳定的； B、不稳定的；C 临界稳定的。 3、脉冲传递函数是表征（B）。 A、控制系统传递函数； B、计算机控制系统传递函数、 C、脉冲输入的传递函数。 4、有关PID控制算法，以下说法不正确的是（C） A、当系统有阶跃信号输入时，微分项剧增，易引起振荡； B、比例调节几乎贯穿整个控制过程； C、比例控制可以消除一切静差； D、一般来说，不使用纯微分控制。 5、下面关于标度变换的说法正确的是（C）。 A、标度变换就是把数字量转换成与工程量相关的模拟量； B、标度变换就是把模拟量转换成十进制工程量； C、标度变换就是把数字量转换成人们熟悉的十进制工程量； D、标度变换就是把模拟量转换成数字量。 6. 适用于某些生产过程对控制精度要求不是很高，但希望系统工作平稳，执行机构不要频繁动作的PID算法为（D ）。 A、积分分离PID； B、变速积分PID； C、不完全微分PID； D、带死区的PID。 7、下列计算机控制系统中，属于单闭环控制系统的是（B）。 A、操作指导控制系统； B、直接数字控制系统； C、监督计算机控制系统； D、现场总线控制系统。 8、增量式PID算法解决了位置式PID算法（A）的缺点。 A、计算复杂、手/自切换不便； B、不易实现编程； C、控制准确性差； D、
南京理工大学 动力工程学院 实验报告 实验名称最少拍 课程名称计算机控制技术及系统专业热能与动力工程 姓名学号 成绩教师任登凤
计算机控制技术及系统 一、 实验目的及内容 通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好的理解与认识，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用MATLAB 平台对最少拍控制器进行系统仿真。 （1） 设计数字调节器D(Z)，构成最少拍随动控制系统，并观察系统 的输出响应曲线； （2） 学习最少拍有纹波系统和无纹波系统，比较两系统的控制品质。 二、实验方案 最少拍控制器的设计理论 r (t ) c(t ) e*(t) D (z) E (z) u*(t) U (z) H 0(s )C (z) Gc (s ) Φ(z) G(z) R(z) 图1 数字控制系统原理图 如图1 的数字离散控制系统中，G C (S)为被控对象，其中 H(S)= (1-e -TS )/S 代表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，D(Z)的输入输出均为离散信号。 设计步骤:根据以上分析 1）求出广义被控对象的脉冲传递函数G (z ) 2）根据输入信号类型以及被控对象G (z )特点确定参数q, d, u, v, j, m, n 3）根据2）求得参数确定)(z e Φ和)(z Φ 4）根据 )(1) ()(1)(z z z G z D Φ-Φ= 求控制器D (z ) 对于给定一阶惯性加积分环节，时间常数为1S ，增益为10，采样周期T 为1S 的对象，其传递函数为：G C (S) =10/S(S+1)。 广义传递函数： G(z)=Z [])()(s G s H c ?=Z ?? ?????--)(1s G s e c Ts =10(1-z -1 )Z ??????+)1(12s s =3.68×) 368.01)(1() 717.01(1 111------+z z z z
第一讲 1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成； 计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成； 三个步骤原理： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输 入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制 规律，决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完 成控制任务。 2、实时、在线方式、离线方式的含义是什么？ 实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。
离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。 3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。 计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。 第二讲 1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。 数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号； 数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号； 模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号； 模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。 2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。 克服干扰的措施主要有：硬件措施、软件措施和软硬结合的措施。 其中硬件抗干扰措施包含：①过程通道抗干扰技术；②CPU抗干扰技术；③系统供电与接地技术。针对不同的干扰采用不用的抗干扰技术： ①过程通道抗干扰技术：针对串模干扰，采用滤波器、双积分式A/D转换器、双绞线作信号引线等方法来抑制；针对共模干扰，采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比等方式；针对长线传输干扰可采用双绞线与同轴电缆进行传输； ②CPU抗干扰技术：使用Watchdog(俗称看门狗)、电源监控(掉电检测及保护)、复位等；
计算机控制系统试卷一答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。 答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样 指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样 如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样 若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量
振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。 答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K闭合，由A1、A3组成跟随器，并向C H端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。 5、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 6、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，
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精品文档 实验一过程通道和数据采集处理 为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按 要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产 过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连 接通道，该通道称为过程通道。它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量 输入通道、数字量输出通道。 模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信 号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和 A/D 转换器等组成。模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信 号，主要有 D/A 转换器和输出保持器组成。 数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的 信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。 数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号 ( 如步进电机 ) ，计算机 可以通过 I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。 输入与输出通道 本实验教程主要介绍以 A/D 和 D/A 为主的模拟量输入输出通道， A/D 和D/A的 芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的 ADC0809和 TLC7528。 一、实验目的 1．学习 A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用 2．学习 D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用 二、实验内容 1．编写实验程序，将－ 5V ~ +5V 的电压作为 ADC0809的模拟量输入，将 转换所得的 8 位数字量保存于变量中。 2．编写实验程序，实现 D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。 三、实验设备 + PC 机一台， TD-ACC实验系统一套， i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 1．A/D 转换实验 ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和 A/D 转换器两部分，其主要特点为：单 电源供电、工作时钟 CLOCK最高可达到 1200KHz 、8 位分辨率， 8 +个单端模拟输 入端， TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。 TD-ACC教学系统中的 ADC0809芯片，其输出八位数据线以及 CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK(1MHz) 上。其它控制线根据实验要求可另外连接(A 、B、C、STR、/OE、EOC、IN0～ IN7) 。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图 1.1-1 所示 的实验线路图。
《计算机控制系统》第二次作业答案 你的得分： 完成日期：2018年09月10日01点51分 说明：每道小题选项旁的标识是标准答案。 一、单项选择题。本大题共16个小题，每小题分，共分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.（）是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置。 A.传感器 B.A/D转换器 C.D/A转换器 D.互感器 2.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是（）。 A.接口 B.过程通道 C.模拟量输入通道 D.开关量输入通道 3.所谓量化，就是采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为（）。 A.模拟信号 B.数字信号 C.程序代码 D.量化代码 4.数控系统一般由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成，这些功能 都由（）来完成。 A.人 B.生产过程 C.计算机 D.实时计算 5.外界干扰的扰动频率越低，进行信号采集的采样周期应该越（）。 A.长 B.短 C.简单 D.复杂 6.数字PID控制器是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律，其中能迅速反应误差， 从而减小误差，但不能消除稳态误差的是（）。 A.微分控制 B.积分控制 C.比例控制 D.差分控制 7.在计算机控制系统中，PID控制规律的实现必须采用数值逼近的方法。当采样周期 短时，用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟PID离散化变为（）。 A.微分方程 B.差分方程 C.积分方程
D.离散方程 8.香农采样定理给出了采样周期的上限，采样周期的下限为计算机执行控制程序和（） 所耗费的时间，系统的采样周期只能在Tmin和Tmax之间选择。 A.输入输出 B.A/D采样时间 C.D/A转换时间 D.计算时间 9.在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象有可能影响到系统的（）。 A.可靠性 B.稳定性 C.经济性 D.通用性 10.在实际生产过程中，因为前馈控制是一个（），因此，很少只采用前馈控制的方案， 常常采用前馈－反馈控制相结合的方案。 A.开环系统 B.闭环系统 C.稳定系统 D.不稳定系统 11.软件是工业控制机的程序系统；其中面向控制系统本身的程序，并根据系统的具体 要求，由用户自己设计的软件称作（）。 A.系统软件 B.应用软件 C.支持软件 D.控制软件 12.在程序设计的过程中，程序设计人员选取一种适当地高级（或汇编）语言，书写程 序的步骤叫做（）。 A.编译 B.程序设计 C.调试 D.编码 13.一个12位的A/D转换器，其量化精度约为%，若其孔径时间为10微妙，如果要求 转换误差在转换精度内，则允许转换的正旋波模拟信号的最大频率为（）。 A.2HZ B.3HZ C.4HZ 14.14位A/D转换的分辨率为（）。 A. B. C. D. 15.如果设计加工第一象限的直线OA，起点为O（0，0）终点坐标为A（11，7），则 进行插补运算的结果是，在＋x方向走的步数应当是（）。 A.11 B.12
计算机控制系统试卷一答案 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答 (1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 5、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。
江南大学物联网工程学院 《计算机控制系统》 实验报告 实验名称实验二微分与平滑仿真实验 实验时间2017.10.31 专业班级 姓名学号 指导教师陈珺实验成绩
一、实验目的与要求 1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。 2、了解平滑算法抑制噪音的作用。 3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。 二、仿真软硬件环境 PC 机，MATLAB R2012b 。 三、实验原理 如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。 四、D(Z)设计 1、未平滑时的D(Z) 用一阶差分代替微分运算： )1()()()(1--==Z T T Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。 2、平滑后的D(Z) 微分平滑运算原理如图： 取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有 )331(6)()()( )33(6 )5 .15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-= Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X T T X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K D x t + ○R
五、SIMULINK仿真结构图 七、思考题 1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系? 2、平滑后系统输出有无改善?是否一定需要平滑?
.计算机控制系统是由哪级部分组成的各部分作用硬件组成：微控制器或微处理器、ROM、RAM、外部设备、网络通信接口、实时时钟、电源。软件组成：系统软件和应用软件。作用：硬件中有A/D 称为模拟数字转换器，它包括采样保持和量化，其输出为数字形式，何时采样由计算机控制。 D/A称为数字模拟转换器，它是将数字信号转换成模拟信号形成控制量。应用软件根据要解决的问题而编写的各种程序，系统软件包括 操作系统，开发系统。 .为适应控制现场的工作环境，对工业控制机有何要求 （1）适应性（2）可靠性（3）实时性（4）扩展性 结构：（1）基于通用计算机的结构（2）基于嵌入式系统的结构 . PCI总线，CPCI总线，PC/104总线以及RS232,RS422,RS485有何特点，电平特性，适用场合 .何谓IO接口在计算机控制系统中为什么要有IO接口 （1）解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题 （2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题 （3）解决CPU的负载能力和外围设备端口的选择问题 .计算机与外围设备交互信息有哪几种控制方式各有何优缺点 （1）并行通信。优点：传送速度快、信息率高。缺点：传输线多，成本高（2）串行通信。全双工方式RS-422 ,RS-232。半双工方式RS-485 （3）同步通信。要求收发双方具有同频同相的同步时钟信号，每帧信息开始加特定的同步字符，不允许有间隙
（4）异步通信。开始位，停止位，发送的字符间允许有间隙 .模拟输入通道中为何要加采样保持器，采样保持器的组成及要求是什么（1）用采样保持电路使得在A/D转换期间保持输入模拟信号不变 （2）孔径时间：AD转换器完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。 孔径误差：在孔径时间ta/d内，由于输入信号x(t)的变化所引起的误差称为孔径误差δ。 以ta/d＝10μs的10位ADC芯片为例： 为保证不低于%的转换精度 的主要性能指标有哪些10V8位的ADC转换精度如何计算 (1). 接口特性(2). 量程(3). 分辨率(4). 误差和精度(5). 转换速率(6). A/D转换的方法 一个8位A/D转换器，孔径时间为100。如果要求转换误差在A/D转换精度（%）内，求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少 f=(2*pi*100*10^(-6)*100)= 请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推出输出电压与输入数字量之间的关系式。 微机p328 什么是数字PID位置控制算法和增量型控制算法试比较它们的优缺点。 已知模拟调节器的传递函数为： ，试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算法，设采样周期T=
计算机控制系统复习题及答案
《计算机控制系统》课程复习资料 一、简答题： 1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？各有什么作用。 2.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述保持器的特点? 4.简述PID 调节器的作用，有哪几种改进型数字PID 算法？ 5.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 6.简要说明什么是计算机控制系统？模拟调节器与数字调节器有何区别? 二、分析和计算题： 1.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 -2 0.1z Y(z)Gc(z)== 1-0.4z +0.8z R(z) ,其中输入为单 位阶跃信号,求输出y(KT)。 2.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 0.53+0.1z Gc(z)=1-0.37z 当输入为单位阶跃信号 时, 求输出y(KT)及y(∞)。 3.用长除法或Z 反变换法或迭代法求闭环系统2 z +0.5Gc(z)=8(z +0.1z -0.12) 的单位阶 跃响应。 4.已知低通数字滤波器0.5266z D(z)= z -0.4734 ,求D （z ）的带宽ωm;并求当输入E(z)为 阶跃信号时数字滤波器的控制算法。取采样周期T=2ms 。 5.设系统如图所示，试求: ①系统的闭环脉冲传递函数。
②判定系统的稳定性。 ③分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时的稳态误差。 _ 6.设函数的La 氏变换为2 5F(s)= s (s +4) ，试求它的Z 变换F(z)。 7.数字控制系统如图所示,求当K=10,T=1s,a=1时，分别求当输入为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时的稳态误差。 8.已知单位负反馈系统的开环脉冲传递函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K 为何值时系统稳定。 9.已知系统单位负反馈的开环传递函数为:z +0.8Gk(z)= z(z -1)(z -0.7) 问:K 为何值时系统稳定? 10.已知单位反馈系统的广义对象的Z 传递函数为: -1 -1 -1 -1 -1 0.26z (1+2.78z )(1+0.2z ) W1(z)= (1-z )(1-0.286z ) ,试按最少拍无波纹设计原则设计单位阶跃 输入时,计算机的调节模型D(z),并求其控制算法。 11.已知连续系统的传递函数G(s)=(s+1)/[s(s+2)]试用冲击不变法求其等效的Z 传递函数. 12.已知离散系统的Z 传递函数：22 z 2z 1Y(z) G(z)z 5z 6U(z) ++==++,试求离散系统的状态
《计算机控制系统》实验手册 上海海事大学电气自动化系施伟锋 上海海事大学电气自动化实验中心李妮娜 目录 1《计算机控制系统》实验指导(Matlaｂ版) (2) 实验一数字PID参数的整定 (3) 实验二Ｓmith算法的运用..........................................５实验三二阶对象数字控制系统设计..............................７实验四达林控制算法的运用 (9) 2 《计算机控制系统》实验指导(DSP版） (11) 实验一实验系统介绍与CＣS软件使用入门 (11) 实验二数字I/O实验—交通灯实验 (26) 实验三PWM输出实验１——直流电机控制实验 (30) 3 《计算机控制系统》课程设计指导（Ｍatlab版）………3３ 4 《计算机控制系统》课程设计指导（DSＰ版) (35) 5 《计算机控制系统》课程设计报告或小论文格式 (40)
《计算机控制系统》实验指导 （Ｍaｔlab 版) 一、实验课程教学目的与任务 通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字ＰＩD控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法,了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。 根据各个实验项目,完成实验报告(用实验报告专用纸)。 二、实验要求 学生在熟悉ＰC机的基础上，熟悉ＭAＴLAＢ软件的操作，熟悉Ｓiｍuli ｎk工具箱的软件编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计,学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。 计算机控制系统主要技术指标和要求: 根据被控对象的特性,从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡２~3次左右进入稳定;系统静差小于3％~5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于３0％~５0%的稳定值;动态过渡过程时间在3~5倍的被控对象时间常数值。 系统整定的一般原则: 将比例度置于交大值,使系统稳定运行。根据要求,逐渐减小比例度,使系统的衰减比趋向于４：１或10：1。若要改善系统的静态特性,要使系统的静差为零,加入积分环节,积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性,增加系统的灵敏度,克服被控对象的惯性,可以加入微分环节,微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
《计算机控制系统》第一次作业答案 你的得分：100.0 完成日期：2018年09月10日01点40分 说明：每道小题选项旁的标识是标准答案。 一、单项选择题。本大题共20个小题，每小题2.0 分，共40.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.计算机与计算机或智能设备之间进行通信地的连线，称为（） A.内部总线 B.外部总线 C.PCI总线 D.ISA总线 2.分散型控制系统综合的四C技术其中有（）。 A.分散控制 B.集中控制 C.控制技术 D.信息处理 3.通过一个信息帧传送的信息字段，是通讯中的实质性内容，也就是（）。 A.应用层 B.消息层 C.物理层 D.链路层 4.Bitbus的电气接口采用的是平衡传送的（）标准。 A.RS-232 B.RS-485 C.RS-422 D.IEE-488 5.按字符传送数据的方法称为（）。 A.同步传送 B.异步传送 C.网络传送 D.远传 6.外界干扰的扰动频率越低，进行信号采集的采样周期应该越（）。 A.长 B.短 C.简单 D.复杂 7.所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在（）的时间范围内完成。 A.微秒级 B.纳秒级 C.毫秒级 D.一定 8.数字量输入通道主要由（）、输入调理电路、输入地址译码等组成。
A.输入缓冲器 B.输入锁存器 C.输出缓冲器 D.输出锁存器 9.A/D转换器的主要技术指标中，（）是指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。 A.分辨率 B.线性误差 C.量程 D.转换时间 10.将采样信号转换成数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是（）。 A.D/A转换器 B.A/D转换器 C.计算机 D.单片机 11.在通信线路上传输信息时，用于提高传输质量的方法中，改善信道的电性能，使误码 率降低的方法称为（）。 A.差错控制技术 B.检验错误 C.纠正错误 D.自动纠错 12.数据传输通常用的方式中，用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单 线输入信号的方式称作（）。 A.串行传输方式 B.不平衡方式 C.并行传输方式 D.平衡传输方式 13.在数字滤波技术当中，应视具体情况选择不同的数字滤波方法，其中（）适用于偶然 性的脉冲干扰。 A.平均值滤波 B.中位值滤波 C.惯性滤波法 D.加权平均值滤波法 14.多变量控制系统解耦的条件是系统的闭环函数矩阵Φ(s)为（）。 A.解耦矩阵 B.对称矩阵 C.对角线矩阵 D.补偿矩阵 15.一个10位的A/D转换器，其量化精度约为（），若其孔径时间为10微妙， 如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正旋波模拟信号的最大频率为 16HZ 。 A.1% B.0.5% C.0.2% D.0.1%
《计算机控制系统》作业参考答案 作业一 第一章 1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。 答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控 制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。 1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。 答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型： ①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。 ②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID 调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。 ③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC 计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC 计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC 计算机提供最佳给定值和最优控制量等。 ④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT 操作站相连。 1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与 控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。 与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点： (1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标. (3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。 (5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。 (6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度. (7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。 图1.3-2 典型的数字控制系统 给定
一、填空 1、计算机控制系统，从本质上看，它的控制过程可以归纳为 ，，和四个步骤。一个实时控制系统必定是一个在线系统，这里“在线”的含义是指 而“实时控制”的含义是指 。 2、A/D转换器的分辨率和精度是两个不同的概念。分辨率是指 ；而相对精度是指 ;一个10位A/D转换器，基准电源的信号电压为5.12V时，它的绝对精度是mv，它的相对精度为，它的分辨率为mv。 3、计算机控制系统中，直接数字控制（DDC）的含义是 。 4、过程通道包括、、和。 5、模拟量输入通道中，选用“采样保持器”的作用是 。 6、为了克服积分饱和作用，主要有，，三种方法。 二、简答题 1、什么是顺序控制？ 2、简述最少拍控制的具体要求。 3、简述模拟量输入通道的一般组成，并画出示意图。 4、什么是分布式控制系统。 三、现已知某炉温变化范围为0~1000℃，测试时，采用9位的A/D变换器(带符号位)，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。若测试时，通过变送器将测试起点迁移到500℃，保持同样的系统对炉温变化的分辩率，试问此时可采用几位的A/D变换器就可以了。
四、写出数字PID 控制算法的位置式和增量式两种标准算法并简要回答下列问 题： 1. 简述积分分离法克服位置式PID 积分饱和作用的原理。 2. PID 数字控制器参数整定的含义是什么？简述工程实现时，参数整定的 步骤。 五、已知系统方块图如图2所示（已知Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2） 1）若如果D(s)=K ＝2,试求使闭环系统稳定的T 取值范围。 2) 在闭环系统稳定的情况下，设计针对单位速度输入112()(1)W z Tz z --=-时，理想最少拍闭环传递函数为12()2M z z z --=-，试设计最少拍控制器D(z)。 测试（2） 一、名词解释 （1）DDC （2）DCS （3）PLC （4）直线插补 （5）最少拍控制 （6）联机控制 二、填空 （1）计算机控制系统由（ ）和（ ）两大部分组成。 （2）过程通道包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。