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第一章 1．计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？ 2．分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。 3．计算机控制系统的软件由哪些部分构成？ 4．按控制方案来分，计算机控制系统划分成那几大类？ 5．计算机控制装置可以分成哪几种机型？可编程控制器可编程调节器总线式工控机单片微型计算机 1. 计算机控制系统及工程应用--是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术又是一个主要的实现手段。 ?计算机控制系统是由常规仪表控制系统演变而来的; 2.计算机控制系统硬件一般包括：主机--CPU ＋RAM＋ROM＋系统总线常规外部设备--输入/输出设备、外存储器等过程输入输出通道—AI、AO、DI、DO 人机接口设备—CRT、LED、LCD、打印机等通信设备—交换机、modem、集线器等 3.软件通常分为系统软件和应用软件两大类；系统软件一般由计算机厂家提供，专门用来使用和管理计算机本身的程 图1-4 计算机控制系统硬件组成框图 序；应用软件是用户针对生产过程要求而编制的各种应用程序。 4.数据采集系统（DAS）操作指导控制系统(OGC) 直接数字控制系统（DDC）计算机监督控制系统（SCC） 分散控制系统（DCS 现场总线控制系统（FCS） 5.可编程控制器可编程调节器总线式工控机单片微型计算机 第二章 8、结合图2-3，分析说明DAC0832的内部结构组成及其作用 DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由LE1加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由LE2加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。 第三章 2．分析说明8路模拟开关CD4051的结构原理图，结合真值表设计出两个CD4051扩展为一个8路双端模拟开关的示意图。 3．什么叫周期采样？采样时间？采样周期？
《计算机控制系统》第二次作业答案 一、单项选择题。本大题共16个小题，每小题3.0 分，共48.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.（）是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置。 ( A ) 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（）。( B ) 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（）。 ( B ) 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。 ( C ) 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 ) 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（）。 ( C ) 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（）。 ( B )
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 ) 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（）。 ( B ) 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 ) 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（）。 ( B ) 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（）。 ( D ) 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0.02%，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（）。 ( C ) A.2HZ B.3HZ C.4HZ
分数： 96.0 完成日期：2011年02月17日 23点18分 说明： 每道小题括号里的答案是学生的答案，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（ ） ( B ) 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（ ）。 ( C ) 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（ ）。 ( B ) 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。 ( B ) 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（ ）。 ( B )
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 ) 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。 ( D ) 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 ) 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。 ( D ) 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（ ）。
《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
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。
思考题与习题 6-6 具有纯滞后补偿的控制系统如图6-12所示，采样周期1T s =，对象为 221()1 s s G s e e s --= +， 求Smith 预估器的控制算式)(k y τ。 解 则预估器的传递函数为 21 ()()(1)(1)1 s s G s G s e e s ττ--=-= -+ 2()1()(1)()1 s s Ts Y s e G s e U s e s ττ----=-=+ () ()()(3)dy t y t u t T u t T dt ττ+=--- ()(1) ()(1)(3)y k y k y k u k u k T τττ--+=--- ()0.5(1)0.5(1)0.5(3)y k y k u k u k ττ=+---－ 6-12 前馈控制结构图如图6-18，设被控对象的干扰通道和控制通道的传递函数分别为 s n e s s G 4191)(-+= s e s s G 21 301 )(-+= 采样周期T =1s 。试推导完全补偿前馈控制器()n D z 输出()n u k 。 解 () Y s 图6-12 具有纯滞后补偿的控制系统
s s s n n n e s s e s e s s G s G s N s U s D 2241 91301 301191 )()()()()(---++-=++-=-== 相应的微分方程为： )]2() 2(30[)()(9 -+--=+t n dt t dn t u dt t du n n 对上式进行离散化，得： )]2() 12 ()2(30[)()1()(9T k n T T k n T k n k u T k u k u n n n -+-----=+-- s T 1= ∴ 上式为： )2()]3()2([30)()]1()([9------=+--k n k n k n k u k u k u n n n )3(30)2(31)1(9)(10-+---=k n k n k u k u n n 即 )3(3)2(1.3)1(9.0)(-+---=k n k n k u k u n n 此式即为完全补偿前馈控制器的控制算法。 注意：1、除了上面的2道题外，第6章要求过的还有： 6-2 ：参考课本内容及例题 6-3（包括响应曲线）：参考课本内容及例题 6-11：参考课本图6-17和图6-22 第6章这些题要求全面掌握！ 2、理解： 下图是一个简单的水位控制系统。 ⑴试说明它的工作原理。 ⑵指出系统的被控对象、被控量、给定量（输入信号）。 ⑶画出系统工作原理的方框图。 进水 出水 h 水位 高度
第1章绪论 1.什么是计算机控制系统？计算机控制系统由哪几部分组成？ 答：计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。 计算机控制系统的组成：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。 2.计算机控制系统的典型型式有哪些？ 答：计算机控制系统的典型型式包括：操作指导控制系统；直接数字控制系统（DDC）；监督控制系统（SCC，也称设定值控制）；集散控制系统（DCS）；现场总线控制系统（F CS）和综合自动化系统。 3.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ 答：所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，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。 在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；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称为离线方式或脱机方式。 4.讨论计算机控制系统的发展趋势。 答：网络化、扁平化、智能化、综合化。 第2章计算机控制系统的硬件设计技术 5.请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图，分别说明各元器件的作用。
6.什么是采样过程、量化、孔径时间？ 答：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻0、T、2T、……、kT的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程。 所谓量化，就是采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。 在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字信号总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需要的时间称为孔径时间。 7.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：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。 并不是所有的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是为了防止在A/D 转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。
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 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？
计算机控制系统复习题 第一章 一、下列知识点可出单选题或填空题 1. 控制器将反馈信号与设定值进行比较并产生控制量。 2. 变送器将被控参量转换成电信号。 3. 模数转换器(A/D转换器)将模拟量转换成数字量。 4. 数模转换器(D/A转换器)将数字量转换成模拟量。 5. 测量检测器对被控对象的参数进行检测。 6. 自动控制系统通常由被控对象、检测传感装置、控制器组成。 7. 计算机控制系统的典型结构有：操作指导控制系统ODC直接数字控制系统DDC计算机监 督控制系统SCC集散控制系统DCS现场总线控制系统FCS 8. 计算机控制系统常用的时域指标有：延迟时间t d、上升时间t r、峰值时间t p、调节时间t s、超调量匚% ；_ 9. 计算机控制系统包括计算机和生产过程两大部分。 10. 计算机控制系统是指采用了数字控制器的自动控制系统。 二、下列知识点可出名词解释和简答题 1. 实时数据采集：对被控参数按一定的采样时间间隔进行检测，并将结果输入计算机。 2. 实时计算：对采集到的被控参数进行处理后，按预先设计好的控制算法进行计算，决定当前的控制量。 3. 实时控制：根据实时计算得到的控制量，通过D/A转换器将控制信号作用于执行机构。 4. 实时管理：根据采集到的被控参数和设备的状态，对系统的状态进行监督与管理。 5. 直接数字控制系统：计算机代替模拟控制器直接对被控对象进行控制。 6. 与连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？ (1) 计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 (2) 在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的(数字控制器) ，修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。 (3) 计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 (4) 计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
习题参考答案 2-3 信号调理单元的功能是什么？通常包括哪些电路？ 放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波，将传感器输出的电信号尽可能不失真地转变为标准的电流或电压信号（通常为4～20mA 、0～5V 等）。 通常包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。 2-5 仪表放大器与普通运算放大器有何不同？其特点有哪些？ 对于输出阻抗大，共模电压高的输入信号，需要用到高输入阻抗和高共模抑制比的差动放大器，仪器放大器是专为这种应用场合设计的增益可调的放大器。 如果由普通的运放构成增益可设定的差动放大器，因其输入阻抗低，电阻参数对称性调整复杂，共模抑制比低，故而不适合作为传感器输出信号的差动放大器。 2-11 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？ 采样保持器的作用是：在A/D 转换期间保持输入模拟信号不变。 并不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器，如被采样的模拟信号的变化频率相对于A/D 转换的转换速度较低的话，可以不加采样保持器。 2-13 A/D 转换器有哪些技术指标？ (1) 分辨率 通常用转换后的数字量的位数表示，如8位、10位、12位、16位等 (2) 量程 它是指所能转换的电压范围。如5V 、10V 等。 (3) 转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确度。A/D 转换器的转换精度取决于量化误差q 、微分线性度误差DNLE 和积分线性度误差INLE 。通常用绝对精度和相对精度两种表示方法。绝对精度常用数字量的位数表示法，如绝对精度为±1/2LSB 。，相对精度用相对于满量程的百分比表示。如满量程为10V 的8位A ／D 转换器，其绝对精度为81/210/219.5mV ?=±，而8位A ／D 的相对精度为%59.0%1002/)2/1(8=?FSR 。 精度和分辨率不能混淆。即使分辨率很高，但温度漂移、线性不良等原因可能造成精度不是很高。 (4) 转换时间 它是指启动A/D 到转换结束所需的时间，即孔径时间。 (5) 工作温度范围 较好的A/D 转换器的工作温度为-40～85℃，一般的为0～70℃。 2-14 一个12位的A/D 转换器，孔径时间为20μs ，绝对精度为±1LSB ，若不使用采样保持器，为了确保转换精度，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少？ /100 2100A D m U ft U δπ??==? 6/(1/4096)*100 1.9Hz 21002π2010100 A D f t δ π-∴==≈????
第一章 1.1 计算机控制系统是怎么样分类的？按功能和控制规律可各分几类？ 答：计算机控制系统可按功能分类，按控制规律分类和按控制方式分类。 按功能计算机控制系统的分类：（1）数据处理系统。（2）直接数字控制（简记为DDC）。（3）监督控制（简记为SCC）。（4）分级控制。（5）集散控制。（6）计算机控制网络。 按照控制规律计算机控制系统的分类：（1）程序和顺序控制。（2）比例积分微分控制（简称PID控制）。（3）有限拍控制。（4）复杂规律控制。（5）智能控制。 1.2 计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。 答：计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。 方框图：P115 图1.21 输出反馈计算机控制系统 1.9 简述采样定理及其含义。 答：采样定理：如果采样角频率=2/T大于2，即≥2，则采样的 离散信号(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)。式中是连续信号y(t)的频谱特性中的最高角频率。 含义：要使采样信号(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)，必须正 确选择采样角频率，使≥ 1.10 多路巡回检测时，采样时间，采样周期T和通道数N之间的关系。 答：采样时间是足够短的时间，y(kT)y(kT+),0<<。应满足 T≥N。 1.12 设有模拟信号(0～5)V和( 2.5～5)V，分别用8位、10位和12位A/D转换 器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。 答：量化单位q=,量化误差 根据以上公式可求得(05)V：
(2.5)V： 1.14 试述数模转换器的作用？如何选择转换器的位数？ 答：数模转换器把数字量u(kT)转换成离散的模拟量(t)。转换的精度取决模-数转换器的位数n，当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。 1.19 计算机控制系统有哪些主要的性能指标？如何衡量？ 答：计算机控制系统主要有动态指标，稳态指标和综合指标 1.20 如何衡量系统的稳定性？ 答：用相角裕量和幅值裕量来衡量计算机控制系统的稳定程度。 1.21 动态特性可以由哪些指标来衡量？ 答：（1）超调量（2）调节时间（3）峰值时间（4）衰减比（5）振荡次数N 第二章 2.3 根据Z变换的定义，由Y(z)求出y(kT): 1.已知Y(z)=0.3+0.6+0.8+0.9+0.95+ 解：y(0)=0.3,y(T)=0.6,y(2T)=0.8,y(3T)=0.9,y(4T)=0.95,y(5T)=1 2.已知Y(z)=-+- 解：y(0)=0,y(T)=1, y(2T)=-1, y(3T)=1, y(4T)=-1, y(5T)=1, y(6T)=-1 2.5 已知离散系统的差分方程，试求输出量的Z变换： 1.y(kT)=u(kT)+u(kT-T)-y(kT-T) u(kT)为单位阶跃序列 解：Y(z)=U(z)+U(z)-Y(z) =(+)U(z)-Y(z)
计算机控制系统作业答案 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。 参考答案： 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。 图1.3-2 典型的数字控制系统 1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。 参考答案： 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？ 参考答案： 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
第一章 1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称PID控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？ 解： 主要有以下特点： 1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过D/A将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
《计算机控制技术》习题解答 第一章 什么是计算机控制系统计算机控制系统由哪几部分组成 答：计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。 计算机控制系统的组成：计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。、微型计算机控制系统的特点是什么 微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点： a.控制规律灵活多样，改动方便 b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制 ` c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高 d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度 计算机控制系统结构有哪些分类指出这些分类的结构特点和主要应用场合。 答： （1）操作指导控制系统 优点：结构简单，控制灵活，安全。 缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。 （2）直接数字控制系统（DDS） 优点：实时性好，可靠性高，适应性强。 （3）监督控制系统（SCC） % 优点：生产过程始终处于最优工况。 （4）分散控制系统（DCS） 优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。 （5）现场总线控制系统（FCS） 优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。 .计算机控制系统的控制过程是怎样的 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 ; .实时、在线方式和离线方式的含义是什么 答：所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，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。 在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；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
4-6 试求下列函数的初值和终值 (1) 1 12 )(--=z z X (2) 2 11 )1(10)(---=z z z X (3) 23 (1)()(1) T z z X z z +=- (4) )2)(1(5)(2 --=z z z z X 解 (1) 1 2 (0)lim ()lim 21z z x X z z -→∞ →∞===- 1 1 1 2 ()lim(1)()lim(1) 21z z x z X z z z -→→∞=-=-=- (2) 1 12 10(0)lim ()lim 0(1)z z z x X z z --→∞→∞===- 1 12 1110()lim(1)()lim(1)(1)z z z x z X z z z --→→∞=-=-=∞- (3) 23 (1) (0)lim ()lim 0(1)z z T z z x X z z →∞→∞+===- 23 11(1)()lim(1)()lim(1)(1)z z T z z x z X z z z →→+∞=-=-=∞- (4) 2 5(0)lim ()lim 5(1)(2) z z z x X z z z →∞→∞===-- 2 115()lim(1)()lim(1)5(1)(2) z z z x z X z z z z →→∞=-=-=--- 4-9 S 平面与Z 平面的映射关系sT T j T z e e e σω== 解 (1) S 平面的虚轴，映射到Z 平面为 单位圆周 。 (2) S 平面的虚轴，当ω由0趋向∞变化时，Z 平面上轨迹的变化。 从（1，0）绕单位圆逆时针旋转无穷圈 (3) S 平面的左半平面，映射到Z 平面为 单位圆内 。 (4) S 平面的右半平面，映射到Z 平面为 单位圆外 。 (5) S 平面上σ由0趋向∞变化时，Z 平面上轨迹的变化。 若ω不变，则Z 平面上轨迹为从原点出发的一条射线，其角度由ω决定 4-12 已知闭环系统的特征方程，试判断系统的稳定性，并指出不稳定的极点数。 解 (2) 3 2 1.50.250.4=0 z z z --+
第一章 1.计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控 制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2?计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统 的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制（简称PID控制）、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3.计算机控制系统的主要特点有哪些？解： 主要有以下特点： 1.数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2?灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电 路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实 现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序 就可以了。 3?可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4.离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转 换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产
第三章习题 3-1 设连续系统和采样系统的输入输出关系分别为 (1) 2t 1234567a y(t)a y(t)a e a y(t)a y(t)(a sin t a )y(t)r(t)????? -??++++++=???? (2)[][]0.1t 1234561a y(k)a y(k 2)(a a e cos 2t)y(k 1)a a ln y(k)y(k)b r(k 1)-+++++++=+ 23b r(k)b r(k 1)-+- 试问要是系统称为(a)线性系统，(b)定常系统，(c)线性定常系统，应该令那些系数为零？ 3-2 用z 变换定义求下列函数的z 变换 (1) t 2t f (t)e e --=- (2)t f (t)1e -=- (3)t f (t)a = 3-3 用z 变换性质求下列函数的z 变换 (1) -at f (t)te = (2) 3f (t)t = (3) -at f (t)e cos t ω= 3-4 分别利用三种不同的方法求下列拉氏变换的z 变换 (1) 21 F(s)s(s +1) = (2)2 5 F(s)s(s +1) = 3-5 分别利用三种不同的方法求下列函数的z 反变换 (1) --(1-e )z F(z)(z-1)(z-e ) ττ=
(2) 2 z F(z)(z-2)(z-1) = 3-6 已知采样系统结构图如图3-28所示，采样周期T=1s ，试画出A 、B 、C 各点的精确波形图，设r(t)=1(t) 图 3-28 习题3-6采样系统结构图 3-7 用z 变换方法解下列差分方程，求y(k)表达式 (1) y(k+2)+5y(k+1)+6y(k)=0 y(0)=0,y(1)=1 (2) y(k+1)+2y(k+1)+y(k)=r(k) y(0)=0 k 0,r(k)=k k=0,1,2,...≤ √3-8 已知图3-29所示系统结构图中1 G(s)=,T 0.2s,r(1)1(t)s(s+0.2) ==。试求： (1)输出z 变换Y(z)； (2)输出* y ()t 的终值。 图 3-29 习题3-8采样系统结构图 () y t √3-9求下图所示系统的闭环脉冲传递函数或Y(z)。 Y(s) (a)
简答题 1.画出典型计算机控制系统的基本框图。 2、连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？ 答： （1）是模拟和数字的混合系 （2）控制规律是通过程序实现的，具有灵活性和适应性。 (3) 能够实现复杂控制规律。 （4）不是连续控制的，而是离散控制的。 （5）可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。 （6）便于实现控制与管理一体化。 3. 简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。 答： (1) 连续信号：连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的、也可以是断续的。 (2) 模拟信号：模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。 (3) 离散信号：离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。 (4) 采样信号：采样信号在时间上是离散的、而幅值上是连续的。 (5) 数字信号：数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。 4.简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 1）比例调节规律的作用 偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，会产生称静差。Kp增大有利于减小静差，但Kp增加太大，将导致系统超调增加，稳定性变坏，甚至使系统产生振荡。
2）积分调节规律的作用 只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。 3）微分调节规律的作用 根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。 5.何为最少拍设计？ 答：指系统在典型输入信号作用下，经过最少拍，使系统输出的稳态误差为零。 6.计算机控制系统中主机有那些？ 答：工业计算机，可编程序控制器，单片机，嵌入式控制器，数字信号处理器， ARM处理器。 7.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。 答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 8.某加热炉温度变化范围为0～1600℃，经温度变送器和调理电路输出电压为1～5V，再经ADC0809转换（ADC0809的输入范围1～5V），使计算当采样数值为9BH时，所对应的加热炉温度是多少？ 9.线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：闭环系统特征方程的所有根的模｜zi｜<1。 10. 阶跃响应不变法的基本思想是什么？ 答：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。 11.简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。 答：除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。 12. 什么是采样或采样过程？ 答：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程。
计算机控制系统课后答案 第三章计算机控制系统中的总线技术 1、为什么要制定计算机总线标准？采用总线结构有哪些优点？ 答：为了使插件与插件之间、系统与系统之间能够实现正确的连接和可靠通信，就必须对连接各插件或各系统的基础——总线，制定出严格的规约，即总线标准。 优点：①使结构由面向CPU变为面向总线，简化了系统结构；②可做到硬件、软件的模块化设计与生产；③系统结构清晰明了，便于灵活组态、扩充、改进与升级；④符合同一总线标准的产品兼容性强；⑤用户可以根据自己的需要将不同生产厂家生产的各种型号的模块或模板方便的用标准总线连接起来，构成满足各种用途的计算机应用系统。 2、计算机总线大致可分为几类，其中内部总线又可分为几类？ 根据总线的功能和应用场合，总线分为内部总线和外部总线。 根据总线的结构总线还可分为并行总线和串行总线。 内部总线分为：数据总线D，地址总线A，控制总线C和电源总线P。 3、总线的功能强弱、适应性好坏取决于什么？ 控制总线决定了总线的功能强弱、适应性好坏。 4、常见的总线体系结构有哪几种？总线的控制方式又有哪些？ 常见的总线体系结构有以下三种：单总线体系结构；并发总线体系结构；带Cache的并发总线体系结构。 总线的控制方式：①串行链接式总线裁决②定时查询方式③独立请求式总线裁决。 5、总线的数据传输方式有哪些？ ①同步式通信 ②异步式传输 ③半同步传输 6、调制解调器实现远程通信时可分为哪三阶段？并阐述RTS、CTS等信号的变化情况。 调制解调器实现远程通信一般包括呼叫建立、数据传输和拆线三个阶段。 RTS、CTS等信号的变化情况见教材P41。 7、RS-232与RS-485有什么本质的区别？简述其优缺点。 RS-232采用EIA电平，非平衡连接及公用地线，用于数据中断设备DTE和数据通信设备DCE之间的串行异步数据通信，还可作为计算机与计算机，计算机与外设之间的连接标准，通信方式既可全双工，也可半双工；RS-485采用差分驱动电路平衡方式，采用TTL电平，多个发送器，多个接收器，可采用总线方式通信，也可采用环路方式，只能工作在半双工方式。 优缺点：RS-232：通信成本低，应用广，但数据传输速率低，通信距离短，未规定标准的连接器，接口处各信号间易产生串扰。 RS-485：传输速率高，通信距离远，抗干扰能力强，多端通信，但只能工作在半双工。 8、简述SPI总线的特点。 参考教材P48第一段。 9、简述I2C总线的特点。 参考教材P49第2段。