一、问答题：
1、 采样过程是什么？
答：将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。
2、 什么叫做量化过程？
答：用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转化成数字信号。
3、 什么要用采样保持器？ 答：为了保证A/D 转换精度，就要在A/D 转换之前加上采样保持电路，使得在A/D 转换期间保持输入模拟信号不变。
4、 在进行数据采集时为什么要满足采样定理？
答：满足采样定理，就可以通过理想的低通滤波器，由采样信号*)(t f 完全恢复出原始信号 。 5、 什么叫做I/O 接口的独立编址方式？
答：将存储器的地址空间和I/O 接口地址空间分开设置，互不影响。
二、 某8088最大模式系统中，需扩展8255A 四片，指定各芯片的地址范围分别是90~93H 、
94~97H 、98~9BH 、9C~9FH, 采用74LS 译码器，试设计接口地址译码电路。 解：
三、要求：
1、 将下图中CPU 换为89C51单片机，不改变地址线的连接方式，画出电路图；
2、 确定8 个通道的端口地址；
3、编写程序，对第8 通道的模拟量进行转换，把转换结果存在30H 存储器中。
A 7 A 6 A 5
A 4 A 3 A 2
G /G 2A /G 2B
C B A
A 0
A 1 8255A /CS A 0
A 1 8255A /CS A 0
A 1 8255A /CS A 0
A 1 8255A /CS
A 0 A 1
A 0 A 1
A 0 A 1
A 0 A 1
74LS138
/Y 6 /Y 5 /Y 4 /Y 7
解：1.
2.通道端口地址：78H ～ 7FH`
3.程序：
MOV AL, 30H OUT 7FH, AL
D 0 D 7 /RD /WR
89C51
P 0.6 P 0.7 P 0.5 P 0.4 P 0.3 P 0.2 P 0.1 P 0.0
G 1 /G 2A
/G 2B Y 7 C 74LS138 B A
≥1 ≥1
EOC V CC V REF(+) D 0
D 7 IN0
ADC
0808 IN1 0809
OE
START
ALE IN7 CLK C B
A GND V REF(-)
接8259A
时钟
+5V
……
八路模拟电压输入
数据总线
D 0 D 7 /RD /WR CPU A 6 8088 A 7
A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0
G 1 /G 2A
/G 2B Y 7 C 74LS138 B A
≥1 ≥1
EOC V CC V REF(+) D 0
D 7 IN0
ADC
0808 IN1 0809
OE
START
ALE IN7 CLK C B
A GND V REF(-)
接8259A
时钟
+5V
……
八路模拟电压输入
数据总线
四、 某8086 最大模式系统中，需扩展8255A 、8253和DAC0832芯片各一片。采用
74LS138 译码器，若已指定给各芯片的地址范围是： 8255A E0H 、E2H 、E4H 、E6H 、 8253 E1H 、E3H 、E5H 、E7H 、 DAC0832 F0H
试设计接口扩展的译码电路（除74LS138 外, 可增加必要的其他逻辑电路芯片。
1．某连续控制系统的校正装置的传递函数为
8
()(4)
D S s s =
+
试用差分变换法（后向差分）、双线性变换法，求该装置的递推输出序列。（设输入为()e t ，输出为()u t ）
2．已知某连续控制器的传递函数为
12()s
D S s
+=
现用PID 算法来实现它，试分别求其相应的位置型和增量型PID 算法输出表达式。设采样周期1T s =。
3．用零阶保持器法求环节1
()D S s
=
的差分方程。 4．已知某连续控制器的传递函数为
121()1T s
D S T s
+=
+
A 6 A 5
G /G 2A /G 2B
C B A
A 0
A 1 8255 /CS A 0
A 1 8253 /CS A 0
A 1 DAC0832 /CS
A 1 A 2
A 1 A 2
A 1
A 2
74LS138
1 1
A 7
A 4 A 3 A 0
≥1 A 1 A 2
/Y 1
0 /Y 0
/Y 4
试用差分变换法（后向差分），求该装置的递推输出序列。（设输入为()e t ，输出为()u t ）
5．概念题
1）试述采样周期T 的选择原则
2）防止积分整量化误差的方法有哪两种？
3）数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？
4）增量型PID 控制算法与位置型PID 控制算法相比较，有哪些优点？ 5）防止积分饱和的方法有哪两种？
1．某连续控制系统的校正装置的传递函数为
8
()(4)
D S s s =
+
试用差分变换法（后向差分）、双线性变换法，求该装置的递推输出序列。（设输入为()e t ，输出为()u t ，采样周期1T s =） 解：差分变换法：
2()88
()()(4)4U s D S E s s s s s
=
==++ ∴2(4)()8()s s U s E s +=
即2
()4()8()s U s sU s E s += 化成微分方程
22()()
48()d u t du t e t dt dt
+= 222
()()2(1)(2)d u t u k u k u k dt T
--+-≈；()()(1)
du t u k u k dt T --≈ ∴
2()2(1)(2)()(1)
48()u k u k u k u k u k e k T T
--+---+=
2
2418()(1)(2)() 1.2(1)0.2(2) 1.6()
141414T T u k u k u k e k u k u k e k T T T
+=---+=---++++
双线性变换法：
111211
111
2212212
12122121118
8168242()()|[4]848(48)32z T z z z s T T z z T T z T z z z D z D s T z T z z z -----+------------=++++++====++-+---
21242
()(1)(2)()(1)(2)33333
u k u k u k e k e k e k =-+-++-+-
2．已知某连续控制器的传递函数为
12()s
D S s
+=
现用PID 算法来实现它，试分别求其相应的位置型和增量型PID 算法输出表达式。设采样周期1T s =。
解：PID 控制算法的模拟表达式为
1
()
()[()()]t
p D
I
de t u t K e t e t dt T T dt
=+
+?
位置型输出表达式为
()()()[()(1)]k
D
p p
p
j I
T T
u k K e k K e j K e k e k T T
==++--∑ 增量型输出表达式为：
()(1)()()(2)(1)(2)D D D p p
p p p p I T T T T
u k u k K K K e k K K e k K e k T T T T
=-+++-+-+- 而对模拟表达式()u t 求拉式变换得
1
()[1]()p D I u s K sT e s T s
=+
+ ()1
[1]()p p D p p D I I K u s K sT K K T s e s T s T s
=++=++ 本题中，121
()2s D S s s
+=
=+ 所以0D T =，2p K =，2I T = 于是，本题的位置型输出表达式为
()2()()k
j u k e k e j ==+∑
增量型输出表达式为：
()(1)3()2(1)u k u k e k e k =-+--
3．用零阶保持器法求环节1
()D S s
=的差分方程。 解：
1
22112
1
12
12
1111()(1)1(1)(1)12Ts
Ts e D z Z Z e z Z s
s s s Tz Tz Tz z z z z ----------??-??????==-=-?
?????????????
-=-=--+
∴()2(1)(2)(1)(2)u k u k u k Te k Te k --+-=---
()2(1)(2)(1)(2)u k u k u k Te k Te k =---+---
4．已知某连续控制器的传递函数为
121()1T s
D S T s
+=
+
试用差分变换法（后向差分），求该装置的递推输出序列。（设输入为()e t ，输出为()u t ） 解：由121()()()1T s
U s D S E s T s
+=
=
+ 得21(1)()(1)()T s U s T s E s +=+
21()()()()U s T sU s E s T sE s +=+
2
1()()
()()du t de t u t T e t T dt dt +=+ 当t kT =
2
1
()()()()t kT t kT
du t de t u kT T e kT T dt
dt
==+=+
即21()()()()u k T u k e k Te k +=+
近似为：
2
1()(1)()(1)
()()u k u k e k e k u k T e k T T T
----+=+
211222
()(1)()(1)T T T T u k u k e k e k T T T T T T +=
-+--+++
5．概念题
1）试述采样周期T 的选择原则
答：(1)必须满足香农采样定理的要求
（2）从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，则T 小些好。干扰频率越高，则采样频率越高越好，以便实现快速跟随和快速抑制干扰。
（3）根据被控对象的特性，快速系统的T 应取小，反之，T 可取大些。
（4）根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时，T 应取大些。否则，执行机构来不及反映控制器输出值的变化。
（5）从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看，T 应选大些。 （6）从计算机能精确执行控制算式来看，T 应选大些。
2）防止积分整量化误差的方法有哪两种？ 答：（1）扩大计算机运算的字长，提高计算精度。 （2）当积分项()I K e k δ<时，积分项单独累加，直到产生溢出。将溢出值作为积分项的偏差值去进行运算，余数仍保留下来，作为下一步累加的基数值。
3）数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？ 答：（1）模拟调节器调节能力有限，当控制规律较为复杂时，就难以甚至无法实现。而数字控制器能实现复杂控制规律的控制。
（2）计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制。
(3) 数字控制器具有灵活性。修改控制参数或改变控制方式一般只改变控制程序即可。 （4）采用计算机除实现PID 数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。
4）增量型PID 控制算法与位置型PID 控制算法相比较，有哪些优点？ 答：（1）位置式算法每次输出与整个过去状态有关，容易产生较大的积累误差。而增量式中只需计算增量，算式中不需要累加，控制增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，当存在计算误差或精度不足时，对控制量计算的影响较小，且较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。
（2）由于计算机只输出控制增量，所以误动作时影响小，且必要时可用逻辑判断的方法去掉，对系统安全运行有利。
（3）手动－自动切换时冲击比较小。
5）防止积分饱和的方法有哪两种？ 答：积分分离法和遇限削弱积分法。
1．已知系统控制框图如下，被控对象传递函数1
5.01
)(+=
s s G ，采样周期T=0.25秒，求
单位阶跃输入时的最少拍控制器，并画出U(K)的曲线，说明系统输出有无波纹。
D(z)
R(S)E(Z)
S
e st
--1G(S)
C(S)
+-
H(S)
已知Z 变换表和常数： F(s)
F(z)
606.05.0=-e
a
s +1 1
11---z
e
aT
368.01=-e
)
(a s s a
+
)
1)(1()1(111
--------z e z z e aT aT
135.02=-e
解：()
??????+-=??
????+-=--S S Z z S S e Z z G TS )2(22115.011)(1
1
1
606.01394.0---=z
z ()
11)(--=Φz z e ， 1)(-=Φz z
()()()()
Z Z G Z z D Φ-Φ=1)(1
11538.1538.2----=z z U(z)=D(z)E(z)= D(z)Φe (z)R(z) 1
1
1538.1538.2----=z
z =2.538+z -1+z -2+…..
U(0)=2.538, U(1)=U(2)=…=1
一拍之后控制输出稳定，系统输出无波纹。
2．已知系统控制框图如下，被控对象传递函数1
5.02
)(+=
s s G ，采样周期T=0.5秒，求单
位阶跃输入时的最少拍控制器，并画出U(K)的曲线，说明系统输出有无波纹。
D(z)
R(S)E(Z)
S
e st
--1G(S)
C(S)
+-
H(S)
已知Z 变换表和常数： F(s)
F(z)
606.05.0=-e
a
s +1 1
11
---z
e aT
368.01=-e )
(a s s a
+
)
1)(1()1(111
--------z e z z e aT aT
135.02=-e
解：()
?
?????+-=??
????+-=--S S Z z S S e Z z G TS )2(22115.02.01)(1
1
1
368.01264.1---=z
z ()
11)(--=Φz z e ， 1)(-=Φz z
()()()()Z Z G Z z D Φ-Φ=1)(1
11291.0791.0----=z
z U(z)=D(z)E(z)= D(z)Φe (z)R(z)1
1
1291.0791.0----=z
z =0.791+0.5z -1+0.5z -2+…..
U(0)=0.791, U(1)=U(2)=…=0.5
一拍之后控制输出稳定，系统输出无波纹。
3．大林算法适合哪些被控对象，应用该算法可得到什么控制效果？已知被控对象传递函数
1
)(1+=
-S T Ke s G s
τ，式中，τ为纯滞后时间，T 1为时间常数，K 为放大系数，设τ＝NT ， T 为采样周期，试按照大林算法设计数字控制器。 已知Z 变换表： F(s)
F(z)
a
s +1 1
11---z
e
aT
)
(a s s a
+
)
1)(1()1(1
11
--------z e z z e aT aT 解：大林算法适合带大纯滞的一阶或二阶惯性环节的被控对象，应用该算法可使得系统的阶跃响应无超调。
设系统闭环传递函数为1
)(2+=Φ-S T e s s
τ，闭环脉冲传递函数为
=??
????+-=Φ--11)(2S T e S e Z z s TS τ1/1
/221)1(-------z e z e T T N T T
被控对象脉冲传递函数
=??
????+-=--11)(1S T Ke S e Z z G s TS τ1
//111
11-------z e e Kz T T T T N
控制器脉冲传递函数为：
()()()()Z Z G Z z D Φ-Φ=1)(=(
)(
)
(
)(
)[
]
1
/1//1
//2211211111---------------N T T T T T T T T T T z
e z e e K z e e
问答题：
1. 为何在计算机测控系统中常采用数字滤波程序对采样信号进行处理？
2. 写出算术平均滤波的算式，该算法使用于哪些信号滤波？
3. 写出一阶滞后滤波的算式，该算法使用于哪些信号滤波？
4. 在微机系统中对非线性函数常用线性插值原理作线性化处理，这种处理的优点是什么？
5. LED 显示分为动态显示和静态显示，两种显示方式各自的特点是什么？ 参考答案： 问答题：
1． 通过数字滤波可以减小干扰在信号中的比重，提高信噪比。
2． 算术平均滤波的算式为：∑==N
i i X N Y 1
1 ，该算法适用于压力、流量等周期脉动信号的
滤波。
3． 一阶滞后滤波的算式为：1)1(-+-=k k k Y X Y αα，该算法适用于过程变化较慢的信号滤波。
4． 优点是可用线性方程近似求解非线性函数，速度快，效率高。
5． 动态显示方式通常使用的硬件较少，但程序较复杂，静态显示使用的硬件较多，程序较
简单。
一、回答问题： （每小题3分，共30分）
1、 计算机控制系统的控制过程地三个步骤是什么？
答：一、实时数据采集；二、实时决策；三、实时控制。 2、 工业控制机的特点是什么？ 答：
3、 简述多路开关的作用。
答：可使多个信号共用一套信号处理电路。 4、 开关量的传送应注意什么： 答：电气隔离，电平转换。 5、 采样过程是什么？
答：将模拟信号转化为离散的数字信号序列。 6、 什么叫做量化？
答：将模拟信号转化为数字信号。 7、 什么叫做量化误差？
答：将模拟信号转化为数字信号时，数字信号是整数，在数值上与模拟信号对应的偏差。 8、 为什么要用采样保持器？
答：保证对高频信号采样的准确性。 9、 简述软件的抗干扰措施的应用方法。 答：软件陷阱，指令喁余。 10、简述串级控制系统的特点。
答：在结构上形成两个闭环。外环为主环，调节器为主调节器。内环为副环，调节器为副
调节器。主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调节器的设定值，而副调 节器的输出信号则是送到调节阀去控制生产过程。
二、DAC0832的双极性输出电路如下图所示。Uref=+5V, 要求： （10分）
1、推导计算输出Uout 的表达式；
2、若使输出为2.5V ，给DAC0832的数据D 是多少？ 答： 1、 Uout = ref V D 128
128
2、 D = 192
三、DAC0832的控制电路如下图所示。试编制将8031内部RAM 50H单元的数据
发送给DAC0832进行转换的程序。（10分）
答：mov A, 50H
mov DPTR, #3FFFH
movx @DPTR, A
四、已知系统控制框图如下，广义控制对象脉冲传函G Z Z Z
()
.
.
=
-
-
-
12642
10368
1
1
,采样周期为
0.5秒。
D(Z)G(S)
R(S)E(S)E(Z)U(Z)Y(S)
-
（1）
设输入为单位阶跃信号，R Z Z
()=--1
11，求最少拍无波纹控制器D(Z).
答： )
1(2642.1368.01)(1
1
----=z z z D （2）求控制器输出U(K),系统输出Y(K)和误差E(K), 并画出U(K),Y(K),E(K)的曲线。
如何确定系统的输出无波纹。 答： =)(k U 0, -0.29, 0.29, 0.29 ………
)(k Y = 0, 1, 1, 1 ………….. )(k E = 0, 1, 1, 1 ………….
因为)(k U 经过2拍以后不在变化，所以系统的输出无波纹。
五、已知显示电路的部分接线原理图如下图所示，MC14513为BCD-7段锁存／译码／驱动器。
a ~g
a ~g
A A
B B
C C
D D L
E LE
P1.4P1.5P1.6P1.7P1.0
P1.1MC14513
8031
1、 明如何确定本显示电路为动态显示还是静态显示。
2、 写相应的程序，使得LED 从左到右显示数字为03。 （15分） 答：1、为静态显示。
2、 mov A, #00H setb P1.!
mov P1, A setb P1.0 mov A, #30H mov P1, A
六、单片机8031的SCON 格式为:
D7D6D5D4D3D2D1D0SM0
SM1SM2REN TB8
RB8
TI
RI
说明在什么工作方式下可实现多机通讯，简述多机通讯的实现方法。 （25分） 答：采用方式2或方式1。
采用SM2、RB8、TB8相互配合的方式，实现地址与数据的识别。实现多机通讯。
*********** 2015－2016 学年第一学期出题教师： 【计算机控制系统】课程试题(A卷) 【闭卷考试】 姓名学号专业及班级 本试卷共有4道大题 一、填空题（共14分，每空1分，共11道小题） 1. 描述连续系统所用的数学模型是微分方程，描述离散系统所用的数学模型是差分方程。。 2.离散系统稳定性不仅与系统结构和参数有关，还与系统的采样周期有关。 3.在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中采样、量化、零阶保持器等三种信号变换最重要。 4. 计算机控制系统通常是由模拟与数字部件组成的混合系统。 5. 在连续系统中，一个系统或环节的频率特性是指在正弦信号作用下，系统或环节的稳态输出与输入的复数比随着正弦信号频率变化的特性。 6.采样周期也是影响稳定性的重要参数，一般来说，减小采样周期，稳定性增强。 7.对于具有零阶保持器的离散系统，稳态误差的计算结果与T无关，它只与系统的类型、放大系数及输入信号的形式有关。 8.若D(s)稳定，采用向前差分法离散化，D(z)不一定稳定。 9.双线性变换的一对一映射，保证了离散频率特性不产生频率混叠现象，但产生了频率畸变。 10.计算机控制系统分为三类：直接数字控制 (Direct Digital Control，DDC) 系统、 计算机监督控制 (Supervise Control by Computer，SCC) 系统和分散型计算机控制系统(Distributed Control System，DCS) 二、选择题（满分20分，每小题2分，共10道小题） 1.电力二极管属于 A 。
A.不可控器件 B. 全控器件 C.半控器件 2．电力电子器件不具有的特征有 B 。 A.所能处理电功率的大小是其最重要的参数 B.一般工作在放大状态 C.一般需要信息电子电路来控制 D.不仅讲究散热设计，工作时一般还需接散热器 3. 晶闸管内部有 C 个PN结。 A 一 B 二 C 三 D 四 4.下列哪种功能不属于变流的功能 C A.有源逆变 B. 交流调压 C. 变压器降压 D. 直流斩波 5.下列不属于使晶闸管关断的方法是 A 。 A.给门极施加反压 B.去掉阳极的正向电压 C.增大回路阻抗 D.给阳极施加反压 6.Buck Converter指的是 A A.降压斩波电路 B. 升压斩波电路 C. 升降压斩波电路 7.全波整流电路中，变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，故不存在变压器直流磁化问题，变压器绕组的利用率 B A.降低 B. 提高 C. 不变 8.下面的电路中V2、V4、V6的接法是 C A. 同相输入端 B. 9.对单相交流调压电路进行谐波分析时可知，只含有 A 次谐波，且随着次数的增加谐波含量减少。 A.奇 B. 偶 C. 零 10.如某晶闸管的正向阻断重复峰值电压为745V，反向重复峰值电压为825V，则该晶闸管的额定电压应为 A A、700V B、750V C、800V D、850V 三、简答题（共5道小题，满分35分） 1. 简述计算机控制系统的优点。（6分）
3-12、已知模拟调节器的传递函数为 ()s .s .s D 08501701+= 试写出相应数字控制器的位置型PID 算法和增量型PID 控制算式，设采样周期T=0.2s 。 解：因为())11(17011208501701s T s T K s .s .s .s D d i p ++=+=+=）（ 所以07.102===d i p T T K ，， 故位置型PID 控制器 ∑∑∑===+=?? ????+=?? ????--++=k i k i D k i I P i e k e i e k e T k e k e T i e T T k e K k u 0 00)(7.102)(2)(7.101)(2)1()()()()( 故增量型PID 控制器 [][] [])1(2)(76.13)(7 .102)1()(2)2()1(2)()()1()() (--≈+--+=-+--++--=?k e k e k e k e k e k e k e k e K k e K k e k e K k u D I P 3-11解：因为())11(1501130501501s T s T K s .s .s .s D d i p ++=+=+=）（ 所以05.103===d i p T T K ，， 故位置型PID 控制器 ∑∑∑===+=?? ????+=?? ????--++=k i k i D k i I P i e k e i e k e T k e k e T i e T T k e K k u 0 00)(5.102)(2)(5.101)(2)1()()()()( 故增量型PID 控制器
电气控制课程设计 题目
实验指导书 《电气控制与仪表课程设计》 课程设计 学院: 学号: 专业( 方向) 年级: 学生姓名: 福建农林大学机电工程学院电气工程系 9 月 1 日 第一节概述 要能够胜任电气控制系统的设计工作, 按要求完成好设计任务,
仅仅掌握电气设计的基础知识是不够的, 必须经过重复的实践, 深入生产现场, 不断积累经验。课程设计正是为这一目的而安排的一个实践性教学环节, 它是一项初步的工程训练。经过集中1~2周时间的设计工作, 了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。课程设计题目不要太大, 尽可能取自生产中实用的电气控制装置。 本指导书主要讨论课程设计应达到的目的、要求、设计内容、深度及完成的工作量。并经过实例介绍, 进一步说明课程设计的设计步骤。 本指导书还收集了较多的设计参考题, 可作为课程设计练习题, 直接供设计者自由选取。命题结合生产需要, 具有真实感。设计中应严格要求, 力求做到图纸资料规范化。 电气设计包含原理设计与工艺设计两个方面, 不能忽视任何一面, 在高等工科应用型人才培养中特别要重视工艺设计。由于初次从事设计工作, 工艺要求不能过高, 不能面面俱到。设计工作量、说明书等要求与毕业设计应有较大的区别, 电气控制课程设计属于练习性质, 不强调设计结果直接用于生产, 个人的工艺设计, 只要求完成其中的一部份内容。 课程设计原则上应做到一人一题和自由选题。在几个人共选一个课题的情况下, 各人的设计要求及工艺设计内容, 绘图种类, 应有所区别。要强调独立完成, 以学生自身的独立工作为主, 教师指导帮助为辅。在设计工程中, 适当组织针对性参观, 并配以多种形式
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：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。
《计算机控制技术》课程设计题目—自动化10-1,2,3,SY 班 一、 汽包锅炉水位的最小拍无纹波控制 设计时间：2012年11月19日~2012年11月30日 设计内容： 1、 汽包锅炉水位控制的工作原理和研究现状； 2、 系统总体设计； 3、 控制器设计： 传递函数为121()() s e s a s a τ-++(每位同学的模型参数12,,a a τ的取值不同)的汽包锅炉水位的数字控制系统设计(具体包括：针对单位阶跃输入信号，求取G(Z)，并最终求得U(k)的表达式。 4、 硬件设计（要求采用ADC0809、DAC0832、74LS138设计接口电路，控制器采用8086 或8088）； 5、 软件设计； 6、 设计心得。 设计要求： 1、 课程设计报告必须独立撰写，发现互相抄袭则相关人员打回重写，重写的版本再抄袭则本次设计不及格。 2、 课程设计报告字数：3500~5000，正文和程序部分手写，电气原理图可以打印。 3、 课程设计报告提交时间：本周五下午15:00在电气学院A308每组逐个验收。 4、报告册采用统标准课设报告册。 注：设计方法及步骤可参考计控教材P197设计实例
《计算机控制技术》课程设计题目—自动化10-1,2,3,SY 班 二、 汽包锅炉水位的最小拍有纹波控制 设计时间：2012年11月19日~2012年11月30日 设计内容： 1、 汽包锅炉水位控制的工作原理和研究现状； 2、 系统总体设计； 3、 控制器设计： 传递函数为121()() s e s a s a τ-++ (每位同学的模型参数12,,a a τ的取值不同)的汽包锅炉水位的数字控制系统设计(具体包括：针对单位阶跃输入信号，求取G(Z)，并最终求得U(k)的表达式。) 4、 硬件设计（要求采用ADC0809、DAC0832、74LS138设计接口电路，控制器采用8086 或8088）； 5、 软件设计； 6、 设计心得。 设计要求： 1、 课程设计报告必须独立撰写，发现互相抄袭则相关人员打回重写，重写的版本再抄袭则 本次设计不及格。 2、 课程设计报告字数：3500~5000，正文和程序部分手写，电气原理图可以打印。 3、 课程设计报告提交时间：本周五下午15:00在电气学院A308每组逐个验收。 4、报告册采用统标准课设报告册。 注：设计方法及步骤可参考计控教材P197设计实例
计算机控制技术考试题及答案 西北工业大学考试题（A 卷） （考试时间120分钟） 学院： 专业： 姓名： 学号： 一． 填空题（共30分，每空1.5分） 1. 采样，是指按一定的时间间隔T 对时间连续的模拟信号)(t X 取值，得到) (t X *或),2,1,0,1,)(( -=n nT X 的过程。 P12 2. D/A 转换器的基本结构由电阻网络、基准电源、模拟切换开关和运算放大器所组成。 P21 3. 计算机控制系统中的I/O 接口用作主机与外部设备的连接界面。 P39 4. RS-232C 又称为通用串行通信接口，它是美国电子工业协会颁布的串行总线标准。P63 5. 大部分过程控制的目的之一就是抑制作用于过程的各种扰动，以维持过程输出为恒定值。P104 6. 中值滤波法是指在kT 采样时刻，按小采样周期1T 连续进行奇数次采样。P137 7. 基于观测状态反馈的伺服系统极点配置设计方法的设计参数，一是采样周期T 的选择，二是配置系统的极点参数。 P177 8. 伺服系统，指的就是系统输出必须准确跟随指令信号的控制系统。P199 9. DMC 算法的计算机实现，是由初始化程序和主程序两部分组成。P232 10. 啤酒发酵是一个复杂的微生物代谢过程，啤酒发酵罐内的发酵温度始终 是决定啤酒质量的关键所在。P267 二． 判断题（共10分，每题1分） 1. 对同一个FSR 的值,A/D 转换器的位数越多,q 所代表的量值就越小。P18（√） 2. 时钟周期宽度为D T ,则接收/发送数位的位宽度为D nT 2。P55 （×） 3. 当受控工业对象有大的时延时间环节时，不管选择的采样周期T 是否与时延时间τ成整数倍，系统都是较难按常规方法综合的。P91 （√） 4. 最好的离散化方法是双线性变换。P120 （√） 5. PID 算法中的微分项，虽能增大超调和缩短调节时间，但却易于引入高频干扰。P129 （×） 6. 只要选择采样周期T 足够小，最少拍系统的响应调整时间S t 也可以足够小。P158 （√） 7. 当对象的纯延迟时间θ与对象惯性时间常数m T 之比小于0.5时，采用常规PID 算法难以获得良好的系统性能。P171 （×）
《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的方式称为离线方式或脱机方式。 操作指导、DDC和SCC系统的工作原理如何它们之间有何区别和联系 (1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图所示。
西安石油大学 课程设计 电子工程学院自动化专业自0802班题目《计算机控制技术》课程设计油库安全监控系统硬件设计六（采用板卡、模块方案）学生 指导老师徐竟天 二○一一年十二月
《计算机控制技术》 课程设计任务书 题目油库安全监控系统硬件设计六（采用板卡、模块方案）学生姓名学号专业班级 设计内容与要求 课程设计主要完成某油库安全监控系统硬件设计。要求运用已学过各类传感器、输入输出模块、工控计算机、现场总线等的知识，完成安全监控系统硬件方案、设备选型、总体设计等各功能的设计。 要求熟悉相关计算机安全监控系统的硬件组成与设计方案，学会计算机监控系统硬件设计的步骤和方法，具有初步设计小型计算机安全监控系统硬件方案的能力。 课程设计内容及基本要求如下： 1.熟悉油库工艺流程、监控目标及监控要求。 2.学会常用的监控系统I/O硬件（各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC等）参数及使用，了解其工作原理。 3.学会不同自动化设备厂家各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC 等的选型，能用所选厂家硬件搭建符合工艺流程和监控目标的硬件系统。 4.完成监控系统硬件方案设计，画出原理图。 5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。 起止时间2011年12月19日至2011年12月25日指导教师签名年月日 系（教研室）主 任签名 年月日学生签名年月日
目录 第1章绪论 (1) 1.1 油库的简介 (1) 1.1.1油库的工艺流程 (1) 1.1.2油库的监控目标及要求 (2) 第2章系统总体方案设计 (3) 2.1系统初步设计 (3) 2.2I/O点数统计 (3) 第3章硬件系统设备选型 (5) 3.1板卡选型 (5) 3.2模块选型 (5) 第4章监控系统方案详细设计 (6) 第5章结论 (8) 参考文献 (9)
一、]t b 填空题 1.工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。 2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。 3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。 5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 6.信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。 7.按极点配置设计的控制器通常有两部分组成，一部分是状态观测器，另一部分是控制规律。 8.模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。 9.线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来顺序存放数据元素。 10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。 二、名词解释 1.采样过程按一定的时间间隔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 2.地线”是信号电流流回信号源的地阻抗路径 3.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制 4.数据是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合 5.积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作 三、选择题（合计15分，每题3分） 1.下列不属于数字控制方式的是（C ） A、点位控制 B、直线控制 C、网格控制 D、轮廓控制 2.8位的A/D转换器分辨率为（ C ） A、0.01587 B、0.007874 C、0.003922 D、0.0009775 3.专家控制系统大致可以分为（D ） ①专家自整定控制②专家自适应控制③专家监督控制④混合型专家控制⑤仿人智能控制 A、①②③⑤ B、②④⑤ C、②③④⑤ D、①③④⑤ 4.一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%)，孔径时间3.18μm，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（B ） A、5Hz B、50Hz C、100Hz D、500Hz 5.某热处理炉温度变化范围为0~1350℃，经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A，此时炉温为（C ） A、588.98℃ B、288.98℃ C、361.23℃ D、698.73℃ 四、简答题（合计20分，每题5分） 1.什么是干扰，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 2.逐点比较法插补原理。 答：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这
《计算机控制系统》课程设计题目 一、题目1 下图１为简化的汽车悬浮系统原理图。当汽车沿着道路行驶时，轮胎的垂直位移作为一个运动激励作用在汽车的悬浮系统上。该系统的运动由质心的平 移运动和围绕质心的旋转运动组成。假设Ｐ点上的运动X 为系统的输入量， i 为系统的输出量，试求传递函数Ｇ(Ｓ)，并且设计一个闭环车体的垂直运动X o 控制系统。 任选设计方法，设计一个闭环控制系统，完成控制系统的设计、仿真。要求提交设计报告及运行结果。 二、题目2 有一个弹簧－质量－阻尼器系统，安装在一个不计质量的小车上，如图所示。请建立系统的数学模型。假设t<0时小车静止不动。U(t)是小车的位移，并且是系统的输入量。当t=0时，小车以定常速度运动，即=常量，质量的位移y(t)为输出量（该位移是相对于地面的位移）。
控制要求 : 以小车对地的位移作为输入（该信号是单位速度信号），以质量对地的位移为输出信号 ,要求输出以最少的时间跟随输入信号稳态误差为零即实现最少拍无纹波控制。 三、题目3 下图表示了三种机械系统，图中表示输入位移，表示输出位移（每一个位移均从其平衡为止开始测量），试选择一个系统，建立其传递函数；并设计控制器。
四、题目4 设有一个倒立摆安装在马达传动车上，如图所示，该系统实际上是起飞助推器的姿态控制模型（姿态控制问题的目的是要把空间助推器保持在垂直位置）。倒立摆是不稳定的，如果没有适当的控制力作用到它上面，它将随时可能向任何方向倾倒。这里我们只考虑二维问题，即认为倒立摆只在图2所在的平面内运动。控制力作用于小车上。假设摆杆的重心位于其几何中心。试求该系统的数学模型。设摆杆的质量m为0.1千克，小车的质量M为2千克，摆杆的长度为1米。（假设摆杆角度很小）
2.1 在计算机控制系统中，为了获取系统的运行状态或设定信息，经常需要进行开关量信号的输入。 2.2 把从控制对象检测到的模拟信号，转换成二进制数字信号，经I/O接口送入计算机。 2.3 在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关(如对电磁阀的控制)或启/停(如各种交、直流电机的控制)，某些控制算法(如脉宽调制方法，最优控制中的乒乓控制算法等)也需要控制执行机构在一定时间T内全负荷工作一段时间t(0≤t≤T)，这些控制可通过计算机开关量输出通道来实现。 2.4 把计算机输出的数字量转换成模拟量。 2.5 光电耦合器的作用：从工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往往高于计算机系统的逻辑电平，即使输入开关量电压本身不高，也有可能从现场引入意外的高压信号，因此必须采取电隔离措施，以保障计算机系统的安全。常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。 光电耦合器的用法：下图为原理图。当输入侧(即发光二极管)流过一定的电流IF时，发光二极管开始发光，它触发光敏三极管使其导通;当撤去该电流时，发光二极管熄灭、三极管截止。这样，就实现了以光路来传递信号，保证了两侧电路没有电气联系，从而达到了隔离的目的。 2.5 光电耦合器的注意事项： ① 输入侧导通电流 要使光电隔离器件导通，必须在其输入侧提供足够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光电隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流IF=10mA。 ② 频率特性 受发光二极管和光敏元件响应时间的影响，光电隔离器件只能通过一定频率以下的脉冲信号。因此，在传送高频信号时，应该考虑光电隔离器件的频率特性，选择通过频率较高的光电隔离器。 ③ 输出端工作电流 光电隔离器输出端的灌电流不能超过额定值，否则就会使元件发生损坏。一般输出端额定电流在mA量级，不能直接驱动大功率外部设备，因此通常从光电隔离器至外设之间还需设置驱动电路。 2.5 光电耦合器的注意事项： ④ 输出端暗电流
《计算机控制》课程设计 一、课程设计要求 1.1 方案设计： 1)完成控制系统的分析、设计； 2)选择元器件,完成电路设计，控制器采用MCS-51系列单片机(传感器、功率接口以 及人机接口等自行设计)，使用Protel绘制原理图； 3)编程实现单片机上的控制算法，并上机调试。 1.2 报告内容: 1)控制系统仿真和设计步骤，应包含性能曲线、采样周期的选择、数字控制器的脉冲 传递函数和差分方程； 2)元器件选型，电路设计，以及绘制的Protel原理图； 3)软件流程图，以及含有详细注释的源程序，运行结果； 4)设计工作总结及心得体会； 5)列出所查阅的参考资料。 二、报告要求 1)每人提交一份打印的报告（A4纸，上侧两钉装订）。 2)报告要采用统一的封面和设计任务书（格式见附录）。 3)报告内容要求见设计任务书，其中原理图应至少包括单片机、AD和DA部分，源程 序采用C或者汇编语言编写均可。 4)报告中，各节标题用小三宋体加粗排版，正文字号用小四宋体排版，1.5倍行距。 公式用公式编辑器输入，流程图用Visio绘制，注意开始、结束、分支、判断等要采用标准图示方法。注意调整图的大小以节约版面和保持美观，以能看清楚最小的文字和符号为准。程序代码用五号字体排版。 三、时间安排 6.28~ 7.3号，前期理论分析、查阅文献、设计 7.4~8号，画原理图、上机编程、仿真，实验室地点H405 验收时间：7月9日8:00 H405
四、注意事项 1)课程设计上机时间考核出勤，需要签到。可以自己带笔记本电脑到实验室做课程设 计。 2)验收时除了报告外，还应该提供和报告中一致的设计资料、Protel图、程序代码、 MATLAB绘制的响应曲线和频率特性曲线等资料和数据。 3)对于周期T的选择、单片机和A/D、D/A等的型号选择有说明。. 考虑算法编排结 构。考虑单片机定时、单片机A/D、D/A操作等的实现方法。 五、附录 附录一计算机控制课程设计题目 附录二报告封面格式 附录三设计任务书格式
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。
STM32嵌入式系统课程设计题目 2015春 共同要求：在LCD上显示设计题目、设计者名字（主设计者在前） 常用外设引脚： LED：LED1（上边）～LED4（下边）分别接PF5～PF9引脚，低电平点亮 按钮：K1（上边）～K4（下边）分别接PA0、PC13、PA8、PD3引脚，另一端均接地，按下为低电平。 蜂鸣器：蜂鸣器BEEP接PB10引脚，为有源蜂鸣器，PB10输出低电平发声 每个题目由三个部分组成：设计思路、显示要求、操作要求 1、频率计设计 所谓频率计，就是每秒的计数值。使用2个通用定时器，一个计时，另一个对外部信号计数，在LCD上显示出计数值和频率值。 2、用PWM设计低频信号发生器 使用通用定时器的脉宽调制（PWM）功能，模拟输出正弦波、方波、三角波信号。 用实验板上的4个按钮（K1～K4）控制输出：K4用于循环选择输出的信号类型，K1、K2、K3用于设置输出的频率，K3用于循环选择输出频率的某个位（个十百千万），K1按钮用于对选中的位加1，K2用于对选中的位减1。 在LCD上显示出频率值和输出信号的波形（曲线）。 3、用DAC设计低频信号发生器——硬键盘 使用DAC的模拟输出功能，模拟输出正弦波、方波、三角波信号。 用实验板上的4个按钮（K1～K4）控制输出：K4用于循环选择输出的信号类型，K1、K2、K3用于设置输出的频率，K3用于循环选择输出频率的某个位（个十百千万），K1按钮用于对选中的位加1，K2用于对选中的位减1。 在LCD上显示出频率值和输出信号的波形（曲线）。 4、用DAC设计低频信号发生器——软键盘 使用DAC的模拟输出功能，模拟输出正弦波、方波、三角波信号。 在LCD上设计4个触摸屏按钮（K1～K4）控制输出：K4用于循环选择输出的信号类型，K1、K2、K3用于设置输出的频率，K3用于循环选择输出频率的某个位（个十百千万），K1按钮用于对选中的位加1，K2用于对选中的位减1。 在LCD上显示出频率值和输出信号的波形（曲线）。 5、直流电机控制器设计 直流电机控制原理：理论上转速与电压成正比，用PWM控制则与占空比成正比；旋转方向与绕组电流的方向有关，改变绕组接电源的极性，便可改变电机的转向。 使用通用定时器的比较输出引脚，输出送给直流电机的绕组，改变比较寄存器的值，即改变了占空比，便可调速；用4个按钮分别控制启动、停止、加速、减速；用LCD显示转速等级。
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，
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
数电课程设计题目选 一、设计并制作一数字式温度计 〖基本要求〗采用电桥法，利用PT~100热电阻对0~200℃测温范围进行测量并送LED数码管显示，要求测量分辨率为0.1℃,数据测量间隔时间为5秒。 〖提高要求〗1)针对不同的铂热电阻讨论不同的温度信号测量办法 2)利用电路对测温电路进行非线性校正，提高测温精度(电路非线性校正和EPROM查表法非线性校正两种方法) 3)讨论误差的形成因素和减少误差的措施 4)进行简单的温度开关控制 〖参考原理框图〗系统参考原理框图如下： 〖主要参考元器件〗 MCl4433(1)，LM324(1)，七段数码管(4)，CD4511(1),MC1413(1),铂热电阻使用普通 精密电位器代替。 二、十二小时电子钟 〖基本要求〗利用基本数字电路制作小时电子钟，要求显示时分秒；并能实现校时和校分的功能。 〖提高要求〗1)针对影响电子钟走时精度的因素提出改进方案 2)增加日期显示 3)实现倒计时功能 4)整点报时(非语音报时) 5)定时功能 〖参考原理框图〗：
三、电平感觉检测仪 〖基本要求〗：采用光电式摇晃传感器，其检测范围为±90℃，每摇晃一度传感器就输出一个脉冲信号给计数单元，在给定时间内测量到的脉冲数目就能表明该人的电平感觉，测试时采用头戴式传感器、闭上双目，单脚立地：保持静止，开始测试。定时时间为1分钟 〖提高要求〗 〖参考原理、框图〗： 〖主要参考元器件〗CD4060，555，74LS74 四、便携式快速心律计 基本要求〗利用数字电路制作一便携式快速心律计，用于在较短时间内测量脉搏跳动速率：并使用LED显示。 〖提高要求〗1）提高测量精度的方法 2)设计能比较准确测量1S内心跳的电路 〖参考原理框图〗 〖主要参考元器件〗CD4060，4528，4518；4511，14526 五、数字式定时开关 〖基本要求〗设计并制作一数字式定时开关，此开关采用BCD拨盘预置开关时间，其最大定时时间为9秒，计数时采用倒计时的方式并通过一位LED数码管显示。此开关预置时间以后通过另一按钮控 制并进行倒计时，当时间显示为0时，开关发出开关信号，输出端呈现高电平，开关处于开态，再按按钮时，倒计时又开始。计时时间到驱动扬声器报警。 〖提高要求〗l)输出部分加远距离(100m)继电器进行控制 2）延长定时时间 3)探讨提高定时精度的方法 〖参考原理框图〗 〖主要参考元器〗：CC4511,CC14522,CD4060
西安交通大学现代远程教育考试卷 课 程：计算机控制技术 专业班号 考试日期 年 月 日 姓 名 学号 期中 期末 注：所有答题都写在答题纸上。 一、单项选择题（每题4分，共20分） 1．为了减少有限字长产生的量化误差，采样周期应（ ）。 A. 不变 B. 增大 C. 减少 D. 不确定 2. 已知离散系统脉冲传递函数为 0.5 ( 1.2)(0.8) z z z +-+，则该系统是（ ）的。 A. 稳定 B. 临界稳定 C. 稳定性不确定 D. 不稳定 3. 当系统中还有零阶保持器时，系统的稳态误差与采样周期（ ）。 A. 无关 B. 有关 C. 的关系不确定 D. 以上都不是 4. 字符C 的ASCII 码为43H ，字符c 的ASCII 码为（ ）。 A ．43H B. 63H C ．62H D. 61H 5. 一个有符号十进制正数13，在数据单元中的二进制表示为（ ）。 A ．00000011 B. 10000001 C. 00001110 D. 00001101 成绩 第 1 页 共 2 页 二、分析计算题 1．（20分）模拟PID 调节器的传递函数为1 ()(1)P D I D s K T s T s =+ +。当采样周期相当短时，用求和代替积分、用后向差分代替微分，试从模拟PID 推导出数字PID 的位置型及增量型控制算法。
解： PID 调节器的时域表达式为 1 ()()()+ ()t P D I de t u t K e t e t dt T T dt ?? =+???? ? 把上式变换为差分方程，可作如下近似 ()() k t i e t dt Te i =≈∑? ()()(1) de t e k e k dt T --≈ 式中，T 为采样周期，k 为采样序号。 由上述三式可得数字PID 的位置型控制算法 ()(1)()()+ ()k P D i I T e k e k u k K e k Te i T T T =?? --=+??? ? ∑ 在上式中令1k k =-，则得 1 (1)(2)(1)(1)+ ()k P D i I T e k e k u k K e k Te i T T T -=?? ----=-+??? ? ∑ 将上述2式相减，即得数字PID 的增量型控制算法 ()()(1)u k u k u k ?=-- [][] ()(1)()()2(1)(2)P I D K e k e k K e k K e k e k e k =--++--+- =Ae(k)+Be(k-1)+Ce(k-2) 其中：A=Kp+K I +K D B=-(Kp+2K D ) C=K D 其中， P K 为比例增益， I P I T K K T =为积分系数， D D P T K K T =为微分系数。 2．（20分）某炉温度变化范围为0~1500℃，要求分辨率为3℃，温度变送器输出范围为0~5V 。若A/D 转换器的输入范围也为0~5V ，则请在ADC0809和AD574A 之间选择A/D 转换器，要求写出计算过程。选定A/D 转换器后，通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到600℃，此时系统对炉温变化的分辨率为多少？ 解：分辨率为C ?3，分辨率也可定义为 002 .0015003 =-= D 则A/D 转换器的字长 501log )002.011(log )11(log 222=+=+ ≥D n 82256= 92512= 981<<∴n ∴在ADC0809(8位)与AD574A(12位)间选择AD574A 通过零点迁移将信号迁移到C ?600，则此时系统对炉温的变化分辨率为 C ?=--220.012600 150012 3．（20分）信号采集中，为什么要进行采样保持，对模拟量的采样频 率是依据什么来确定？