计 算 机 控 制 技 术
计算机控制技术习题详解
第一章 绪论
1、 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？ 答：计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程控制的系统。 、 计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成。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部分。生产过程包括被控对象、测 量变送、执行机构、电气开关装置。计算机控制系统的组成框图见书本第 2 页（图 1.2） 。 2、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
计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 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
1
计 算 机 控 制 技 术
放式互联系统结构。
3、按照微机的应用方式，计算机控制系统可分为：操作指导控制系统 监督计算机控制系统，分级计算机控制系统。
直接数字控制系统，
4．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。
5．实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算 机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这 个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接 受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而 是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
6、操作指导、DDC 和 SCC 系统工作原理如何？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 1.2 所示。
2
计 算 机 控 制 技 术
图 1.2 操作指导控制系统原理框图 (2)直接数字控制系统(DDC 系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个 或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较， DDC 再进行控制运算， 然后通过输出通道控制执行机构， 使系统的被控参数达到预定的要求。 系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图 1.3 所 示。
图 1.3 DDC 系统原理框图 (3)计算机监督控制系统(SCC 系统)： SCC(Supervisory Computer Control)系统比 DDC 系统更接 近生产变化的实际情况， 因为在 DDC 系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制， 系统不能 运行在最佳状态，而 SCC 系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控 制以及自适应控制等。SCC 系统的原理框图如图 1.4 所示。
图 1.4 SCC 系统原理框图 SCC 是操作指导控制系统和 DDC 系统的综合与发展。
7、计算机控制系统的发展趋势是什么？
3
计 算 机 控 制 技 术
大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控 制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机 控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。 a.普及应用可编程序控制器 b.采用集散控制系统 c.研究和发展智能控制系统
第二章
输入输出过程通道与接口技术
1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？ 过程通道是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。 按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的 信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。
2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。 数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定 时计数电路等组成。数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电 路等组成。其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换， 将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖 动，以及进行信号隔离等问题。
3.简述两种硬件消抖电路的工作原理。 采用积分电路的硬件消抖电路，首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出，其次利用施密特 触发器整形。 采用 RS 触发器的硬件消抖电路，主要是利用 RS 触发器的保持功能实现消抖。
4.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。 光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如下图所示。输入电流流 过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程
4
计 算 机 控 制 技 术
通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。
光电耦合器电路图
5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 模拟量输入通道一般由 I/V 变换、多路转换器、采样保持器、A/D 转换器、接口及控制逻辑 电路组成。 (1)I/V 变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化 仪表和执行机构匹配提供了方便。 (2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。 (3)采样保持器：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内， 希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持 器。 (4)A/D 转换器： 模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量， 能够完成这一任务的器件， 称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC)。
6、设某一8位A/D转换器的输入电压为+5v，求输入为1v和2.5v时，相对应的数字量分别是多 少？ 1v 对应数字量为 33H 2.5v 对应数字量为 80H
7、对理想多路开关的要求是什么？ 理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外，还希望切换速度快、 噪音小、寿命长、工作可靠。
8、采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。
5
计 算 机 控 制 技 术
采样保持器的作用：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间 内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样 保持器。 保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时 间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常 数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特 性差。
9.如果模拟信号频谱的最高频率为 f max ，只要按照采样频率 样信号就能唯一的复观。
f ≥2f max 进行采样，那么采
10.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？ 不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者 A/D 转换时间较快，使得在 A/D 转换期间 输入信号变化很小，在允许的 A/D 转换精度内，就不必再选用采样保持器。
11、.在计算机控制系统中，采样周期T的确定很重要，因为它关系到 ___差____。
采样 精度,T太大精度
12.A/D 转换器的结束信号有什么作用？根据该信号在 I/O 控制中的连接方式，A/D 转换有几 种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？ A/D 转换器的结束信号的作用是用以判断本次 AD 转换是否完成。 常见的 A/D 转换有以下几种控制方式，各自特点如下 ?延时等待法:EOC 可不和 I/O 口连接，程序设计时，延时大于 ADC 转换时间后，取数据。 ?保持等待法:EOC 与 READY 相连,EOC 无效时,自动插入等待状态。直至 EOC 有效时，取数 据。 ?查询法: EOC 可以和任意 I/O 口连接，程序设计时，反复判断 EOC 是否有效，直至 EOC 有 效时，取数据。 ?中断响应法: EOC 与外部中断相连，AD 转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。
6
计 算 机 控 制 技 术
13、采用 ADC0809 构成模拟量输入通道,ADC0809 在其中起_模拟量到数字量的转换和多路 开关作用。 14.设被测温度变化范围为 0oC~1200oC,如果要求误差不超过 0.4oC,应选用分辨为多少位的 A/D 转换器？ 选择依据：
? 1200 ? n ≥ log ?1 + ? ≈ 12 0.4 ? ? 2
,当基准电压为36v时，最小转换电压为
15、10位AD转换器的最低分辨率为: 1/1024 35.16mv.
16.模拟量输出通道由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 模拟量输出通道一般由接口电路、D/A 转换器、功率放大和 V/I 变换等信号调理电路组成。 (1)D/A 转换器： 模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称 D/A 转换 器或 DAC)。它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。 (2)V/I 变换：一般情况下，D/A 转换电路的输出是电压信号。在计算机控制系统中，当计算 机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少由于传输带来的干扰和衰减，需要采用电流 方式输出模拟信号。许多标准化的工业仪表或执行机构，一般是采用 0～10mA 或 4～20mA 的电流信号驱动的。因此，需要将模拟电压信号通过电压/电流(V/I)变换技术，转化为电流信 号。
17、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，若待输出的数据放在数据段BUF0~BUF7 这8个连续单元中，要求：(1) 画出D/A转换接口电路；(2) 编写D/A转换程序。 解 (1) D/A 转换接口电路；
7
计 算 机 控 制 技 术
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 (2) 编写 D/A 转换程序。
18.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:略
19 试分析如下电路的单端/双端可选输入方式的具体工作过程。
8
计 算 机 控 制 技 术
答：略。
第三章 计算机控制基础理论
1. 离散系统稳定的充要条件是什么？ 根据自动控制理论，连续系统稳定的充要条件是系统传递函数的特征根全部位于 s 域左半平 面， 而对离散系统稳定的充要条件是系统脉冲传递函数的特征根全部位于 z 平面的单位圆中。
2. 动态特性主要是用系统在单位阶跃输入信号作用下的响应特性来描述。常见的有哪些具体 的指标？ 系统的动态特性可通过多项性能指标来描述，常见的具体指标有上升时间 tr、峰值时间 tp、 调节时间 ts 和超调量 δ 等。
3. 简述采样过程。 设模拟信号为 e(t)，经采样开关后输出为采样信号 e*(t)。理想的采样信号 e*(t)的表达式为：
e * (t ) = e(t ) ? δT (t) = e(t ) ?
k = ?∞
∑ δ(t ? kT) =
9
∞
k = ?∞
∑ e(kT ) ? δ(t ? kT)
∞
通常在整个采样过程中采样周期 T 是不变的，这种采样称为均匀采样，为简化起见，采样信
计 算 机 控 制 技 术
号 e*(t)也可用序列 e(kT)表示，进一步简化用 e(k)表示，此处自变量 k 为整数。 4、简述采样定理 香农(C.E.Shannon)的采样定理(也称抽样定理或取样定理)： 只要采样频率 fs 大于信号(包括噪 声)e(t)中最高频率 fmax 的两倍，即 fs≥2fmax，则采样信号 e*(t)就能包含 e (t)中的所有信息，也 就是说，通过理想滤波器由 e*(t)可以唯一地复现 e(t)。
5、已知系统方块图如图所示
Φ( z )
T
R( s )
-
E( z)
K
D( s)
U ( z)
1 ? e?Ts s
0.5 s
T
C ( z)
Gp ( z)
（1）试写出系统闭环脉冲传递函数 Φ ( z ) （2）若K=2，试求使系统稳定的T取值范围。 （1）广义对象脉冲传递函数
则
Φ(z)=
KG(z) KT = 1+KG(z) 2z-2+KT
Φ (z)= 2T T = 2z-2+2T z -1+T
（2）当 K=2 时，
令 z-1+T=0，当|z|<1 时，系统稳定，则 0
10
计 算 机 控 制 技 术
u (t )
－
T
1 ? e ?Ts s
K s ( s + 2)
y (t )
解：广义对象的脉冲传递函数为 1-e-Ts K ] G (z)=Z[ s s(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，
Φ(z)=
G(z) 2.271z-1.188 = 2 1+G(z) z +1.135z-1.053
系统特征方程的根为 z =-1.74 ， z =0.608 ，有一个单位圆外极点，故系统不稳定。 1 2 （2） Φ(z)= G(z) 0.284K(z-0.523) = 2 1+G(z) z +(0.284K-1.135)z+0.135-0.149K
特征方程为： z 2 +(0.284K-1.135)z+0.135-0.149K=0 将
z= w+1 代入，化简后 0.135kw 2 +(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
c*(t) r (t) ? T K T ZOH
1 s +1
c (t)
T=1 秒
11
计 算 机 控 制 技 术
1）试确定使系统稳定的 K 的范围； 2）若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及 ZOH） ，试问使系统稳定的 K 值范围。 3）所得结果说明了什么问题？ 解：1）
?1 ? e ? sT 1 ? ? 1 ? 0.632 K ?1 G( z) = K ? Z ? ? = K (1 ? z ) Z ? ? = ( z ? 0.368) s + 1? ? s ( s + 1) ? ? s
? ( z ) = 1 + G ( z ) = z ? 0.368 + 0.632 K = 0
要求： | z |=| 0.368 ? 0.632 K |< 1
(0.368 ? 0.632 K ) > ?1 ， (0.368 ? 0.632 K ) < 1 ，
∴ K < 2.16 ∴ K > ?1
取 K > ?1 ，所以 ? 1 < K < 2.16
2）该系统为一阶系统，当 K > ?1 时系统稳定； 3）表明系统变为采样系统后系统的稳定性降低。
8. PID 的 Kp、Ki、Kd 参数各有什么作用？
答：比例系数 Kp 的增大利于提高灵敏度，加快调节速度，减小稳态误差，但不能消除稳态 误差。Kp 过大时，系统容易引起振荡，趋于不稳定状态。 积分时间 Ti 是消除系统稳态误差的关键，Ti 要与对象的时间常数相匹配，Ti 太小，容易诱发 系统振荡，使系统不稳定；Ti 太大，则减小稳态误差的能力将削弱，系统的过渡过程会延长。 微分时间 Td 的主要作用是加快系统的动态响应，即可以减少超调量，又可减小调节时间。但 引入 Td 后，系统受干扰的影响会增加。
9. 离散系统稳定的充要条件是系统脉冲传递函数的特征根全部位于 z 平面的单位圆中。 10. 数字 PID 控制器的参数整定方法中，常见试验确定法有扩充临界比例度法、扩充响应曲
线法。 11.某连续控制器设计为
D(s ) = 1 + T1s 1 + T2 s
试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器 D(Z)。
12
计 算 机 控 制 技 术
双线形变换法：把
s= 2 z ? 1 代入，则 ? T z +1
D( z ) = D( z )|
2 z ?1 s= ? T z +1
2 z ?1 ? T z + 1 = (T + 2T1 )z + T-2T1 = 2 z ? 1 (T + 2T2 )z + T ? 2T2 1 + T2 ? T z +1 1 + T1
z-1 代入，则 T
前向差分法：把
z=
D( z ) = D(s )|
s=
z ?1 T
z ?1 1 + T1s 1 + T1 T T z + T ? T1 = = = 1 1 + T2 s 1 + T z ? 1 T2 z + T ? T2 2 T
后向差分法：把
s =
z ? 1 代入，则 Tz
D( z ) = D(s )|
s=
z ?1 Tz
z ?1 1 + T1 1 + T1s Tz = T1 z + T ? T1 = = 1 + T2 s 1 + T z ? 1 T2 z + T ? T2 2 Tz
12.简述扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定 PID 参数的步骤。 答：扩充临界比例度法整定 PID 参数的步骤：
(1)选择一个足够短的采样周期 T，例如被控过程有纯滞后时，采样周期 T 取滞后时间的 1/10
以下，此时调节器只作纯比例控制，给定值 r 作阶跃输入。
(2)逐渐加大比例系数 Kp， 使控制系统出现临界振荡。 由临界振荡过程求得相应的临界振荡周
期 Ts，并记下此时的比例系数 Kp，将其记作临界振荡增益 Ks。此时的比例度为临界比例度， 记作
1 。 δs = Ks
(3)选择控制度，所谓控制度是数字调节器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分
之比。
(4)根据控制度，查表求出 T、Kp、Ti 和 Td 值。 (5)按照求得的整定参数，投入系统运行，观察控制效果，再适当调整参数，直到获得满意的
控制效果为止。 扩充响应曲线法整定 PID 参数的步骤：
(1)断开数字调节器，让系统处于手动操作状态。将被调量调节到给定值附近并稳定后，然后
13
计 算 机 控 制 技 术
突然改变给定值，即给对象输入一个阶跃信号。
(2)用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图所示。
(3)在曲线最大斜率处作切线， 求得滞后时间 τ、 被控对象的时间常数 Tc， 以及它们的比值 Tc/τ。 (4)由 τ、Tc、Tc/τ 值，查表，求出数字控制器的 T、Kp、Ti 和 Td。 13. 某 PID 控 制 系 统 ， 在 单 位 阶 跃 信 号 作 用 下 ， 系 统 响 应 曲 线 如 图 所 示 ， 要 求 :
M p < 20 , t s < 4s , ess ≤ 0.001 。请给出整定 PID 参数的整定思路与原因。
图中，实线——输入信号，虚线——输出信号
系统输出曲线图 答：图中系统输出的超调量大，调整时间长，且稳态误差大，适当减小 K P ，增大 K i ，略加 大 K d 。因为 K P 加大，响应速度加快，但可能会加大超调，且不能消除稳态误差； K i 加大， 即 Ti 减小，可减小稳态误差，直至消除； K d 加大，改善过渡过程，加快动态响应。
14．设单位负反馈计算机控制系统的开环脉冲传递函数为 G ( z ) =
系统稳定时，K 的取值范围。 答：计算过程省略，结果 0
15．求如图所示计算机控制系统的单位阶跃响应 y * (t ) ，设 G ( s ) =
14
20 ，采样周期取 0.1 s ( s + 10)
计 算 机 控 制 技 术
秒。
解：计算过程省略，结果
16．求如图所示计算机控制系统的稳态误差，设 G ( s ) =
r (t ) = 1(t ) + t 。
1 ，采样周期取 1 秒，输入为 s ( s + 1)
15
计 算 机 控 制 技 术
第四章
计算机控制系统的常规控制策略
1．什么是数字 PID 位置型控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点。 为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟 PID 算式离散化，变为数字 PID 算式，为 此，在采样周期 T 远小于信号变化周期时，作如下近似(T 足够小时，如下逼近相当准确，被 控过程与连续系统十分接近)：
∫
t
0
edt ≈ T ∑ e( j )
j =0
k
de e(k ) ? e(k ? 1) ≈ dt T
于是有：
u (k ) = K p {e(k ) +
T Ti
∑ e( j ) + T [e(k ) ? e(k ? 1)]}
j =0
k
Td
u(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如控制阀门的开度)一一对应，所
16
计 算 机 控 制 技 术
以称之为位置型 PID 算法。 在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量 u(k)不仅与本次 偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得 u(k)产生大幅度变化，这样会引起系统冲击， 甚至造成事故。所以实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，可以采 用增量型 PID 算法。当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保 持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型 PID 控制算法。
?u (k ) = K p {[e(k ) ? e(k ? 1)] +
T T e(k ) + d [e(k ) ? 2e(k ? 1) + e(k ? 2)]} Ti T
与位置算法相比，增量型 PID 算法有如下优点：
(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生
较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和， 在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。
(2)为实现手动——自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度 u0，
若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现 u0 项，所以易于实 现从手动到自动的无扰动切换。
(3)采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，执行器
仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。 2．最少拍无波纹系统的设计要求，除了满足最少拍有波纹的一切设计要求外，还必须保证 控制器包含广义被控对象所有零点 。
3．最少拍有波纹系统的性能指标要求包括 准确性、快速性、稳定性。 4．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式，设采样周期 T=0.2s。 解： 则
17
计 算 机 控 制 技 术
把 T=0.2S 代入得
位置型 增量型
5、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 PID 算法和增量型 PID 控制算式，设采样周期 T=0.2s。 解：因为 所以 故位置型 PID 控制器
故增量型 PID 控制器
6、什么叫积分饱和？ 解：如果执行机构已经到极限位置，仍然不能消除静差时，由于积分作用，尽管 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，这就叫积分饱 和。
18
计 算 机 控 制 技 术
7. 采样周期的选择需要考虑那些因素？
(1)从调节品质上看，希望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提高控制精度。通常保证
在 95%的系统的过渡过程时间内，采样 6 次～15 次即可。
(2)从快速性和抗扰性方面考虑，希望采样周期尽量短，这样给定值的改变可以迅速地通过采
样得到反映，而不致产生过大的延时。
(3)从计算机的工作量和回路成本考虑，采样周期 T 应长些，尤其是多回路控制时，应使每个
回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间 τ 较大时，常选 T=（1/4~1/8）τ。
(4)从计算精度方面考虑，采样周期 T 不应过短，当主机字长较小时，若 T 过短，将使前后两
次采样值差别小，调节作用因此会减弱。另外，若执行机构的速度较低，会出现这种情况， 即新的控制量已输出，而前一次控制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此 T 必须大于执行机构的调节时间。
8. 数字控制器的离散化设计步骤是什么？ 计算机控制系统框图如图所示。
图计算机控制系统框图 由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得控制器的脉冲传递函数 D(z)。 数字控制器的直接设计步骤如下：
(1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数 Φ(z)。 (2)求广义对象的脉冲传递函数 G(z)。 (3)求取数字控制器的脉冲传递函数 D(z)。 (4)根据 D(z)求取控制算法的递推计算公式。
9.何为振铃现象？如何消除振铃现象？ 所谓振铃现象是指数字控制器的输出 u(k)以接近二分之一的采样频率大幅度上下摆动。它对 系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。 消除振铃现象的方法：
19
计 算 机 控 制 技 术
（1）参数选择法 对于一阶滞后对象，如果合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数 T0 和采样周期 T， 使 RA≤0，就没有振铃现象。即使不能使 RA≤0，也可以把 RA 减到最小，最大程度地抑制振 铃。 （2）消除振铃因子法 找出数字控制器 D(z)中引起振铃现象的因子(即 z=-1 附近的极点)，然后人为地令其中的
z=1，就消除了这个极点。根据终值定理，这样做不影响输出的稳态值，但却改变了数字控制
器的动态特性，从而将影响闭环系统的动态响应。
10、.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 ，试确定它对单 s( s + 1)
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 ) 解 : （ 1 ）广义对象脉冲传函 G (z)
1-e-Ts 10 3.679z -1 (1+0.718z -1 ) G (z)=Z[ ]= s s( s + 1) (1-z -1 )(1-0.369z -1 )
（ 2 ）单位阶跃信号
R (z)= 1 1-z -1
Φ (z)=z -1 ， Φ e (z)=1-Φ (z)=1-z -1
（ 3）
D(z)=
1 Φ (z) 0.2717(1-0.3679z -1 ) = G (z) 1-Φ (z) 1+0.718 z -1
z -1 Y (z)=Φ (z)R(z)= -1 =z -1 +z -2 +z -3 +....... 1-z
U (z)=D(z)E(z) 0.2717(1-0.3679z -1 ) 1+0.718z -1 =0.2718-0.2951z -1 +0.2119z -2 -0.15z -3 +0.109z -4 -0.07847z -5 +.... =
11．设被控对象的传递函数为 G ( s ) =
2 ?3 s e ，期望的闭环系统时间常数 Tτ = 4.5s ，采样 4s + 1
20
周期 T = 1s ，试用达林算法设计数字控制器。
计算机控制技术复习 1.典型的工业生产过程分为哪几种？ 答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过程和批量过程. 2.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？ 答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理. 3.计算机控制技术的工作方式有哪几种？ 答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式. 4.为什么要强调计算机控制中的实时性？ 答:所谓实时性,就是指信号的输入,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,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性. 5.常用的计算机控制系统主机有哪几种？ 答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,DSP和智能调节器. 6.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，它包括哪两个组成部分。 包括硬件和软件。 7.计算机控制系统是由哪几部分组成的？各部分的作用是什么？ 主要由硬件和软件两部分组成，硬件包括：主机及操作台、通用外设I/O接口与通道、信号的检测及变送、执行机构、被控对象组成；软件包括：系统软件、应用软件。 8.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？ 答:计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分. 9、计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? (1)连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。 (2)阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。 (3)采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。 (4)数字信号：信号的时间以及幅值都是离散的，且幅值经过了量化处理。 10.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？ 答:现场总线控制系统(FCS)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表两层结构.(DCS为操作站-控制站-现场仪表三层结构模式) 11、什么叫输入/输出通道?它是由哪些部分组成的？ 在微型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称为输入输出通道。 输入输出通道的组成：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道组成。 12计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是什么？ 按照一定的数学模型计算给定值，并提供给DDC计算机 13.什么是计算机的总线？ 答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息(指令,地址和数据)的一组信号线.分为内部总线和外部总线. 14.计算机的外部总线有哪几种？ 答:计算机的外部总线有RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB等等. 15.RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？为什么RS-232C的传输距离不远？ 答:RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共
一、问答题 1、下列字符表示成相应的ASCII码是多少？ （1）换行0AH （2）字母“Q”51H （3）空格20H 2、下列各机器数所表示数的范围是多少？ （1）8位二进制无符号定点整数； 0~255 （2）8位二进制无符号定点小数；0.996094 （3）16位二进制无符号定点整数；0~65535 （4）用补码表示的16位二进制有符号整数；-32768~32767 3、(111)X=273，基数X=？16 4、有一个二进制小数X=0.X1X2X3X4X5X6 (1)若使X≥1/2，则X1……X6应满足什么条件? X1=1 若使X＞1/8，则X1……X6应满足什么条件？X1∨X2 ∨X3=1 (2) 5、有两个二进制数X=01101010，Y=10001100，试比较它们的大小。 （1）X和Y两个数均为无符号数；X＞Y （2）X和Y两个数均为有符号的补码数。X 浅谈计算机控制技术及应用 摘要：随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键。 关键词：计算机控制技术、系统、应用 Chat computer control technology and its application Abstract：With the development of science and technology, more and more people use computers to achieve control. In recent years, computer technology, automation technology, detection and sensor technology, CRT display technology, communications and network technology and the rapid development of microelectronic technology, a computer control technology has brought great development. However, the design of a computer control system for good performance is very important. Computer control system is mainly composed of two major components of hardware and software, a complete control system also need to consider the anti-interference performance of the system, the system is related to the anti-jamming capabilities and reliable operation of the system key. Key words：computer control technology、system、apply 正文： 一、计算机控制技术的概述 1、计算机控制的概念 （1）开环控制系统 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。在开环 控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量 进行比较。 （2）闭环控制系统 凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环 系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。 专业： 年级： 学区： 姓名： 学号： 考试日期： 装 订 线 计算机控制技术 试卷B 题 号 一 二 三 四 五 总 分 评卷人 复核人 分数 一、填空题（每空2分，共10空，总共 20 分）。 1．常用的AD 转换方法有： 计数法 、 双积分法 ， 逐次逼近法 。 2. 常用的AD 转换的启动信号有 脉冲方式 和 电平方式 方式。 3. 8051单片机IO 接口编码方式为 统一编址 ，INTEL8088的IO 编码方式为 独立编址。 4. I/O 通道的干扰类型包括： 串模干扰 和 共模干扰 。 5. 大林算法的设计原则是 以大林算法为模型的数字控制器，使闭环系统的特性为时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同 。 二、选择题（每小题 2 分，共10题，总共20 分）。 1.防止抖动是能否正确读取键值的必要环节，实现方法是（ A ）。 A ．可以用硬件电路或软件程序实现 B ．只能用滤波电路或双稳态电路实现 C ．只能用软件程序实现 D ．只能用延时程序实现 2. LCD 显示的关键技术是解决驱动问题，正确的作法是（ D ）。 A ．采用固定的交流电压驱动 B ．采用直流电压驱动 C ．采用交变电压驱动 D ．采用固定的交变电压驱动 3. 小功率直流电机控制控制系统中，正确的作法是（ B ） A ．改变定子上的通电极性，以便改变电机的转向 B ．改变转子上的通电极性，以便改变电机的转向 C ．在定子上通以交流电，电机可周期性变换转向 D ．在转子上通以交流电，电机可周期性变换转向 4.在实际应用中，PID 调节可根据实际情况调整结构，但不能（ D ）。 A ．采用增量型PID 调节 B ．采用带死区的PID 调节 C ．采用PI 调节 D ．采用I D 调节 5. 若用4位共阳极LED 和74LS04构成光报警系统，使最高位发光其余位不发光的报警模型是（ A ）。 A ．1000 B B ．0001B C ．1111B D ．0000B 6. 关于ADC0809中EOC 信号的描述，不正确的说法是（ D ）。 A. EOC 呈高电平，说明转换已经结束 B. EOC 呈高电平，可以向CPU 申请中断 C. EOC 呈高电平，表明数据输出锁存器已被选通 D. EOC 呈低电平，处于转换过程中 7. 采样/保持器的逻辑端接+5V ，输入端从2.3V 变至2.6V,输出端为（ A ）。 A ．从2.3V 变至2.6V B ．从2.3V 变至2.45V 并维持不变 C ．维持在2.3V D ．快速升至2.6V 并维持不变 8. 计算机监督系统（SCC ）中，SCC 计算机的作用是（ B ） A ．接收测量值和管理命令并提供给DDC 计算机 B ．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC 计算机 C ．当DDC 计算机出现故障时，SCC 计算机也无法工作 D ．SCC 计算机与控制无关 《微机控制与接口技术》练习题 一、问答题 1 一个好的工业控制计算机系统应具有哪些主要特点？ 2 常用的工业控制计算机有哪几种？ 3 简述工业PC机的结构。 4 STD总线工业控制机的模板主要有哪些？ 5 什么叫总线？总线分为哪几类？总线由哪几部分组成？ 6 什么是系统总线？常用的系统总线有哪些？ 7 什么是设备总线？常用的设备总线有哪些？ 8 什么是接口？为什么要在CPU与外设之间设置接口？ 9 接口电路的硬件一般由哪几部分组成？ 10 接口电路的结构有哪几种形式？ 11 为什么两个端口可以共用一个端口地址？ 12 CPU与接口之间有哪几种传送数据的方式？ 13 I/O端口地址的编址有哪两种方式，试说明它们的区别。 14 参加I/O端口地址译码的一般有哪些信号线？ 15 什么是中断？定时与中断在微机系统中有什么作用？ 16 什么叫同步通信方式？什么叫异步通信方式？它们各有什么优缺点？ 17 设异步传输时，每个字符对应1个起始位、7个数据位、1个校验位和1个停止位，如果波特率为9600bit/s，则每秒钟能传输的最大字符数是多少？ 二、选择题 1．下列设备系统中，一般不与系统总线直接连接的是（） A. 外设 B.I/O 接口 C.ROM D.RAM 2．RS-232C 接口标准中，规定逻辑“1”MARK 状态电平为（） A.+3V～+15V B.+3V～+5V C. －5V～－3V D.－15V～－3V 3．8255 工作在方式1 输入时，将端口C 的第4 位(PC 4 ) 置位，应执行（）操作。 A.10001000B →端口C B.00010000B →端口C C.10001000B →控制字寄存器 D.00001001B →控制字寄存器 4．串行异步通信协议所规定的一帧数据中，允许最长的一帧数据共有（）位。 A.13 B.7 C.12 D.8 5．CPU与外设交换数据，中断驱动I/O方式，是( ) A. 以CPU为主动方 B. 以存储器为主动方 C. 以外设为主动方 D. 外设直接和存储器交换数据 6．CPU与外设交换数据，当采用程序控制I/O方式时，是( )。 A. 以CPU为主动方 B. 以存储器为主动方 C. 以外设为主动方 D. 外设直接和存储器交换数据 7． 8250接口芯片支持( )通信。 A.异步串行 B.同步串行 C.同步与异步串行 D.并行 8．同步串行通信与异步串行通信比较，以下说法错误的是( ) A.异步通信按字符成帧，同步通信以数据块成帧 计算机控制技术课后习题答案 第一章绪论 1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2 (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)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将 要采取的控制策略。 (3)实时控制：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 .计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。P3 答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。 （2）方块图如下图1.1所示： 图1.1 计算机控制系统的组成框图 作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。其中系统软件 包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基 础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序； ②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。 ③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计 算机控制系统中要考虑实时性？P2 (1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做 出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并 作相应操作的方式。 (2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保 持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，将对 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 （×） 《微机控制与接口技术》期末复习题 一、填空题 1.________________________________________________ 计算机控制系统的发展大致经过三个阶段_______________________________________ 、集中式控制、______ 阶段，目前朝着___________ 和现场总线控制系统的方向发展。 2?微机总线主要由 ______ 、地址总线、_______ 、电源线和地线四部分组成 3. ______ 和 ____ 是微机接口通信中采用的两种通信方式。 4.单片机是将CPU ,RAM,ROM, _________ 、_______ 和串行通讯接口等部件制作在一块 集成芯片中的微型计算机。具有 ________ 、体积小、______ 、功耗低等。 5.CPU对I/O端口地址的编址方式有两种：________ 、 ____ o 6.________________________________ 总线是显示计算机系统中______ 的通道。计算机总线分为_______________________ 、___________________________ 、系 统总线三部分 7.______________________________________ 接口电路具有寻址、输入\输出、、联络、_______________________________________ 等功能。 & CPU和接口电路之间的的数据传送方式主要有________ 、终端传送方式、和______ 传送方式。 9.________________________________________ 工业pc机系统由工业控制主机、、、信号调理模块等组成。 10._________________ 微机接口是与的连接部分，它包括硬件和软件两部分。 二、名词解释 1.中断： 2.串行通信： 3.DSP： 4.屮断系统： 5.可编程的硬件定时： 6.并行通信： 三、简答题 1.可编程中断控制器8259A协助CPU处理哪些中断事务？ 第1章概述 ............................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础 ........................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现 ............................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术 ..................................... 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道 ......................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术 ....................................... 6-1第7章控制系统的组态软件 ................................................. 7-1第8章 DCS集散控制系统.................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案 ........................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用 ............................. 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ........................... 11-1 《计算机控制技术与系统》课程 思考题与习题 第一章绪论 简述计算机控制技术发展史。 简述计算机控制系统的类型、结构和特点。 计算机控制与常规控制主要不同点在哪里 典型计算机控制系统有哪几部分组成，画出方框图。 什么叫做动态系统 对计算机控制系统的基本要求是什么 简述调节系统与跟踪系统（随动系统）的特点。 典型计算机集成制造系统（CIMS）有哪四个功能系统和两个支持系统 第二章过程通道 采样定理对于采样周期的选取有什么意义 写出采样过程的数学描述形式。 影响采样周期选择的因素主要有哪些 多路采样装置的主要作用是什么，常用采样器包括哪些 过程通道的采样周期T是否越小越好，为什么 A转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 2.7A/D转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 简述模入通道结构与各组成部分功能。 简述过程通道的类型和基本功能。 简述开关量通道的基本构成形式和主要作用。 简述开关量通道的抗干扰措施有哪些。 模出通道的类型主要有哪几种，各有什么特点 保持器在过程通道中的作用是什么，举例分析。 某热工过程有16点温度信号，变化范围: 150--850 C, 采用微机监测。 求解问题： 1、 若经A/D 转换后的数字量每个脉冲对应的实际温度小于等于 C , 则A/D 分辨率至少为多少才能保证该精度 2、写出A/D 转换后的数字量与被测点实际温度间关系式。 3、该处理方式零点迁移量为多少 第三章 理论基础 求下图示离散系统脉冲传递函数G(z) 已知采样系统如下图所示，求下图示离散系统脉冲传递函数G(z)和当闭环系统稳定时K 的取值范围。 分析下图所示采样系统，当采样周期T=1，开环增益K=5时的稳定性。 给定传递函数 1 10+s K ，试以10倍的转角频率为近似的截止频率m ω，求满足采样定理的采样频率s ω和采样周期T 。 证明离散系统脉冲响应的z 变换即为离散系统传递函数。 设离散系统结构如下图所示，图中D(z)为数字PID 调节器，其差分方程为 )]2()1(2)([)()]1()([)(-+--++--=k e k e k e K k e K k e k e K k u d i p 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 第1章习题解答 1、冯诺依曼计算机的内涵是什么？这种计算机程序运行是由指令流驱动的还是数据流驱动的？ 答：冯诺依曼计算机的内涵： 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。 数据和计算机指令采用二进制数形式表示，存储在计算机内部存储器中。 计算机工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。事先编制好的由计算机指令组成的程序在执行前先装入存储器，控制器依据程序中的指令顺序周而复始地取出指令、分析指令、执行指令，根据指令的功能进行相应的运算，直到完成全部指令操作为止. 程序的运行是通过指令流来驱动的。 2、微型计算机系统有哪三个层次？试简述它们的内涵及其联系和区别。 答：微型计算机系统的三个层次：微处理器、微型计算机和微型计算机系统。 三者的内涵： 微处理器是利用大规模集成电路技术，将组成计算机的核心部件——运算器和控制器集成在一块硅片上的集成电路，简称MPU，习惯上称CPU。 微型计算机则是以微处理器为核心，配以内存储器、输入/输出（I/O）接口电路，通过总线结构连接而构成的裸机。 微型计算机系统是由微型计算机配以相应的外围设备（如键盘、显示器、打印机、外存储器等）、电源和其他辅助设备(如面板、机架等)，以及控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。 它们三者之间是从局部到全局的关系。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作。只有微型计算机系统才是完整的计算系统，才可正常工作。 3、为什么把微型计算机的基本结构说成是总线结构？试简述总线结构的优点。 答：在微型计算机中，各组成部分之间是通过总线（包括地址总线、数据总线、控制总线）连接在一起而构成一个整体的，它们之间的信息交换也是通过总线进行。CPU通过总线与存储器和I/O接口电路连接，I/O接口和外设也是通过总线连接，即使在CPU内部，它的各功能部件也是通过总线相连的。因此微型计算机的基本结构就是总线结构。 微型计算机采用总线结构后，系统中各功能部件之间的相互关系变为各部件面向总线的单一关系。一个部件只要满足总线标准，就可直接连接到采用这种总线标准的系统中。这使得系统的设计与构造非常方便，同时也便于系统的扩充、升级和维修。 4、微型计算机硬件系统由哪些部分组成？各组成部分的功能是什么？ 答：微型计算机硬件系统主要由CPU、存储器、I/O接口电路、输入/输出设备、总线，以及电源和一些辅助设备构成。 CPU：微机系统的核心部件，是运算和指挥控制中心。 存储器：包括内存和外存，是微机系统的存储和记忆部件，用以存放数据和程序。 I/O接口电路：CPU与输入/输出设备的连接与信息交换不能直接进行，I/O接口电路充当了二者之间的“桥梁”。 输入/输出设备：计算机与外界（人或其他设备，包括另一台计算机）联系和沟通的桥梁，用户通过输入/输出设备与微机系统互相通信。 总线：以上各组成部分是通过总线连接在一起构成一个整体的，各部件之间的信息运载和传输由总线承担。 5、计算机分那几类？各有什么特点？ 答：传统上分为三类：大型主机、小型机、微型机。大型主机一般为高性能的并行处理系统，存储容量大，事物处理能力强，可为众多用户提供服务。小型机具有一定的数据处理能力，提供一定用户规模的信息服务，作为部门的信息服务中心。微型机一般指在办公室或家庭的桌面或可移动的计算系统，体积小、价格低、具有工业化标准体系结构，兼容性好。 6、微处理器应包含的最基本功能部件是哪些? 答: 算术逻辑单元,寄存器阵列,控制器部件。 7、微计算机应包含的最基本功能部件是哪些? 第1章概述.................................................................................................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础.......................................................................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现.............................................................................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术.............................................................................. 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道...................................................................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术.................................................................................. 6-1第7章控制系统的组态软件....................................................................................................... 7-1第8章DCS集散控制系统.......................................................................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案.......................................................................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用............................................................ 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ....................................................... 11-1 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。 一、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。 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。 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。 ------------------------------------------------------------------------------------- 1.计算机系统由和两大部分组成。计算机、生产过程 2.集散控制系统（DCS）的结构模式为：.操作站—控制站—现场仪表 3.变送器输出的信号为或的统一信号。0~10mA、4~20mA 10.采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1、实时的概念不能脱离具体的过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时系统必定是在线系统。 2、典型的工业生产过程可分为：连续过程、离散过程、批量过程。 3、计算机控制系统的典型型式：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、综合自动化控制系统。 4、计算机控制系统的发展趋势：控制系统的网络化、智能化、扁平化、综合化。 5、数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。 6、在计算机控制系统中，模拟量输入通道的任务是把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。 7、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用看门狗、电源监控（掉电检测及保护）、复位等方法。 9、香农采样定理：如果模拟信号（包括噪声干扰在内）频谱的最高频率为f max，只要按照采样频率f≥2f max进行采样，那么采样信号y* (t)就能唯一地复观y(t). 10、程序设计通常分为5个步骤，即问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计。 二、名词解释 信号调理——为了将外部开关量信号输入到计算机、必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。 有源I/V变换——主要是利用有源器件运算放大器、电阻来实现将变送器输出的标准电流信号变换成标电压信号。 积分分离——在PID控制中，为了提高控制性能，当偏差e(k)较大时，取消积分作用（采用PD 控制）；当偏差e(k)较小时才将积分作用投入（采用PID控制）。 模糊集合——在人类思维中，有许多模糊的概念，如大、小、冷、热等，都没有明确的内涵和外延的集合。 软件陷阱——就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。 第1章微型计算机系统 〔习题〕简答题 （2）总线信号分成哪三组信号 （3）PC机主存采用DRAM组成还是SRAM组成 （5）ROM-BIOS是什么 （6）中断是什么 （9）处理器的“取指－译码－执行周期”是指什么 〔解答〕 ②总线信号分成三组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。 ③ PC机主存采用DRAM组成。 ⑤ ROM-BIOS是“基本输入输出系统”，操作系统通过对BIOS 的调用驱动各硬件设备，用户也可以在应用程序中调用BIOS中的许多功能。 ⑥中断是CPU正常执行程序的流程被某种原因打断、并暂时停止，转向执行事先安排好的一段处理程序，待该处理程序结束后仍 返回被中断的指令继续执行的过程。 ⑨指令的处理过程。处理器的“取指—译码—执行周期”是指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。 〔习题〕填空题 （2）Intel 8086支持___________容量主存空间，80486支持___________容量主存空间。 （3）二进制16位共有___________个编码组合，如果一位对应处理器一个地址信号，16位地址信号共能寻址___________容量主存空间。 （9）最初由公司采用Intel 8088处理器和（）操作系统推出PC机。 ② 1MB，4GB ③ 216，64KB （9）IBM,DOS 〔习题〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。 〔解答〕 CPU：CPU也称处理器，是微机的核心。它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。 存储器：存储器是存放程序和数据的部件。 外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（Input）设备和输出（Output）设备，也称I/O设备。I/O设备通过I/O接口与主机连接。 总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。 〔习题〕区别如下概念：助记符、汇编语言、汇编语言程序和汇编程序。 〔解答〕 助记符：人们采用便于记忆、并能描述指令功能的符号来表示机器指令操作码，该符号称为指令助记符。 汇编语言：用助记符表示的指令以及使用它们编写程序的规则就形成汇编语言。 汇编语言程序：用汇编语言书写的程序就是汇编语言程序，或称汇编语言源程序。 计算机控制技术及工程应用复习资料 一、第一章 1）计算机控制系统的监控过程步骤 a.实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入； b.实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策； c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务； 2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？ 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） 监督计算机控制系统（SCC）分散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS） 3）计算机控制装置种类 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；其他控制装置 4）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？ 同：1）计控系统是由常系统演变而来的； 2）两者的结构基本相同 异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化 3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件 二、第二章 1）4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理 假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。根据电流定律，有： 由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式： 考虑到放大器反相端为虚地，故： 选取R fb = R ，可以得到： 对于n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成： 结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb以及基准电压VREF有关。计算机控制技术及应用论文
计算机控制技术考试卷B卷
微机控制与接口技术练习题
计算机控制技术(第二版)课后习题答案(王建华主编)
计算机控制技术考试题及答案
《微机控制与接口技术》期末复习题.doc
计算机控制技术及其应用(丁建强 任晓 卢亚萍)课后答案(网络软件)
计算机控制技术与系统思考题与习题
计算机控制技术试卷及答案
《微机系统原理与接口技术》答案
计算机控制技术及其应用(丁建强任晓卢亚萍)课后规范标准答案
计算机控制技术课后习题答案
计算机控制技术试卷及答案新
微机原理与接口技术课后习题答案
计算机控制技术及工程应用复习资料知识分享
相关主题
文本预览