计算机控制技术4-3

《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1．填空题(1) 闭环控制系统，开环控制系统(2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出(3) 计算机，生产过程(4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道(5) 系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。

计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。

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、电气开关等装置。

(2)操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。

适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。

其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。

直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。

能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。

监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。

其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。

SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。

集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。

缺点是系统比较复杂。

计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。

一、绪论（2~4学时）1.计算机控制系统的一般概念2.计算机控制系统的分类3.计算机控制系统的设计与实现4.计算机控制系统的发展概况与趋势二、总线技术（4~6学时）1.计算机总线的一般概述2.计算机总线的体系结构3.内部总线4.外部总线三、输入输出接口技术（4~6学时）1.模拟量输出接口2.模拟量输入接口3.开关量输入输出接口4.人机接口四、数据通信技术（4~6学时）1.数据通信的基础知识2.数据通信设备3.数据通信中的检错与纠错五、计算机网络技术（6~8学时）1.计算机网络概述2.计算机局域网络3.计算机网络互连及其协议4.控制系统中计算机网络体系结构六、控制策略（8~10学时）1.数字滤波和数据处理2.数字PID控制算法3.基于数字PID控制的多回路控制系统4.模型预测控制5.模糊控制6.控制策略的工程实现七、控制系统软件（4~6学时）1.计算机控制系统软件概述2.计算机操作系统3.实用数据结构4.计算机控制系统应用软件5.商品化的工业控制软件简介八、数据库技术（4~6学时）1.计算机控制系统与数据库2.数据库技术概述3.计算机控制系统中的数据库4.基于关系模型的数据库5.关系数据库的设计和应用6.数据库的接口设计九、计算机集散系统（DCS）（4~6学时）1.计算机集散控制系统(DCS)概念2.计算机集散控制系统的体系结构3.计算机集散控制系统的硬件结构4.计算机集散控制系统中的软件技术5.DCS通讯接口6.计算机集散控制系统及应用的发展趋势十、计算机控制系统的设计与实施（6~8学时）1.过程计算机控制系统设计原则和步骤2.过程计算机控制系统的设计与实施3.计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术4.过程计算机控制系统的应用实例十一、现场总线技术（6~8学时）1.现场总线概述简介、发展与趋势、技术特点、优点、FCS2.现场总线标准七层模型、物理层标准、其它层次协议3.目前几类有影响的现场总线FF、Lonworks、HART、CAN 、Profibus等4.现场总线的应用举例十二、计算机集成控制系统CIMS简介（4~6学时）1.概述CIMS的概念、流程CIMS与离散CIMS之比较2.流程工业CIMS的体系结构功能结构及递阶层次、ERP与MES、间歇方式的影响3.核心问题及关键技术系统集成、系统优化、环境集成、功能集成4.设计举例。

|3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么由四部分组成。

图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。

其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。

—(4)检测与执行机构a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。

b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。

例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。

实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱及“THKKL-5”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。

二、实验设备1．THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱；2．PC 机一台(含“THKKL-5”软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线。

三、实验内容1．设计并组建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。

四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。

熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。

本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。

图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。

1．比例（P ）环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。

图1-1 它的传递函数与方框图分别为：KS U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。

2．积分（I ）环节 图1-2积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。

它的传递函数与方框图分别为：设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。

TsS U S Us G i O1)()()(==图1-33．比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CSR R R CSR CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。

计算机控制技术复习总结
一、计算机控制技术
计算机控制技术是处理自动化控制系统的一种技术，它可以控制外部设备、测量参数和控制变量，从而实现设计目标。

计算机控制技术主要涉及到对自动化控制系统的模型及结构、系统设计、信号处理、计算机控制算法和硬件技术等多个方面。

1、模型及结构
2、系统设计
系统设计是指选择适当的控制系统以及其组件，组成系统，达到设计要求。

系统设计需要考虑的因素有系统的实验数据、实际控制要求、安全性、精度等。

3、信号处理
信号处理指通过信号极化、误差补偿、延迟、非线性处理等方法，使控制系统的信号在到达控制端时，达到最佳控制效果。

4、计算机控制算法
5、硬件技术
硬件是指控制系统的硬件组件，合理组合各种硬件组件，形成安全可靠的自动控制系统是所有计算机控制技术的重要基础。

二、应用。

《计算机控制技术》课程标准一、教学对象适用于电气自动化专业学生。

二、建议课时及学分建议课时：64学时学分：4三、先修和后续课程先修课程：《现代检测技术》后续课程：《生产实习》《顶岗实习》四、课程性质《计算机控制技术》是电气自动化技术专业的一门专业支撑课。

本课程旨在培养学生计算机监控组态软件的基本应用能力、培养学生应用计算机监控终端对自动化生产过程中数据实时监管能力、计算机接口设备的调试能力、计算机监控系统的通信链路调试能力。

五、教学目标1.计算机控制系统的整体认识能力通过安装与使用计算机控制系统组态软件，使学生掌握计算机控制技术标准、组成、结构、传输介质的能力，能够进行计算机控制系统的对全程自动化生产的实时管控与障碍报修处理能力。

2.计算机控制终端的基本应用能力通过组态软件的编译流程以及VB面向对象控制编程语言编译累加器，使学生针对用户所需求的分析能力，能够正确应对生产对象进行全过程实时监管，对突发隐情及时处理能力。

3. 计算机监控系统的测试验收能力通过组态软件连接PC与PC之间通信，使学生掌握对数据传输通道、对象临检参数进行测试，对自动化生产线计算机监控系统进行验收的能力。

4. 计算机控制系统的管理维护能力通过安装RS232C通信串口与应用串口调试助手，使学生掌握监控节点组态分布、设备项目管理的能力，使学生能够进行计算机控制系统运行维护能力。

六、能力要求1.计算机控制系统的整体认识能力能够在20分钟内绘制检测与控制结构图，在2分钟内识别区分出各种同轴电缆、双绞线、光纤三种传输介质，在30分钟内能够根据不同的计算机控制系统选择最佳的数据传输介质，在30分钟内能够根据不同的生产环境进行合理设计计算机控制系统结构。

2.计算机控制终端的基本应用能力能对生产企业、商业大厦、居民小区等不同场所的计算机控制设备进行合理配置与应用，包括：30分钟内制定出设备数据采集点的种类、数量、分布情况、2分钟内选出应用传感器的类型；30分钟内应用组态软件对采集信息进行收集存储。

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，将对生产过程造成影响甚至造成损害。

4. 计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？P4~7（1）操作指导系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。

缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制多个对象。

（2）直接数字控制系统(DDC)优点：实时性好、可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。

《计算机控制技术》复习资料一、填空题1、计算机控制是自动控制发展中的（高级）阶段，是自动控制的（重要分支）。

2、计算机在信息处理、（逻辑分析）、决策判断、（输入输出）管理等各个方面显示出突出的优点。

3、计算机控制系统利用计算机的（硬件）和（软件）代替自动控制系统的控制器。

4、自动控制是指在（没有人）直接参与的前提下，应用（控制装置）自动地、有目的地控制或操纵机器设备或生产过程，使他们具备相应的功能。

5、在控制系统中如果给定值是（恒定不变）的，则此系统称为（定值）控制系统。

6、若系统控制（变量）的变化规律为已知函数，并被事先确定，则此类控制为（程序）控制系统。

7、广义上说系统的给定信号和扰动都可以看作是系统外作用信号，给定信号（决定）着系统输出量的变化；而扰动则（破坏）给定信号对系统输出量的控制。

8、计算机控制过程是在（外部）作用下使系统由一个平衡或稳定状态过渡到另一个（平衡或稳定）状态的过程，称为瞬态过程或系统响应。

9、自动控制的瞬态过程有两种典型形式，一种是（收敛）的，对应的系统运行是稳定的；另一种是（发散）的，对应的系统是不稳定的。

10、在计算机控制系统中为了达到控制目标，可以采用（模拟）化设计方法和（离散）化设计方法来设计控制器。

11、工业控制计算机是一种面向工业控制、采用标准（总线）技术和开放式( 体系)结构的计算机。

12、计算机各功能模板之间的内部总线可以分为：（数据）总线、( 地址)总线、控制总线、电源总线。

13、外部总线是计算机与计算机或计算机与其他（智能）设备之间进行( 通信)的连线。

14、典型的工业控制计算机IPC应具备抗（电磁）干扰、防震、防潮、( 耐高温)等性能。

15、可编程序控制器是（继电器）逻辑控制系统与( 微型)计算机技术相结合的产物。

16、大多数PLC采用继电控制形式的（梯形图）编程方式，继承了传统(控制)线路的清晰直观容易掌握。

17、整体式的（PLC）把电源、CPU、内存、I/O系统都( 集成)在一个小箱体内构成一台完整的PLC。

《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxx《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1.填空题(1) 闭环控制系统,开环控制系统（2) 实时数据采集，实时决策控制,实时控制输出(3) 计算机，生产过程(４) 模拟量输入通道,数字量输入通道,模拟量输出通道，数字量输出通道(5）系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) Ｂ（３) C （４） A (5）Ｂ3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D／Ａ转换器等器件，就构成了计算机控制系统,其基本框图如图所示.计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机)和生产过程两大部分组成。

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、电气开关等装置。

(2）操作指导控制系统:其优点是控制过程简单,且安全可靠。

适用于控制规律不是很清楚的系统,或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。

其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快,控制的回路也不能太多,不能充分发挥计算机的作用。

ﻩ直接数字控制系统:设计灵活方便,经济可靠。

能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。

监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制,还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。

其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制．SCC+DＤＣ的控制系统，更接近于生产实际，系统简单,使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难.集散控制系统：又称分布式控制系统,具有通用性强、系统组态灵活,控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中,调试方便,运行安全可靠,提高生产自动化水平和管理水平,提高劳动生产率等优点．缺点是系统比较复杂.计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。

计算机控制技术练习题（附答案）一、填空题（每空2分，共20分）1．闭环负反馈控制的基本特征是。

2．闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母。

3．惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输出量不能突变，而是按变化。

4．静态误差系数是系统在典型外作用下精度的指标，静态误差系数越大，精度。

5．系统的相稳定裕度?M，定义为开环频率特性在截止频率?c处。

6．离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的有关。

7．零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性φ(?)= 。

8．若已知闭环系统自然频率为?n，经验上，采样频率?s应取。

9．通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为。

10．为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入。

二、选择题(每题2分，共10分)1．在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将。

A 增大；B 减小；C 不变。

2．控制算法直接编排实现与串联编排实现相比，有限字长所引起的量化误差。

A 较大；B 较小；C 相当。

3．某系统的Z传递函数为G(z) = 0.5(z+0.5) / (z+1.2)(z-0.5) ，可知该系统是。

A稳定的；B不稳定的；C 临界稳定的。

4．若以电机轴的转角为输入量，电机轴的转速为输出量，则它的传递函数为环节。

A 积分；B 微分；C 惯性。

5．在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应传感器的精度。

A 大于；B 小于；C 等于。

三、简答题（每小题5分，共20分）1．图1为水箱水位自动控制系统，试说明基本工作原理。

图12．已知单位负反馈闭环控制系统的单位阶跃响应的稳态误差为0.1，试问该系统为几型系统，系统的开环放大系数为多少3．试简单说明系统稳定性与稳态误差相互矛盾的关系。

4．试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定理，采样后将会变成何种信号。

四、（10分）已知单位负反馈系统开环传递函数为G(s)=?n 2/s(s+2??n )实测求得单位阶跃响应的?%=4.3%，t s =2.5秒，试写出闭环传递函数并求?n ，?为多少。

《计算机控制技术》复习资料1一、填空题1、在计算机控制系统几种典型的应用中系统是开环的控制结构，系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，系统能自动的改变给定值，使生产过程达到最优。

2、STD总线是一种规模最小，面向工业控制，设计周密的位系统总线，VME总线是1981年推出的第一代位工业开放标准总线。

3、D/A转换器的转换原理可以归纳为“按权展开，然后相加”，因此D/A转换器内部必须要有一个，以实现按权值分别进行D/A转换。

4、数控系统由输入装置、输出装置、和 4部分组成，其一般步骤是曲线分割、、。

5、PID控制中积分饱和会引起输出超调使系统不稳定，通常改进的方法有法、法和有限偏差法。

6、根据步进电机的结构分析可知，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，改变步进电机的可以改变其运行方式；改变，可以控制步进电机的正、反转。

7、达林算法的目标是设计合适的数字控制器D(z)，使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望为一个和相串联，并期望闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。

8、在连续系统中，表示输入信号和输出信号关系的数学模型用和来描述；在离散系统中，则用、和离散状态空间表达式来描述。

二、简答题1、过程输入输出通道与主机交换的信息类型有哪些？2、画出数字量输入/输出通道的结构。

3、什么是共模干扰？抑制共模干扰的措施有哪些？4、振铃现象是怎样产生的？它有什么危害？应怎样克服？5、简述冗余技术及其分类。

答案一、填空题1、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统；2、8、32；3、解码网络；4、控制器、插补器、插补计算、折线逼近；5、遇限削弱积分法、积分分离法；6、各相的通电方式或脉冲分配、通电顺序；7、纯滞后环节、一阶惯性环节（顺序可互换）；8、微分方程、传递函数、差分方程、脉冲传递函数。

二、简答题1、答：1）数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，包括数字量和模拟量。

2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。

计算机控制技术本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《微型计算机控制技术》（于海生等主编，清华大学出版社，1999年3月第一版）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的特点和教学规律进行编写，适用于电气工程及其自动化专业专升本学生。

计算机控制技术是为了适应计算机的工业控制领域的需要而发展起来的一门专业技术，主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。

随着我国电力工业的发展，计算机及自动化控制技术在电力系统中的应用越来越广泛，本课程将帮助学生理解现有的自动控制设备的原理，提高对此类产品的认识，更好的利用这些设备或设计出相应的满足电力系统要求的控制设备。

学习本课程需首先具备一定的计算机软（汇编和C语言程序设计）、硬件（计算机构成、原理）知识，模拟、数字电子技术知识，以及自动控制理论的相关知识。

学完本课程后，应当结合实际设备进行深入的理解。

通过对本门课程的学习，学生应了解：计算机控制系统的发展及现状；计算机控制系统的在过程控制中的作用，及在本专业应用；主要模板的性能与应用范围；计算机控制系统中的复杂控制技术。

通过本门课程的学习，学生应熟悉：数字程序控制系统技术；计算机控制系统的初步分析、设计方法；能完成简单计算机控制系统构成、实时软件编制；计算机控制系统调试维护的基本知识。

通过本门课程的学习，学生应掌握：模拟自动控制系统与计算机控制系统的区别；计算机控制系统的分类及其特点；计算机控制系统的输入/输出通道的构成，及主要参数的选择；计算机控制系统中的常规控制技术（如PID控制器的设计）；分散型控制系统（DCS）与现场总线（Fieldbus）技术。

11、本章学习要求本章应熟悉的内容有计算机技术、计算机控制理论的发展过程和计算机控制系统的发展趋势；应掌握的内容有：计算机控制系统的典型形式、工业控制机的特点和工业控制机的总线结构；应熟悉掌握的内容有：工业控制机的硬件组成及软件组成、计算机控制系统的工作原理。