博士招生考试-2013计算机控制技术

2011-2012学年第一学期《计算机控制系统》试卷A课程代码 BB024045 考试方式闭卷考试时长 100 分钟准做任何标记，否则按作弊论处。

３、考试期间，试卷不准拆开，否则按作弊处理。

４、本套试卷不允许使用计算器。

一、名词解释：（20＝5×4）1、实时性2、采样定理3、频分多路复用4、时分多路复用5、CIMS二、简答题（48＝8×6）1、简述现场总线技术的特点及优点2、模拟量输入/输出通道由那些单元组成?3、何谓采样？采样值为什么要进行数字化处理?4、计算机与外设交换数据的种类及传送方式?5、接口扩展包括哪些内容?各有什么优缺点？6、计算机控制系统的分类有哪些?7、流程工业CIMS的层次结构模型及各层次的作用8、常用传输介质的种类、特点及应用场合三、分析题（22＝8＋7+7）1、分析总结计算机控制系统的设计步骤（8）2、计算机控制系统的干扰源及可采取的抗干扰措施（7）3、简述计算机控制的总体方案设计的主要内容（7）四、计算题（10）某热处理炉温度测量仪表的量程为100～1000℃，在某一时刻计算机采样并经8位A/D数字转换后的数字量为0CDH，求此时温度值为多少？(设仪表量程为线性的)2011-2012学年第一学期《计算机控制系统》试卷A答案课程代码 BB024045 考试方式闭卷考试时长 100 分钟一、名词解释：（20＝5×4）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的时间内对外来事件做出反应的特性。

两个要素：其一：根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间；其二：该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反应。

2、采样定理：只有采样频率大于最高信号频率的2倍，采样信号和连续信号（输入信号）的频谱才是相等的。

3、频分多路复用：由于通讯媒体可使用的频带超过传输信号所需的带宽，因此可将多路信号以不同的载波频率进行调制。

因为各载波频率相互独立，各信号带宽不发生重叠，从而使同一通信媒体可以传输多路信号，这种方法称为频分多路复用。

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. 61H5. 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()()()+()tP DI 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()()kti 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)()()+()kP Di I Te 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 Di I Te 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，PK 为比例增益，I PI TK K T =为积分系数，DD PT K K T =为微分系数。

南阳理工学院课程考试参考答案与评分标准考试课程：计算机控制技术学年学期：2011-2012-2试卷类型：B 考试时间：2012-06-07一、填空题：（每空1分，共20分）1.典型的工业生产过程分为三种：连续过程、离散过程和批量过程。

2.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

3.DDC系统即是直接数字控制系统。

4.以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线。

5.通常认为：I/O总线的速度应为外设速度的3-5倍。

6.全译码法是所有地址线都参与译码，每个芯片的地址范围是唯一的，且地址信息连续，但译码电路较复杂。

7.数字量输入通道的结构包括：输入调理电路、输入缓冲器、输入口地址译码电路等。

8.模拟信号一般不直接送A/D转换器，而加保持器作信号保持。

但是，当A/D转换速度很快且输入信号变化缓慢时可不加(加/不加)保持器。

9.DAC0832常用三种工作方式：直通工作方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

10.智能远程I/O模块是传感器和执行机构与计算机之间的多功能远程I/O单元，专为恶劣环境下的可靠操作而设计。

11.数字程序控制系统由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。

12.直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线，并不是真正的直线。

13.步进电机总移动步数决定于指令脉冲的总数，移动的方向则取决于指令脉冲的相序。

14.步进电机有三相、四相、五相、六相之分，三相步进电机的工作方式主要有：单三拍、双三拍和三相六拍，其三相绕组的通电顺序是：A→AB→B→BC→C→CA→A。

15.数字控制器的连续化设计技术的弊端是：要求相当短的采样周期，因此只能实现较简单的控制算法。

16.所谓最少拍控制就是要求闭环系统对于某种典型输入在最少的采样周期（拍）内达到在采样点上无静差的稳态。

17.有纹波控制系统纹波产生的原因主要是控制量u(t)波动不稳定。

计算机控制技术试题 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-计算机控制技术试题一、填空题（每空2分，共20分）1．闭环控制系统是使被控量有较高的精度。

2．控制系统常常按其开环传送函数中所含积分环节个数来分类，分为“0”型，“I”型系统等。

3．在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母相同。

4．控制系统开环对数频率特性中的截止频率c的大小通常反映系统的快速性，而相位裕度M反映了系统运动的。

5．系统的稳态误差与运动平稳度有关。

6．在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中等三种信号变换最重要。

7．若已给闭环系统的自然频率为n，经验上，采样频率s应取为。

8．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。

9．平均值滤波是对信号y进行m次采样；滤波器的输出)k(y。

二、简答题（每题6分，共30分）1.简述积分饱和的作用及抑制方法。

2.说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围。

3.说明数字PID中积分单元参数对控制性能的影响及PID调整的简单思想。

4.说明最小拍无差控制系统的特点及应用范围。

5.简单说明大林算法及使用场合。

简述常态干扰的抑制方法。

简述计算机控制系统的典型形式。

1．已知闭环系统如图1所示，试问：1）若R(s)为单位斜坡函数时，其稳态误差为多少？2）若N(s)为单位阶跃函数时，其稳态误差为多少？3）R(s)、 N(s)同时作用时，总误差为多少？（不必进行具体计算）2．已知A点信号如图2所示，试画出B点、C点的信号图形，设采样周期T=/2。

3．计算机控制系统在选择A／D变换器时应注意哪几项指标这些性能指标应根据什么原则选取4．已知如下两种串联环节，试写出其输出与输入之间的传递函数G(z)。

（已知 Z[1/s]=)1z (z- Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2）5．已知x(t)=+5sin3t) 采样周期T=2/3，试求 采样信号x *(t)。

计算机控制技术（A）一、单选题1.(2分)LCD显示的关键技术是解决驱动问题，正确的作法是（）。

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参考答案：D2.(2分)计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（）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计算机与控制无关参考答案：B3.(2分)在计算机控制系统中，T的确定十分重要，原因是（）。

A. T太大，系统精度不够B. T太大，积分作用过强C. T太小，微分作用太强D. T太小，积分作用过弱参考答案：A4.(2分)RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（）。

A. 0.3 伏以下B. 0.7伏以上C. -3伏以下D. +3伏以上参考答案：C5.(2分)RS—232C的电气特性规定使用( )。

A. TTL电平B. CMOS电平C. 正逻辑电平D. 逻辑电平参考答案：D6.(2分)步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（）。

A. 步进电机可以直接接受数字量B. 步进电机可以直接接受模拟量C. 步进电机可实现转角和直线定位D. 步进电机可实现顺时针、逆时针转动参考答案：B7.(2分)防止抖动是能否正确读取键值的必要环节，实现方法是（）。

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参考答案：A8.(2分)采用ADC0809构成模拟量输入通道,ADC0809在其中起（）作用。

A. 模拟量到数字量的转换B. 数字量到模拟量的转换C. 模拟量到数字量的转换和采样/保持器D. 模拟量到数字量的转换和多路开关参考答案：A9.(2分)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。

目录目录 (1)第1章计算机控制系统概述 (1)一、填空题 (1)二、选择题 (1)三、判断题 (1)四、简答题 (2)五、画图题 (2)第2章模拟量输出通道 (3)一、填空 (3)二、选择题 (3)三、判断题 (3)四、简答题 (4)第3章模拟量输入通道 (5)一、填空 (5)二、选择题 (5)三、判断题 (6)四、简答题 (7)五、读图分析题 (7)第4章数字量输入/输出通道 (8)一、填空题 (8)二、选择题 (8)三、判断题 (8)四、简答题 (9)五、读图分析题 (9)第5章键盘及其接口技术 (10)一、填空题 (10)二、选择题 (10)三、判断题 (11)四、简答题 (11)第6章显示器及其接口技术 (12)一、填空题 (12)二、选择题 (12)三、判断题 (12)四、简答题 (12)五、读图分析题 (13)第7章数据处理技术 (14)一、填空题 (14)二、选择题 (14)三、判断题 (15)四、简答题 (15)五、计算题 (15)第8章抗干扰技术 (16)一、填空题 (16)二、选择题 (16)三、判断题 (16)四、简答题 (16)第9章数字控制器的设计 (17)一、填空题 (17)二、选择题 (17)三、简答题 (17)五、计算题 (18)第10章控制网络技术 (19)一、填空题 (19)二、选择题 (19)三、判断题 (19)四、简答题 (19)五、作图题 (20)第11章IPC与PLC (21)一、填空题 (21)二、简答题 (21)第12章DCS与FCS (22)一、填空题 (22)二、判断题 (22)三、简答题 (22)第13章监控组态软件 (23)一、填空题 (23)第14章控制系统的设计与工程实现 (24)一、填空题 (24)二、简答题 (24)第1章计算机控制系统概述第1章计算机控制系统概述一、填空题1.按是否有反馈信号，自动控制系统一般分为系统和系统。

2.闭环控制系统较开环控制系统增加了一个环节和一个来自被控参数的信号。

一、D/A转换电路理解题图1所示电路是某D/A转换电路，参考电压VREF=10V。

推导输出电压V X9与数字量N的定量关系表达式，当N分别为3、128、253时V X9的值。

（设Rfb=R=15KΩ）图1 某D/A转换电路原理图二、扫描显示理解题图2所示电路是某8位扫描显示电路的部分电路，针对STC89C52单片机，采用大系统扩展总线，晶体频率11.0592MHz，期望扫描显示且扫描周期16ms，规定使用T0定时中断并且在中断服务程序执行扫描显示，问：(1) 写出时间常数计算过程，然后编写对T0进行初始化的程序。

(2)如果从右到左扫描显示，用图表达显示原理；(3)根据经验，没有闪烁感的扫描显示周期为多少？图2 某8位扫描显示电路的部分电路原理图三、A/D转换电路理解题图3所示电路是某A/D转换电路，图4是单片机及其部分外围电路，要求：(1)定量推导ADC0809的CLOCK引脚上的频率；(2)定量分析ADC0809的各个端口地址及读写类型(规定未用地址取1)。

图3 某A/D转换电路原理图图4 STC89C52单片机电路原理图四、数学模型推导题图5所示电路是一阶高通滤波RC电路，要求：(1)写出一阶微分方程；(2)采用后向差分法将该微分方程离散化成一阶差分方程；(3)指出用迭代算法的需要资源和运算量。

X(s) Y(s)图5 一阶高通滤波RC电路五、程序设计和分析题1．试用C51设计位置型不完全微分PID子程序，假设已经定义的变量和参数如表1所示，要求该子程序包含迭代操作。

2．画出下列程序的流程框图。

void t0(void) interrupt 1 using 1{ TH0=0xfb;TL0=0x80;if(M==8){ AD0=0x00;new_cycle_flag=1;M=0;while(EOC==0);r_kT=AD0;}Displaydata=dispbuf[M];Displaybit=Dispbit[M];M++;}六、测试实验题图6所示照片是某种PID改进算法控制得到的波形照片反色后的图片，水平方向每小格5个数据刷新点，数据刷新周期是8ms，试从图6的曲线测量出上升时间、峰值时间、调节时间、最大超调量、振荡次数、稳态误差，写出测量过程。

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。

P122. 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。

P213. 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。

P394. 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。

P635. 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。

P1046. 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。

P1377. 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。

P1778. 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。

P1999. 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。

P23210. 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。

填空题（合计20分, 每题2分）1.工业控制机是指按生产过程控制旳特点和规定而设计旳计算机, 它包括硬件和软件两个构成部分。

2.计算机控制系统中常用旳控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调整器等。

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通道模拟开关旳8位逐次迫近式A/D转换器。

5.模拟量输入通道旳任务是把从系统中检测到旳模拟信号, 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.按极点配置设计旳控制器一般有两部分构成, 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措施。

9.线性表、数组、堆栈和队列旳共同特点是规定持续旳存储单元来次序寄存数据元素。

10.计算机控制系统旳输入变送器和输出执行机构旳信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。

二、名词解释（合计30分, 每题5分）1.采样过程按一定旳时间间隔T, 把时间上持续和幅值上也持续旳模拟信号, 变成在时刻0、T、2T、…kT旳一连串脉冲输出信号旳过程。

2.地线是信号电流流回信号源旳地阻抗途径。

”3.数字程序控制就是计算机根据输入旳指令和数据, 控制生产机械(如多种加工机床)按规定旳工作次序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完毕工作旳自动控制4.数据是描述客观事物旳数、字符, 以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理旳符号旳集合。

5.积分饱和假如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差分方程式所得旳运算成果继续增大或减小, 但执行机构已无对应旳动作三、选择题（合计15分, 每题3分）1.下列不属于数字控制方式旳是（ C ）A.点位控制B.直线控制C.网格控制D.轮廓控制2.8位旳A/D转换器辨别率为（ C ）A.0.01587B.0.007874C.0.003922D.0.00097753.专家控制系统大体可以分为（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.①②③⑤B.②④⑤C.②③④⑤D.①③④⑤4.一种8位旳A/D转换器(量化精度0.1%), 孔径时间3.18µm, 假如规定转换误差在转换精度内, 则容许转换旳正弦波模拟信号旳最大频率为（ B ）A.5HzB.50HzC.100HzD.500Hz5.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旳电压送至ADC0809, ADC0809旳输入范围为0~5V, 当t=KT时, ADC0809旳转换成果为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。

《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。

西安交通大学现代远程教育考试卷成绩课程：计算机控制技术专业班号考试日期姓名学号年月日期中|期末|注：所有答题都写在答题纸上。

、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2.3.4.5. C. 减少 D. 不确定已知离散系统脉冲传递函数为A. 稳定B.z 0.5（z-1.2）（z98），则该系统是（）的。

临界稳定C. 稳定性不确定当系统中还有零阶保持器时,A.无关C. 的关系不确定D.不稳定系统的稳态误差与采样周期（）。

B.有关D.以上都不是字符C的ASCII码为43H,字符c的ASCII码为（）。

A . 43HC . 62H D. 61HB. 63H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.10000001C.00001110D.00001101二、分析计算题11. （20分）模拟PID调节器的传递函数为D（s）= K P（V一T D S）。

当采样周期T i S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。

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