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计算机控制系统(第二版)李元春主编第三章习题

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计算机控制技术(第2版)部分课后题答案

计算机控制技术(第2版)部分课后题答案

}第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的画出方框图并说明各部分的作用。

答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。

1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。

2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。

3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。

2、计算机控制系统中的实时性、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（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）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。

3.计算机控制系统有哪几种典型形式各有什么主要特点（1）操作指导控制系统（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，不能控制对象。

（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）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。

（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。

（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。

（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。

}第二章1、什么是工业控制计算机它们有哪些特点答：工业控制计算机是将PC机的CPU高速处理性能和良好的开放式的总线结构体系引入到控制领域，是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。

计算机控制技术习题

计算机控制技术习题

第一章概述2、控制的本质是什么？[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。

控制过程本质上是一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。

控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反馈信息、指令信息、执行信息等，通常由电子或机械的信号来表示。

3、自动控制中有哪些基本问题？[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。

自动控制中的基本问题包括：自动控制系统的结构、过程、目标和品质等。

结构包括组成及其关系两个部分；控制过程主要为一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等；目标规则体现了系统的功能；控制品质即为控制的质量，可通过系统的性能指标来评价。

6、一个典型的计算机控制系统由哪些部分组成？它们的关系如何？[指导信息]:参见1.2.1 计算机控制系统的结构。

计算机系统分为硬件系统和软件系统，硬件系统包括计算机、输入输出接口、过程通道(输入通道和输出通道)、外部设备(交互设备和通信设备等)，软件系统包括系统软件和应用软件，其中计算机系统作为控制单元，见图 1 6所示。

设计人员管理人员操作人员其他系统典型计算机控制系统的结构框图7、计算机控制系统有哪些分类？试比较DDC、SCC、DCS和FCS的各自特点。

[指导信息]:参见1.2.2计算机控制系统的分类。

分类方法有：按系统结构的分类、按控制器与被控对象的关系分类、按计算机在控制系统中的地位和工作方式分类、按控制规律分类。

其中DDC(Direct Digital Control)、SCC(Supervisory Computer Control)、DCS(Distributed Control System) 和FCS(Field bus Control System)是按计算机在控制系统中的地位和工作方式来分类的。

DDC中的计算机直接承担现场的检测、运算、控制任务，相当于“一线员工”。

SCC系统中的SCC计算机主要完成监督控制，指挥下级DDC计算机完成现场的控制，相当于“车间主任”或“线长”。

计算机控制系统习题参考答案

计算机控制系统习题参考答案

4) 集散控制系统：分散控制，集中操作，分级管理，综合协调，实现高级复杂的控制。 系统成本较高，且各厂商的 DCS 有各自的标准，不能互联。
2
计算机控制系统习题参考答案
5) 现场总线控制系统：分散控制，环境适应性强，维护简易，成本低，可靠性高，并且 在同一国际标准下可实现真正的开放式互联系统结构。
1) 增量型算法无需累加，计算误差或计算精度问题对控制量的计算影响较小；而位置型
算法要用到过去误差的所有累加值，容易产生大的累加误差。
2) 增量型算法得出的是控制量的增量，误动作影响小；而位置型是控制量的全量输出，
误动作影响大。
3) 增量型算法可实现手动到自动的无冲击切换。
4-4 什么叫积分饱和作用？它是怎样引起的，如何消除？ 如果执行机构已到达极限位置，仍不能消除静差时，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。 在控制过程的起动、结束、大幅度增减设定值或出现较大扰动时，短时间内系统的 输出会出现很大的偏差，这些偏差经过积分项累加，有可能使控制量超出执行机构的极 限位置，因而不能按照控制量的要求动作，产生饱和效应，使系统输出出现较大的超调 和长时间的波动。 消除方法：可采用积分分离式 PID 控制算法，其基本思想是大偏差时，去掉积分作 用，以免积分作用使系统稳定性变差；小偏差时，投入积分作用，以便消除静差，提高 控制精度。亦可采用变速积分 PID 控制算法，其基本思想是设法改变积分项的累加速度，
1)
f(t)=a mt
* -k mT -1 2mT -2 Z [ f(t) ] =Z f (t) = ∑ f(kT)z =1+a z +a z +... k=0 ∞

计算机控制系统康博李云霞课后习题答案

计算机控制系统康博李云霞课后习题答案
(1) 解：（ 1）令 ?
?x1 ( k ) = y( k ) - u ( k ) ?x 2 (k ) = x1 ( k + 1)
则
? x1 ( k + 1) = x2 ( k ) ? ? x2 ( k ) = y (k + 2 ) - u ( k + 2 ) = - 0 .16 x1 ( k ) - x2 ( k ) - 0 . 16u ( k ) 且： y (k ) = x1 ( k ) + u ( k )
[
-T
-T
-T
-1
]z
-1
[
]
3.2 求下列函数的 ｚ反变换。 解：（ 1）
k f (kT ) = 0.4 ， k = 0,1, 2, "
5 25 ? ? z z? ?5 -1 6 4 12 4 12 （ 2） F ( z ) = ? + + =z ? + + z z - 1 z - 0 .6 ? 6 z - 1 z - 0 .6 ? ? ? ? ? -
)
y(∞) = lim 1- z ) Y ( z) = lim (z - 1) ( z→ 1 z →1
3.9 求下述系统的状态空间表达式。
-1
0.6 z =1 ( z - 1)( z - 0.4)
y( k + 2) + y ( k + 1) + 0.16 y( k ) = u( k + 1) + u (k + 2) (2) y( k + 3) + 4 y( k + 2) + 2 y (k + 1 ) + 5 y( k ) = u ( k )

计算机控制系习题与答案李元春习题答案

计算机控制系习题与答案李元春习题答案
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。
第二章习题案
2.5 光电耦合器的注意事项：
,
则0对f(t)进行周。期采即样在且采任样角意频t率0时刻时，，连续信函号数f(t)可以由采样
1这1 种方函案数的的表设示积计为简分：洁、或可。靠函性高数，的在转强换精度度为、线1性。度、根温据度漂移函、数通道的数等这可个以满性足要质求，的情对况下任，意应优连先考续虑函采用数；
1信52号光采电样唯耦定一合f理(确器t:)如定的和果，注任连亦意续即事意信项号：整可f(t以)数具无有k失有有真限地频恢谱 复 ，f( 其tf)。最(t高)频(率t为k, T )则d对f( tt)进f行(周k期T 采)样其且中采样，角频T率为采时样，周连续期信号。f(t)可以由采样
第二章习题答案
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。
第二种方案是多通道复用一个D/A转换器，并辅以多路模拟开关和采 样保持放大器来实现，如图2.34所示。这个方案是由计算机通过多路模 拟开关分时地把一个D/A转换器的输出送至各个采样保持放大器，并由 保持电容对模拟量信号进行保持。该方案优点是成本较低，缺点是电路 结构复杂、精度低、可靠性差，受运算放大器的输入阻抗、模拟开关和 保持电容的漏电阻等因素的影响，导致保持电容上的电压信号逐渐衰减， 需要计算机定时刷新输出，也因此占用了CPU的大量时间。此方案适用 于输出通道不多且对速度要求不高的场合。

【第二版】计算机控制系统(康波 李云霞)第3章

【第二版】计算机控制系统(康波 李云霞)第3章
i 1
i 1 n n
函数线性组合的Z变换，等于各函数Z变换的线 性组合。
3.2.1 Z变换的性质

滞后定理 (右偏移)
设：在t<0时连续函数f (t)的值为零，其Z变换为F (Z)， 即：
Z [ f (t )] F ( z )
则：
Z [ f ( t n T )] z
n
F (z)
原函数在时域中延迟几个采样周期，相当于在象 n n 函数上乘以 z ，算子 z 的含义可表示时域中时 滞环节，把脉冲延迟n个周期。
F (s)有m重极点p，设p为单一m重极点：
Bm B1 B2 F (s) ... 2 s p (s p) (s p)m d m Bm ( s p ) F ( s ) s p Bm 1 ( s p ) m F ( s ) dsm 1
s p
s p
..., ...
f *( t )
f ( kT ) (t kT )
k 0


对其两边进行拉氏变换 L[ f * (t )] F * (s) L f (kT ) (t kT ) f (kT )ekTs k 0 k 0 令：z k
e
Ts
则：Z [ f ( t )] F ( z )
第三章 计算机控制系统的数学描述
内容提要
3.1 离散系统的时域描述---差分方程 3.2 Z变换 3.3 Z反变换 3.4 离散系统的脉冲传递函数 3.5 离散系统的方块图分析 3.6 离散系统的状态空间表达
3.1 离散系统的时域描述---差分方程

线性连续系统的分析方法：
微分方程
拉氏 变换
S 域代数方程

计算机控制系统课后答案 (3)

计算机控制系统课后答案问题1：什么是计算机控制系统？计算机控制系统是指利用计算机技术对物理过程或机械设备进行监控、控制和管理的系统。

它由计算机硬件、软件和工程配套设备等多个组成部分构成。

计算机控制系统具有实时性好、反应速度快、准确性高等特点，广泛应用于各种工业自动化领域。

问题2：计算机控制系统的组成部分有哪些？计算机控制系统由以下几个部分组成：1.传感器和执行器：传感器用于感知物理过程的状态和参数，并将其转换为电信号，以便计算机能够处理。

执行器根据计算机的指令来执行控制动作，控制物理过程或机械设备的运行。

2.计算机硬件：包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出接口等。

计算机硬件负责接收传感器采集的数据，并根据预设的算法进行处理和判断，进而控制执行器的动作。

3.计算机软件：包括控制算法、界面程序等。

控制算法根据输入的传感器数据进行计算和判断，生成相应的控制指令。

界面程序提供控制系统的人机交互界面，使操作员能够对系统进行监控和控制。

4.工程配套设备：包括可编程逻辑控制器（PLC）、仪表仪器等。

这些设备与计算机系统相连，作为中间装置，用于完成不同领域的控制任务。

问题3：计算机控制系统的工作原理是什么？计算机控制系统的工作原理是通过传感器采集物理过程的状态和参数，将其转换为电信号输入到计算机系统中。

计算机根据预设的控制算法，对输入的数据进行处理和判断，生成相应的控制指令。

这些控制指令通过输出接口发送给执行器，执行器根据指令来执行相应的控制动作，从而实现对物理过程或机械设备的控制。

计算机的工作过程可以理解为以下几个步骤：1.信号采集：传感器采集物理过程的状态和参数，并将其转换为电信号。

2.信号处理：计算机系统接收传感器的电信号，对其进行滤波、放大、数字量化等处理，以获取准确的数据。

3.控制计算：根据输入的数据，计算机系统进行控制算法的计算和判断，生成相应的控制指令。

4.控制输出：控制指令通过输出接口发送给执行器，执行器根据指令来执行相应的控制动作。

计算机控制技术习题参考答案

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。

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(2)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+DD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。

计算机控制系统习题答案


（ c ）由系统结构图
C ( z ) NG2 ( z ) R ( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) E ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) E ( z ) R( z ) C ( z ) NG2 ( z ) R( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) R ( z ) C ( z ) C ( z) NG2 ( z ) R( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) R ( z ) 1 DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) 1 DD1 ( z )GhG1G2 ( z )
1
计算机监督控制 SCC 系统有两种类型，一种是 SCC+模拟调节器，另一种是 SCC+DDC 控制系统。SCC 的优点是不仅可进行复杂控制规律的控制，而且工作可靠性高，当 SCC 出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。 1.4 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ 解答：(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。 1.5 如果按应用场合分类，计算机控制系统大致可以分为几类？各有什么主要特点？ 解答： （1）数据采集与监视控制系统。特点：机构简单，控制灵活安全，特别适应于未 摸清控制规律的系统，常被用于计算机控制系统研究的初级阶段，或用于试验新的数学 模型和调制新的控制程序等。 （2）直接数字控制系统。特点：a、控制灵活。只要改变算法程序，就可以方便地改变 控制方法，无需改变系统任何硬件。b、可以有效地实现较复杂的控制，用来改善控制 品质。c、可以实现多回路控制，费用比模拟系统节省。 （3）计算机监督控制系统。特点：SCC 的优点是不仅可进行复杂控制规律的控制，而 且工作可靠性高，当 SCC 出故障时，下级仍可继续执行控制任务。 （4）分布式计算机控制系统。特点：a、分布式结构。b、具有较高的可靠性。c、设计， 开发与维护，操作方便。 1.6 为什么说计算机集成制造系统是工业自动化的发展趋势？ 解答：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。

第二版1-3章习题及详解

第1章习题及详解1-1 试举出日常生活中所见到的开环控制系统和闭环控制系统各一例，并分别说明其工作原理。

答：开环控制系统与闭环控制系统的差别在于有没有将输出量反馈到输入端的反馈通道。

家庭空调的温度控制就是一个闭环控制系统，其原理是当室内温度升高或降低时，温度传感器将检测到的实际温度反馈到系统输入端与参考输入给定的期望温度比较求得偏差，温度控制器根据偏差信号产生控制作用控制压缩机制冷量，从而维持室温在期望值附近。

在要求不高的场合，有些简单的传送带系统是由电动机带动的开环控制系统。

工作原理很简单，只需闭合电源开关，则电动机带动传送带运行，传送带上负载变化会引起传送速度变化。

1-2 试说明开环控制和闭环控制的优缺点。

答：开环控制系统的控制精度主要取决于系统本身参数的稳定程度，没有抵抗外部干扰的能力，因此，在实际工作环境中，难以达到很高的控制精度。

开环控制系统的优点是结构简单，成本较低，缺点是抗扰性能差。

对于参数稳定的系统，在外部干扰较弱或控制精度要求不高的场合，开环控制系统仍被大量使用。

闭环控制系统利用反馈信号得到的偏差来产生控制作用，也称为反馈控制系统。

这种基于偏差的闭环控制系统具有较强的抵抗外部和内部扰动的能力，并使其对内部参数的变化没有开环控制系统那么敏感，换句话说，要达到较高的控制精度，闭环控制系统对其内部参数的精度要求没有开环控制系统那么高。

由于增加了反馈元件和比较元件等，闭环控制系统的结构相对复杂，成本也有所增加，特别地，当控制装置的参数配合不当时，可能会出现系统内部信号剧烈振荡，甚至发散导致系统不稳定而无法工作的情况。

闭环控制系统的稳定性问题是开环控制系统没有的独特现象。

闭环控制系统的优点：具有很强的自动纠偏能力和较高的控制精度；缺点：由于采用了反馈装置，设备增多，结构复杂，成本增加，同时存在稳定性问题。

闭环控制系统具有的自动纠偏能力和较高的控制精度是开环控制系统无法替代的，因而在控制工程实际中获得了最广泛的应用。

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3.9 用幂级数展开法（长除法）求下列脉冲传递函数的z反 变换
z 1 3 z 1 (1) G ( z ) (2) G ( z ) 1 2 1 1.2 z 0.2 z 1 2 z 1 z 2
z3 2z 2 1 (3) G ( z ) 3 z 1.5 z 2 0.5 z
10 z 5 (4) G( z ) ( z 1)( z 0.2)
第三章习题
3.10 用留数法求下列脉冲传递函数的z反变换
z2 0.5 z (1) G ( z ) (2) G ( z ) ( z 1)( z 0.5) ( z 1)( z 0.5)
2(a b) z (3) G ( z ) ( z a)( z b)
3.7 用z变换求解差分方程
y(k 2) 8 y(k 1) 12 y(k ) 0
其中初始条件为 y(0)=0 , y(1)=1。
第三章习题
3.8 用部分分z ) ( z 1)( z 0.2)
2z2 (3) G ( z ) ( z 1)( z 2)
10 ⑷ G(s) ( s 2) 2 ( s 1)
e a (t T ) 的z变换，其中a为常数。 3.5 用平移定理计算
第三章习题
3.6 求下列脉冲传递函数的终值
z2 ⑴ G( z) ( z 0.8)( z 0.1)
1 ⑵ G( z) 1 z 1
z ( z 2 z 1) ⑶ G( z) 2 ( z 0.5 z 1)( z 2 z 0.5)
输入信号是
k k 0 r (k ) 0 k 0
初始条件为y(0)=2，试求输出y(k)。
第三章习题
3.3 试求单位阶跃函数的z变换。 3.4 试求下列传递函数的z变换 ⑴ G(s)
1 s 2 ( s 3)
⑵ G(s)
5 s( s 2 2s 4)
s2 ⑶ G( s) ( s 1)( s 3)
第三章习题
3.1 已知差分方程
y(k ) r (k ) 5 y(k 1) 6 y(k 2)
输入序列 y(k)=1,初始条件为y(0)=0, y(1)=1。试用迭 代法求输入序列 y(k) ,k=0,1,2,•••,10。 3.2 已知系统的差分方程为
y(k ) y(k 1) r (k ) 2r (k 2)
0.368 z 2 0.478 z 0.154 (4) G ( z ) ( z 1) z 2
第三章习题
3.11 设被控对象传递函数为
K G( s) s 1
在对象前接有零阶保持器，试求广义对象的脉冲传递函数。
3.12 设线性离散系统的差分方程为
y(k 2) 2 y(k 1) 1.4 y(k ) 4r (k 1) r (k )
第三章习题
(1 e aT ) z (2)G ( z ) ( z 1)( z e aT )
(4) G ( z )
z z 0.5
z2 (5) G ( z ) ( z 2) z 2
2 z 2 3z (6) G ( z ) ( z 2)( z 1) 2
第三章习题
试求其脉冲传递函数。
第三章习题
3.13 线性离散系统的差分方程为
y (k ) 3 y (k 1) 4 y( k 2) 5 y( k 3) r (k ) 3r (k 1) 2r (k 2)
试求系统的脉冲传递函数。 3.14 求下列各系统的脉冲传递函数或输出的z变换。