计算机控制系统课后习题参考答案(刘士荣版)--第6章—1

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 输出端暗电流这是指光电隔离器处于截止状态时，流经输出端元件的电流，此值越小越好。

第一章课后参考答案1-1简述计算机控制系统的控制过程。

计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤：1)实时数据采集：对被控量进行采样测量，形成反馈信号；2)实时控制计算：根据反馈信号和给定信号，按一定的控制规律，计算出控制量；3）实时控制输出，向执行机构发出控制信号，实现控制作用。

1-2什么是实时性？有哪些因素影响系统的实时性？硬件：1）控制器计算速度2）传感器采集速度3）执行器反应时间4）A/D、D/A转换速度软件：1）操作系统调度2）中断响应处理方式（包括定时器）3）延时函数的设置实时性：即信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内即时完成的，超出这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

1-3计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。

主机：主机是计算系统的核心，通过接口向系统的各个部分发出各种指令，对被控对象进行检测和控制。

输入输出通道：输入输出通道是计算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计算机可以接收的数字信号，过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据，转化成可以对生产对象进行控制的的信号。

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。

外部设备：外部设备是实现计算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，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，还应有按键或开关，完成系统的启、停等功；操作台还要保证操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。

1-4计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机控制系统软件分为系统软件、应用软件及数据库。

系统软件是有计算机生产厂家提供的专门用来使用和管理计算机的程序。

对用户来说，系统软件只是用来开发应用软件的工具，不需要自己设计。

思考题与习题6-6 具有纯滞后补偿的控制系统如图6-12所示，采样周期1T s =，对象为221()1s sG s e e s --=+， 求Smith 预估器的控制算式)(k y τ。

解则预估器的传递函数为21()()(1)(1)1s s G s G s e e s ττ--=-=-+ 2()1()(1)()1s sTsY s e G s e U s e s ττ----=-=+ ()()()(3)dy t y t u t T u t T dtττ+=--- ()(1)()(1)(3)y k y k y k u k u k Tτττ--+=---()0.5(1)0.5(1)0.5(3)y k y k u k u k ττ=+---－6-12 前馈控制结构图如图6-18，设被控对象的干扰通道和控制通道的传递函数分别为s n e s s G 4191)(-+=s e s s G 21301)(-+= 采样周期T =1s 。

试推导完全补偿前馈控制器()n D z 输出()n u k 。

解()Y s图6-12 具有纯滞后补偿的控制系统sssn n n e s s e s e s s G s G s N s U s D 224191301301191)()()()()(---++-=++-=-==相应的微分方程为：)]2()2(30[)()(9-+--=+t n dtt dn t u dt t du n n对上式进行离散化，得：)]2()12()2(30[)()1()(9Tk n T T k n T k n k u T k u k u n n n -+-----=+--s T 1= ∴ 上式为： )2()]3()2([30)()]1()([9------=+--k n k n k n k u k u k u n n n )3(30)2(31)1(9)(10-+---=k n k n k u k u n n即 )3(3)2(1.3)1(9.0)(-+---=k n k n k u k u n n此式即为完全补偿前馈控制器的控制算法。

1-1 什么是计算机控制系统？画出一个实际计算机控制系统原理结构图，并说明一个计算机控制系统由哪些部分组成及各部分的作用。

利用计算机参与控制的系统称为计算机控制系统。

1-2 简述计算机控制系统的控制过程。

实时数据采样实时计算控制量实时控制实时管理1-3 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，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：生产过程和计算机系统直接连接，并接受计算机直接控制的方式称为在线或联机方式。

(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的方式叫做“脱机”方式或“离线”方式。

1-4 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？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。

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。

(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)。

(4)生产过程装置a.测量变送单元：为了测量各种参数而采用的相应检测元件及变送器。

b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构。

1.5 计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。

系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。

系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。

计算机控制系统课后答案1. 概述计算机控制系统是指利用计算机进行控制的系统，它采用计算机硬件和软件的协同作用，对被控对象进行监测、测量、判断以及控制操作的任务。

本文将回答计算机控制系统课后习题，以帮助读者加深对该课程的理解。

2. 习题答案2.1 什么是计算机控制系统？计算机控制系统是指利用计算机硬件和软件的协同作用，对被控对象进行监测、测量、判断以及控制操作的系统。

其核心是计算机的控制程序，通过对输入信号的处理和对输出信号的控制，实现对被控对象的精准控制。

2.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：•输入设备：用于采集被控对象的状态信息，将其转化为数字信号输入到计算机中。

•输出设备：将计算机产生的控制信号转化为可被被控对象接受的信号。

•中央处理单元（CPU）：负责执行控制程序，对输入信号进行处理和判断，并产生相应的控制信号。

•存储器：用于存储控制程序和控制数据。

•总线：用于传输控制信号和数据，连接CPU、存储器和输入输出设备。

2.3 计算机控制系统的特点•精确性：计算机控制系统能够对被控对象进行精确的控制，实时调整控制参数，确保控制过程的稳定性和准确性。

•灵活性：通过编写不同的控制程序，可以实现对不同对象的控制，具有很高的灵活性。

•可靠性：计算机控制系统具有自主诊断和故障处理能力，当出现故障时，能够自动检测、定位和修复错误，提高了系统的可靠性。

•扩展性：计算机控制系统可以根据需要增加或替换硬件设备，增加系统的功能和性能。

•可维护性：计算机控制系统通常使用模块化设计，方便对系统进行维护和升级。

2.4 计算机控制系统的应用领域计算机控制系统广泛应用于工业自动化领域，例如：•工业生产线控制：计算机控制系统可以对生产线上的各个环节进行监控和控制，提高生产效率和产品质量。

•交通信号控制：计算机控制系统可以对交通信号灯进行精确控制，实现交通流量的调度和优化。

•智能家居系统：计算机控制系统可以对家庭设备进行智能控制，实现远程操控和自动化管理。

第一章计算机控制系统概述习题与思考题1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。

解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。

与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。

例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示：炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。

由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。

还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。

又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。

计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。

在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。

另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。

《计算机控制系统》作业参考答案作业一第一章1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。

答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。

图1.3-2 典型的数字控制系统1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。

答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。

②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。

③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC计算机提供最佳给定值和最优控制量等。

④分布式计算机控制系统。

以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT操作站相连。

1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。

与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：(1)控制规律灵活，可以在线修改。

(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标.(3)抗干扰能力强，稳定性好。

计算机控制系统刘士荣课后答案【篇一：计算机化学学习心得】结合化学专业中常用的数学方法和部分化学应用软件，综述计算机在化学中的理论与实际应用，解决化学领域中的实际问题以及建立简单的化学模型，同时介绍origin、chemwindow 和化学品电子手册等软件，并且能够利用互联网进行化学文献检索及其它相关化学信息的搜索与利用。

关键词: 计算机; 化学; 仪器; 软件一．引言eico clementi 教授是计算化学领域的开创者。

20 世纪60 年代初，他在美国san jose 建立了ibm计算化学实验室，吸引了世界上一大批年轻学者，他们后来都成为了世界各地的计算化学学术带头人。

clementi 是国际上最早的几个量子化学程序编制者，其中metecc系列开源计算程序得到广泛的应用。

他在1963 年提出了密度泛函近似( dfa) ，这是最早的量子化学密度泛函研究。

近几年，他与giorgina，corongiu 提出了一种新的量子化学波函数方法: hf-hl，即将分子轨道理论与价键理论这两种截然不同的途径进行了杂化组合运算，并从中发展出“化学轨道”的概念[1]。

随着计算机在化学化工中应用水平的提高，出现了一系列带有边缘性的，并具有独立特征的研究领域[2]。

如：计算方法，模型化方法，模拟技术，物质共性规律，结构和性质的关系研究，数据库技术，化学信息和化学结构的描述，处理，解析，分子图形技术，化工冶金系统流程模拟及计算机辅助设计（cad)技术，化学化工中的人工智能和专家系统等。

这些新兴领域就大体上形成了化学化工中的一个新的学科分支——计算机化学。

计算机化学是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。

以计算机为技术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法，认识物质、改造物质、创造新物质和认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。

目前其覆盖的领域主要有：(1)化学数据挖掘(data mining)；(2)化学结构与化学反应的计算机处理技术；(3)计算机辅助分子设计；(4)计算机辅助合成路线设计；(5)计算机辅助化学过程综合与开发；(6)化学中的人工智能方法等[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。

习题参考答案2-3 信号调理单元的功能是什么 通常包括哪些电路放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波;将传感器输出的电信号尽可能不失真地转变为标准的电流或电压信号通常为4～20mA 、0～5V 等..通常包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等..2-5 仪表放大器与普通运算放大器有何不同 其特点有哪些对于输出阻抗大;共模电压高的输入信号;需要用到高输入阻抗和高共模抑制比的差动放大器;仪器放大器是专为这种应用场合设计的增益可调的放大器..如果由普通的运放构成增益可设定的差动放大器;因其输入阻抗低;电阻参数对称性调整复杂;共模抑制比低;故而不适合作为传感器输出信号的差动放大器..2-11 采样保持器的作用是什么 是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器 为什么采样保持器的作用是：在A/D 转换期间保持输入模拟信号不变..并不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器;如被采样的模拟信号的变化频率相对于A/D 转换的转换速度较低的话;可以不加采样保持器..2-13 A/D 转换器有哪些技术指标1 分辨率 通常用转换后的数字量的位数表示;如8位、10位、12位、16位等2 量程 它是指所能转换的电压范围..如5V 、10V 等..3 转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确度..A/D 转换器的转换精度取决于量化误差q 、微分线性度误差DNLE 和积分线性度误差INLE..通常用绝对精度和相对精度两种表示方法..绝对精度常用数字量的位数表示法;如绝对精度为±1/2LSB..;相对精度用相对于满量程的百分比表示..如满量程为10V 的8位A ／D 转换器;其绝对精度为81/210/219.5mV ⨯=±;而8位A ／D 的相对精度为%59.0%1002/)2/1(8=⨯FSR..精度和分辨率不能混淆..即使分辨率很高;但温度漂移、线性不良等原因可能造成精度不是很高..4 转换时间 它是指启动A/D 到转换结束所需的时间;即孔径时间..5 工作温度范围 较好的A/D 转换器的工作温度为-40～85℃;一般的为0～70℃..2-14 一个12位的A/D 转换器;孔径时间为20μs;绝对精度为±1LSB ;若不使用采样保持器;为了确保转换精度;则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少2-16 为什么模拟量输出通道中要有零阶保持器 通常用何电路实现模拟量输出通道中要有输出保持器;这是因为计算机控制是分时的;每个输出回路只能周期地在一个时间片上得到输出信号;即这时执行部件得到的是时间上离散的模拟信号;而实际的执行部件却要求连续的模拟信号;因此为了使执行部件在两个输出信号的间隔时间内仍然能得到输出信号;就必须有输出保持器;通过它将前一采样控制时刻的输出信号保持下来;直到下一个采样控制时刻到来;重新得到新的输出信号计算机控制系统中通常采用零阶保持器;即前一采样时刻的输出值原封不动的理想化的保持到下一采样时刻到来..零阶保持器通常用和模拟量输入通道中的采样保持器一样的电容保持电路来实现.. 2-19 数字量输入通道中的调理电路通常哪几种功能电平转换、滤波、隔离和过电压保护2-24 常用数字滤波有几种方法 各有何特点何用途限幅滤波、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、加权递推平均滤波法和一阶惯性滤波法..平均值滤波法适用于周期性干扰;中位值滤波法和限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰;惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号;加权平均值滤波法适用于纯迟延较大的被控制对象..如果同时采用几种滤波方法;一般先用中位值滤波法或限幅滤波法;然后再用平均值滤波法..2-25某热处理炉温度变化的范围为0～1350℃;经温度变送器变换为1～5V 电压输入AD574A;AD574A 的输入范围为0～10V..当t=KT 时; AD574A 的转换结果为56AH;问此时炉内的温度为多少度解 1350x A C =︒;00A C =︒;5m N =;01N V =;或解：56AH 对应的电压值为1056 3.3854095V AH V ⨯= 1350051 3.3851Y -=-- 805x A C =︒。