计算机控制系统课后习题参考答案刘士荣版第章—

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.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。

2.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。

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1.1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。

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。

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。

1计算机控制系统概述习题参考答案1.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。

2.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。

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1.1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。

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]。

第1章习题B 习题B1-1 举例说明2-3个你熟悉的计算机控制系统，并说明与常规连续模拟控制系统相比的优点。

B1-2 利用计算机及接口技术的知识，提出一个用同一台计算机控制多个被控参量的分时巡回控制方案。

B1-3 题图B1-3是一典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图。

由雷达测出目标的高低角、方位角和斜距，信号经滤波后，由模拟式计算机计算出伺服系统高低角和方位角的控制指令，分别加到炮身的高低角和方位角伺服系统，使炮身跟踪指令信号。

为了改善系统的动态和稳态特性，高低角和方位角伺服系统各自采用了有源串联校正网络和测速反馈校正，同时利用逻辑电路实现系统工作状态的控制(如偏差过大时可断开主反馈，实现最大速度控制，当偏差小于一定值后实现精确位置控制)。

试将其改造为计算机控制系统，画出系统原理结构图。

题图B1-3典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图B1-4水位高度控制系统如题图B.1-4所示。

水箱水位高度指令由W1 电位计指令电压u r确定，水位实际高度h由浮子测量，并转换为电位计W2 的输出电压u h。

用水量Q1 为系统干扰。

当指令高度给定后，系统保持给定水位，如打开放水管路后，水位下降，系统将控制电机，打开进水阀门，向水箱供水，最终保持水箱水位为指令水位。

试把该系统改造为计算机控制系统。

画出原理示意图及系统结构图。

题图B1-4 水箱水位控制系统原理示意图B1-5 题图B1-5为一机械手控制系统示意图。

将其控制器改造为计算机实现，试画出系统示意图及控制系统结构图。

题图B1-5机械手控制系统示意图B1-6题图B1-6为仓库大门自动控制系统示意图。

试将其改造为计算机控制系统，画出系统示意图。

题图B1-6 仓库大门自动控制系统示意图B1-7车床进给伺服系统示意图如题图B1-7所示。

电动机通过齿轮减速机构带动丝杠转动，进而使工作台面实现直线运动。

该系统为了改善系统性能，利用测速电机实现测速反馈。

试将该系统改造为计算机控制系统，画出系统示意图。

1计算机控制系统概述习题参考答案1.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。

2.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。

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1.1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。

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.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。

2.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。

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1.1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。

计算机控制系统课后习题答案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。

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。

思考题与习题5-2 已知模拟调节器的传递函数为sss E s U s D 5.0121)()()(++==，试写出相应数字控制器的位置型控制算式，设采样周期s T 5.0= 解5-4 调节系统在纯比例作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例系数增大还是减小？ 解 减小5-5 要消除系统的稳态误差，通常选用哪种调节规律？ 解 PI 或PID5-8 试画出不完全微分PID 控制器的结构图，并推导出其增量算式。

解对图5-4b ，有()()/(1)d p d f U s K T sE s T s =+其对应的微分方程()()()d fd p ddu t de t T u t K T dt dt+=()(10.5)()(12)U s s E s s +=+()0.5(1) 2.5()2(1)u k u k e k e k =-+--图5-4 不完全微分PID 控制器b)a)(0.5)()0.5(1)(2)()2(1)T u k u k T e k e k +--=+--上式离散化后，经整理可得()(1)(1)[()(1)]d d d u k au k K a e k e k =-+---微分分量的增量算式()(1)(1)[()(1)] (1)(1)[()2(1)(2)]d d d d d u k a u k K ae k e k a u k K a e k e k e k ∆=∆-+-∆-∆-=∆-+---+-不完全微分PID 控制器的增量算式[]()()()()()(1)()()p i d p i d u k u k u k u k K e k e k K e k u k ∆=∆+∆+∆=--++∆。

计算机控制系统(刘士荣版)第二版4-6试求下列函数的初值和终值2(1)X(z)1 z 1T2z(z 1)(3)X(z)(z 1)3解(1)10z 1(2)X(z)(1 z 1)25z2(4)X(z)(z 1)(z 2)22z 1 z 1z 1x(0) limX(z) limz z 1x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1)221 z 110z 1(2)x(0) limX(z) lim 0z z (1 z 1)210z 1x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1)z 1z 1(1 z 1)2T2z(z 1)(3)x(0) limX(z) lim 0z z (z 1)3T2z(z 1)x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1) 3z 1z 1(z 1)5z2(4)x(0) limX(z) lim 5z z (z 1)(z 2)5z2x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1) 5z 1z 1(z 1)(z 2)4-9S平面与Z平面的映射关系z e解(1)S平面的虚轴，映射到Z平面为。

(2)S平面的虚轴，当由0趋向∞变化时，Z平面上轨迹的变化。

从（1，0）绕单位圆逆时针旋转无穷圈(3)S平面的左半平面，映射到Z平面为。

(4)S平面的右半平面，映射到Z平面为单位圆外。

(5)S平面上由0趋向∞变化时，Z平面上轨迹的变化。

若不变，则Z平面上轨迹为从原点出发的一条射线，其角度由决定4-12已知闭环系统的特征方程，试判断系统的稳定性，并指出不稳定的极点数。

解(2)z 1.5z 0.25z 0.4=032sTe Tej T4-***-*****3zw 1w 132w 1 w 1 w 11.5 0.25 0.4=0 w 1w 1w 1(w 1)3 1.5(w 1)2(w 1) 0.25(w 1)(w 1)2 0.4(w 1)3=0w3 3w2 3w 1 1.5[(w2 2w 1)(w 1) 0.25[(w 1)(w2 2w 1)] 0.4(w3 3w2 3w 1)=0w3 3w2 3w 1 1.5(w3 w2 w 1) 0.25(w3 w2 w 1) 0.4(w3 3w2 3w 1)=0 0.35w3 0.55w2 5.95w 2.65=0 不稳定(4)zz 0.632=02z1,2稳定1 0.5 j0.61824-15设离散系统如图4-29所示，要求：图4-29离散系统(1)当K=5时，分别在z域和域中分析系统的稳定性；(2)确定使系统稳定的K值范围。

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。

习题参考答案1-1典型的计算机控制系统与常规控制系统之间有哪些区别常规：由控制计算机系统与生产过程被控对象、执行机构、测量变送组成,结构相对复杂,可靠性较低,成本稍高；典型：结构简单、控制灵活、安全；但是需要人工操作,速度受限制,不能控制多个对象,实用性好;1-3计算机控制系统结构有哪些分类并指出主要的应用场合;1.操作指导控制系统2.直接数字控制系统3.计算机监督控制系统4.集散控制系统操作管理功能的集中和控制功能的分散5.现场总线控制系统6.工业过程计算机系统集成制造系统综合管理、指挥调度和经营管理2-3 信号调理单元的功能是什么通常包括那些电路放大、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;2-7 为何要使用I/V变换电路为了后续的检测、放大、调理电路如果只是检测变化缓慢的电流大小,可以直接用电流检测电路即可但是如果要检测变化较快、很小、存在干扰的电流信号呢,就要进行I/V变换了; 比如光电检测中的输出即是电流信号,有的在uA级,有的在mA级,你必须变换后进行放大、滤波等处理才能由AD采样;2-9 在模拟量输入通道中,为何通常要使用可编程放大器答：因为在模拟输入通道中,多路被测信号常常共用一个测量放大器,而各路的输入信号大小往往不同,但都要放大到模数转换器的同一量程范围内获取适合的分辨力,所以常要使用可编程放大器;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;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C2-16 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; 2-17.为何在模拟量输出通道中通道中通常有V/I 转换电路答：这是因为在长距离传输信号时容易引入干扰,而电流传输具有较强的抗干扰能力; 2-18 数字量输入通道主要由哪些电路构成答：数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成; 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2-25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=k T 时, AD574A 的转换结果为56AH,问此时炉内的温度为多少度 类型工业控制计算机的主要特点 1 可靠性高 2 实时性好 3 环境适应能力强 4 输入和输出模板配套好 5 系统通信功能强 6 系统开放性和扩充性好 7 控制软件包功能强8 后备措施齐全,具有冗余性4-8已知闭环系统的特征方程,2 已知模拟调节器的传递函数为sss E s U s D 5.0121)()()(++==,试写出相应数字控制器的位置型控制算式,设采样周期s T 5.0=解 5-3试说明比列、积分、微分控制作用的物理意义1比例环节：成比例的反映控制系统的偏差信号,偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减少偏差;2 积分环节：主要用于消除静差,提高系统的无差度;积分作用的强弱取决于积分时间常数,积分时间(0.5)()0.5(1)(2)()2(1)T u k u k T e k e k +--=+--tt r =)(21)1()(--=Φz z e 常数越大,积分作用越弱,反之则越强; 3 微分环节：反映偏差信号的变化趋势变化速率,并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间;5-4 调节系统在纯比例作用下已整定好,加入积分作用后,为保证原稳定度,此时应将比例系数增大还是减小 解 减小5-5 要消除系统的稳态误差,通常选用哪种调节规律 解 PI 或PID思考题与习题6-1最小拍设计的要求是什么在设计过程中怎样满足这些要求它有什么局限性6-2系统如图6-44所示,求rt=t 时最小拍系统的Dz. T=代入：由于 有6-16什么叫模糊控制模糊控制与PID 控制有什么区别1模糊控制是模糊集合论,模糊言语变量和模糊逻辑推理为基础的一类计算机控制算略,是一种非线性控制;2区别：模糊控制能对复杂的和难以建模的过程进行简单有效的控制,但是不具有积分环节, 因而很难消除稳态误差, 常在平衡点附近产生小幅整荡；而PID 控制是过程控制中应用最广泛的一种基本控制规律,具有 原理简单、 使用方便、 稳定性和鲁棒性 较好的特点; 9-1简述计算机控制系统的设计原则和步骤; 系统设计的原则：1.安全可靠2.满足工艺要求3.操作维护方便4.实时性强 5通用性好 6.经济效益高 系统设计的步骤：1.工程项目与控制任务的确定阶段 1).甲方提出任务委托书 2).乙方研究任务委托书3).双方对委托书惊醒确认性修改 4).乙方初步进行系统总体方案设计 5)乙方进行方案可行性论证 6).签订合同书2.工程项目的设计阶段 （1）组件项目研制小组 （2）系统方案设计 （3）方案论证与评审（4）硬件与软件的细化设计 （5）硬件与软件的调试 （6）系统的组装3.离线方针和调试阶段4.在线调试和运行阶段.9-2在做计算机控制系统总体方案设计时,要考虑哪些问题答：包括系统结构、组成方式、现场设备的选择、硬件与软件的功能划分、控制策略和控制算法的确定等;9-3提高计算机控制系统的可靠性,软件方面有哪些方法1.计算机控制系统失控表现2.输入/输出数字量的软件抗干扰技术3.指令冗余技术4.软件陷阱技术。

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。