《计算机控制技术》(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。

|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。

第一章答案1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。

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分组成。

（2）方块图如下图1.1所示：工业计算机 PIO 设备 生产过程图1.1 计算机控制系统的组成框图1、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。

2.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？（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。

4、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)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。

CPU/MEM 人-机接口 内部总线 系统支持版 磁盘适合器 数字量输出（DO ）通道 数字量输入（DI ）通道模拟量输出（AO ）通道 模拟量输入（AI ）通道 电气开关 电气开关 执行机构 测量变送 被控对象（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。

计算机控制技术计算机控制技术（一）计算机控制技术是指将计算机技术应用到控制领域，通过运用计算机的运算、存储、控制等能力，从而实现对设备、机器人、生产线等进行控制的一种技术。

它主要包括计算机辅助控制（CAC）、计算机数值控制（CNC）、计算机集成制造（CIM）、计算机远程控制（CRC）、计算机故障诊断与维护（CAD、CAM及CAE）等方面。

一、计算机辅助控制（CAC）计算机辅助控制是指利用计算机对传统控制方法进行辅助改善的方法。

计算机辅助控制主要采用人机界面方式完成进行操作，从而实现对控制系统的监控、控制和管理。

通过计算机辅助控制能够有效地提高整个生产过程的效率和可靠性，并且方便用户操作，提高管理效率，降低设备运行成本等好处。

二、计算机数值控制（CNC）计算机数值控制是指利用计算机对数控机床、数控加工中心等进行控制的一种技术。

靠着计算机的控制，可以使得机床按照预定的工艺和程序进行自动化数控加工。

数控加工设备可以根据不同的要求来调整加工参数，完成各种各样的加工任务，从而实现更高效、更精准的加工效果。

三、计算机集成制造（CIM）计算机集成制造是建立在计算机控制基础上的集成制造系统。

CIM 是一种高度自动化、柔性化的制造方式，可以对生产过程进行快速、精确的控制，满足不同的加工需要。

CIM 系统主要由 CAD/CAM 系统、计算机控制系统、传感器和执行器组成。

通过 CIM 系统，可以将各种加工设备、工具、自动运输系统等进行集成，提高企业的生产水平和竞争力。

四、计算机远程控制（CRC）计算机远程控制是指通过远程计算机网络对另一台机器进行监控、控制和管理的一种技术。

远程计算机网络可以实现对多个设备进行远程控制，极大地提高了企业的管理效率。

远程控制技术可以应用于电力、金融、交通等多个行业，使得不同地点的设备或系统都可以互相控制和监视，从而提高生产效率。

五、计算机故障诊断与维护（CAD、CAM及CAE）计算机故障诊断与维护是指利用计算机技术对设备、机器人、自动化生产线等进行故障诊断和维护的一种技术。

计算机控制技术标准答案一1、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统2、标度变换器3、XT 总线、ISA 总线、PCI 总线4、DMAI/O 控制5、逐次逼近式6、1.2mA 7.输出保持器 8、查询I/O 控制 9. 积分项 10、max 2s ωω≥ 11.、模拟化设计法、直接设计法 12、遇限削弱积分法 积分分离法二.1、共模干扰是指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公有的干扰电压。

措施有：采用共模抑制比高的、双端输入的运算放大器做被测信号的前置放大器；采用光电耦合器或隔离变压器；采用隔离放大器。

2、系统的适应性差；对参数变化的灵敏度大；控制作用易超出限定范围； 在采样点之间有波纹。

3、（1）、查询外围设备状态，若外设准备好，则/M IO 与RD 低电平有效译码器选通地址，输入缓冲器导通，输入数据。

（2分）（2）、查询外围设备状态，若外设准备好，则/M IO 与WR 低电平有效译码器选通地址，输出锁存器导通，输出数据。

（2分）（3）、采用查询式I/O 方式，由程序定时巡回查询外设的状态。

（2分）三、化成微分方程：)()()()()(2121t Ke t u t u T T t uT T =+++ 差分得：)()()]1()([)]2()1(2)([21221k Ke k u k u k u T T T k u k u k u TT T =+--++-+-- 整理得：)2()1()2()()(212121212--++-+++=k u TT TT T T k u TT TT T T k Ke T k u 四、()()()()()()()()()()()()()()()p 0p 1p 2p 0121210.25s 0.2s 2,0.25,0.21 6.51272.5:12 6.571 2.52:11 6.571 2.52D I D I D D D s K T T T T q K T T T q K T T q K TPID u k q e k q e k q e k e k e k e k PID u k u k u k u k e k e k e k ⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦===⎛⎫=++= ⎪⎝⎭⎛⎫=-+=- ⎪⎝⎭==∆=+-+-=--+-=-+∆=-+--+-增量型控制算式位置型控制算式五、（1）、s T s s D i 1)(+=τ 其中1s T =τ，)122(21)1()()()(222+=+==s T s T s T s T K s G s D s G s i c⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⇒==22222222s i s i KT T T T T K T ；得：s KT s T s D s s 2121)(+=（7分） （2）、KT T K s s P 212=，1s I T T =， 用差分法离散可得：)2()1()()1()(210-+--+-=k e a k e a k e a k u k u 其中：)1(0T T T T K a D I P ++=，)21(1T T K a D P +=，TT K a D P =2（7分）六. )()(1101--Φ+Φ=ΦZ Z Z ⎩⎨⎧=Φ+Φ=Φ=Φ+Φ=Φ02)1(1)1(1010 （5分） )718.01)(1()368.01)(5.01(545.0)(1)()(1)(1111----+---=Φ-Φ=Z Z Z Z Z Z Z G Z D （5分） 七.1、单缓冲工作方式（4分）2、单极性电压输出方式（4分）3、－5～0V （4分）4、outportb(08H,i)（4分）。

《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。