计算机控制系统习题答案刘士荣
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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。
计算机控制系统部分习题参考答案作者: 日期:1.12设有模拟信号(0〜5)V 和(2.5〜5)V ,分别用8位、10位和12位A/D 转换器,试计算 并列出各自的量化单位和量化误差。
t - * ttnax yXmr 直儿川人--------- 生一 ——答:量化单位q=(2.5 EB v第一章1.1计算机控制系统是怎么样分类的?按功能和控制规律可各分几类? 答:计算机控制系统可按功能分类,按控制规律分类和按控制方式分类。
按功能计算机控制系统的分类: (1 )数据处理系统。
(2)直接数字控制(简记为 (3 )监督控制(简记为 SCC 。
( 4)分级控制。
(5)集散控制。
(6)计算机控制网络。
按照控制规律计算机控制系统的分类: (1)程序和顺序控制。
(2)比例积分微分控制(简 称PID 控制)。
(3)有限拍控制。
(4)复杂规律控制。
(5)智能控制。
DDC 。
1.2计算机控制系统由哪些部分组成?并画出方框图。
答:计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。
方框图:P115图1.21输出反馈计算机控制系统 1.9简述采样定理及其含义。
答:采样定理:如果采样角频率 &2园丁大于2區!i ,即 題』,则采样的离散信 号H t )能够不失真地恢复原来的连续信号 y (t )。
式中杠z|是连续信号y (t )的频谱特性 中的最高角频率。
含义:要使采样信号⑴ 能够不失真地恢复原来的连续信号 y (t ),必须正确选择采 样角频率,使 1.10多路巡回检测时,采样时间0,采样周期T 和通道数N 之间的关系。
答:采样时间是足够短的时间,y(kT) El y(kT+固),0<,量化误差E = q/2]解:丫(z)=E]U(z)+U(z)- EY(z)=(吃二i +%)U(z)-Y(z)1.14试述数模转换器的作用?如何选择转换器的位数?答:数模转换器把数字量 u(kT)转换成离散的模拟量模-数转换器的位数n ,当位数足够多时,转换可以达到足够高的精度。
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。
《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。
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 s G s e e s --=+, 求Smith 预估器的控制算式)(k y τ。
解采样周期T =1s 。
试推导完全补偿前馈控制器()n D z 输出()n u k 。
解相应的微分方程为:对上式进行离散化,得:s T 1=Θ ∴ 上式为: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。
注意:1、除了上面的2道题外,第6章要求过的还有:6-2 :参考课本内容及例题6-3(包括响应曲线):参考课本内容及例题图6-12 具有纯滞后补偿的控制6-11:参考课本图6-17和图6-22第6章这些题要求全面掌握!2、理解:下图是一个简单的水位控制系统。
⑴试说明它的工作原理。
⑵指出系统的被控对象、被控量、给定量(输入信号)。
⑶画出系统工作原理的方框图。
答:⑴这个简单的水位控制系统是通过浮球和杠杆来实现的。
浮球可以检测水位的高低,这个信息通过杠杆来调节进水阀门来实现对水位的调节,控制。
这个调节作用也是一个负反馈过程,当水位升高时,浮球位置上移,从而使阀门下移,减小进水量,使水位不再上升。
当水位下降时,浮球位置下移,从而使阀门上移,增加进水量,使水位不再下降。
⑵图中输入信号是浮球的理想位置,被控对象是进水阀门、被控量是水池的水位。
可以看出,浮球的实际位置是水位的检测信号。
⑶一定要明白什么是控制系统的控制量和被控量!又如可控硅(交流调压)电炉温度控制系统中:控制量是电压,被控量是炉温!。
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。
《计算机控制系统》课程复习题答案一、知识点:计算机控制系统的基本概念。
具体为了解计算机控制系统与生产自动化的关系;掌握计算机控制系统的组成和计算机控制系统的主要特性;理解计算机控制系统的分类和发展趋势。
回答题:1.画出典型计算机控制系统的基本框图;答:典型计算机控制系统的基本框图如下:2.简述计算机控制系统的一般控制过程;答:(1) 数据采集及处理,即对被控对象的被控参数进行实时检测,并输给计算机进行处理;(2) 实时控制,即按已设计的控制规律计算出控制量,实时向执行器发出控制信号。
3.简述计算机控制系统的组成;答:计算机控制系统由计算机系统和被控对象组成,计算机系统又由硬件和软件组成。
4.简述计算机控制系统的特点;答:计算机控制系统与连续控制系统相比,具有以下特点:⑴计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。
⑵计算机控制系统修改控制规律,只需修改程序,一般不对硬件电路进行改动,因此具有很大的灵活性和适应性。
⑶能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
⑷计算机控制系统并不是连续控制的,而是离散控制的。
⑸一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式,同时控制多个回路。
⑹采用计算机控制,便于实现控制与管理一体化。
5.简述计算机控制系统的类型。
答:(1)操作指导控制系统;(2)直接数字控制系统;(3)监督计算机控制系统(4)分级计算机控制系统二、知识点:计算机控制系统的硬件基础。
具体为了解计算机控制系统的过程通道与接口;掌握采样和保持电路的原理和典型芯片的应用,掌握输入/输出接口电路:并行接口、串行接口、A/D和D/A的使用方法,能根据控制系统的要求选择控制用计算机系统。
回答题:1.给出多通道复用一个A/D转换器的原理示意图。
2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。
3.例举三种以上典型的三端输出电压固定式集成稳压器。
答:W78系列,如W7805、7812、7824等;W79系列,如W7805、7812、7824等4.使用光电隔离器件时,如何做到器件两侧的电气被彻底隔离?答:光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。
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。
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。
习题参考答案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。
2-11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,如绝对精度为土 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1/ 2 10/ 28 19.5mV ,而 8位 A /D 的相对精度为(1/2)/28 1 00 % 0.59% 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。
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
C
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
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
3-1 工业控制计算机有什么主要特点有哪几种主要类型
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(2) 已知模拟调节器的传递函数为s
s s 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。
(0.5)()0.5(1)(2)()2(1)
T u k u k T e k e k +--=+--
t t r =)(21)1()(--=Φz z e (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r(t)=t 时最小拍系统的D(z).
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。