开环控制系统方框图19例
1、水泵抽水控制系统
2、家用窗帘自动控制系统
3、宾馆自动门控制系统
4、楼道自动声控灯装置
5、游泳池定时注水控制系统 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量
6、十字路口的红绿灯定时控制系统
7、公园音乐喷泉自动控制系统
8、自动升旗控制系统
9、宾馆火灾自动报警系统
10、宾馆自动叫醒服务系统
11、活动猴控制系统
12、公共汽车车门开关控制系统
控制量
控制量 控制量 控制量 控制量
（压缩空
控制量
控制量
13、家用缝纫机缝纫速度控制系统
14、普通全自动洗衣机控制系统
15、手电筒控制装置
16、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统
17、可调光台灯控制系统
18、电吹风控制系统
控制量
控制量 控制量
输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制量 控制量
控制量
19、普通电风扇控制系统
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闭环控制系统方框图12例
1、家用压力锅工作原理
2、投篮
控制量
给定量
给定量 被控量
给定量
3、供水水箱的水位自动控制系统
4、加热炉的温度自动控制系统
5、抽水马桶的自动控制系统
6、花房温度控制系统
被控量
给定量
被控量
给定量
被控量
给定量
给定量
被控量
控制量
计算机控制系统试卷一答案 班级：：学号：成绩： 一、简答题（每小题5分，共50分） 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. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样 指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样 如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样 若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减
小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4. 采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。 答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关S的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则S闭合，由A1、A3组成跟随器，并向C H端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则S 断开，外接电容保持S断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至 A。 out 5. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆。 6. 为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般
《自动化控制系统设计实例》课程教学大纲 课程代码：060032005 课程英文名称：Automation Control System Design Examples 课程总学时：16学时讲课：16学时实验：0学时上机：0学时 适用专业：自动化 大纲编写（修订）时间：2017.11 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 自动化控制系统设计实例是自动化专业的专业基础选修课。通过对该课程的学习，使学生建立起“系统”概念，了解自动化系统主要的控制方法、控制技术，为后续专业课学习奠定基础。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 通过实例教学，针对不同的控制对象，全方位、多视角介绍采用单片机、自动化仪表、工控机、PLC组建不同工业流程的设计实例和实施过程；要求学生了解自动化控制系统的设计原则、设计步骤，建立起“控制”与“系统”的概念，了解自动化控制系统的主流技术和前沿技术。 （三）实施说明 在讲授具体内容时，从一个具体的被控对象分析入手到合理的控制要求的形成，从控制装置、元器件部件选型到控制方案的产生，从硬件结构到电路细节，从软件框图到控制算法以及实施过程一一进行分析讲解；培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课是《自动控制原理》和《C语言程序设计》。 （五）对习题课、实验环节的要求 无。 （六）课程考核方式 1．考核方式：考查 2．考核目标：考核学生对自动化控制系统的了解程度；考核学生自动化产品研发思路和独立思考能力。 3．成绩构成：本课程的学生成绩采用二级制（通过、不通过）。成绩由学术报告和平时成绩相结合的方法确定。其中：平时成绩由考勤及课堂表现组成，占总的40% ；学术报告成绩占总的60%。 （七）主要参考书目: 1. 《自动化系统工程设计与实施》，林敏等编，电子工业出版社，2008。 2. 《过程控制系统》，俞金寿孙自强编著，机械工业出版社，2009。 3. 《PLC编程及应用》（第4版），廖常初编著，机械工业出版社，2015。 二、中文摘要 本课程是自动化专业学生的一门实践性很强的专业基础选修课程。课程通过对精选实例的自动化控制系统的设计、选型、研制、调试和实施等讲授，使学生建立“控制”与“系统”的概念，了解自动化系统的主流技术和发展趋势。本课程将全方位、多视角地介绍单片机、自动化仪表、工控机、PLC等组建不同工业流程的设计实例和实施过程，本课程将为后续自动化专业课程的学习奠定基础。
计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:
设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
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。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的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，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。
班号__________ 学号 ___________ 姓名 _________ 成绩__________ 《计算机控制系统》期末考试卷 注意事项：1）接听手机发送短信等视同作弊2）计算题不能只给结果，要有过程题目： 一、填空............................................... （30分） 1. （4分）计算机控制系统主要是在时间和幅值上将连续系统离散的，影响系统的主要 因素是采样周期和计算机字长。 2. （2分）离散系统频率特性的主要特点是采样频率s的周期函数。 3. （6分）计算机控制系统中，A/D , D/A , 乘法 , 右移 , 常数存储 可能产生量化，一个量化单位是 1 / 2 （b-1）, b为计算机字长______________ 。 4. （3分）零阶保持器对系统频率特性有什么影响引起- T/2的相位延迟__________________ , 在采样周期大,系统频带高时不可忽略。 5. （2分）离散系统由于量化产生的极限环振荡与系统传递函数的极点有关； 产生的不灵敏区与系统传递函数的零点有关。 7. （2分）被控对象离散化应当采用变换，在离散域实现连续控制律一般应当采用Tustin
6. （4分）量化的非线性效应是由运算的量化误差引起的,形成的本质是由于阶梯非线性特性。 7. （2分）被控对象离散化应当采用变换，在离散域实现连续控制律一般应当采用Tustin
或其他差分、零极匹配变换。 & （3分）选择计算机控制的动态范围时，应当考虑被控对象动态最大最小值和计算机数最大最小值，满足计算机动态范围大于物理系统最大范围的条件。 9. （2分）连续系统可控可观，采样系统仍然可控可观的条件是 对于相异特征根si和sj，满足：si-sj j2k /T , T为采样周期。10. （2分）在计算机中实现时，P（Z） z n a1z n 1 a n中哪个系数变化使根偏移量最 大卫_，特征根靠得太近会产生什么问题离散化造成的根的偏移量增大。
南京理工大学 动力工程学院 实验报告 实验名称最少拍 课程名称计算机控制技术及系统专业热能与动力工程 姓名学号 成绩教师任登凤
计算机控制技术及系统 一、 实验目的及内容 通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好的理解与认识，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用MATLAB 平台对最少拍控制器进行系统仿真。 （1） 设计数字调节器D(Z)，构成最少拍随动控制系统，并观察系统 的输出响应曲线； （2） 学习最少拍有纹波系统和无纹波系统，比较两系统的控制品质。 二、实验方案 最少拍控制器的设计理论 r (t ) c(t ) e*(t) D (z) E (z) u*(t) U (z) H 0(s )C (z) Gc (s ) Φ(z) G(z) R(z) 图1 数字控制系统原理图 如图1 的数字离散控制系统中，G C (S)为被控对象，其中 H(S)= (1-e -TS )/S 代表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，D(Z)的输入输出均为离散信号。 设计步骤:根据以上分析 1）求出广义被控对象的脉冲传递函数G (z ) 2）根据输入信号类型以及被控对象G (z )特点确定参数q, d, u, v, j, m, n 3）根据2）求得参数确定)(z e Φ和)(z Φ 4）根据 )(1) ()(1)(z z z G z D Φ-Φ= 求控制器D (z ) 对于给定一阶惯性加积分环节，时间常数为1S ，增益为10，采样周期T 为1S 的对象，其传递函数为：G C (S) =10/S(S+1)。 广义传递函数： G(z)=Z [])()(s G s H c ?=Z ?? ?????--)(1s G s e c Ts =10(1-z -1 )Z ??????+)1(12s s =3.68×) 368.01)(1() 717.01(1 111------+z z z z
第一讲 1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成； 计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成； 三个步骤原理： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输 入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制 规律，决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，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、离线方式的含义是什么？ 实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。
离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。 3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。 计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。 第二讲 1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。 数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号； 数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号； 模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号； 模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。 2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。 克服干扰的措施主要有：硬件措施、软件措施和软硬结合的措施。 其中硬件抗干扰措施包含：①过程通道抗干扰技术；②CPU抗干扰技术；③系统供电与接地技术。针对不同的干扰采用不用的抗干扰技术： ①过程通道抗干扰技术：针对串模干扰，采用滤波器、双积分式A/D转换器、双绞线作信号引线等方法来抑制；针对共模干扰，采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比等方式；针对长线传输干扰可采用双绞线与同轴电缆进行传输； ②CPU抗干扰技术：使用Watchdog(俗称看门狗)、电源监控(掉电检测及保护)、复位等；
57计算机操作系统期末复习题 第一部分操作系统基本概念 一、选择题(选择最确切的一个答案，将其代码填入括号中) 多道程序设计是指（ B ）。 A、有多个程序同时进入CPU运行 B、有多个程序同时进入主存并行运行 C、程序段执行不是顺序的 D、同一个程序可以对应多个不同的进程 从总体上说，采用多道程序设计技术可以（B ）单位时间的算题量，但对每一个算题，从算题开始到全部完成所需的时间比单道执行所需的时间可能要（B ）。 A、增加减少 B、增加延长 C、减少延长 D、减少减少 现代操作系统的两个基本特征是（C ）和资源共享。 A、多道程序设计 B、中断处理 C、程序的并发执行 D、实现分时与实时处理-3：C 以下（C ）项功能不是操作系统具备的主要功能。 A、内存管理 B、中断处理 C、文档编辑 D、CPU调度 用户在一次计算过程中，或者一次事物处理中，要求计算机完成所做的工作的集合，这是指（C ）。 A、进程 B、程序 C、作业 D、系统调用 CPU状态分为系统态和用户态，从用户态转换到系统态的唯一途径是（C ）。 A、运行进程修改程序状态字 B、中断屏蔽 C、系统调用 D、进程调度程序 系统调用的目的是（A ）。
A、请求系统服务 B、终止系统服务 C、申请系统资源 D、释放系统资源 为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间的利用率的是（B ）。 A、处理器管理 B、存储器管理 C、文件管理 D、作业管理 二、填空题 计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机_软硬件资源_的系统软件。 采用多道程序设计技术能充分发挥处理器与外围设备与外围设备之间并行工作的能力。操作系统目前有五大类型：_批处理_、_分时_、_实时_、_网络_和_分布式_。 操作系统的五大功能是：_处理机管理_、_储存管理_、_设备管理_、_信息管理_和_用户接口_。 UNIX系统是多用户分时交互型操作系统，DOS系统是单用户单任务操作系统。计算机中的CPU的工作分为系统态和用户态两种，系统态运行操作系统程序，用户态运行应用程序。 第二部分进程管理 一、选择题(选择最确切的一个答案，将其代码填入括号中) 顺序程序和并发程序的执行相比，（C）。 A、基本相同 B、有点不同 C、并发程序执行总体上执行时间快 D、顺序程序执行总体上执行时间快 并发进程失去了封闭性是指（D ）。 A、多个相对独立的进程以各自的速度向前推进 B、并发进程的执行结果与速度无关 C、并发进程执行时，在不同时刻发生的错误
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精品文档 实验一过程通道和数据采集处理 为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按 要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产 过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连 接通道，该通道称为过程通道。它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量 输入通道、数字量输出通道。 模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信 号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和 A/D 转换器等组成。模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信 号，主要有 D/A 转换器和输出保持器组成。 数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的 信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。 数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号 ( 如步进电机 ) ，计算机 可以通过 I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。 输入与输出通道 本实验教程主要介绍以 A/D 和 D/A 为主的模拟量输入输出通道， A/D 和D/A的 芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的 ADC0809和 TLC7528。 一、实验目的 1．学习 A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用 2．学习 D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用 二、实验内容 1．编写实验程序，将－ 5V ~ +5V 的电压作为 ADC0809的模拟量输入，将 转换所得的 8 位数字量保存于变量中。 2．编写实验程序，实现 D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。 三、实验设备 + PC 机一台， TD-ACC实验系统一套， i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 1．A/D 转换实验 ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和 A/D 转换器两部分，其主要特点为：单 电源供电、工作时钟 CLOCK最高可达到 1200KHz 、8 位分辨率， 8 +个单端模拟输 入端， TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。 TD-ACC教学系统中的 ADC0809芯片，其输出八位数据线以及 CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK(1MHz) 上。其它控制线根据实验要求可另外连接(A 、B、C、STR、/OE、EOC、IN0～ IN7) 。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图 1.1-1 所示 的实验线路图。
计算机控制系统期 末考试卷
班号学号姓名成绩 《计算机控制系统》期末考试卷 注意事项：1)接听手机发送短信等视同作弊2)计算题不能只给结果,要有过程 题目： 一、填空……………………………………………………………( 30 分) 1．（4分）计算机控制系统主要是在时间和幅值上将连续系统离散的，影响系统的主要 因素是采样周期和计算机字长。 2．（2分）离散系统频率特性的主要特点是采样频率s 的周期函数。 3．（6分）计算机控制系统中，A/D ，D/A，乘法，右移，常数存储 可能产生量化，一个量化单位是1／2（b-1），b为计算机字长。
4．（3分）零阶保持器对系统频率特性有什么影响 引起 -T/2的 相位延迟 ， 在 采样周期大 ， 系统频带高 时不可忽略。 5．（2分）离散系统由于量化产生的极限环振荡与系统传递函数的 极点 有关； 产生的不灵敏区与系统传递函数的 零点 有关。 6．（4分）量化的非线性效应是由运算的量化误差引起的，形成的本质是由于 阶梯非线性特性 。 7．（2分）被控对象离散化应当采用 z 变换，在离散域实现连续控 制律一般应当采用 Tustin 或其它差分、零极匹配 变换。 8．（3分）选择计算机控制的动态范围时，应当考虑 被控对象动态 最大最小值 和 计算机数最大最小值 ，满足 计算机动态范围大于物理系统最大范围 的条件。 9．（2分）连续系统可控可观，采样系统依然可控可观的条件是 对于相异特征根si 和sj ，满足：si-sj j2k /T ，T 为采样周 期 。 10．（2分）在计算机中实现时，P z z a z a n n n ()=+++-11Λ中哪个系数
江南大学物联网工程学院 《计算机控制系统》 实验报告 实验名称实验二微分与平滑仿真实验 实验时间2017.10.31 专业班级 姓名学号 指导教师陈珺实验成绩
一、实验目的与要求 1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。 2、了解平滑算法抑制噪音的作用。 3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。 二、仿真软硬件环境 PC 机，MATLAB R2012b 。 三、实验原理 如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。 四、D(Z)设计 1、未平滑时的D(Z) 用一阶差分代替微分运算： )1()()()(1--==Z T T Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。 2、平滑后的D(Z) 微分平滑运算原理如图： 取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有 )331(6)()()( )33(6 )5 .15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-= Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X T T X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K D x t + ○R
五、SIMULINK仿真结构图 七、思考题 1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系? 2、平滑后系统输出有无改善?是否一定需要平滑?
《计算机控制系统》实验手册 上海海事大学电气自动化系施伟锋 上海海事大学电气自动化实验中心李妮娜 目录 1《计算机控制系统》实验指导(Matlaｂ版) (2) 实验一数字PID参数的整定 (3) 实验二Ｓmith算法的运用..........................................５实验三二阶对象数字控制系统设计..............................７实验四达林控制算法的运用 (9) 2 《计算机控制系统》实验指导(DSP版） (11) 实验一实验系统介绍与CＣS软件使用入门 (11) 实验二数字I/O实验—交通灯实验 (26) 实验三PWM输出实验１——直流电机控制实验 (30) 3 《计算机控制系统》课程设计指导（Ｍatlab版）………3３ 4 《计算机控制系统》课程设计指导（DSＰ版) (35) 5 《计算机控制系统》课程设计报告或小论文格式 (40)
《计算机控制系统》实验指导 （Ｍaｔlab 版) 一、实验课程教学目的与任务 通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字ＰＩD控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法,了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。 根据各个实验项目,完成实验报告(用实验报告专用纸)。 二、实验要求 学生在熟悉ＰC机的基础上，熟悉ＭAＴLAＢ软件的操作，熟悉Ｓiｍuli ｎk工具箱的软件编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计,学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。 计算机控制系统主要技术指标和要求: 根据被控对象的特性,从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡２~3次左右进入稳定;系统静差小于3％~5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于３0％~５0%的稳定值;动态过渡过程时间在3~5倍的被控对象时间常数值。 系统整定的一般原则: 将比例度置于交大值,使系统稳定运行。根据要求,逐渐减小比例度,使系统的衰减比趋向于４：１或10：1。若要改善系统的静态特性,要使系统的静差为零,加入积分环节,积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性,增加系统的灵敏度,克服被控对象的惯性,可以加入微分环节,微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
《计算机控制技术》期末模拟试题（一） 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γM，定义为开环频率特性在截止频率ωc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(ω)= 。 8．若已知闭环系统自然频率为ωn，经验上，采样频率ωs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1 2．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)=ωn 2/s(s+2ζωn ) 实测求得单位阶跃响应的σ%=4.3%，t s =2.5秒，试写出闭环传递函数并求ωn ，ζ为多少。 五、（10分）现已知某炉温变化范围为0~1000℃，测试时，采用9位的A/D 变换器(带符号位)，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。若测试时，通过变送器将测试起点迁移到500℃，保持同样的系统对炉温变化的分辩率，试问此时可采用几位的A/D 变换器就可以了。 六、（10分）已知系统方块图如图2所示 图 2 1）试写出系统闭环传递函数 ?) z (R ) z (C )z (== φ 2）若K=2,试求使系统稳定的T 取值范围。 （已知Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2） i Q
计算机控制系统复习题 一、选择题（每题4分） 1.单位阶跃输入下输出响应，经过( )周期就稳定在设定值上。 A. T B. 4T C 3T 2.下列哪个不是计算机控制系统控制过程的步骤？( ) A.数据采集 B. 计算机控制量 C. 数据转换 D.输出控制信号 3.连续控制系统的稳定性条件是S平面的( )部分。 A单位圆内 B. 单位圆外 C. 右半 D.左半 4.连续控制系统的不稳定性条件是S平面的( )部分。 B.单位圆内 B. 单位圆外 C. 左半 D.右半 5.二阶系统的超调量与( )？ A.固有频率无关，阻尼比无关 B. 固有频率有关，阻尼比无关 C. 固有频率有关，阻尼比有关 D. 固有频率无关，阻尼比有关 6. 低通滤波器可以让高于( )Hz虑掉。 A 80 B. 60 C. 70 7.计算机控制系统稳定性条件是Z平面的( )部分。 A 左半B. 单位圆外 C. 单位圆内 D.右半 8.下列属于共模干扰？( ) A电容的静电耦合 B. 长线传输的互感 C变压器漏电 D.磁场耦合 9.下列哪个不属于计算机控制系统的过程输入通道。( ) C.温度 B. 压力 C. 继电器 D.流量 10.计算机控制系统是以( )为核心部件的自动控制系统。 D.控制器 B. 计算机C. 转换器 D.保持器 选择题参考答案 1. D 4. D
二、判断题（每题2分） 1. PID的积分环节经常单独使用。（） 2. 转速传感器的激励绕组与输出绕组之间在空间相差180°（） 3. 空间辐射干扰中来自通道的干扰最大。（） 4. 一般采用多路通道共享采样/保持或模数转换器。（） 5.被控对象可以是模拟量，不可以是开关量。（） 6. 低通滤波器可让80Hz的工频信号无衰减地通过。（） 7. 计算机控制系统的分析与设计是以系统的数学模型为基础。（） 8. 计算机的硬件对计算机控制系统的非常重要，管理计算机的程序及过程控制的应用程序。（） 9. 连续控制系统的传递函数分母式系统的特征多项式，代表系统的固有特性？（） 10.输入输出通道时计算机控制系统的核心。（） 判断题参考答案 1.(错) 2.(错) 3.(错) 4.(对) 5.(错) 6.(错) 7（对）8.(错)9（对）10. (错) 三、简答 1、二阶系统时间响应的性能指标？ 1）要使二阶系统具有满意的动态性能指标，必须选择合适的阻尼比和无阻尼固有频率。提高固有频率，可以提高二阶系统的响应速度，减少上升时间、峰值时间和调整时间；增大阻尼比可以减弱系统的振荡性能，即降低超调量，但增大上升时间和峰值时间。一般情况下，系统在欠阻尼状态下工作，若阻尼比过小，则系统的振动性能不符合要求，瞬态特性差。因此，通常要根据允许的超调量来选择阻尼比。 2）系统的响应速度与振荡性能之间存在矛盾。因此，若既要减弱系统振荡，又要系统具有一定的响应速度，则只有选择合适阻尼比和固有频率才能实现。
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 武汉科技大学 智能控制系统 学院：信息科学与工程学院 专业：控制理论与控制工程 学号： 姓名：李倩
基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例 摘要 现代控制系统，规模越来越大，系统越来越复杂，用传统的控制理论方法己不能满控制的要求。智能控制是在经典控制理论和现代控制理论的基础上发展起来的，是控制理论、人工智能和计算机科学相结合的产物。MATLAB是现今流行的一种高性能数值计算和图形显示的科学和工程计算软件。本文首先介绍了智能控制的一些基本理论知识，在这些理论知识的基础之上通过列举倒立摆控制的具体实例，结合matlab对智能控制技术进行了深入的研究。 第一章引言 自动控制就是在没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象(如机器、设备和生产过程)的某些物理量能自动地按照预定的规律变化。它是介于许多学科之间的综合应用学科，物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。自动控制系统的实例最早出现于美国，用于工厂的生产过程控制。美国数学家维纳在20世纪40年代创立了“控制论”。伴随着计算机出现，自动控制系统的研究和使用获得了很快的发展。在控制技术发展的过程中，待求解的控制问题变得越来越复杂，控制品质要求越来越高。这就要求必须分析和设计相应越来越复杂的控制系统。智能控制系统(ICS)是复杂性急剧增加了的控制系统。它是由控制问题的复杂性急剧增加而带来的结果，其采用了当今其他学科的一些先进研究成果，其根本目的在于求解复杂的控制问题。近年来，ICS引起了人们广泛的兴趣，它体现了众多学科前沿研究的高度交叉和综合。 作为一个复杂的智能计算机控制系统，在其建立投入使用前，必要首先进行仿真实验和分析。计算机仿真(Compeer Simulation)又称计算机模拟(Computer Analogy)或计算机实验。所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在计算机上对该仿真模型
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下5个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
四、设计题目： 1、瓦斯气体浓度控制系统： 要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 2、酒精浓度自动控制系统： 要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路。实现以下要求： 设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号； a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 3、恒温箱控制系统： 要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。
班号学号姓名成绩 《计算机控制系统》期末考试卷 注意事项：1)接听手机发送短信等视同作弊 2)计算题不能只给结果,要有过程 题目： 一、填空……………………………………………………………( 30 分) 1．（4分）计算机控制系统主要是在时间和幅值上将连续系统离散的，影响系统的主要因素是采样周期和计算机字长。 2．（2分）离散系统频率特性的主要特点是采样频率s 的周期函数。 3．（6分）计算机控制系统中，A/D ，D/A，乘法，右移，常数存储可能产生量化，一个量化单位是1／2（b-1），b为计算机字长。4．（3分）零阶保持器对系统频率特性有什么影响引起-T/2的相位延迟，在采样周期大，系统频带高时不可忽略。 5．（2分）离散系统由于量化产生的极限环振荡与系统传递函数的极点有关； 产生的不灵敏区与系统传递函数的零点有关。6．（4分）量化的非线性效应是由运算的量化误差引起的，形成的本质是由于阶梯非线性特性。7．（2分）被控对象离散化应当采用z变换，在离散域实现连续控制律一般应当采用Tustin
或其他差分、零极匹配 变换。 8．（3分）选择计算机控制的动态范围时，应当考虑 被控对象动态最大最小值 和 计算机数最 大最小值 ，满足 计算机动态范围大于物理系统最大范围 的条件。 9．（2分）连续系统可控可观，采样系统仍然可控可观的条件是 对于相异特征根si 和sj ，满足：si-sj j2k /T ，T 为采样周期 。 10．（2分）在计算机中实现时，P z z a z a n n n ()=+++-11 中哪个系数变化使根偏移量最 大 a n ，特征根靠得太近会产生什么问题 离散化造成的根的偏移量增大 。
《计算机控制系统》实验报告 学校：上海海事大学 学院：物流工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：*** 学号：************
一、实验课程教学目的与任务 通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字PID控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法，了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。 根据各个实验项目，完成实验报告（用实验报告专用纸）。 二、实验要求 学生在熟悉PC机的基础上，熟悉MATLAB软件的操作，熟悉Simulink工具箱的软件编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计，学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。 计算机控制系统主要技术指标和要求： 根据被控对象的特性，从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡2～3次左右进入稳定；系统静差小于3%～5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于30％～50％的稳定值；动态过渡过程时间在3～5倍的被控对象时间常数值。 系统整定的一般原则： 将比例度置于较大值，使系统稳定运行。根据要求，逐渐减小比例度，使系统的衰减比趋向于4：1或10：1。若要改善系统的静态特性，要使系统的静差为零，加入积分环节，积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性，增加系统的灵敏度，克服被控对象的惯性，可以加入微分环节，微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
4.9 已知被控对象的传递函数为 ()) 1.1010 += s s s G c （ 采样周期T=0.1s ，采用零阶保持器。要求 （1）针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的()z D ，并计算输出响应)(k y 、控制信号)(k u 和误差)(k e 序列，画出它们对时间变化的波形。 （2）针对单位阶跃输入信号设计最少拍有纹波系统的()z D ，并计算输出响应)(k y 、控制信号)(k u 和误差)(k e 序列，画出它们对时间变化的波形。 解：广义脉冲传递函数为 ) 368.01)(1()717.01(368.0))1(1 11)1(10) )10(100()1())11.0(101()(11111 10121121-------------+= -+---=+-=+?-=z z z z z e z z Tz s s Z z s s s e Z z G T Ts 最少拍无纹波设计步骤： 1）根据广义对象的传递函数确定参数 N （分母多项式的幂次） M （分子多项式的幂次） d=N-M 延时 w 在所有零点的总数（不包括无穷远的零点） v 在z 平面的单位圆上或圆外极点的个数 j 在z 平面的单位圆上极点的个数 q(输入类型) 已知N=2，M=2 所以d=0 w=1(即分子多项式中的)717.01(1 -+z ) v=1，j=1； q=2(单位速度输入) 2）确定F1(z)和F2(z)的幂次m 和n ） q ,max(j j v n d w m +-=+= m m z f z f z f z F ---++++=121211111)( n n z f z f z f z F ---+++=22221212)( 2 q ,max(1 =+-==+=）j j v n d w m 所以： 11111)(-+=z f z F 2221212)(--+=z f z f z F 3）确定Фe(z) )()1()1()(1)(1),(111z F z z a z z q j max j v i i e --=--????????-=Φ-=Φ∏ 3 11211111111211),(m ax 111)1(1) 1()1()()1()1()(-------=-+--+=+-=-??????-=Φ∏z f z f z f z f z z F z z a z q j j v i i e