《计算机控制系统》课后题答案-刘建昌等科学出版社

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计算机控制系统课后习题答案1

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。

计算机控制系统课后参考答案概论

2-1 简述过程通道的作用、类型和组成？作用：过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

类型：按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。

组成：【数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。

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、并行接口电路和定时计数电路等组成。

数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。

其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。

模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。

(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。

(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。

(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。

在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。

(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/Digital Converter，简称A/D转换器或ADC)。

模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成。

(1)D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/Analog Converter,简称D/A 转换器或DAC)。

它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。

(2)V/I变换：一般情况下，D/A转换电路的输出是电压信号。

在计算机控制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少由于传输带来的干扰和衰减，需要采用电流方式输出模拟信号。

(完整版)计算机控制系统课后习题答案

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。

计算机控制系统答案

计算机控制系统（答案）一、单选题(共126题)【1】.A【2】.D【3】.C【4】.D【5】.A【6】.B【7】.C【8】.C【9】.B【10】.B【11】.A【12】.D【14】.B 【15】.A 【16】.A 【17】.C 【18】.D 【19】.B 【20】.B 【21】.C 【22】.A 【23】.D 【24】.C 【25】.C 【26】.B 【27】.D【29】.D 【30】.D 【31】.A 【32】.D 【33】.B 【34】.C 【35】.B 【36】.C 【37】.B 【38】.A 【39】.B 【40】.A 【41】.B 【42】.C【44】.B 【45】.A 【46】.A 【47】.D 【48】.A 【49】.C 【50】.A 【51】.A 【52】.D 【53】.B 【54】.A 【55】.B 【56】.A 【57】.B【59】.C 【60】.B 【61】.B 【62】.C 【63】.A 【64】.D 【65】.B 【66】.D 【67】.D 【68】.C 【69】.D 【70】.D 【71】.D 【72】.D【74】.A 【75】.B 【76】.D 【77】.A 【78】.D 【79】.B 【80】.D 【81】.D 【82】.A 【83】.C 【84】.A 【85】.A 【86】.A 【87】.A【89】.A 【90】.B 【91】.A 【92】.D 【93】.C 【94】.C 【95】.C 【96】.A 【97】.D 【98】.B 【99】.B 【100】.A 【101】.B 【102】.A【104】.D 【105】.C 【106】.D 【107】.A 【108】.C 【109】.D 【110】.B 【111】.D 【112】.C 【113】.C 【114】.B 【115】.D 【116】.D 【117】.B【119】.D【120】.B【121】.C【122】.A【123】.A【124】.A【125】.C【126】.B二、多选题(共93题) 【127】.AD【128】.ACD【129】.ABC【130】.ABCD【131】.ABC【132】.BC【133】.AB 【134】.ABC 【135】.BC 【136】.AC 【137】.BD 【138】.CD 【139】.ABCD 【140】.BC 【141】.CD 【142】.ABC 【143】.ABD 【144】.CD 【145】.CD 【146】.BCD 【147】.ABC【148】.AB 【149】.BCD 【150】.ABC 【151】.ABC 【152】.ABC 【153】.ACD 【154】.AC 【155】.BCD 【156】.ABD 【157】.ABD 【158】.BD 【159】.ABD 【160】.ABC 【161】.BC 【162】.BCD【163】.BD 【164】.AB 【165】.BCD 【166】.BCD 【167】.ABC 【168】.BCD 【169】.BCD 【170】.ABC 【171】.ABD 【172】.BC 【173】.ACD 【174】.CD 【175】.BD 【176】.AB 【177】.AB【178】.BD 【179】.ACD 【180】.BD 【181】.ACD 【182】.ABC 【183】.ACD 【184】.AC 【185】.BC 【186】.CD 【187】.CD 【188】.AC 【189】.ABC 【190】.AC 【191】.BC 【192】.BC【193】.BD 【194】.ACD 【195】.ABD 【196】.ABC 【197】.ABC 【198】.AB 【199】.AC 【200】.ABC 【201】.BC 【202】.BCD 【203】.ACD 【204】.ABD 【205】.AC 【206】.BCD 【207】.BC【208】.ABC【209】.BC【210】.AD【211】.CD【212】.ABC【213】.ABC【214】.AB【215】.AC【216】.BCD【217】.BC【218】.AC【219】.AD三、判断题(共65题) 对的打“√” 错的打“×” 【220】.√【221】.√【222】.√ 【223】.√ 【224】.√ 【225】.√ 【226】.×【227】.×【228】.×【229】.×【230】.×【231】.√ 【232】.×【233】.√ 【234】.√ 【235】.√ 【236】.√【237】.√ 【238】.×【239】.√ 【240】.√ 【241】.×【242】.√ 【243】.√ 【244】.×【245】.√ 【246】.×【247】.√ 【248】.×【249】.×【250】.√ 【251】.×【252】.√ 【253】.×【254】.√ 【255】.√ 【256】.√ 【257】.√ 【258】.×【259】.×【260】.×【261】.×【262】.×【263】.√ 【264】.×【265】.√ 【266】.√【267】.×【268】.×【269】.×【270】.×【271】.√ 【272】.√ 【273】.√ 【274】.×【275】.√ 【276】.×【277】.√ 【278】.√ 【279】.√ 【280】.√ 【281】.×【282】.×【283】.×【284】.√四、填空题(共77题) 【285】.2 5【286】.6 50【287】.最大负荷30【288】.工频，逐次比较型【289】.广播式，存储转发式【290】.实时数据库，现场控制站【291】.1 0【292】.动态平滑性,0～255【293】.16，32【294】.低压绝缘0.5【295】.可编程功能键，任何【296】.MTBF，4000【297】.采样定理，小于【298】.网络文件服务器，数据加密【299】.黑黄【300】.发电机励磁机【301】.变送器模件【302】.150.5【303】.2 正常水位线【304】.60 0.05【305】.补偿器补偿导线【306】.20 1【307】.线路电阻模件【308】.中心3【309】.二硫化钼铅粉【310】.自适应，自适应【311】.接触电阻动作和释放时间【312】.55【313】.主管道导压管【314】.1 在线运行【315】.IEEE ISO【316】.网络文件，工作站shell 【317】.相互冗余，网络节点【318】.断偶短路或断路【319】.不燃阻燃【320】.记录台帐处理过程【321】.6070【322】.内部结构安装尺寸【323】.路由器，OSI【324】.0.5 4.1【325】.110【326】.EPROM，RAM 【327】.接地浮空【328】.温度压力【329】.4螺丝【330】.150 排污【331】.启动部分，入侵型病毒【332】.人机界面，网络节点【333】.时间,采样速率【334】.100 100【335】.模入容量,采样速度【336】.KCA JX【337】.分辨,组件式【338】.MTBF，4320【339】.10 5【340】.一点接地屏蔽线与地【341】.用户自定义显示，功能库【342】.0.5 0.3【343】.被测电压，基准电压【344】.A/D转换器，采样周期【345】.网络；信息交换【346】.周期，随机【347】.黑灰【348】.图形命令，图形命令【349】.线路中串接检测元件【350】.横装400【351】.2 500【352】.短路1【353】.5200【354】.12【355】.500250【356】.实时多任务，现场控制站【357】.系统组态，管理监视【358】.速度,机器语言【359】.动压静压【360】.2人以上50【361】.关中断,时钟处理五、简答题(共74题)【362】.1）调用CRT画面响应时间；2）CRT画面显示数据刷新时间；3）开关量采集的实时性；4）控制器模件模拟量处理周期；5）控制器模件开关量处理周期；【363】.CGA有图形和字符两种控制方式。

计算机控制系统作业参考答案

《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。

计算机控制系统课后答案 (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。

计算机控制系统课后答案PPT文档39页

21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
计算机控制系统课后答案
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——பைடு நூலகம்德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！

计算机控制系统习题答案

（ c ）由系统结构图
C ( z ) NG2 ( z ) R ( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) E ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) E ( z ) R( z ) C ( z ) NG2 ( z ) R( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) R ( z ) C ( z ) C ( z) NG2 ( z ) R( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) R ( z ) 1 DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) 1 DD1 ( z )GhG1G2 ( z )
1
计算机监督控制 SCC 系统有两种类型，一种是 SCC+模拟调节器，另一种是 SCC+DDC 控制系统。SCC 的优点是不仅可进行复杂控制规律的控制，而且工作可靠性高，当 SCC 出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。 1.4 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？解答：(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。 1.5 如果按应用场合分类，计算机控制系统大致可以分为几类？各有什么主要特点？解答：（1）数据采集与监视控制系统。特点：机构简单，控制灵活安全，特别适应于未摸清控制规律的系统，常被用于计算机控制系统研究的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调制新的控制程序等。（2）直接数字控制系统。特点：a、控制灵活。只要改变算法程序，就可以方便地改变控制方法，无需改变系统任何硬件。b、可以有效地实现较复杂的控制，用来改善控制品质。c、可以实现多回路控制，费用比模拟系统节省。（3）计算机监督控制系统。特点：SCC 的优点是不仅可进行复杂控制规律的控制，而且工作可靠性高，当 SCC 出故障时，下级仍可继续执行控制任务。（4）分布式计算机控制系统。特点：a、分布式结构。b、具有较高的可靠性。c、设计，开发与维护，操作方便。 1.6 为什么说计算机集成制造系统是工业自动化的发展趋势？解答：大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求。

计算机控制系统习题参考答案

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±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。

计算机控制系统(答案)

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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：For personal use only in study and research; not for commercial use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？For personal use only in study and research; not for commercial use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。

For personal use only in study and research; not for commercial use解答：1.4应用逻辑器件设计一个指示灯经过计算机数据总线输出的电路图。

解答：1.5设计一个模拟信号输入至计算机总线接口的结构框图。

解答：模拟量输入通道组成与结构图1.6设计一个计算机总线接口至一个4~20mA模拟信号输出的结构框图。

解答：1.7简述并举例说明内部、外部和系统总线的功能。

解答：内部总线指计算机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连，是微处理器总线的延伸，是微处理器与外部硬件接口的通路，图1.8所示是构成微处理器或子系统内所用的并行总线。

内部并行总线通常包括地址总线、数据总线和控制总线三类。

图1.8 内部并行总线及组成系统总线指计算机中各插件板与系统板之间的总线（如Multibus总线、STD总线、PC 总线），用于插件板一级的互连，为计算机系统所特有，是构成计算机系统的总线。

由于微处理器芯片总线驱动能力有限，所以大量的接口芯片不能直接挂在微处理器芯片上。

同样，如果存储器芯片、I/O接口芯片太多，在一个印刷电路板上安排不下时，采用模块化设计又增加了总线的负载，所以微处理器芯片与总线之间必须加上驱动器。

系统总线及组成如图1.10所示。

图1.10 系统总线及组成外部总线指计算机和计算机之间、计算机与外部其他仪表或设备之间进行连接通信的总线。

计算机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。

外部总线通常通过总线控制器挂接在系统总线上，外部总线及组成如图1.11所示。

图1.11 外部总线及组成1.8 详述基于权电阻的D/A 转换器的工作过程。

解答：D/A 转换器是按照规定的时间间隔T 对控制器输出的数字量进行D/A 转换的。

D/A 转换器的工作原理，可以归结为“按权展开求和”的基本原则，对输入数字量中的每一位，按权值分别转换为模拟量，然后通过运算放大器求和，得到相应模拟量输出。

相应于无符号整数形式的二进制代码，n 位DAC 的输出电压out V 遵守如下等式：2 31223()2222n out FSR nB B B B V V =++++ (1.3) 式中，FSR V 为输出的满幅值电压，1B 是二进制的最高有效位，n B 是最低有效位。

以4位二进制为例，图1.12给出了一个说明实例。

在图1.12中每个电流源值取决于相应二进制位的状态，电流源值或者为零，或者为图中显示值，则输出电流的总和为：3124234()2222out B B B B I I =+++ (1.4) 我们可以用稳定的参考电压及不同阻值的电阻来替代图1.12中的各个电流源，在电流的汇合输出加入电流/电压变换器，因此，可以得到权电阻法数字到模拟量转换器的原理图如图1.13所示。

图中位切换开关的数量，就是D/A 转换器的字长。

图1.12 使用电流源的DAC 概念图图1.13 权电阻法D/A 转换器的原理图1.9 D/A 转换器误差的主要来源是什么？解答：D/A 转换的误差主要应由D/A 转换器转换精度（转换器字长）和保持器（采样点之间插值）的形式以及规定的时间间隔T 来决定。

1.10 详述逐次逼近式A/D 转换器的工作过程。

解答：逐次逼进式A/D 转换器原理图如图1.14所示，当计算机发出转换开始命令并清除n 位寄存器后，控制逻辑电路先设定寄存器中的最高位为“1”其余位为“0”，输出此预测数据为100…0被送到D/A 转换器，转换成电压信号f V ，后与输入模拟电压g V 在比较器中相比较，若g f V V ≥，说明此位置“1”是对的，应予保留，若g f V V <，说明此位置“1”不合适，应置“0”。

然后对次高位按同样方法置“1”，D/A 转换、比较与判断，决定次高位应保留“1”还是清除。

这样逐位比较下去，直到寄存器最低一位为止。

这个过程完成后，发出转换结束命令。

这时寄存器里的内容就是输入的模拟电压所对应的数字量。

VV图1.14 逐次逼近式A/D 转换器原理框图1.11详述双积分式A/D 转换器的工作过程。

解答：双积分式A/D 转换器转换原理框图如图1.15(a)所示，转换波形如图1.15(b)所示。

当t=0，“转换开始”信号输入下，g V 在T 时间内充电几个时钟脉冲，时间T 一到，控制逻辑就把模拟开关转换到ref V 上，ref V 与g V 极性相反，电容以固定的斜率开始放电。

放电期间计数器计数，脉冲的多少反映了放电时间的长短，从而决定了输入电压的大小。

放电到零时，将由比较器动作，计数器停止计数，并由控制逻辑发出“转换结束”信号。

这时计数器中得到的数字即为模拟量转换成的数字量，此数字量可并行输出。

(a) (b)图1.15 双积分式A/D转换器原理及波形图1.12 A/D转换器误差的主要来源是什么？解答：A/D转换的误差主要应由A/D转换器转换速率（孔径时间）和转换精度（量化误差）来决定。

1.13简述操作指导控制系统的结构和特点。

解答：操作指导系统的结构如图1.16所示。

它不仅提供现场情况和进行异常报警，而且还按着预先建立的数学模型和控制算法进行运算和处理，将得出的最优设定值打印和显示出来，操作人员根据计算机给出的操作指导，并且根据实际经验，经过分析判断，由人直接改变调节器的给定值或操作执行机构。

当对生产过程的数学模型了解不够彻底时，采用这种控制能够得到满意结果，所以操作指导系统具有灵活、安全和可靠等优点。

但仍有人工操作、控制速度受到限制，不能同时控制多个回路的缺点。

图1.16 操作指导系统框图1.14简述直接数字控制系统的结构和特点。

解答：直接数字控制系统DDC结构如图1.17所示。

这类控制是计算机把运算结果直接输出去控制生产过程，简称DDC系统。

这类系统属于闭环系统，计算机系统对生产过程各参量进行检测，根据规定的数学模型，如PID算法进行运算，然后发出控制信号，直接控制生产过程。

它的主要功能不仅能完全取代模拟调节器，而且只要改变程序就可以实现其他的复杂控制规律，如前馈控制、非线性控制等。

它把显示、打印、报警和设定值的设定等功能都集中到操作控制台上，实现集中监督和控制给操作人员带来了极大的方便。

但DDC对计算机可靠性要求很高，否则会影响生产。

图1.17 直接数字控制系统1.15简述计算机监督控制系统的结构和特点。

解答：监督控制系统有两种形式。

（1）SCC加模拟调节器的系统这种系统计算机对生产过程各参量进行检测，按工艺要求或数学模型算出各控制回路的设定值，然后直接送给各调节器以进行生产过程调节，其构成如图1.18所示。

这类控制的优点是能够始终使生产过程处于最优运行状态，与操作指导控制系统比较，它不会因手调设定值的方式不同而引起控制质量的差异。

其次是这种系统比较灵活与安全，一旦SCC计算机发生故障，仍可由模拟调节器单独完成操作。

它的缺点是仍然需采用模拟调节器。

图1.18 SCC加调节器的系统框图（2）SCC加DDC的系统在这种系统中，SCC计算机的输出直接改变DDC的设定值，两台计算机之间的信息联系可通过数据传输直接实现，其构成如图1.19所示。

这种系统通常一台SCC计算机可以控制数个DDC计算机，一旦DDC计算机发送故障时，可用SCC计算机代替DDC的功能，以确保生产的正常进行。

图1.19 SCC加DCC的系统框图1.16简述集中控制系统的结构和特点。