计算机控制技术试卷及答案分析

第一章计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么？计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。

2、计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。

计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。

3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些？稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些？各项连续控制系统计算机控制系统信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化5、计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统DCS⑥现场总线控制系统FCS二、按控制规律分类①程序和顺序控制② PID 控制③最少拍控制④复杂规律的控制⑤智能控制第二章 离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些？连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t)离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t)离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的？一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。

则采样角频率只有满足下面的关系：ωs ≥2ωmax采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。

一、填空题置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得1.工业控制机是指按生产过程控制的的运算结果继续增大或减小，但执行特点和要求而设计的计算机，它包括机构已无相应的动作硬件和软件两个组成部分。

三、选择题计算机控制系统中常用的控制器有 2.1.下列不属于数字控制方式的是（可编程序控制器、工控机、单片机、）A、点位控制、智能调节器等。

DSPB、直线控制C、网格控制在计算机控制系统中，被测信号有单D、轮廓控制3.2.8位的端对地输入和双端不对地输入两种输A/D转换器分辨率为（）A、0.01587 入方式。

B、0.007874C、0.003922 4.ADC0809是一种带有8通道模拟开D、0.00097753.位逐次逼近式A/D专家控制系统大致可以分为（）转换器。

关的8①专家自整定控制 5.模拟量输入通道的任务是把从系统②专家自适应控制③专家监督控制中检测到的模拟信号，变成二进制数④混合型专家控制⑤仿人智能控制字信号，经接口送往计算机。

A、①②③⑤B信号接地方式应采用一点接地方式，6.、②④⑤C、②③④⑤而不采用多点接地方式。

D、①③④⑤4.一个8位的按极点配置设计的控制器通常有两7.A/D转换器(量化精度0.1%)部分组成，一部分是状态观测器，另，孔径时间3.18μm，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的一部分是控制规律。

正弦波模拟信号的最大频率为（模块化程序设计一般包括自顶向下）8.A 和自底向上两种设计方法。

、5Hz B、50Hz C、100HzD堆栈和队列的共同特线性表、9.数组、、500Hz5.某热处理炉温度点是要求连续的存储单元来顺序存放变化范围为0~1350℃，经温度变送器变换为1~5V数据元素。

的电压送至ADC0809，ADC0809计算机控制系统的输入变送器和输10.的输入范围为0~5V，出执行机构的信号统一为0~10mA DC当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A，此时炉温为（。

一、选择题（本题共10小题，每小题 1.5 分，共15 分）1．B 2. A 3. B 4. C 5. B 6. A 7. D 8. D 9.A 10. D二、填空题（本题共15 个空，每空1分，共15 分）1. 采样保持2. 8 双0伏3. 采样精度精度差4. 中断5. 通电一次转过的角度转子上两齿间的夹角6. 单三拍，双三拍，三相六拍（或A→B→C，AB→BC→CA，A→AB→B→BC→C→CA）7. 线性插值法8. 把数字量转换成人们所熟悉的十进制工程量消除静差三、简答题（本题共4小题，每小题6分，共24分）1. 答：动态显示是每一时刻只有一位在显示，而且按照一定的周期循环显示，由于循环周期比较快，所以人眼看到的仍然是一个多位同时显示。

静态显示是各位一起显示。

动态显示用于仿真器，而静态显示则用于工业过程控制和智能化仪表。

2. 答：小功率直流电机双向控制原理图，如下所示：图中，当SW1和SW4闭合时，马达正转；当SW2和SW3闭合时，马达反转；当SW1和SW3或SW2和SW4闭合时，马达刹车；当SW1、SW3、SW2和SW4都断开时，马达滑行。

3. 答：平均滤波有三种：算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波。

算术平均滤波每一次采样值所占的比例均相等；加权平均滤波则每次采样值所占的比例不等，可以突出某些部分，使其所占的比例增大，但各次采样的系数总和为∑Ci=0；而滑动平均滤波则是每次只更新一个采样值，因而采样速度快。

4. 答：经实验得出正确的参数曲线，根据精度要求取点，精度要求高处多取点，其他地方少取点，相临两点连线，用直线代替曲线，在保证精度的前提下实现非线性参数分段线性化。

四、说明题（本题共1小题，共10分，画图5分，说明5分）答：分时采样和分时转换的工作原理如下图所示：（10分，画图5分，说明5分）在这一系统中，被测参数经多路开关一个一个地被切换到S/H和A/D转换器进行转换。

由于各参数是串行输入的，所以转换时间比较长。

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)=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。

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）。

计算机控制技术答案及评分标准一、填空题（每空1分）1.数据信息，状态信息，控制信息；2.模拟化设计法，直接设计法；3.系统软件，应用软件；4.max 2f f s ≥；5.输出保持器；6.差分变换法，零阶保持器法，双线性变换法；7.比例控制，积分控制，微分控制；8.网络化，集成化，智能化，标准化；9.64KB 。

二、选择题（每题2分）1.B ；2.A ；3.D ；4.D ；5.B 。

三、简答题1.单缓冲工作方式（2分）；单极性电压输出（2分）；-5—0V （2分）。

2.查询式输入输出控制方式（2分）；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）；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）。

四、11112--+-=ZZ T s （2分） 21121544)(-----+=Z Z Z Z D （4分） 15)1(2)2()(4)1(4)(-+-++-=k u k u k e k e k u （4分）五、（1）、s T s s D i 1)(+=τ 其中3=τ（1分）)122(21)12(4)()()(22+=+==s T s T s s T s G s D s G i c （1分） ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⇒==162222422i i T T T T （2分） 得：ss s D 1613)(+=（2分） （2）、163=P K ，3=I T ，0=D T （2分） 用差分法离散可得：)1()()1()(10--+-=k e a k e a k u k u （2分）其中：)1(0IP T T K a +=（1分），P K a =1（1分） 六、)3.01)(1()1.01(2.0)(1112------+=z z z z z G 1=d ,1=w ,1=v ,1=j ,1=q ,且q j =,有（2分） 221111)(2--++=→=+=z f z f z F d w p （2分） 112)(1-=→=+-=z m z F q j v l （2分） )1)(1()(1)(22111---++-=-=z f z f z z Φz Φe （2分） 211)1.01()(--+=z m z z Φ（2分）11=f ,09.02=f ,9.01=m （2分）21)1.01(9.0)(--+=z z z Φ21109.01)3.01(5.4)(1)()(1)(---++-=-=z z z z Φz Φz G z D （3分） 七、图略8255A 相关接线（7分）8253A 相关接线（7分）地址扩展接线（7分）。

一、选择题（本题共10 小题，每小题 1.5分，共 15分）1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（A）转换。

A ． A/D 转换器B．双向可控硅C． D/A 转换器D．光电隔离器2.若系统欲将一个 D/A 转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D）器件完成控制量的切换工作。

A ．锁存器锁存B ．多路开关C． A/D 转换器转换D．反多路开关3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH 应取值（A）。

A．比较小B．比较大C．取零值 D ．取负值4. 在 LED 显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。

A．阳极B．阴极C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（ B）实现的。

A．改变定子的通电方向和通电占空比B．改变转子的通电方向和通电占空比C．改变定子的通电电压幅值D．改变转子的通电电压幅值6.计算机监督系统（SCC）中，SCC 计算机的作用是（ B ）A ．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机C．当DDC计算机出现故障时，SCC 计算机也无法工作D． SCC 计算机与控制无关7.键盘锁定技术可以通过（C ）实现。

A ．设置标志位B．控制键值锁存器的选通信号C． A和B 都行D．定时读键值8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。

A．0．3伏以下B． 0． 7 伏以上C． -3 伏以下 D ．+3伏以上9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。

A．只能通过模拟滤波电路B.只能通过数字滤波程序C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（ B ）。

A．步进电机可以直接接受数字量B．步进电机可以直接接受模拟量C．步进电机可实现转角和直线定位D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动二、填空题（本题共15 个空，每空 1 分，共15 分）1. 香农定理告诉我们，采样频率越高，采样数据描绘的曲线越接近实际曲线。

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。

计算机控制系统试卷一答案一、简答题（每题 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以下：2.依据采样过程的特色，能够将采样分为哪几种种类答：依据采样过程的特色，能够将采样分为以下几种种类。

(1)周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为一般采样。

(2)同步采样假如一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期同样且同时进行采样，则称为同步采样。

(3)非同步采样假如一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期同样但不一样时开闭，则称为非同步采样。

(4)多速采样假如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同样，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.简述比率调理、积分调理和微分调理的作用。

答：(1) 比率调理器：比率调理器对偏差是即时反响的，偏差一旦出现，调理器立刻产生控制作用，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率系数K P。

比率调理器固然简单快速，但关于系统响应为有限值的控制对象存在静差。

加大比率系数K P能够减小静差，可是K P过大时，会使系统的动向质量变坏，惹起输出量振荡，甚至致使闭环系统不稳定。

(2)积分调理器：为了除去在比率调理中的剩余静差，可在比率调理的基础上加入积分调理。

积分调理拥有积累成分，只需偏差 e 不为零，它将经过积累作用影响控制量u，进而减小偏差，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将减慢除去静差的过程，但可减小超调，提升稳固性。

引入积分调理的代价是降低系统的快速性。

(3)微分调理器：为加速控制过程，有必需在偏差出现或变化的瞬时，按偏差变化的趋势进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调理的原理。

微分作用的加入将有助于减小超调，战胜振荡，使系统趋于稳固。

4. 采样保持器 LF398工作原理图以以下图，试剖析其工作原理。

《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。