计算机控制系统复习题
一、填空题 1、计算机控制系统由计算机和 被控对象（或生产过程）两部分组成。计算机控制系统的基本工作原理可以归纳为： 实时数据处理、 实时监督决策、 实时控制及输出。 2、所谓计算机控制，就是利用 传感装置 将被监控对象中的物理参量（如温度、压力）转换为电量（如电压、电流），再将这些电量送入 输入装置 中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以 数字、图形或曲线 的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观地了解被监控对象的变化过程。计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种 报表 。如果需要对被控对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；然后在 输出装置 中输出相应的电信号，并且推动 执行装置（如调节阀、电动机） 动作从而完成相应的控制任务。 3、若ωmax 为被采样的连续信号的最高频率，根据香农采样定理，采样周期必须满足 T<π/ωmax 4、人机接口的作用：一是输入程序或数据，完成各种操作控制；二是显示生产过程的工艺状况与运行结果。 5、与开环控制系统相比较，闭环控制系统可以使被控量具有较高的精度
6、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 之间加入调理电路。 选择D/A 变换器字长时，要求计算机系统输出的最小信号应小于执行机构的死区。
7、计算机网络有两个基本功能：数据通信、资源共享。
8、计算机网络的拓扑结构常用的有：星型结构、环型结构、总线型结构、树型结构、组合型结构。
9、某8位A/D 转换器的输入电压为0~+5V ，则输入模拟量为3V 是输出的数字量是99H 10、平均值滤波是对信号y 进行m 次采样；则滤波器的输出=)k (y ∑=m
i i y m 1
)(1 11、在微机控制系统中，一般采用分别汇流法单点接地，这样接地的目的是避免构成地回路。 12、集散控制系统一般由现场监测站、现场控制站、操作员站、工程师站、上位机和通讯网络组成，具有分散控制、集中管理的特点。其中，操作员站、工程师站、上位计算机构成集散控制系统的集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散控制系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。
13、按照功能分层，集散控制系统可以分为直接控
制级、过程管理级和经营管理级。信息一方面自下而上
逐渐集中，同时，它又自上而下逐渐分散。
14、集散控制系统的特点：分级递阶控制、分散控制、自治和协调性 15、DCS 系统的软件组态包括系统组态、画面组态和控制组态。
18.计算机控制系统与连续系统相比，在系统结构与参数不变的条件下，抑制干扰的能力增强。 19.小的采样周期T ，在计算机字长有限时，系统的量化误差保持不变。 20. 在D ／A 转换器中决定输出信号的极性和幅值的是Vref 二、名词解释 1、实时性 实时性是指IPC 系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件做出反应的特性。 2、串模干扰和共模干扰：
串模干扰是叠加在被测信号上的干扰，可能是信号源的一部分，也可能是由长线引入的；共模干扰是指测
控系统模拟量输入通道的A/D 转换器的两个输入端共有的干扰电压。
3．数字滤波 数字滤波是通过一定的计算程序对采样信号进行处理以减小或消除干扰信号达到滤波目的。例如：平均
值滤波是对信号y 进行m 次采样；则滤波器的输出=)k (y ∑=m
i i y m 1
)(1
4、标度变换 标度变换就是数字量转换成它所代替的实际值。
※5、冗余结构：在计算机控制系统关键环节配备了并联的备份模件，采用在线并联工作或离线热备份方
式工作，当主模件出现故障时，备份模件可立即接替主模件的全部工作，并且故障模件可在系统正常运行情况
下在线进行切换。 ※6、组态：是用系统所提供的功能模块和算法组
成所需的系统结构，完成所需功能。
※8、现场总线：是连接智能现场设备和各类自动
化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
9、分辨率定义：能对转换结果发生影响的最小输
入量。 10、精度：转换后所得结果相对于实际值的准确度。
三、问答题 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。
2、简述计算机控制系统的一般控制过程。
1）实时数据采集：对测量变送装置检测到的被控参数的瞬时值经A/D 转换后进行采集。
2）实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按设定的控制规律进行运算。
3）实时控制：根据决策，适时地输出运算后控制信号，经D/A 转换后驱动执行机构，完成控制任务。
※3、结合下图所示温度监控计算机系统，简述计算机控制系统的一般控制过程。
上述温度监控计算机系统对生产过程实现自动控制可以分解为四个过程：
1）生产过程的被控参量（过程信号）通过测量环节转化为相应的电量或电参数，再由变送器或放大器变换成标准的电压信号或电流信号；
2）电压信号或电流信号经过A/D 转换后变成计算机可以识别的数字信号，并将其转换为人们易于理解的工程量（测量值）；
3）计算机根据测量值与给定值的偏差，按一定的控制算法输出控制信号；
4）控制信号作用于执行机构，通过调节物料流量或能量的大小来实现对生产过程的调节。
4、在数字PID 中，采样周期是如何确定的？ 答：根据香农采样定理，采样周期必须满足
max
ωπ
<
T ，其中max ω 为被采样的连续信号的最高频率。因此香农采样定理给出了选择采样周期的上限。采样周期的选择方法有两种：计算法和经验法。
5、在计算机控制系统中，输入/输出通道分为哪些类型？它们各有什么作用？
输入通道分为:模拟输入通道和开关量输入通道。 模拟量输入通道作用:把传感器转换后的电信号经
过适当的调理,然后转换成数字量输入计算机。
开关量输入通道的作用:接受外部设备的状态逻辑信号,并对输入的状态信号采取转换,保护,滤波,隔离等措施。
输出通道分为:模拟量输出通道和开关量输出通道。
模拟量输出通道:把数字量转换成适合于执行机构的模拟量。
开关量输出通道:主要是滤波,电平转换,隔离和功率的驱动。
6、什么是标度变换？写出线性标度变换的算法？ 标度变换就是数字量转换成它所代替的实际值。
线形标度变换的方法：A X =A 0+（A M -A 0）×Nm Nx
其中A 0——测量仪表的下限 A M ——测量仪表的上限 A X ——实际测量值
N 0——测量仪表下限所对应的数字量 N M ——测量仪表上限所对应的数字量
N X ——测量值所对应的数字量 7、集散控制系统的特点
1．自治性 2．协调性 3．在线性和实时性 4．适应性、灵活性和可扩充性
5．系统组态灵活方便 6．友好性 7．可靠性 8、集散控制系统的主要组成部分有哪些？各部分的主要功能是什么？
集散控制系统一般由现场监测站、现场控制站、操作员站、工程师站、上位机和通讯网络组成，具有分散控制、集中管理的特点。其中，操作员站、工程师站、上位计算机构成集散控制系统的集中管理部分；现场监测站、现场控制站构成分散控制部分；通信网络是连接集散控制系统各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制的关键。
9、为保障现场控制站的可靠性，通常采用哪些措施？
器件的选用和加工处理、采用冗余技术、采用故障隔离措施、采用故障诊断技术、提高系统软件的可靠性。
※10、什么是现场总线？它与DCS 的哪些异同点？ 现场总线是连接智能现场设备和各类自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
1．现场通信网络 2．现场设备互连 3．系统的开放性
4．功能分散 5．互操作性 6．通信线供电
11、现场所总线通信系统与ISO/OSI 参考模型有什么区别？
ISO/OSI 参考模型定义了一个7层的开放系统通
