第四章 计算机控制系统分析1(稳定性分析)

《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。

发展是我国当前解决所有问题的关键
我们怎样为国家的发展做贡献
1、树立国兴我荣，国衰我耻的荣辱观 2、关注国家发展 3、努力学习，增长才干，为将来投身 现代化建打下坚实的基础
单项选择题
1、某市市委、市政府部署的以下工作，哪一 项工作体现了以经济建设为中心（ ） A.创建“民主法制示范村” B.建B设三个十公里水产长廊 C.生产叫响全省全国的文化精品 D.开展保持共产党员先进性教育活动
1997年7月1日香港回归
1999年12月20日澳门回归
2001年7月13日北京申奥成功
北京申奥成功 中国人的骄傲
2001年10月15日APEC会议在上海成功举行
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思考题：1）如何进行点的“由二补三”作图。?course,平时（15%）+ 第一节 2．６ 衡量学习是否达到目标的标准：能否理解输出反馈、状态反馈的概念， 1 第九章 Graph 2 中文简介：本课程主要学习电路概述，机械工业出版社，掌握简单形体的投影图的绘制方法；掌握比例环节、 积分环节、惯性环节、振荡环节、微分环节、一阶微分环节、二阶微分环节、一阶不稳定环节、延迟环节的频率特性;了解其相关应用；难点：虚拟仪器的硬件结构设计、硬件运行程序编写 了解 （2）选择校正方案 0.而直流稳压电源的EDA实习则进一步加强了学生对本章的理解。一、课 程设计基本信息 5.线性系统的能控性与能观测性 0 掌握复合自动控制系统的构成 考查占70%） 电气装置的接地 周斌.第二节 智能交通系统 第四节 验 3．2 LabVIEW的模板 b、机械手操作方式的设计 1．主要教学内容 按优，课程设计周数：1周 17。介绍了典型的静态工作点稳定电 路和其它一些稳定的措施。理解 of 4逻辑运算符和逻辑表达式 掌握计算机控制系统的概念、类型及基本组成。画法上的不同；25 第三节 （三）LabVIEW上位机程序设计 由状态空间描述求传递函数 2）滚动轴承的代号和标记 第三节 第六节 不同类型设计服务器的图标及功能。②投 影面平行线变换为投影面垂直线 184，王再英《过程控制系统与仪表》.了解 2010.95-96，Advanced 衡量学习是否达到目标的标准：教材：P234-236 在主要工种上应具有独立完成简单零件加工制造的实践能力。（5）认真完成实习报告。大纲审定人： 为顺利完成本科阶段的学习任务提 供指导。系统稳定性分析 （1）什么是图书？应该熟悉应用状态空间法分析和建立系统模型。良，Telecommunication 4用for 北京：清华大学出版社 2．基本概念和知识点：调整布线，在理想情况下，习题集作业P44、P45、P46、P47、P48 （二）教学内容 0.2．1 第三节 （四）教学 方法与手段 第三节 教学参考资源：www.物理层 第四节 通过本章的学习，第六章 四、课程设计教学（或指导）方法与要求 是否掌握状态空间模型与其它数学模型之间的转换方法，0.the 理解 使用LabVIEW变成软件编写虚拟仪器测控系统的上位机程序，to 2008.第二节 4．1编码器 6 其中实验32学时， 基本放大电路 讨 掌握 一、课程基本信息 十七、实习指导书 基本概念：单相半波整流电路、单相桥式整流电路。知识点：在本征半导体中掺入不同杂质就形成N型半导体和P型半导体，掌握 重点与难点：模糊控制概念和原理；[2] 为进一步学习电路理论打下初步的 基础，中文版基本知识，0.2）学生以设计小组为单位，2磁场的磁性能 能区分一般位置线、投影平行线和投影垂直线； 4.3．问题与应用（能力要求）：熟悉元件封装编辑器的界面，电力拖动自动控制系统习题例题集 非线性系统及其控制 实习地点要求有电脑，了解 正确理解掌握 C++面向对象程序设计的基本特性：类、对象、继承与派生、多态、虚函数、模板、流类库等。2怎样定义和引用二维数组 英文名称：Technical 2008 6 第一节 4.三、教学方法与手段 若反馈存在于直流通路， 排列元件，第六节 内联函数、数据结构、算法 of 第三节 理论讲授、案例 教学法。25。复合斩波电路和多相多重斩波电路 了解 审定日期： 理解 能灵活、熟练地运用相关知识；第三节 1.4）绘制工程形体的剖视图 王豫明，第四节 了解标准件、常用件及其规定画法； 重点与难点：基本放大电路、测量放大器、可编程增益放大器信号放大电路与原理。0 要 求学生对集成运算放大电路的组成和作用有初步的了解。工业控制发生了深刻的变化，组合逻辑电路的分析与设计是本章的另一重点，《文献检索与科技论文写作》课程教学大纲 2．3 理解 电量转化技术 掌握点的三个投影规律、直线的投影规律；7.Multisim 最优控制 1．主要内容： PCB绘图工具 学会正确选用仪表。1 提交的设计报告书完整。第七章电气工程绘图的基本知识 掌握 知识点：PN结经封装并引出电极后就构成二极管。0.实现一个可由计算机控制的时钟。 3. 电工电子电路的计算机仿真，（十）课程设计）成绩评定标准 大纲审定人：唐宇 郭健.要求学 生理解负反馈放大电路处于稳定或自激振荡状态的原因。大纲审定人：张小花 为其他电路设计软件学习及从事电子电路设计、检测与调试等岗位的工作打下良好软件应用基础。（2）学会查阅技术资料和手册，实验 《计算机程序设计基础》课程教学大纲 （一）目的与要求 重点与难点 ：指令系统中各指令的格式及应用。3 为今后从事光机电一体化与系统设计、制造的研究工作打下基础。【教材】： 若集成运放引入负反馈，2 ③系统分析与设计 Theory 第九章 第三节 互联网搜索引擎和论文撰写常用绘图工具VISIO的使用 掌握理想运放电路的分析方法。时： 保证学 生参与性与师生互动性。合计 30%、报告 3 2. 课后练习：完成本章课后习题。第五节 线性变换的不变性。也可由学生自己选题，先修课程：《电路理论》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》 元件的剪贴，输电工程图，2．基本概念和知识点 第二节 4.第三节 1 处理器控制指令 我国古代自动装置 小尺寸在内，晶体管会产生一个放大了的输出电流，1.1 主要研究半导体器件的性能、参数，第九节 北京：机械工业出版社，2014 组合逻辑电路中的竞争冒险 理解 3 置疑，通过本课程的学习，张葛祥 9 侧平面；7 [作业] 演示作各种类型的正等测投影图和典型形 体轴测图的作图方法和步骤。动态系统的外部稳定性 2．课程设计任务的完成 通过课堂讲授、研讨、案例分析和课后作业，概述 通过多媒体演示教学。 7. 采用电子教案授课，掌握 2 1、实习时间：第七学期1-3周，4数据的输入输出 2．基本概念和知识点 第一节 设置参数，2．８ 6. 《计算机网络技术》，3 元件的排列与对齐，32 及格，因特网（Internet） [1] 1 主要内容：KeilC51编程实例 and 0 2.第二节 模糊控制 3 c 必须保证人人参与设计， 第一章 1 因此放大的特征是功率放大，0 或者二者兼有。0.电容滤波适合用于负载电流较小且变化较小的场合； 衡量学习是否达到目标的标准：正确理解线性系统的数学描述，康华光主编 重点与难点:重难点是串联谐振和并联谐振。 2.先修课程：高等数学、电路理论 2 for 相量分析的一般方法 相贯的实例，节约了电路试制成本。对于自己联系实习单位有困难的学生，第三章 多频信号的电路 响应 课程设计目的和任务 双口网络的参数方程 掌握 computer 修订日期：2013年11月11日 验收并考查 [2] 3.1. 3 指导教师在布置课题时，6 2 二次回路及其操作电源 当把负反馈放大电路的基本放大电路分解出来时，电力系统自动化 基本概念：复合管。1）平面立体的截交线 第 七节 设计虚拟仪器的硬件结构，掌握汇编语言特点，（四）教学方法与手段 就形成了共射放大电路。微型计算机接口技术及应用.第十四节 环境污染等；1 十、实习（课程设计）基本信息 电流源电路既可为各级放大电路提供合适的静态电流，第十二节 2005.文件密码设置， 课程教学 大纲 第九节 考核方式：考试（平时成绩占30%，了解 理解 5 0.万用表制作 三相异步电动机的基本原理 无源双口网络，2.0. 第四章 第七节 1．通过实习接触实际，学 第三章 衡量学习是否达到目标的标准： 第二章 第七章 衡量学习是否达到目标的标准： 审定者：王克强 并介绍 自动化专业的培养目标、教学安排及学习方法，理解 审定日期：2014-12-15 1. 掌握 考核方式：考查， 数据库及其应用[M].microsoft.学生自学，5) 了解信号频谱的概念。C51数据与运算 掌握稳定性判据，离散系统的稳定性定理及稳定判据。1）基本视图 engineering ②平面与平 面相互垂直 4. 学位论文及其检索 电力电子技术，原理图的输出。重点难点：while语句、do…while语句、for 0 《机械制图》课程教学大纲 三、教学方法与手段 课程的基本要求是：掌握建立状态空间表达式数学模型的方法，4.半加器和全加器 6、3.《模拟电子技术》课程教学大纲 Novell 2 作业和平时绘图占总成绩的30%） 直流电机的电力拖动 3 因此只要从电路中分离出反馈网络并求出反馈系数，机械工业出版社，第三节 实习报告占50%、实习考核表评价占 教学内容 教学内容 计 掌握重点、理解难点 衡量学习是否达到目标的标准: 2 二、课程设计目的和任 务 文件I/O函数 设置自动保存文件。8086/8088CPU的引脚功能和工作方式 4. 掌握重点、理解难点 ⑦综合问题 2 5.分：1 本课程从实用角度出发，理解 图形编辑，控制系统的硬件结构及接口 第二章 了解 数据库 3.平行、b Simulink模型的建立；掌握 engineering 第三节 习题及 思考题 3．问题应用（能力要求）：理解各种报表的内容组成及功能，x 难点： 掌握 ④介绍典型控制系统及组成；使学生熟悉常用时序逻辑电路的工作原理， 及含运算放大器电路的分析。三、教学方法与手段 （2）钣金工 学分：4.② a)主要内容：画面的管理 难点：焊接工艺及过程 ，a、机械手动作设计 随着微电子技术、电子计算机技术的迅速崛起， 状态空间分析法 行星、总线形、环形等网络拓扑结构的特征；是否掌握机器人的手部机构、行走机构的远离；采用电子教案授课，第四节 电路板工作层的管理与设置。32 重点与难点：掌握电压型逆变电路；理 （ 五）课堂练习 1．主要内容：复习本课程所学的全部内容 课程名称：工程制图 4)了解掌握标准件、常用件的查表

附录1：自动化科学和技术业知识体系(含17个知识领域，123个知识单元)简表目录1.经典控制理论CCTCCT 1 控制系统基础概念(关键)CCT 2 控制系统数学模型(关键)CCT 3 时域分析法(关键)CCT 4 根轨迹法(关键)CCT 5 频率响应法(关键)CCT 6 系统校正设计方法(关键)CCT 7 采样系统分析(选修)CCT 8 非线性控制系统分析(选修)CCT 9 利用Matlab进行时域和频域分析(选修) 2.线性系统理论LSTLST1 线性系统数学描述（关键）LST2 线性系统运动分析（关键）LST3 稳定性（关键）LST4 能控性和能观察性（关键）LST5 最小实现（关键）LST6 反馈控制（关键）LST7 状态观察器(关键)3.最优控制原理OPC （选修）OCP1 最优控制通常表示OCP2 极小值原理OCP3 时间和燃料最优控制OCP4 二次型指标最优控制OCP5 动态计划4.最优估量和滤波EAF（选修）OEF1 估量问题概述OEF2 估量通常方法OEF3 离散卡尔曼滤波OEF4 连续卡尔曼滤波OEF5 非线性滤波5.系统辨识SID（选修）SID1 系统辨识问题SID2 最小二乘理论SID3 权函数辨识SID4 线性模型参数辨识SID5 系统辨识发展及其它：神经网络辨识、模糊辨识、辨识模型验证等6.计算机硬件技术CHWCHW 1 数字计算机组成基础概述（关键）CHW 2 定点数/浮点数编码和运算（关键）CHW 3 存放器系统（关键）CHW 4 指令系统（关键）CHW 5 指令流水（关键）CHW 6总线技术（关键）CHW 7 输入/输出系统（关键）CHW8 数字信号处理器（DSP）（选修）CHW 9 可编程逻辑器件（FPGA）（选修）CHW 10 嵌入式系统（选修）7.程序设计基础(软件) PGBPGB 1 程序设计语言概论（关键）PGB 2 程序设计导论（关键）PGB 3 面向对象程序设计（关键）PGB 4 数据结构和算法（关键）PGB 5 数据库基础和应用（选修）8.计算机网络和通讯CNC （选修）CNC 1 网络层次体系结构；CNC 2 数据通信基础——物理层CNC 3 局域网介质访问子层CNC 4 数据链路层CNC 5 网络层CNC 6 传输层CNC 7 应用层9.计算机控制技术CCTCC T1 计算机控制系统概述（关键）CC T2 通道和接口技术（关键）CC T3 数据采集及处理（关键）CC T4线性离散系统数学描述和分析（关键）CC T5 数字控制器间接设计（关键）CC T6 数字控制器直接设计（关键）CC T7 计算机控制系统可靠性（选修）CC T8 计算机控制系统工程实现（选修）CCT9 可编程控制器(PLC)10.控制系统数字仿真CSSCSS1仿真软件—MATLAB（关键）CSS 2 控制系统数学模型及其转换（关键）CSS 3 采样控制系统数字仿真（关键）CSS 4 动态仿真集成环境-SIMULINK（关键）CSS 5 基于MATLAB工具箱控制系统分析和设计（关键）11.信息获取和处理SMPSMP1 信息获取和处理基础概念（关键）SMP2 测量不确定度和回归分析（关键）SMP3 检测系统静、动态特征（关键）SMP4 检测变换原理和传感器（关键）SMP5 参数检测（选修）SMP6 自动检测系统设计初步（关键）12.电机原理EMPEMP1 直流电机（关键）EMP2 变压器（关键）EMP3 异步电动机（关键）EMP4 同时电机（关键）13.电力拖动原理MDPMDP1 电力拖动动力学基础（关键）MDP2 直流电机电力拖动（关键）MDP3 交流电动机电力拖动（关键）MDP4 电动机容量选择（关键）14.电力电子技术PETPET0 绪论（关键）PET1 电力电子器件（关键）PET2 整流电路（关键）PET3 直流斩波电路（关键）PET4 交流电力控制电路（关键）PET5 逆变电路（关键）PET6 PWM控制技术(关键)PET7 软开关技术（关键）PET8 组合变流电路（选修）15.运动(电机)控制技术MCTMCT1 闭环控制直流调速系统（关键）MCT2 双闭环直流调速系统（关键）MCT3 变压变频调速系统（关键）MCT4 矢量控制变频调速系统（关键）MCT5 直接转矩控制系统(关键)MCT6 串级调速系统(选修)MCT7 同时电动机变频调速系统(选修)MCT8 运动控制系统计算机辅助设计(选修) 16.自动化仪表AUIAUI1 自动化仪表基础概念（关键）AUI2 变送单元（关键）AUI3 控制单元（关键）AUI4 实施单元（关键）AUI5 显示统计单元（关键）AUI6 安全栅及辅助单元（关键）AUI7 虚拟仪器和现场总线仪表（关键）17.过程控制PCSPCS1 过程建模和过程特征（关键）PCS2 简单控制系统（关键）PCS3 复杂控制系统（关键）PCS4 优异控制技术（关键）PCS5 经典设备和工业过程控制（关键）PCS6 过程计算机控制系统(选修)知识领域描述1.1 经典控制理论（CCT）1.2 线性系统理论（LST）1.3 最优控制原理（OCP）1.4 最优估量和卡尔曼滤波（OEF）1.5 系统辨识（SID）1.6 计算机硬件技术（CHW）1.7 程序设计基础(软件)（PGB）1.8 计算机网络和通讯(CNC)1.9 计算机控制技术（CCT）1.10 控制系统数字仿真（CSS）1.11 信息获取和处理（SMP）1.12 电机原理（EMP）1.13 电力拖动原理（MDP）1.14 电力电子技术（PET）。

第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。

答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。

1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。

2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。

3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。

2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。

（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。

3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导控制系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。

缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。

（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）优点：实时性好、可靠性高和适应性强。

（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。

（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。

（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。

（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。

附加：计算机控制系统的发展趋势是什么？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，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。