计算机控制系统 复习题答案
1.画出典型计算机控制系统的基本框图。
2.微型计算机控制系统的特点是什么？
微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：
a.控制规律灵活多样，改动方便
b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制
c. 能够实现数据统计和工况显示，控制效率高
d. 控制与管理一体化，进一步提高自动化程度
3.计算机控制系统的常用接地方法是什么？
（1）一点接地和多点接地
（2）模拟地和数字地的连接
（3）主机外壳接地
（4）多机系统的接地
4.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。
答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下：
(1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确
定理想的闭环脉冲传递函数?(z)；
(2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)，根据D(z)编制控制算法程序
5.说出实施信号隔离的主要方法
信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适用于模拟信号隔离，光电隔离则特别适合数字信号的隔离。
6.简述两种硬件消抖电路的工作原理
(1).采用积分电路的硬件消抖电路，首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出，
其次利用施密特触发器整形。
(2).采用RS触发器的硬件消抖电路，主要是利用RS触发器的保持功能实现
消抖。
7.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施
答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。
8.某加热炉温度变化范围为0～1600℃，经温度变送器和调理电路输出电压为
1～5V，再经ADC0809 转换（ADC0809 的输入范围1～5V），使计算当采样数值为9BH 时，所对应的加热炉温度是多少？
9.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用
光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图所示。输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。
10.线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？
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平面的单位圆内。
11.阶跃响应不变法的基本思想是什么？
阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。
12.简要说明多路开关的主要特点
答：半导体多路开关的特点是：（答5条即可）
（1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；
（2）直接与TT电平相兼容；
（3）内部带有通道选择译码器，使用方便；
（4）可采用正或负双极性输入；
（5）转换速度快，通常其通或关断时间1ms左右,有些产品已达到几十到几百纳秒（ns）；、
13.什么是采样或采样过程？
答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。
14.PID 调节系统中，微分调节起何作用？为什麽在有些系统中采用不完全微
分算式，它与常规算式有哪些区别？
答：微分的作用是加快调整速度。由于微分只存在于瞬间，因而有时会使系统产生震荡，而使调节品质下降。为了避免震荡，在一些系统中采用不完全微分算法，它的基本思想是使微分作用漫漫减弱，以避免由于微分突然下降到0而产生震荡。
15.PWM 控制意味着什么？它有什么作用？微型机控制系统中是怎样实现的？答：PWM是脉冲宽度调速系统，它用来控制马达的转速和方向。其方法是通过改变对电机的通电时间达到调整电机转速的目的。具体作法是，首先根据电机转速的要求，确定占空比，即通电时间与通电周期之比，再按照通、断电时间送出控制模型，使电机按要求的转速运转。方向是通过改变4个开关的通电状态来实现的。
16.抖动、重键都是键盘设计中经常遇到的问题，用什麽方法可以解决
答：抖动是键盘工作中的常见现象，它将影响计算机对按键的查询工作的准确性。
常采用的防抖措施有：①软件延时程序（一般为10--20毫秒）。②硬件防抖电路：双稳态电路及滤波电路。
17.与PID 控制和直接数字控制相比，模糊控制具有哪些优点？
与PID控制和直接数字控制相比，模糊控制的优点：
（1）模糊控制可以应用于具有非线性动力学特征的复杂系统。
（2）模糊控制不用建立对象精确的数学模型。
（3）模糊控制系统的鲁棒性好。
（4）模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法。
18.说明小功率直流电机双向控制原理，并说明如何实现正、反控制。小功率
直流电机双向控制原理图，如下所示：
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。
19.简述数字滤波技术，其算法有哪些?
所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。
20.数字控制器的连续化设计步骤？
设计假想的连续控制器、选择采样周期T、将DS离散化为Dz、设计由计算机实现的控制算法、校验五个步骤。
21.连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？
(1).答：与连续控制系统相比，计算机控制系统具有以下特点：
(2).计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。
(3).在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的（数字控制
器），，修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适
应性。
(4).计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
(5).计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
(6).一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。
(7).采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等，
便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。
22.简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。
(1).连续信号
连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的，也可以是断续的。
(2).模拟信号
模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。
(3).离散信号
离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。
(4).采样信号
采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。
(5).数字信号
数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。
23.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？
实时性是指工业控制时计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外来事件作出反应的特性。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称在线方式或联机方式。
在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作相应操作的方式称离线方式或脱机方式。
由计算机控制系统的工作原理可知，计算机控制系统要进行实时数据采集，实
时控制决策，实时控制输出。在生产过程中系统要对生产过程进行跟踪与作出实时的反应，所以计算机控制系统要考虑实时性。
24.微型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？答：由四部分组成
（1）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。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算（如调节规律运算、最优化计算等）和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
（2）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。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。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。
（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）。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；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要
保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
（4）检测与执行机构
a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号（0～5V或4～20mA）后，再送入微机。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构（调节阀）来控制进入加热炉的煤气（或油）量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。
25.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。
A.普及应用可编程序控制器
B.采用集散控制系统
C.研究和发展智能控制系统
26.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？
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。
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。
27.在PID 调节器中系数k p 、ki 、kd 各有什么作用？它们对调节品质有
什么影响？
系数kp为比例系数，提高系数kp可以减少偏差，但永远不会使偏差减少到0，而且无止境地提高系数kp最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。
系数ki为积分常数，ki越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点，其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。
系数kd为微分常数，kd越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。
28.采样周期的选择需要考虑那些因素？
1.给定值的变化频率
2.被控对象的特性
3.使用的控制算式和执行机构的类型
4.控制的回路数
29.什么是计算延时？
当采样信号送入CPU，按控制算法要求进行数据处理时，由于计算机执行每条指令均需要一定时间，这样，从数据采样到结果输出之间就要产生一定的时间延迟，称为计算延时。
30.什么是信号调理
答：为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号
调理。
31.什么是有源I/V 变换
32.什么是积分分离
当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以消除静差，提高精度。
33.什么是软件陷阱
软件陷阱就是在非程序区设立拦截措施，使程序进入陷阱的技术。即通过一条引导程序，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。程序陷阱安排在以下四种地方：未使用的中断向量区，未使用的大片ROM区
34.什么是积分饱和
当系统存在一个方向的误差时，由于积分的累加作用会使控制量一直增大，可能会使控制量达到执行器的执行阈值，如果此时误差的方向发生改变，控制量会逐渐减小，控制量也会退出饱和区，执行器也会在阈值内执行；如果此时误差方向还是没有改变，控制量会继续增大但是执行器会一直保持在阈值，此时控制量就进入了饱和区。进入饱和区越深，退出饱和区时间就会越长，在饱和区时执行器会一直在阈值位置，如果误差发生反向，执行器不会立刻有反应，控制量会慢慢减小，等执行器推出饱和区才会有反应。这样就会使控制的动态响应变差，控制性能变差。
抗积分饱和算法：若u(k-1)>Umax，只累加负的误差；若u(k-1) 35.什么是接口 接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 36.什么是过程通道 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，它包括AI、AO、DI、DO。（Analgoy Input/Output、Digital Input/Output） 37.什么是量化 所谓量化，就是采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。 一、]t b 填空题 1.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个组成部分。 2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。 3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。 5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 6.信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。 7.按极点配置设计的控制器通常有两部分组成，一部分是状态观测器，另一部分是控制规律。 8.模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。 9.线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来顺序存放数据元素。 10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。 二、名词解释 1.采样过程按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程 2.地线”是信号电流流回信号源的地阻抗路径 3.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制 4.数据是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合 5.积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作 三、选择题（合计15分，每题3分） 1.下列不属于数字控制方式的是（C ） A、点位控制 B、直线控制 C、网格控制 D、轮廓控制 2.8位的A/D转换器分辨率为（ C ） A、0.01587 B、0.007874 C、0.003922 D、0.0009775 3.专家控制系统大致可以分为（D ） ①专家自整定控制②专家自适应控制③专家监督控制④混合型专家控制⑤仿人智能控制 A、①②③⑤ B、②④⑤ C、②③④⑤ D、①③④⑤ 4.一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%)，孔径时间3.18μm，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（B ） A、5Hz B、50Hz C、100Hz D、500Hz 5.某热处理炉温度变化范围为0~1350℃，经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A，此时炉温为（C ） A、588.98℃ B、288.98℃ C、361.23℃ D、698.73℃ 四、简答题（合计20分，每题5分） 1.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。 答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 2.逐点比较法插补原理。 答：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这 计算机控制系统试卷四答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题3分，共30分） 1.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？ 答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。 2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。 答： 3.什么是信号重构？ 答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。 4.写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传 递函数的极点有何影响？ 答：零阶保持器的传递函数为 1e () Ts H s s - - =。零阶保持器的引入并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。 5.阶跃响应不变法的基本思想是什么？ 答：阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。 6.如何消除积分饱和现象？ 答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个PD调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振荡。只有当误差e在门限ε之内时，加入积分控制，相当于PID控制器，则可消除静差，提高控制精度。 7.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。 答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下： (1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数() Φz。 (2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程序。 8. 采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是什 么？ 答：采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是系统状态完全能控。 9. 说出实施信号隔离的主要方法。 答：信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适用于模拟信号隔离，光电隔离则特别适合数字信号的隔离。 10. 故障诊断中的状态估计方法的基本思想是什么？ 答：故障诊断中的状态估计方法的基本思想是：首先重构被控过程的状态，通过与可测变量比较构成残差序列，再构造适当的模型并用统计检验法，从残差序列中把故障诊断出来。因此，这就要求系统可观测或部分可观测，通常用各种状态观测器或滤波器进行状态估计。 二、已知系统框图如下所示：T =1s(15分) 试求闭环离散系统的闭环脉冲传递函数，并判别系统的稳定性。 解：广义对象脉冲传递函数为 系统闭环脉冲传递函数为 则闭环系统的特征方程为 由z 域直接判据 ①｜W (0)｜=0.632<1 ②W (1)=1-1+0.632>0 ③W (-1)=1+1+0.632>0 知闭环系统稳定。 三、已知某被控对象的传递函数为(15分) 要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为T ＝1s 。要求闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。 解：广义对象脉冲传递函数为 根据要求设定闭环脉冲传递函数为 r (t ) y (t ) -T 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。 计算机控制系统试卷一答案 班级：姓名：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K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K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K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。 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平面的单位圆内。 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小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想， 计算机控制系统试题 一、选择题（只有一个正确答案，每题2分，共40分） 1．劳斯稳定判据在离散系统中主要解决的是（ C ）。 A、S平面中系统的稳定性； B、Z平面中系统的稳定性； C、三阶以上特征方程稳定判据。 2．某系统的Z传递函数为 0.5(0.5) () ( 1.2)(0.5) z G z z z + = +- ，可知该系统是（B）。 A、稳定的； B、不稳定的；C 临界稳定的。 3、脉冲传递函数是表征（B）。 A、控制系统传递函数； B、计算机控制系统传递函数、 C、脉冲输入的传递函数。 4、有关PID控制算法，以下说法不正确的是（C） A、当系统有阶跃信号输入时，微分项剧增，易引起振荡； B、比例调节几乎贯穿整个控制过程； C、比例控制可以消除一切静差； D、一般来说，不使用纯微分控制。 5、下面关于标度变换的说法正确的是（C）。 A、标度变换就是把数字量转换成与工程量相关的模拟量； B、标度变换就是把模拟量转换成十进制工程量； C、标度变换就是把数字量转换成人们熟悉的十进制工程量； D、标度变换就是把模拟量转换成数字量。 6. 适用于某些生产过程对控制精度要求不是很高，但希望系统工作平稳，执行机构不要频繁动作的PID算法为（D ）。 A、积分分离PID； B、变速积分PID； C、不完全微分PID； D、带死区的PID。 7、下列计算机控制系统中，属于单闭环控制系统的是（B）。 A、操作指导控制系统； B、直接数字控制系统； C、监督计算机控制系统； D、现场总线控制系统。 8、增量式PID算法解决了位置式PID算法（A）的缺点。 A、计算复杂、手/自切换不便； B、不易实现编程； C、控制准确性差； D、 《计算机控制系统》第一次作业答案 你的得分：100.0 完成日期：2018年09月10日01点40分 说明：每道小题选项旁的标识是标准答案。 一、单项选择题。本大题共20个小题，每小题2.0 分，共40.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.计算机与计算机或智能设备之间进行通信地的连线，称为（） A.内部总线 B.外部总线 C.PCI总线 D.ISA总线 2.分散型控制系统综合的四C技术其中有（）。 A.分散控制 B.集中控制 C.控制技术 D.信息处理 3.通过一个信息帧传送的信息字段，是通讯中的实质性内容，也就是（）。 A.应用层 B.消息层 C.物理层 D.链路层 4.Bitbus的电气接口采用的是平衡传送的（）标准。 A.RS-232 B.RS-485 C.RS-422 D.IEE-488 5.按字符传送数据的方法称为（）。 A.同步传送 B.异步传送 C.网络传送 D.远传 6.外界干扰的扰动频率越低，进行信号采集的采样周期应该越（）。 A.长 B.短 C.简单 D.复杂 7.所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在（）的时间范围内完成。 A.微秒级 B.纳秒级 C.毫秒级 D.一定 8.数字量输入通道主要由（）、输入调理电路、输入地址译码等组成。 A.输入缓冲器 B.输入锁存器 C.输出缓冲器 D.输出锁存器 9.A/D转换器的主要技术指标中，（）是指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。 A.分辨率 B.线性误差 C.量程 D.转换时间 10.将采样信号转换成数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是（）。 A.D/A转换器 B.A/D转换器 C.计算机 D.单片机 11.在通信线路上传输信息时，用于提高传输质量的方法中，改善信道的电性能，使误码 率降低的方法称为（）。 A.差错控制技术 B.检验错误 C.纠正错误 D.自动纠错 12.数据传输通常用的方式中，用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器是用单 线输入信号的方式称作（）。 A.串行传输方式 B.不平衡方式 C.并行传输方式 D.平衡传输方式 13.在数字滤波技术当中，应视具体情况选择不同的数字滤波方法，其中（）适用于偶然 性的脉冲干扰。 A.平均值滤波 B.中位值滤波 C.惯性滤波法 D.加权平均值滤波法 14.多变量控制系统解耦的条件是系统的闭环函数矩阵Φ(s)为（）。 A.解耦矩阵 B.对称矩阵 C.对角线矩阵 D.补偿矩阵 15.一个10位的A/D转换器，其量化精度约为（），若其孔径时间为10微妙， 如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正旋波模拟信号的最大频率为 16HZ 。 A.1% B.0.5% C.0.2% D.0.1% 计算机控制系统试卷一答案 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 (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、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平面的单位圆内。 5、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小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。 计算机控制系统复习题及答案 《计算机控制系统》课程复习资料 一、简答题： 1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？各有什么作用。 2.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？ 3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述保持器的特点? 4.简述PID 调节器的作用，有哪几种改进型数字PID 算法？ 5.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 6.简要说明什么是计算机控制系统？模拟调节器与数字调节器有何区别? 二、分析和计算题： 1.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 -2 0.1z Y(z)Gc(z)== 1-0.4z +0.8z R(z) ,其中输入为单 位阶跃信号,求输出y(KT)。 2.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 0.53+0.1z Gc(z)=1-0.37z 当输入为单位阶跃信号 时, 求输出y(KT)及y(∞)。 3.用长除法或Z 反变换法或迭代法求闭环系统2 z +0.5Gc(z)=8(z +0.1z -0.12) 的单位阶 跃响应。 4.已知低通数字滤波器0.5266z D(z)= z -0.4734 ,求D （z ）的带宽ωm;并求当输入E(z)为 阶跃信号时数字滤波器的控制算法。取采样周期T=2ms 。 5.设系统如图所示，试求: ①系统的闭环脉冲传递函数。 ②判定系统的稳定性。 ③分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时的稳态误差。 _ 6.设函数的La 氏变换为2 5F(s)= s (s +4) ，试求它的Z 变换F(z)。 7.数字控制系统如图所示,求当K=10,T=1s,a=1时，分别求当输入为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时的稳态误差。 8.已知单位负反馈系统的开环脉冲传递函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K 为何值时系统稳定。 9.已知系统单位负反馈的开环传递函数为:z +0.8Gk(z)= z(z -1)(z -0.7) 问:K 为何值时系统稳定? 10.已知单位反馈系统的广义对象的Z 传递函数为: -1 -1 -1 -1 -1 0.26z (1+2.78z )(1+0.2z ) W1(z)= (1-z )(1-0.286z ) ,试按最少拍无波纹设计原则设计单位阶跃 输入时,计算机的调节模型D(z),并求其控制算法。 11.已知连续系统的传递函数G(s)=(s+1)/[s(s+2)]试用冲击不变法求其等效的Z 传递函数. 12.已知离散系统的Z 传递函数：22 z 2z 1Y(z) G(z)z 5z 6U(z) ++==++,试求离散系统的状态 《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日 《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日 1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω= （3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β= 第1章习题 B 习题 B1-1 举例说明2-3个你熟悉的计算机控制系统，并说明与常规连续模拟控制系统相比的优点。 B1-2 利用计算机及接口技术的知识，提出一个用同一台计算机控制多个被控参量的分时巡回控制方案。 B1-3 题图B1-3是一典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图。由雷达测出目标的高低角、方位角和斜距，信号经滤波后，由模拟式计算机计算出伺服系统高低角和方位角的控制指令，分别加到炮身的高低角和方位角伺服系统，使炮身跟踪指令信号。为了改善系统的动态和稳态特性，高低角和方位角伺服系统各自采用了有源串联校正网络和测速反馈校正，同时利用逻辑电路实现系统工作状态的控制(如偏差过大时可断开主反馈，实现最大速度控制，当偏差小于一定值后实现精确位置控制)。试将其改造为计算机控制系统，画出系统原理结构图。 题图B1-3典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图 B1-4水位高度控制系统如题图B.1-4所示。水箱水位高度指令由W1 电位计指令电压u r确定，水位实际高度h由浮子测量，并转换为电位计W2 的输出电压u h。用水量Q1 为系统干扰。当指令高度给定后，系统保持给定水位，如打开放水管路后，水位下降，系统将控制电机，打开进水阀门，向水箱供水，最终保持 水箱水位为指令水位。试把该系统改造为计算机控制系统。画出原理示意图及系统结构图。 题图B1-4 水箱水位控制系统原理示意图 B1-5 题图B1-5为一机械手控制系统示意图。将其控制器改造为计算机实现，试画出系统示意图及控制系统结构图。 题图B1-5机械手控制系统示意图 B1-6题图B1-6为仓库大门自动控制系统示意图。试将其改造为计算机控制系统，画出系统示意图。 题图B1-6 仓库大门自动控制系统示意图 《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。 计算机控制系统自测题目及答案 计算机控制系统概述 习题参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，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，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。 3.微型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？ 由四部分组成。 图1.1微机控制系统组成框图 (1)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。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)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。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。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。(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)。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；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。 (4)检测与执行机构 a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。 b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。 4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。 (1)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。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。 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。 (2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。 应用软件包括： a.过程监视程序：指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等； b.过程控制计算程序：指的是控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等； 计算机控制系统试题（A卷） 分析说明或计算下列各题： 1.画出计算机控制系统的方框图，并分别说明各单元的作用。(15 分) 2.写出数字PID位置型和增量型控制算法的计算式，并比较两种算 法的优缺点。(15分) 3.在数字PID中，采样周期T的选择需要考虑哪些因素？(15分) 4.已知被控对象的传递函数，采样周期T=0.1s， 采用零阶保持器，单位负反馈系统。要求针对单位阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的，并计算输出响应和控制信号 序列。（0.368）(15分) 5.被控对象的脉冲传函，采样周期 T=1s，试用达林算法设计τ＝2s的，对于单位阶跃输入的数字控 制器D(z)，并计算输出响应和控制信号序列。（ 0.607）(15分) 6.动态矩阵控制算法为何只能适用于渐近稳定的对象？对模型时 域长度N有什么要求？若N取得太小会有什么问题？(10分) 7.说明计算机控制网络的特点以及控制网络与信息网络的区别。 (15分) 附录常用Z变换表 计算机控制系统试题答案（A卷） 1．答： 计算机控制系统的基本框图如下： （8分） ①测量变送器：测量被控对象的控制参数，并变换成一定形式的电信 号；（1分） ②A/D转换器：将电信号转换成数字信号反馈给计算 机；（1分） ③控制器：将反馈信号与给定值信号进行比较，得到的偏差信号按照一定 的控制算法输出数字控制信 号； （2分） ④D/A转换器：将数字控制信号转换为模拟控制信号驱动执行 器；（1分） ⑤执行机构：接受模拟控制信号，改变被控对象的控制参数 值；（1分） ⑥被控对象：工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器 等。（1分） 2．答： 位置型PID算法： （3分） 增量型PID算法： （ 3 分 ） 一、填空 1、计算机控制系统，从本质上看，它的控制过程可以归纳为 ，，和四个步骤。一个实时控制系统必定是一个在线系统，这里“在线”的含义是指 而“实时控制”的含义是指 。 2、A/D转换器的分辨率和精度是两个不同的概念。分辨率是指 ；而相对精度是指 ;一个10位A/D转换器，基准电源的信号电压为5.12V时，它的绝对精度是mv，它的相对精度为，它的分辨率为mv。 3、计算机控制系统中，直接数字控制（DDC）的含义是 。 4、过程通道包括、、和。 5、模拟量输入通道中，选用“采样保持器”的作用是 。 6、为了克服积分饱和作用，主要有，，三种方法。 二、简答题 1、什么是顺序控制？ 2、简述最少拍控制的具体要求。 3、简述模拟量输入通道的一般组成，并画出示意图。 4、什么是分布式控制系统。 三、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。 四、写出数字PID 控制算法的位置式和增量式两种标准算法并简要回答下列问 题： 1. 简述积分分离法克服位置式PID 积分饱和作用的原理。 2. PID 数字控制器参数整定的含义是什么？简述工程实现时，参数整定的 步骤。 五、已知系统方块图如图2所示（已知Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2） 1）若如果D(s)=K ＝2,试求使闭环系统稳定的T 取值范围。 2) 在闭环系统稳定的情况下，设计针对单位速度输入112()(1)W z Tz z --=-时，理想最少拍闭环传递函数为12()2M z z z --=-，试设计最少拍控制器D(z)。 测试（2） 一、名词解释 （1）DDC （2）DCS （3）PLC （4）直线插补 （5）最少拍控制 （6）联机控制 二、填空 （1）计算机控制系统由（ ）和（ ）两大部分组成。 （2）过程通道包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 思考题与习题 5-2 已知模拟调节器的传递函数为s s s E s U s D 5.0121)()()(++= = ，试写出相应数字控制器的位置型控制算式，设采样周期s T 5.0= 解 5-4 调节系统在纯比例作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比 例系数增大还是减小？ 解 减小 5-5 要消除系统的稳态误差，通常选用哪种调节规律？ 解 PI 或PID 5-8 试画出不完全微分PID 控制器的结构图，并推导出其增量算式。 解 对图5-4b ，有 ()()/(1)d p d f U s K T sE s T s =+ 其对应的微分方程 ()() ()d f d p d du t d e t T u t K T dt dt += ()(10.5)()(12) U s s E s s +=+()0.5(1) 2.5()2(1) u k u k e k e k =-+--图5-4 不完全微分PID 控制器 b) a) (0.5)()0.5(1)(2)()2(1)T u k u k T e k e k +--=+-- 上式离散化后，经整理可得 ()(1)(1)[()(1)]d d d u k au k K a e k e k =-+--- 微分分量的增量算式 ()(1)(1)[()(1)] (1)(1)[()2(1)(2)] d d d d d u k a u k K a e k e k a u k K a e k e k e k ?=?-+-?-?-=?-+---+- 不完全微分PID 控制器的增量算式 []()()()() ()(1)()() p i d p i d u k u k u k u k K e k e k K e k u k ?=?+?+?=--++? 计算机控制系统习题集计算机控制系统课程课题组编 青岛科技大学信 息科学技术学院 2008.10 目录 一各章习题.........................................................1二填空题练习......................................................6三简答题练习......................................................8四综合题练习 (11) 一各章习题 1.1 第1章绪论 1.计算机控制系统的硬件主要包括哪几个部分？ 2.什么是过程控制通道，过程控制通道主要有哪几种？ 3.根据计算机控制系统的发展历史和在实际应用中的状态，计算机控制系统可分为哪6类，各有何特点？ 4.计算机控制系统从深度和广度两方面各有何发展趋势。 1.2 第2章计算机控制系统中的检测设备和执行机构 1.什么叫传感器及变送器？ 2.简述压力检测的主要方法和分类。 3.简述温度检测的主要方法和分类。 4.简述热电偶测温的原理。 2. 物位仪表分为哪几类？ 6.简述电容式差压变送器的工作原理。 7.简述常用执行机构和执行器的工作原理。 8.简述TT302温度变送器的结构和工作原理。 9.简述交流、直流伺服电机的工作原理。 6.简述步进电机的工作原理。 1.3 第3章计算机总线技术 1.什么叫总线？为什么要制定计算机总线标准？ 2.计算机总线可以分为哪些类型？ 3.评价总线的性能指标有哪些？ 4.STD 总线有哪些特点？ 5.常用的PC总线有哪些？各有什么特点？ 6.简述PCI总线的性能特点。 计算机控制系统课程设 计 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 课程设计报告学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:计算机控制系统 1 题目背景与意义 设计背景 在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及单片机A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。 设计意义 通过设计此测控装置，加深对控制系统的理解，达到活学活用的目的。理论结合实践，锻炼综合运用能力。 2 设计题目介绍 设计题目 设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。标准电压/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA 设计要求 基本要求 设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。 1. 基本要求： 1) 充分理解题目要求，确定方案。 2) 合理选择器件型号。 3) 用1号图纸1张或者采用Protel软件画出电原理图。 4) 用1号图纸1张画出软件结构框图。 5) 写出设计报告，对课程设计成品的功能进行介绍及主要部分进行分析与说明。 6) 每天写出工作日记。 2. 发挥部分： 1) 可将系统扩展为多路。可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED）、计算机控制技术试卷及答案
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