第一篇：計算機控制系統期末總結

流量：1~3s溫度：10~20s

液位：5~10s壓力：1~5s

成分：10~20s位置：10~50ms

電流環：1~5ms速度：5~20ms

1at/T

s?(1/T)lnaz z?a

s?az?at?aT ez?e

p單位階躍：limz→11+G(z)=K

單位速度：limz→1T

（1?Z?1）G(z)

T2

（1?Z?1）G(z)=K vT單位加速度：limz→1

前向差分：s=z?1T=T2Ka 后向差分：s=

1?Z?1

1+Z?11?Z?1T雙線性變換：s=?T2

沖擊不變D(Z)=Z[D(S)]

階躍響應D Z = Z [1?e?TSS]D(S)

?1?1有紋波：Φ(Z)=Z?m u+cq+v?1z?（q+v?1））i=1 1?biz（c0+c1z

?1?1無紋波：Φ(Z)=Z?m w+cq+v?1z?（q+v?1））i=1 1?biz（c0+c1z

Smith補償器： 1?z?N G0(Z)補償后系統特征方程：1+D0 Z G0 Z = 0 狀態反饋：ZI-(A-BK)判可控Wc求K

全維 ：ZI-(A-HC)判可觀 WO T 求HT

G Z = C(zI?A)?1B+D

外部干擾：電網波動、大功率用電設備的啟停、高壓設備和電磁開關形成的電磁場、傳輸電纜的共模干擾

內部干擾：分布電容或分布電感的耦合、多點接地點的電位差、長線傳輸的波反射 作用途徑：傳導耦合、靜電耦合、電磁耦合、公共阻抗耦合共模干擾抑制：變壓器的隔離、光電隔離、浮地屏蔽

第二篇：計算機控制系統論文

計算機控制技術的應用

xx（沈陽工業大學 研究生學院，遼寧省 沈陽市110000）

摘要：隨著科學技術的發展，人們越來越多的用計算機來實現控制。近年來，計算機技術、自動控制技術、檢測與傳感器技術、CRT顯示技術、通信與網絡技術和微電子技術的高速發展，給計算機控制技術帶來了巨大的發展，因此，設計一個性能良好的計算機控制系統是非常重要的。計算機控制系統包括硬件、軟件和控制算法3個方面，一個完整的設計還需要考慮系統的抗干擾性能，使系統能長期有效地運行。本文的主要目的就是在淺析計算機控制技術原理的同時，對計算機控制系統的發展趨勢進行描述。關鍵詞：計算機控制技術；原理；應用

中圖分類號：TP29

文獻標識碼：A

文章編號：

The application of computer control technology

xxxxx(Shenyang University of Technology Shenyang 110000)

Abstract: with the development of science and technology, more and more people use computer to realize control.In recent years, computer technology, automatic control technology, measurement and sensor technology, the CRT display technology, communication and network technology and the rapid development of modern microelectronics technology, computer control technology on the development, therefore, to design a good performance of the computer control system is very important.Computer control system includes three aspects: hardware, software and control algorithm, a complete design also need to consider the anti-jamming performance of the system, the system can run effectively for a long time.The main purpose of this article is on the principle of computer control technology of shallow at the same time, the development trend of computer control system is described.Key words: computer control technology;The principle;application

1.計算機控制系統組成

計算機控制系統的組成計算機控制系統由硬件和軟件兩大部分組成。而一個完整的計算機控制系統應由下列幾部分組成：被控對象、主機、外部設備、外圍設備、自動化儀表和軟件系統。1.1硬件部分

計算機控制系統的硬件構成將自動控制系統中的控制器的功能用計算機來實現，就組成了典型的計算機控制系統。計算機控制系統由計算機(工業控制機)和生產過程兩大部分組成。工業控制機是指按生產過程控制的特點和要求而設計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。生產過程包括被控對象、測量變送、執行機構、電氣開關等裝置。1.2 軟件部分

軟件系統是控制機不可缺少的重要組成部分。只有在適當的軟件系統支持下，控制視才能按設計的要求正常地工作。控制機的軟件系統包括系統軟件和應

用軟件兩大類。系統軟件是用于計算機系統內部的各種資源管理、信息處理相對 外進行聯系及提供服務的軟件。例如操作系統、監控程序、語言加工系統和診斷 程序等。應用軟件是用來使被控對象正常運行的控制程序、控制策略及其相應的 服務程序。例如過程監視程序、過程控制程序和公用服務程序等。應用軟件是在 系統軟件的支持下編制完成的，它隨被控對象的特性和控制要求不同而異。通常 應用軟件由用戶根據需要自行開發。隨著計算機過程控制技術的日趨成熟，應用 軟件正向標準化、模塊化的方向發展。標準的基本控制模塊由制造廠家提供給用 戶，用戶只需根據控制的要求，經過簡單的組態過程即可生成滿足具體要求的專 用應用軟件，大大方便了用戶，縮短了應用軟件的開發周期。提高了應用軟件的 可靠性。

2.計算機控制系統的特點

（1）結構上：計算機控制系統中除測量裝置、執行機構等常用的模擬部件之外，其執行控制功能的核心部件是數字計算機，所以計算機控制系統是模擬和數字部 件的混合系統。

（2）計算機控制系統中除仍有連續模擬信號之外，還有離散模擬、離散數字等 多種信號形式。

（3）由于計算機控制系統中除了包含連續信號外，還包含有數字信號，從而使 計算機控制系統與連續控制系統在本質上有許多不同，需采用專門的理論來分析 和設計。

（4）計算機控制系統中，修改一個控制規律，只需修改軟件，便于實現復雜的 控制規律和對控制方案進行在線修改，使系統具有很大靈活性和適應性。

（5）計算機控制系統中，由于計算機具有高速的運算能力，一個控制器（控制 計算機）經常可以采用分時控制的方式而同時控制多個回路。

（6）采用計算機控制，如分級計算機控制、離散控制系統、微機網絡等，便于 實現控制與管理一體化，使工業企業的自動化程度進一步提高。

3.計算機控制系統的控制過程

（1）實時數據采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。

（2）實時控制決策：對采集到的被控量進行數據分析和處理，并按已定的控制 規律決定進一步的的控制過程。

（3）實時控制：根據控制決策，適時地對執行機構發出控制信號，完成控制任 務。

4.計算機控制系統的設計過程

計算機控制系統的設計過程計算機控制體系的軟件和硬件的組織構造是根 據它聯系的設備不一樣，有所改變的，他們的組織結構大致是一樣地，可以涉及 到系統設計，控制任務，軟件設計等。4.1系統方案設計

我們依據體系設計任務書進行總體方案設計，對體系的軟件，硬件它們的構 造再考察它的要求，推算出合適它的的系統，組成一個新的系統。再時間很緊張 的時候可以拿現場的配件組合，再設計費用不到位的時候工作人員可以組織自己 設計的模式，但是要注意化風好軟件和硬件的價格及時間，控制體系結構它的概括微型的處理器、存儲器、選擇好接線口、傳感器、硬件的設計與調試的基本內容。4.2控制任務

我們要對超控設備進行調研，研究，了解工作程序是再體系設計1前應該做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任務，涵蓋體系的終極目標，數據流量還有準確度，現場的要求，時間的控制，我們要嚴格按照計劃說明操控，實現整個系統操作。4.3軟件設計 計算機軟件的設計要依據體系規劃的總意見，確定體系下所要完成的各種功能及完成這些系統性能的推理和時差序關系，并用合理組成部件表格畫出來。他們是根據體系組成表格不同的功能，分別規劃出相應的控制體系所需要的軟件。例如仿真的量輸入和仿真量輸出及數據處理還有互聯和打字版處理格式等。每一種表格都可以單獨進行實驗調試，各種表格分別實驗調試好以后，再按工作路線圖推理和時間順序關系將他們正確組合、互相連接、實驗和調試。

4.4現場安裝調試

首先要按設計計劃合理組裝裝，對體系結構進行大體的演練和比較準確的演練，結合演練的結構數據重置體系的置和儲存數據進行軟硬件的調試，他們的構件組成都可以在演練數據下用對演練數據進行試研的辦法同時進行，同時他們要進行統一的實驗及推理，仿真物體是這個體系驗證的最基本要求，而好的體系的數據調整實試要在現場進行。

5.計算機控制技術在自動化生產線上的應用

工業機器手臂的自動化的沖壓生產線運行循環路線可以簡單概括為：上下料機構板材沖壓。鋼板物料的傳送、線頭板料清洗涂油、鋼板板物料料位置校正、第一臺壓床沖壓、下料機器手臂提取物料、壓床再次沖壓、依設計流程傳到下一個工序、機器人收取物料并裁剪、把它輸送到下一臺壓床、下一臺機器人接著提取物料、把物料放到輸送裝置上，工人開始按規定型號堆積板材。用工業機器人的自動化的生產線，會更加符合現再經濟發展的需求及技術方面的創新。機器人手自動的化生產線適用于現在大規模的生產的各個行業，也適合已有生產線實現全自動的業再次更新，工程機器人自動的生產線通過改變不同的軟件，它可應用于很多車型生產，它的可控制性能很好，工業機器人體系組成包括上下料結構、清洗涂油機體系對各種型號的沖床兼上下料體系、物料輸送體系。各個分體系連接間的電氣化操控是按照統一操做控制和刪減控制的原則，他們再不同附件的操控系統中，他們是應用了機械與構建操控的很有代表性的一個組成，他們每個級別都應用不一樣的互聯網工程和軟硬件控制，以達到不同的設計效果實現自動化。各部分操控體系采用具有現場總線形式的PtC操控方法，他有獨立操控和智能操控的特點。為確保控制體系正常運轉，我們在車間總的線路全部采用西門子Proflbus總線及di數字化的局域計算機網絡的分布式包交換技術體系。每個監督控制結構的PiC之間及PiC與上～個機械間的聯系全部采用了現代化的集成板的局域電腦互聯網的分布式包交換技術，供監控體系相互聯系時應用。沖床機的運動中樞應連接Ethetnet csrd與機器人的操控體系聯網，操控體系與工業機器人的聯系方式是通過Proflbus．DP的總路線連接的他們實現了信息的互換和連接。連接體系采用了HMI SIEMENS的觸摸技術，在每一個可操控的部件上都放置一個顯示屏，它應用了Proflbus的數據連接。各個部件都安裝了信息指示燈和緊急開關，屏幕可看到系統信息及顯示錯誤出現在那里，與這個設備有聯系的的i＼O 信號在HMi上顯示，他們以紅燈和黃燈區分。系統如果發現哪里有情況，將會鳴笛警報，顯示屏上將會出現問題出現在那里，以便維修人員查找。這個體系還有演練數字場景的能力，在磨擬演練中，它的壓力和轉動速度可能會影響到生產還有可能會發生操作控制與機械運轉不同步的可能，體系是通機器人的離線程序控制的機器人的運行路線，來減少生產現場的實驗休整周期。機器人沖壓設備再生產中使用面很廣，他改變了傳統的勞動模式，改善了勞動條件及強度，確保了生產的安全，提高生產的進度及產品的合格率，它不但材料的生產流程還減少了浪費，節約了時間，縮小了生產成本，隨著生產線的制作、調試設備的周期設計時間不斷提前，機器人自動化生產線越來越為汽車主機廠所接受，成為沖壓自動化生產線的主流。

6.豎爐球團計算機控制系統

結合球團生產的特點，將豎爐球團T藝分解為四組，即配料烘干組、潤磨旁路組、造球組、豎爐組根據現場的實際情況。系統的控制設備主要分布在總控室和現場設備控制站，其中豎爐組控制箱全部放在總控室。按照豎爐自動系統的控制要求和各設備的功能，系統可分為四層，各層設備和功能如下。

第一層為處于系統底層—— 檢測元器件與執行機構。該層主要有電動蝶閥、放散閥、各種儀器儀表、變頻器以及快切閥等。主要完成生產設備的操作和工藝參數的監測，執行來自PLC的程序指令，并做出相應的操作或顯示實時監測數據參數。

第二層為PLC控制層，包括CPU模塊，PS模塊，DI、DO、AI、AO模塊，ET200M模塊和各種網絡通信接口適配器等 主要完成整個系統PLC站的控制網絡集成，負責接收從設備層傳送的信息、數據和上位機控制的命令，并將這些命令再反饋到設備層，完成中央信息層與設備層之間的信息、數據、命令傳輸及交換

第三層為中央信息層，即上位機控制層。監控上位機是j臺研華IPC一610H工控機(配有Windowsxp操作系統，并安裝STEP75．4西門子編程軟件和組態軟件)，一臺為操作員站，一臺為T程師站，另外一臺作為操作員站和工程師站的熱備；兩臺彩色噴墨打印機和相關網絡通信設備等組成。通過上位機，操作人員可以遠程控制現場各設備的運行，完成實時監測參數和現場設備運行狀態的控制，歷史數據的記錄、查看，報警與故障的提示和處理等功能

第四層為網絡和其他外部保護設備 工業以太網交換機、不間斷電源(UPS)、信號避雷器和隔離器，用于發生斷電、雷擊或電磁干擾等情況，各種設備仍能安全穩定地運行且信號正確無誤傳送。

7.總結

計算機控制就是用計算機對一個動態對象或過程進行控制。在計算機控制系統中，用計算機代替自動控制系統中的常規控制設備，對動態系統進行調節和控制，這是對自動控制系統所使用的技術裝備的一種革新。通過大量的閱讀關于計算機控制的文章，了解到了計算機控制與我們密切相關，無處不在。也隨著社會的發展，人們也越來使用計算機來控制，對與一些企業來說使用計算機控制，雖然技術或者一些儀器需要大量的資金，但是從長遠方面來看，它節省了人力物力。從算機控制的技術應用的方面的考慮，我認為計算機控制的技術發展潛力還是很大的，值得我們去學習去研究。總之，隨著計算機軟件技術的逐漸發展，計算機的操作控制正逐步的進入到生產的各個領域。所以我們要不斷創新改革，創作出一個更好的控制體系是非常有意義的。

參考文獻

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第三篇：計算機期末總結

期中考試

1.試述先行進位解決的問題及基本思想。（1）進位的傳遞速度

（2）讓各位的進位與低位的進位無關，僅與兩個參加操作的數有關。由于每位的操作數是同時給出的，各進位信號幾乎可以同時產生，和數也隨之產生，所以先行進位可以提高進位的傳遞速度，從而提高加法器的運算速度。2.簡述浮點運算的基本步驟（以加法運算為例）例： 兩浮點數相加，求X+Y。

已知：X＝2010 · 0.11011011，y＝2100 ·(-0.10101100)解：X和Y在機器中的浮點補碼表示形式為(雙符號位)：

階符 階碼 數符 尾數

X： 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 Y： 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 計算過程：

①對階操作

階差ΔE＝[Ex]補+[-EY]補=00010+11100=11110 X階碼小，Mx右移2位，保留階碼E＝00100。[Mx]補=00 00 110 110 11 下劃線上的數是右移出去而保留的附加位。

②尾數相加

[Mx]補+[MY]補=000011011011+1101010100=111000101011。

③規格化操作

結果的符號位與最高數值位同值,應執行左規處理, 結果為11 00010101 10, 階碼為00 011。④舍人

附加位最高位為1，采用0舍1入法處理，在所得結果的最低位+1，得新結果： [M]補=1100010110，M：-0．11101010。⑤判溢出

階碼符號位為00，故不溢出、最終結果為： X+Y=2010 ·(-0．11101010)

3.DRAM存儲器為什么要刷新？ 防止漏電，保證存儲信息不破壞。4.CPU如何區分指令和數據？

空間：指令的地址是由程序計數器(PC)規定的，而數據的地址是由指令規定的。在程序執行過程中，要避免修改指令,但可以修改數據。

時間：指令在前，數據在后。（時序）

5、RISC和CISC分別代表什么？

精簡指令系統計算機(RISC)復雜指令系統計算機(CISC)

6、求信息碼01101110的海明校驗碼。解：(1)求信息碼01101110的海明校驗碼 ①確定海明校驗位的位數：

設R為校驗位的位數，則整個碼字的位數應滿足不等式N=K+R<=2R-1。

設R=3，則23-1=7，N=8+3=11,不等式不滿足:設R=4，則

24-1=15，N=8+3=11,不等式滿足。所以R最小取4。

②確定校驗位的位置：位號(1—12)為2的權值的那些位，即 : 20、21、22、23的位置作為校驗位，記作P1、P2、P3、P4，余下的為有效信息位。即：

P1

P2

D0

P3

D1

D2

D3

P4

D4

D5

D6

D7 ③分組：有4個校驗位，將12位分4組，第I位由校驗位號之和等于I的那些校驗位所校驗。如表2.4所示。

④校驗位的形成：

P1=第一組中的所有位(除P1外)求異或： D6 ⊕ D4 ⊕ D3 ⊕ D1 ⊕ D0

=1 ⊕0 ⊕1 ⊕1 ⊕0=1 P2=第一組中的所有位(除P2外)求異或：D6 ⊕D5 ⊕ D3 ⊕ D2 ⊕ D0

=1 ⊕1 ⊕1 ⊕1 ⊕0=0 P3=第一組中的所有位(除P3外)求異或：D7 ⊕D3⊕ D2⊕ D1

=0 ⊕1 ⊕1 ⊕0=0 P4=第一組中的所有位(除P4外)求異或：D7⊕ D6⊕ D5⊕ D4

=0 ⊕1 ⊕1 ⊕0=0 所以，信息碼01101110的海明校驗碼為011001110001。(2)校驗原理

在接收端分別求S1、S2、S3、S4 S1=P1⊕第一組中的所有位求異或 =P1⊕ D6 ⊕ D4 ⊕ D3 ⊕ D1 ⊕ D0 S2=P2⊕第二組中的所有位求異或 =P2⊕ D6 ⊕D5 ⊕ D3 ⊕ D2 ⊕ D0 S3=P3⊕第三組中的所有位求異或 =P3⊕ D7 ⊕D3⊕ D2⊕ D1 S4=P4⊕第四組中的所有位求異或 =P4⊕ D7⊕ D6⊕ D5⊕ D4 當S1 S2S3 S4=0000時，接收的數無錯，否則 S1 S2S3 S4的二進制編碼即為出錯位號，例如 S1 S2S3 S4=1001說明第9位出錯，將其取反，即可糾錯。根據此原理，指出和糾正1位出錯位的海明校驗邏輯電路如圖2.1所示。

海明校驗邏輯電路圖：

7.某指令系統的指令字長16位，可含有3、2、1或0個地址，每個地址占4位。請設計該指令系統的格式，最多共有多少條指令？ 解：擴展操作碼

8.分析加減交替除法的基本原理。

9.某機字長8位，試用如下所給芯片設計一個存儲器，容量為10K，其中RAM為高8K，ROM為低2K，最低地址為0（RAM芯片類型有為：4K?8，ROM芯片有：2K?4）。①地址線、數據線各為多少根? ②RAM和ROM的地址范圍分別為多少? ③每種芯片各需要多少片。

④畫出存儲器結構圖及與CPU連接的示意圖。

第三章習題課：

1.寫出下列數據規格化浮點數的編碼(設l位符號位，階碼為5位移碼，尾數為10位補碼)。

(1)+111000(2)-10101(3)+0.01011 解：(1)+111000=26×0.111000 符號位為0；6的階碼移碼表示為10110；尾數補碼為1110000000，所以+111000規格化浮點數的編碼為0 10110 1110000000(2)-10101=25×（-0.10101）

符號位為1；5的階碼移碼表示為10101；尾數補碼為0101100000，格化浮點數的編碼為1 10101 0101100000(3)+0.01011 =2-1×0.1011 符號位為0；-1的階碼移碼表示為01111；尾數補碼為1011000000，所以+0.01011的規格化浮點數的編碼為0 01111 1011000000 2.在浮點數編碼表示中___在機器數中不出現，是隱含的。（答案：D）A.階碼 B.符號 C.尾數 D.基數

3.浮點數的表示范圍和精度取決于____.（答案；A）A.階碼的位數和尾數的位數

B.階碼采用的編碼和尾數的位數

C.階碼采用的編碼和尾數采用的編碼 D.階碼的位數和尾數采用的編碼

4.能發現兩位錯誤并能糾正一位錯的編碼為（答案：B）

A.CRC碼 B.海明碼 C.偶校驗碼 D.奇校驗碼 5.用變形補碼計算 X-Y，X+Y，并判別結果的正確性。設：X=0.11011，Y=-0.10010 解：[X]補=0011011 [Y]補=1101110 [-Y]補=0010010 [X]補+[-Y]補=0101101 溢出

[X]補+[Y]補=0001001 無溢出 X+Y = 0.01001 6.在計算機中，所表示的數有時會發生溢出，其根本原因是計算機的字長有限。答案：對

7.8421碼就是二進制數。答案：不對。8421碼是十進制數的編碼。8.表示定點數時，若要求數值0在計算機中惟一地表示為全0，應使用反碼表示。答案:錯。表示定點數時，若要求數值0在計算機中惟一地表示為全0，應使用補碼。

第四章 內容

1.主存儲器用來暫時存儲CPU正在使用的指令和數據，它和CPU的關系最為密切。主存儲器和CPU的連接是由總線支持的，連接形式如圖4．1所示。

2.例:16KX4位芯片組成16KX8位的存儲器

3.例: 4個16KX8位靜態芯片組成64KX8位存儲器。

4.例1：由Intel2114(1KX4位)芯片組成容量為4KX8位的主存儲器的邏輯框圖,說明地址總線和數據總線的位數，該存儲器與8位字長的CPU的連接關系。解：此題所用芯片是同種芯片。

（1）片數=存儲器總容量（位）/芯片容量（位）=4K*8/（1K*4）=8（片）（2）CPU總線（由存儲器容量決定）

地址線位數=log2(字數)=log2(4K)=12(位)數據線位數=字長=8（位）

（3）芯片總線（由芯片容量決定）地址線=log2(1K)=10(位)數據線=4（位）

（4）分組（組內并行工作，cs連在一起，組間串行工作，cs分別連接譯碼器的輸出）。

組內芯片數=存儲器字長/芯片字長=8/4=2（片）組數=芯片總數/組內片數=8/2=4（組）（5）地址分配與片選邏輯

(6)連接方式:擴展位數,擴展單元數,連接控制線

5.例2.某半導體存儲器，按字節編址。其中，0000H-07FFH為ROM區，選用EPROM芯片（2KB/片）；0800H-13FFH為RAM區，選用RAM芯片（2KB/片和1KB/片）。地址總線A15-A0（低）。給出地址分配和片選邏輯。1）計算容量和芯片數

ROM區：2KB RAM區：3KB 共3片 2）地址分配與片選邏輯

存儲空間分配：先安排大容量芯片（放地址低端），再安排小容量芯片。便于擬定片選邏輯。

6.用8K×8位的ROM芯片和8K×4位的RAM芯片組成存儲器，按字節編址，其中RAM的地址為0000H～5FFFH，ROM的地址為6000～9FFFH，畫出此存儲器組成結構圖及與CPU的連接圖。解：計算容量、芯片數量：

RAM的地址范圍展開為***0~***1，A12-----A0從0000H～1FFFH，容量為：8K，高位地址A15A14A13，從000-010，所以RAM的容量為8K× 3=24K。RAM的容量是24K ×8，需8K ×4的芯片6片。ROM的末地址-首地址=9FFFH-6000H=3FFFH，所以ROM的容量為214=16K。ROM的容量是16K ×8，需 8K×8 的芯片2片。ROM的地址范圍展開為0110 0000 0000 0000~1001 1111 1111 1111，高位地址A15A14A13，從011~100。存儲器的組成結構圖及與CPU的連接如圖所示。

7.存儲器分布圖如下面所示（按字節編址），現有芯片ROM 4K×8和RAM 8K× 4，設計此存儲器系統，將RAM和ROM用CPU連接。

解：RAM1區域是8K×8，需2片8K×4的芯片；RAM2區域也是8K×8，需2片8K× 4的芯片；ROM區域是8K×8，需2片4K8的芯片。地址分析如下：

（1）方法一

以內部地址多的為主，地址譯碼方案為：用A14A13作譯碼器輸入，則Y0選RAM1，Y1選RAM2，Y3選ROM，當A12=0時選ROM1，當A12=1時選ROM2，擴展圖與連接圖如圖所示。

（2）方法二

以內部地址少的為主，地址譯碼方案為：用A14A13A12作譯碼器輸入，則Y0和Y1選RAM1，Y2和Y3選RAM2，Y6選ROM1，Y7選ROM2，擴展圖與連接圖如圖所示。

8.用8K×8的RAM芯片和2K×8的ROM芯片設計一個10K×8的存儲器，ROM和RAM的容量分別為2K和8K，ROM的首地址為0000H，RAM的末地址為3FFFH。(1)ROM存儲器區域和RAM存儲器區域的地址范圍分別為多少?(2)畫出存儲器控制圖及與CPU的連接圖。解：（1）ROM的首地址為0000H，ROM的總容量為2K×8；

RAM的末地址為3FFFH，RAM的總容量為8K×8，所以首地址為：2000H。（2）設計方案

（3）方法一

以內部地址多的為主，地址譯碼方案為：用A13來選擇，當A13=1時選RAM，當A13A12A11=000時選ROM，如圖所示。

4）方法二

以內部地址少的為主，地址譯碼方案為：用A13A12A11作譯碼器輸入，則Y0選ROM，Y4、Y5、Y6、Y7均選RAM，如圖所示。

9.用4K× 8位的ROM芯片和8K×4位的RAM芯片組成存儲器，按字節編址，其中RAM的地址為2000H~7FFFH，ROM的地址為9000H~BFFFH，畫出此存儲器組成結構圖及與CPU的連接圖。解：RAM的地址范圍展開為

001 0000000000000~011 11111111111，A12----A0從0000H~1FFFH，容量為8K，高位地址從001~011 所以RAM的容量為8K×3=24K。

RAM用8K×4的芯片組成，需8K×4的芯片共6片。ROM的地址范圍展開為

1001 000000000000~1011 111111111111，A11----A0從000H~FFFH，容量為4K，高位地址A15A14A13A12,從1001~1011，所以ROM的容量為4K×3=12K。ROM用4K×8的芯片組成，需4K×8的芯片3片。

地址譯碼方案：用A15A14A13A12作譯碼器輸入，則Y2和Y3選RAM1，Y4和Y5選RAM2，Y6和Y7選RAM3，Y9選ROM1，Y10選ROM2，Y11選ROM3。儲器的組成結構圖及與CPU的連接圖如圖所示。

第六章 1.IR指令寄存器：用以存放當前正在執行的指令。

PC程序計數器：即指令地址寄存器。存放當前正在執行的指令地址或下一條指令地址。

指令地址形成:(PC)+1->PC。或: 轉移指令修改其內容。

時序控制信號形成部件：根據當前正在執行的指令的需要，產生相應的時序控制信號 指令譯碼器：對指令寄存器中的操作碼進行分析解釋，產生相應的控制信號。

脈沖源：脈沖源產生一定頻率的脈沖信號作為整個機器的時鐘脈沖，是機器周期和工作脈沖的 基準信號。

2.微程序控制器的基本工作原理如下：

1）當指令取入IR中以后，根據操作碼進行譯碼，得到相應指令的第一條微指令的地址。

2）指令譯碼部件可用只讀存儲器組成，將操作碼作為只讀存儲器的輸入地址，該單元的內容即為相應的微指令在控制存儲器中的地址。

3）根據控制存儲器中的地址從控制存儲器取出微指令，并將它存放在微指令寄存器中。

4）控制字段各位的輸出通過連接線直接與受控制的門相連，于是就提供了在本節所提出的控制信號。

3.硬布線控制器與微程序控制器，除了操作控制信號的形成方法和原理有差別外，其余的組成部分沒有本質上的差別。最顯著差異為兩點： 1）實現

微程序控制器的控制功能是在存放微程序的控制存儲器和存放當前正在執行的微指令的寄存器直接控制下實現的，特點:電路比較規整，各條指令控制信號的差別反映在控制存儲器的內容上.而硬布線控制的控制信號先用邏輯式列出，經化簡后用電路實現.特點:電路顯得零亂且復雜，當需修改指令或增加指令時是很麻煩的.因此微程序控制得到廣泛應用，尤其是指令系統復雜的計算機，一般都采用微程序來實現控制功能。2）性能

微程序控制的速度比硬布線控制的速度低，而硬布線控制的速度快.近年來在一些新型計算機結構中，例如在RISC(精簡指令系統計算機)中，一般選用硬布線邏輯。

習題 4.己知某計算機有80條指令，平均每條指令由12條微指令組成，其中有一條取指微指令是所有指令公用的，設微指令長度為32位。請算出控制存儲器容量。

解：微指令所占的單元總數：

(80×12-80+1)× 32=（80×11+1)× 32 =881 × 32 所以控制存儲器容量可選IK × 32。

5.表中給出了8條指令I1~I8所包含的微命令控制信號。試設計微指令控制字段要求所用的控制位最少，而且保持微指令本身內在的并行性。

解：微指令與包含的命令對應表如表所示。

從表中可知，E、F、H及B、I、J分別兩兩互斥，所以微指令控制字段格式設計如下：

6.某機采用微程序控制方式，微指令字長24位，水平型編碼控制的微指令格式，斷定方式，共有微命令30個，構成4個相斥類，各包含5個、8個、14個和3個微命令，外部條件共3個。

（1）控制存儲器的容量應為多少?（2）設計出微指令的具體格式。

解：（1）30個微命令構成4個相斥類，其中5個相斥微命令需3位編碼；8個相斥微命令需4位編碼，14個相斥微命令需4位編碼，3個相斥微命令需2位編碼：外部條件3個,采用斷定方式需2位控制位。以上共需15位。微指令字長24位，采用水平型編碼控制的微指令格式，所以還剩9位作為下址字段，這樣控制存儲器的容量應為512×24.2）微指令的具體格式如圖所示。

7.已知某運算器的基本結構如圖所示，它具有+(加)、-(減)、M(傳送)種操作。（1）寫出圖中1~12表示的運算器操作的微命令。（2）指出相斥性微操作。

（3）設計適合此運算器的微指令格式。

解:（1）圖中1~12表示的運算器操作的微命令分別為：

1：+ 2：-3：M 4：R1→A 5：R2→A 6：R3→A 7： R3→B 8：R2→B 9：R1→B 10： BUS→R1 11： BUS→R2 12： BUS→R3（2）以下幾組微命令是相斥的：

1：+ 2：-3：M 4：R1→A 5：R2→A 6：R3→A 7： R3→B 8：R2→B 9：R1→B 10： BUS→R1 11： BUS→R2 12： BUS→R3（3）此運算器的微指令格式如圖所示。

8.已知某機采用微程序控制方式，其存儲器容量為512×40(位)，微程序在整個控制存儲器中實現轉移，可控制微程序的條件共12個，微指令采用水平型格式，后繼微指令地址采用斷定方式，如下所示:

解：（1）假設判別測試字段中每一位為一個判別標志，那么由于有12個轉移條件，故該字段為4位，下地址字段為9位。由于控制容量為512單元，微命令字段是(40-4-9)=27位。

（2）對應上述微指令格式的微程序控制器邏輯框如圖所示：其中微地址寄存器對應下地址字段，P字段即為判別測試字段，控制字段即為微命令子段，后兩部分組成微指令寄存器。地址轉移邏輯的輸入是指令寄存器OP碼，和各狀態條件：以及判別測試字段所給的判別標志(某一位為1)，其輸出修改微地址寄存器的適當位數，從而實現微程序是分支轉移。

9.CPU結構如圖所示，其中包括一個累加寄存器AC、一個狀態寄存器和其他四個寄存器，各部分之間的連線表示數據通路，箭頭表示信息傳送方向。(1)標明圖6.9中四個寄存器的名稱。(2)簡述取指令的數據通路。

(3)簡述完成指令LDA X的數據通路（X為內存地址，LDA功能為(X)→(AC)）(4)簡述完成指令ADD Y的數據通路(Y為內存地址，ADD功能為(AC)+(Y)→(AC))。

(5)簡述完成指令STA Z的數據通路(Z為內存地址,STA功能為(AC)→(Z))。

解:(1)A為數據緩沖寄存器MDR，B為指令寄存器IR，C為主存地址寄存器MAR，D為程序計數器PC。

(2)取指令的數據通路：PC→MAR → MM → MDR → IR(3)指令LDA X的數據通路：X → MAR → MM → MDR → ALU → AC(4)指令ADD Y的數據通路：Y → MAR → MM → MDR → ALU → ADD → AC(5)指令STA Z的數據通路：Z → MAR，AC → MDR → MM

第十章

1.中斷處理過程

(1)關中斷，進入不可再次響應中斷的狀態，由硬件自動實 現。因為接下去要保存斷點，保存現場。此時CPU不響應中斷，否則，如果現場保存不完整，在中斷服務程序結束之后，也就不能正確地恢復現場并繼續執行現行程序。(2)保存斷點和現場

為了在中斷處理結束后能正確地返回到中斷點，在響應中斷時，必須把當前的程序計數器PC中的內容(即斷點)保存起來。

現場信息一般指的是程序狀態字，中斷屏蔽寄存器和CPU中某些寄存器的內容。

對現場信息的處理有兩種方式：一種是由硬件對現場信息進行保存和恢復；另一種是由軟件即中斷服務程序對現場信息保存和恢復。

(3)判別中斷源，轉向中斷服務程序。在多個中斷源同時請求中斷的情況下，需進一步判別中斷源，并轉入相應的中斷服務程序入口。

(4)開中斷。因為接下去就要執行中斷服務程序，開中斷將允許更高級中斷請求得到響應，實現中斷嵌套。

(5)執行中斷服務程序。不同中斷源的中斷服務程序是不同的，實際有效的中斷處理工作是在此程序段中實現的。

(6)退出中斷。在退出時，又應進入關中斷狀態，恢復現場、恢復斷點，然后開中斷，返回原程序執行。

進入中斷時執行的關中斷、保存斷點等操作一般是由硬件實現的，它被稱為“中斷隱指令”。

2.1)某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節的數據，假設一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為33MHz，則總線帶寬是多少?(2)如果一個總線周期中并行傳送64位數據，總線時鐘頻率升為66MHz，則總線帶寬是多少? 解：(1)設總線帶寬用Dr表示，總線時鐘周期用T=1/f表示，一個總線周期傳送的數據量用D表示，根據定義可得: Dr=D/T=D×1/T=D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s(2)64位=8B Dr=D×f=8B×66×1000000/s=528MB/s 3.DMA的數據傳送過程

第四篇：計算機控制系統作業參考答案

《計算機控制系統》作業參考答案

作業一

第一章

1.1什么是計算機控制系統？畫出典型計算機控制系統的方框圖。

答：計算機控制系統又稱數字控制系統,是指計算機參與控制的自動控制系統,既:用算機代替模擬控制裝置,對被控對象進行調節和控制.控制系統中的計算機是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分: 計算機控制系統的硬件主要是由主機、外部設備、過程輸入輸出設備組成;軟件部分: 軟件是各種程序的統稱，通常分為系統軟件和應用軟件。

被控制量 給定值偏差控制量被控對象 調節器

_

測量環節 計算機(數字調節器)

圖1.3-2 典型的數字控制系統

1.2.計算機控制系統有哪幾種典型的類型？各有什么特點。

答：計算機控制系統系統一般可分為四種類型：

①數據處理、操作指導控制系統；計算機對被控對象不起直接控制作用,計算機對傳感器產生的參數巡回檢測、處理、分析、記錄和越限報警，由此可以預報控制對象的運行趨勢。

②直接數字控制系統；一臺計算機可以代替多臺模擬調節器的功能，除了能實現PID調節規律外, 還能實現多回路串級控制、前饋控制、純滯后補償控制、多變量解藕控制，以及自適應、自學習,最優控制等復雜的控制。

③監督計算機控制系統；它是由兩級計算機控制系統：第一級DDC計算機, 完成直接數字控制功能；第二級SCC計算機根據生產過程提供的數據和數學模型進行必要的運算，給DDC計算機提供最佳給定值和最優控制量等。

④分布式計算機控制系統。以微處理機為核心的基本控制單元，經高速數據通道與上一級監督計算機和CRT操作站相連。

1.3.計算機控制系統與連續控制系統主要區別是什么？計算機控制系統有哪些優點？

答：計算機控制系統與連續控制系統主要區別：計算機控制系統又稱數字控制系統,是指計算機參與控制的自動控制系統,既:用計算機代替模擬控制裝置,對被控對象進行調節和控制。與采用模擬調節器組成的控制系統相比較，計算機控制系統具有以下的優點：

(1)控制規律靈活，可以在線修改。(2)可以實現復雜的控制規律，提高系統的性能指標.(3)抗干擾能力強，穩定性好。(4)可以得到比較高的控制精度。(5)能同時控制多個回路，一機多用，性能價格比高。

(6)便于實現控制、管理與通信相結合，提高工廠企業生產的自動化程度.(7)促進制造系統向著自動化、集成化、智能化發展。

第二章

2.1.計算機控制系統有哪四種形式的信號？各有什么特點? 答：在計算機控制系統中，通常既有連續信號也有離散信號，這些信號一般是信息流,而不是能量流。可分為四種形式：⑴ 連續模擬信號：時間和信號的幅值都是連續的。

⑵ 階梯模擬信號：時間是連續的，信號的幅值是階梯形的。⑶ 采樣信號：時間是離散的，信號的幅值是連續的脈沖信號。

⑷ 數字信號：信號的時間以及幅值都是離散的，且幅值經過了量化處理。

2.2.采樣信號的頻譜和原連續信號的頻譜有何不同？

答：采樣信號的頻譜和原連續信號的頻譜的區別：

①通常，連續信號帶寬是有限的，頻率的極限值wmax, 它的頻譜是孤立的。采樣信號的頻譜是以ωs為周期的無限多個頻譜所組成。

②∣y(jw)∣和∣y*(jw)∣形狀相似。幅值只差一個比例因子1/T(又稱為采樣增益)。

2.3.計算機控制系統中的保持器有何作用，簡述零階保持器的特點。

答：保持器的原理是根據現在時刻或過去時刻輸入的離散值,用常數、線性函數或拋物函數形成輸出的連續值。零階保持器有如下特性：

①低通特性：保持器的輸出隨著信號頻率的提高，幅值迅速衰減。

②相位滯后持性：信號經過零階保持器會產生相位滯后，它對控制系統的穩定性是不利的。

2.4.試求下例函數的Z變換：(采樣周期為T)答：

（1）f(t)?1(t?T)（2）f(t)???9t?0t?0t?0

F(z)?1z?1 F(z)?9Tz(z?1)?at2

?a（3）f(k)???0k?1k?1,2,3,???k?0?e（4）f(t)???0sin2tt?0t?0

F(z)?za(z?a)F(z)?zez?2ze2?aTsin2Tcos2T?e?2aT?aT

2.5.設函數的La氏變換如下，.試求它們的Z變換: 答：

（1）F(s)?s?3(s?2)(s?1)（2）F(s)?1(s?5)Tze(z?e2

F(z)??zz?e?2T?2zz?e?T?5T?5T F(z)?)2

（3）F(s)?1s3（4）F(s)?10s(s?1)2

F(z)?Tz(z?1)23 F(z)?10Tz2?10(1?e?T)z?T

2(z?1)（5）F(s)?10

s2?16F(z)?2.5zsin4T2

z?2zcos4T?12.6已知函數的Z變換如下，.試求它們的y(kT): 答：（1）Y(z)?zz2 ?1ky(kT)?12?(?1)2 2（3）Y(z)?2z(z?1)(z?2)y(kT)??2(?1)k?4(?2)k（5）Y(z)?0.6zz2 ?1.6z?0.6y(kT)?1.5(?0.6)k?1.5(?1)k（7）Y(z)?z?4(1?z?1)2 y(kT)?k?3 2.7求下列函數的初值和終值：

答：（1）F(z)?2.7z z?0.8y(0)?2.7y(?)?0

(z?1)(z?1)(z?e)2）Y(z)?z(z?1)2

(z?2)y(kT)?2k?1?k

（4）Y(z)?1

z(z?0.2)y(kT)?25(0.2)k

?1（6）Y(z)?1?3z?3z?1(1?0.5z?1)(1?0.8z?1)y(kT)??3530.5k?310.8k6

（8）Y(z)?Te?aTz

(z?e?aT)2y(kT)?kTe?akT

2（2）F(z)?1.6z?zz2

?0.8z?0.5y(0)?1.6y(?)?0

（

作業二

第三章

3.1 已知差分方程x(kT)?ax(kT?T)?1(kT)，又知x(kT)?0(k?0);?1?a?1.試用Z變換法求x(kT)和x(∞)。

x(kT)?1?a11?ak答：

x(?)?1?a

3.2 已知F(z)?z22z?1.2z?0.2?1 ,試用長除法和Z反變換法求解f(kT)。

答：f(kT)?1?1.2z(?0.2)4?1.24z54?2?1.248z?3?1.2496z?4????

kf(kT)???(?1)

k3.3 已知差分方程y(k?1)?2y(k)?0,y(0)?1，⑴ 用遞推法求y(k)的前三項。⑵ 用反變換法求解y(k)。

答：（1）y(1)??2ky(2)?4y(3)??8

（2）y(kT)?(?2)

3.4 用Z變換法求解下例差分方程: 答：（1）f(k?1)?f(k)?ay(kT)?(?2)kk,f(0)?0

（2）f(k?2)?3f(k?1)?2f(k)?r(k)其中f(0)?f(1)?0，且k?0 時f(k)?0;?0r(k)???1k?0k?0,1,2,???k

f(kT)??k?1?2

（3）y(k)?2y(k?1)?k?1 其中 y(0)?1

10(?2)?1?3k9ky(kT)?

3.5 利用勞斯判據，決定下列單位負反饋系統閉環穩定時，K的取值范圍。（1）Gk(z)?K(0.1z?0.08)(z?1)(z?0.7)K(0.1z?0.08)z(z?1)(z?0.7)答：0?K?3.75

(2)Gk(z)? 答：0?K?1.23

3.6 已知下列系統的特征方程，試判別系統的穩定性。

（1）z?1.5z?9?0 答：系統不穩定。（2）z?2z?2z?0.5?0 答：系統不穩定。（3）z?1.5z?0.25z?0.4?0 答：系統穩定。

3.7 設離散系統的框圖如圖所示，試確定閉環穩定時K的取值范圍.（其中T=1s,K1=2 T1=1)32322_題圖3.7 單位反饋閉環系統框圖

答：

HG(z)?20.736(z?1.717)(z?1)(z?0.368)z?z(0.736K?1.368)?(0.368?1.264K)?0

0?K?0.5

3.8 用長除法或Z反變換法或迭代法求下列閉環系統的單位階躍響應。（1）Gc(z)?z?0.53(z?z?0.5)2

答：y(kT)?13r(kT?T)?1316r(kT?2T)?y(kT?T)?0.5y(kT?2T)56y(3T)?76??? 即：y(T)?

y(2T)?

（2）Gc(z)?答： 0.5zz?z?0.52

Y(z)?0.5z?1?z?2?1.25z?3?1.25z?4?1.125z?5?z?6?0.9375z?7????y(0)?0,y(T)?0.5,y(2T)?1,y(3T)?1.25,y(4T)?1.25,y(5T)?1.125 y(6T)?1,y(7T)?0.9375,???

（3）Gc(z)?0.05(z?0.904)(z?1)(z?0.819)?0.05(z?0.904)

答： y(kT)?0.05r(kT?T)?0.045r(kT?2T)?1.769y(kT?T)?0.864y(kT?2T)

y(0)?0,y(T)?0.05,y(2T)?0.183,y(3T)?0.376,???

3.9 開環數字控制系統如圖所示，試求Y(z)、y(0)、y(∞).已知：E(s)?1s

（1）數字調節器: u(k)??u(k?1)?e(k?1)

被控對象： Gp(s)?1s

（2）數字調節器: u(k?1)?0.5e(k?1)?0.95e(k)?0.995u(k)

1(s?1)(s?2)被控對象： Gp(s)?答：（1）Y(z)?Tz(z?1)(z?1)z2(z?1)2

y(?)??y(0)?0

（2）Y(z)?[?zz?e?T?z2(z?e?2T)]0.5z?0.95z?0.995

y(?)??45y(0)?0

3.10 設系統如圖所示，試求系統的閉環脈沖傳遞函數。

_

答：

G(z)?G1(z)G2(z)1?G1(z)G2(z)

3.11 設系統如圖所示，試求:（1）系統的閉環脈沖傳遞函數。（2）判定系統的穩定性。

（3）分別求系統對單位階躍輸入和單位斜坡輸入時的穩態誤差。

_ 答：

（1）GB(z)?1.7z?0.3z?0.7z?0.32

（2）系統穩定。（3）單位階躍輸入

ess?0

單位斜坡輸入時

ess?0.5第四章

4.1 已知系統的運動方程，試寫出它們的狀態方程和輸出方程：（1）y(3)?5y(2)?y?2y?u?2u ??答：

??x1???0?????x2???0?????2??x3???y??1?10?10??1??5???x1??0?????x2?1u??????x3?????3??

0?x1???0?x2????x3??

（2）y(3)?3y(2)??2y?u

答：

??x1???0?????x2???0????0??x3???y??1?10?20??1??3???x1??0?????x2?0u??????x3????1??

0?x1???0?x2????x3?? ?2u?u

?（3）y(3)?3y(2)??2y?y?u(2)答：

??x1???0?????x2???0?????1? ?x3???y??1?10?20??1??3???x1??1?????x2??1u??????x3????2??

0?x1???0?x2????x3??

4.2 已知下列系統的傳遞函數, 試寫出它們的狀態方程和輸出方程：（1）G(s)?答：

??x1???0?????x2???0?????5? ?x3????5?3?23?s?2s?53s?6s?9s?15322

10?30??1??2???x1???x2????x3???x1??0?????x2?0u??????x3????1??

y?1?3??

（2）G(s)?答： 5s?2s?3s?2s?532

??x1???0?????x2???0?????5? ?x3???y??2?10?20??1??3???x1??0?????x2?0u??????x3????1??

5?x1???0?x2????x3??2s?1s?7s?14s?832

4.3 已知系統的傳遞函數G(s)?答：

??x1????1?????x2???0????0??x3????1y???3?32? , 試寫出其狀態方程,使狀態方程為對角陣。

0?200??0??4???x1??1?????x2?1u??????x3????1??

?x1?7????x2???6???x3??

4.4 已知系統的傳遞函數G(s)?答：

??x1????1?????x2???0????0??x3???y??1?2s?6s?5s?4s?5s?2322 , 試寫出其狀態方程,使狀態方程為若當標準型。

1?100??0??2???x1??0?????x2?1u??????x3????1??

1?x1???1?x2????x3??

4.5已知下列離散系統的差分方程為：（1）y(k?2)?3y(k?1)?2y(k)?4u(k)

（2）y(k?2)?5y(k?1)?3y(k)?u(k?1)?2u(k)輸出為y(k)， 試分別寫出它們的狀態方程和輸出方程。

答：

?x1(kT?T)??0?????x2(kT?T)???2y(kT)??11???3??x1(kT)??0??????u(kT)?x2(kT)??4?（1）

?x1(kT)?0????x2(kT)?

（2）

?x1(kT?T)??0?????x2(kT?T)???3y(kT)??11???5??x1(kT)??1??????u(kT)?x2(kT)???3?

?x1(kT)?0????x2(kT)?

4.6 已知離散系統脈沖傳遞函數G(z)?態方程。

答：直接程序法

?x1(kT?T)??0????x2(kT?T)????6y(kT)???51???5??x1(kT)??0??????u(kT)x2(kT)???1?z?2z?1z?5z?622 ,試分別用直接程序法和分式展開法求系統的離散狀

?x1(kT)??3????u(kT)x2(kT)??

分式展開法

?x1(kT?T)???2????x2(kT?T)???0y(kT)??10???3??x1(kT)??1??????u(kT)x2(kT)???1?

?x1(kT)??4????u(kT)x2(kT)??

?4.7 求解下系統的時間相應。已知：X??答：

1???x1(t)???????3?4t3?

e??x2(t)??44??0??30??1?X?????(t), 初始狀態X(0)=0 ?4??0?

4.8 設系統的狀態方程：X(k?1)?FX(k)?Gu(k)y(k)?CX(k)

?0F????0.161??1?,G????,C??1?1??1?0?

已知輸入：u(k)=1 ,(k≥0)?x1(0)??1?X(0)? 初始狀態: ?????

?x2(0)???1?試求：（1）系統的狀態轉移矩陣F；(2)狀態方程的解X(k)；(3)系統的輸出y(k)。

答：（1）

?4(?0.2)?(?0.8)?3??kk??0.8(?0.2)?0.8(?0.8)?3?kkk?(kT)?Fk5(?0.2)?5(?0.8)??3?

kk?(?0.2)?4(?0.8)??3?kk

（2）

?x1(kT)??3.185(?0.8)?2.83(?0.2)?1.389?? ????kkx2(kT)?1.956(?0.8)?0.567(?0.2)?0.389????kk（3）

y(kT)?x1(kT)?3.185(?0.8)?2.83(?0.2)?1.389

kk

?1X(k?1)??4.9 已知離散系統的狀態空間表達式，?0.2y(k)??10.5??1.2??X(k)???u(k)1?0.5，初始狀態X(0)=0 ??0?X(k)試求系統的Z傳遞函數: G(z)?答：

G(z)?Y(z)U(z)?Y(z)U(z)

1.2z?0.95z?2z?0.92

?0.44.10 已知離散系統的狀態方程: X(kT?T)???0.6?0.6??0.6?試判斷系統的穩定性。?X(kT)???u(kT)，0.6?0.4??答：系統穩定。

作業三

第五章

5.1已知連續系統的傳遞函數:（1）G(s)?2(s?1)(s?2)；（2）G(s)?s?as(s?b)，試用沖擊不變法﹑階躍不變法﹑零極點匹配法﹑雙線性變換法、差分變換法，將上述傳遞函數轉換為等效的Z傳遞函數.取采樣周期T=0.1s.答：

（1）沖擊不變法 G(z)?2zz?ea?T?2zz?e??2T

z(z?1)a?bb2（2）階躍不變法 G(z)?Tz2b?ab2b(z?1)?zz?e?bT

5.2 已知比例積分模擬調節器D(s)=Kp+Ki/s ,試用后向差分法和雙線性變換法求數字調節器D（z）及其控制算法。

答：后向差分法 D(z)?Kp?

雙線性變換法 D(z)?Kp?z?0.7z?0.2KiT(z?1)2(z?1)KiTzz?1

5.3 已知Z傳遞函數G(z)?答：

G(ej?T ,試分析其頻率特性，并判斷它是低通濾波器還是高通濾波器。)?eej?Tj?T?0.7?0.222

G(ej?T

?(?)??tg?1)?(cos?T?0.7)?sin?T(cos?T?0.2)?sin?T22sin?Tcos?T?0.7?tg?1sin?Tcos?T?0.2

具有高通特性。

5.4 已知系統的差分方程為: y(k)?0.8y(k?1)?x(k)?2x(k?1), 其中x(k)為輸入序列，y(k)為輸出序列.試分析其頻率特性.答：

G(ej?T)?eej?T?2?0.822j?T

G(ej?T

2)?(cos?T?2)?sin?T(cos?T?0.8)?sin?T2?(?)??tg?1sin?Tcos?T?2?tg?1sin?Tcos?T?0.8

具有高通特性。

5.5 已知低通濾波器D(z)?0.5266zz?0.4734 , 求D（z）的帶寬ωm..取采樣周期T=2ms。

答： ?m?695弧度/s

5.6 已知廣義對象的Z傳遞函數HG(z)?0.05(z?0.7)(z?0.9)(z?0.8),試設計PI調節器D(z)=Kp+Ki/(1-z)，使

-1速度誤差ess=0.1，取采樣周期T=0.1s。答： D(z)?2.115?

5.7 已知D(s)?1?0.15s0.05s0.2351?z?1 ,寫出與它相對應的PID增量型數字控制算法。

答： ???u(kT)?20Te(kT)?3e(kT)?3e(kT?T)?u(kT)?u(kT?T)??u(kT)

第六章

6.1 試述在最少拍設計中，系統的閉環Z傳遞函數Gc(z)和誤差Z傳遞函數Ge(z)的選擇原則。

答：最少拍設計中，系統的閉環Z傳遞函數Gc(z)和誤差Z傳遞函數Ge(z)的選擇原則：（1）為了保證D(z)的可實現性，應選擇Gc(z)含有HG(z)的Z-r因子。

（2）為了保證D(z)的穩定性，應選擇Gc(z)具有與HG(z)相同的單位圓上(除Z＝l外)和單位圓外的零點。

?1（3）為了保證系統的穩定性，應選擇Ge(Z)含有(1?piz)的因子，pi是HG(z)的不穩定的極點。因為： Gc(z)?D(z)HG(z)Ge(z)只能用Ge(z)的零點來抵消HG(z)中不穩定的極點.m（4）為了使調節時間最短(最少拍)，應選擇Ge(z)中含有(1-Z-1)因子(m＝l，2，3)是典型輸入信號Z變換R(z)中分母的因子。（5）保持Ge(z)與Gc(Z)有相同的階次。Gc(z)?1?Ge(z)

6.2 最少拍控制系統有哪幾種改進設計方法。

答：最少拍控制系統改進設計方法有：

調節器的設計方法的改進:慣性因子法，延長節拍法，換接程序法。

6.3 已知不穩定的廣義對象：HG(z)?2.2z?1?11?1.2z, 試設計單位階躍作用下的最少拍調節器。

答：D(z)??0.2z?1.22.2(z?1)

6.4 已知的廣義對象Z傳遞函數: HG(z)?最少拍無波紋調節器。

答：

D(z)?0.83(1?0.286z1?0.78z?1?10.265z?1(1?2.78z?1?1)(1?0.2z?1?1)(1?z)(1?0.286z)，試設計單位階躍作用下的)?2?0.12z

6.5 設系統的結構如下圖所示，被控對象Wd(s)?位階躍作用下的最少拍調節器D(z)。

10s(1?0.1s)(1?0.05s),采樣周期T=0.2s , 試設計單_

答：

HG(z)?0.761z(1?z?1

(1?1.133z?1?1)(1?0.047z)(1?0.135z?1?1?1)?1

D(z)?)(1?0.018z?1)

0.616(1?0.018z(1?0.531z?1)(1?0.135z?1))(1?0.047z)

6.6 已知被控對象G(s)?1s(s?2),采用零階保持器，采樣周期 T=0.1s.試用W變換法設計數字調節器，要求相位裕度γ=50°,幅值裕度Kg>10dB,速度穩態誤差系數Kv=5s

-1。

_

答：

GK(z)?0.018K(z?1)(z?1)(z?0.819)5w(1?12w)?1GK(w)?D(w)?1?0.622w1?0.305w

D(z)?1.92(1?0.851z(1?0.714z?1))

6.7 已知被控對象的傳遞函數G(s)?e?10s100s?1e?10s，取采樣周期 T=5s.試用大林算法設計數字調節器D(z),期望的閉環傳遞函數為Gc(s)?20s?1?1。

答： D(z)?

4.51(1?0.951z1?0.779z?1)?3?0.221z

第五篇：計算機控制系統授課教案

計算機控制系統

授 課 教 案

主講教師：涂繼亮 博士

南昌航空大學信息工程學院電子信息工程系

2015年3月