第一篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作業(yè)參考答案

《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》作業(yè)參考答案

作業(yè)一

第一章

1.1什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖。

答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制.控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要是由主機(jī)、外部設(shè)備、過程輸入輸出設(shè)備組成;軟件部分: 軟件是各種程序的統(tǒng)稱，通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

被控制量 給定值偏差控制量被控對(duì)象 調(diào)節(jié)器

_

測量環(huán)節(jié) 計(jì)算機(jī)(數(shù)字調(diào)節(jié)器)

圖1.3-2 典型的數(shù)字控制系統(tǒng)

1.2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種典型的類型？各有什么特點(diǎn)。

答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)一般可分為四種類型：

①數(shù)據(jù)處理、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)對(duì)被控對(duì)象不起直接控制作用,計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器產(chǎn)生的參數(shù)巡回檢測、處理、分析、記錄和越限報(bào)警，由此可以預(yù)報(bào)控制對(duì)象的運(yùn)行趨勢(shì)。

②直接數(shù)字控制系統(tǒng)；一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以代替多臺(tái)模擬調(diào)節(jié)器的功能，除了能實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律外, 還能實(shí)現(xiàn)多回路串級(jí)控制、前饋控制、純滯后補(bǔ)償控制、多變量解藕控制，以及自適應(yīng)、自學(xué)習(xí),最優(yōu)控制等復(fù)雜的控制。

③監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；它是由兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：第一級(jí)DDC計(jì)算機(jī), 完成直接數(shù)字控制功能；第二級(jí)SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)過程提供的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行必要的運(yùn)算，給DDC計(jì)算機(jī)提供最佳給定值和最優(yōu)控制量等。

④分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。以微處理機(jī)為核心的基本控制單元，經(jīng)高速數(shù)據(jù)通道與上一級(jí)監(jiān)督計(jì)算機(jī)和CRT操作站相連。

1.3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)主要區(qū)別是什么？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)主要區(qū)別：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用計(jì)算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。與采用模擬調(diào)節(jié)器組成的控制系統(tǒng)相比較，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)控制規(guī)律靈活，可以在線修改。(2)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，提高系統(tǒng)的性能指標(biāo).(3)抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。(4)可以得到比較高的控制精度。(5)能同時(shí)控制多個(gè)回路，一機(jī)多用，性能價(jià)格比高。

(6)便于實(shí)現(xiàn)控制、管理與通信相結(jié)合，提高工廠企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度.(7)促進(jìn)制造系統(tǒng)向著自動(dòng)化、集成化、智能化發(fā)展。

第二章

2.1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪四種形式的信號(hào)？各有什么特點(diǎn)? 答：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常既有連續(xù)信號(hào)也有離散信號(hào)，這些信號(hào)一般是信息流,而不是能量流?？煞譃樗姆N形式：⑴ 連續(xù)模擬信號(hào)：時(shí)間和信號(hào)的幅值都是連續(xù)的。

⑵ 階梯模擬信號(hào)：時(shí)間是連續(xù)的，信號(hào)的幅值是階梯形的。⑶ 采樣信號(hào)：時(shí)間是離散的，信號(hào)的幅值是連續(xù)的脈沖信號(hào)。

⑷ 數(shù)字信號(hào)：信號(hào)的時(shí)間以及幅值都是離散的，且幅值經(jīng)過了量化處理。

2.2.采樣信號(hào)的頻譜和原連續(xù)信號(hào)的頻譜有何不同？

答：采樣信號(hào)的頻譜和原連續(xù)信號(hào)的頻譜的區(qū)別：

①通常，連續(xù)信號(hào)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(hào)的頻譜是以ωs為周期的無限多個(gè)頻譜所組成。

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

2.3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的保持器有何作用，簡述零階保持器的特點(diǎn)。

答：保持器的原理是根據(jù)現(xiàn)在時(shí)刻或過去時(shí)刻輸入的離散值,用常數(shù)、線性函數(shù)或拋物函數(shù)形成輸出的連續(xù)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(hào)頻率的提高，幅值迅速衰減。

②相位滯后持性：信號(hào)經(jīng)過零階保持器會(huì)產(chǎn)生相位滯后，它對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是不利的。

2.4.試求下例函數(shù)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(shè)函數(shù)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(shù)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(shù)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(yè)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(xiàng)。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(shí)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(jù)，決定下列單位負(fù)反饋系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)，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(tǒng)的特征方程，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（1）z?1.5z?9?0 答：系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）z?2z?2z?0.5?0 答：系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）z?1.5z?0.25z?0.4?0 答：系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.7 設(shè)離散系統(tǒng)的框圖如圖所示，試確定閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)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(huán)系統(tǒng)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(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。（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(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)如圖所示，試求Y(z)、y(0)、y(∞).已知：E(s)?1s

（1）數(shù)字調(diào)節(jié)器: u(k)??u(k?1)?e(k?1)

被控對(duì)象： Gp(s)?1s

（2）數(shù)字調(diào)節(jié)器: u(k?1)?0.5e(k?1)?0.95e(k)?0.995u(k)

1(s?1)(s?2)被控對(duì)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(shè)系統(tǒng)如圖所示，試求系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。

_

答：

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

3.11 設(shè)系統(tǒng)如圖所示，試求:（1）系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。（2）判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）分別求系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入和單位斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。

_ 答：

（1）GB(z)?1.7z?0.3z?0.7z?0.32

（2）系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）單位階躍輸入

ess?0

單位斜坡輸入時(shí)

ess?0.5第四章

4.1 已知系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，試寫出它們的狀態(tài)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(tǒng)的傳遞函數(shù), 試寫出它們的狀態(tài)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(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)?答：

??x1????1?????x2???0????0??x3????1y???3?32? , 試寫出其狀態(tài)方程,使?fàn)顟B(tài)方程為對(duì)角陣。

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

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

4.4 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)?答：

??x1????1?????x2???0????0??x3???y??1?2s?6s?5s?4s?5s?2322 , 試寫出其狀態(tài)方程,使?fàn)顟B(tài)方程為若當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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(tài)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(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)G(z)?態(tài)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(tǒng)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(tǒng)的時(shí)間相應(yīng)。已知：X??答：

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

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

4.8 設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)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(tài): ?????

?x2(0)???1?試求：（1）系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣F；(2)狀態(tài)方程的解X(k)；(3)系統(tǒng)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(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式，?0.2y(k)??10.5??1.2??X(k)???u(k)1?0.5，初始狀態(tài)X(0)=0 ??0?X(k)試求系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù): 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(tǒng)的狀態(tài)方程: X(kT?T)???0.6?0.6??0.6?試判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。?X(kT)???u(kT)，0.6?0.4??答：系統(tǒng)穩(wěn)定。

作業(yè)三

第五章

5.1已知連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù):（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(diǎn)匹配法﹑雙線性變換法、差分變換法，將上述傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為等效的Z傳遞函數(shù).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(diào)節(jié)器D(s)=Kp+Ki/s ,試用后向差分法和雙線性變換法求數(shù)字調(diào)節(jié)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(shù)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(tǒng)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(duì)象的Z傳遞函數(shù)HG(z)?0.05(z?0.7)(z?0.9)(z?0.8),試設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)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(duì)應(yīng)的PID增量型數(shù)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(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc(z)和誤差Z傳遞函數(shù)Ge(z)的選擇原則。

答：最少拍設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc(z)和誤差Z傳遞函數(shù)Ge(z)的選擇原則：（1）為了保證D(z)的可實(shí)現(xiàn)性，應(yīng)選擇Gc(z)含有HG(z)的Z-r因子。

（2）為了保證D(z)的穩(wěn)定性，應(yīng)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(diǎn)。

?1（3）為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇Ge(Z)含有(1?piz)的因子，pi是HG(z)的不穩(wěn)定的極點(diǎn)。因?yàn)椋?Gc(z)?D(z)HG(z)Ge(z)只能用Ge(z)的零點(diǎn)來抵消HG(z)中不穩(wěn)定的極點(diǎn).m（4）為了使調(diào)節(jié)時(shí)間最短(最少拍)，應(yīng)選擇Ge(z)中含有(1-Z-1)因子(m＝l，2，3)是典型輸入信號(hào)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(tǒng)有哪幾種改進(jìn)設(shè)計(jì)方法。

答：最少拍控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法有：

調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法的改進(jìn):慣性因子法，延長節(jié)拍法，換接程序法。

6.3 已知不穩(wěn)定的廣義對(duì)象：HG(z)?2.2z?1?11?1.2z, 試設(shè)計(jì)單位階躍作用下的最少拍調(diào)節(jié)器。

答：D(z)??0.2z?1.22.2(z?1)

6.4 已知的廣義對(duì)象Z傳遞函數(shù): HG(z)?最少拍無波紋調(diào)節(jié)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(shè)計(jì)單位階躍作用下的)?2?0.12z

6.5 設(shè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，被控對(duì)象Wd(s)?位階躍作用下的最少拍調(diào)節(jié)器D(z)。

10s(1?0.1s)(1?0.05s),采樣周期T=0.2s , 試設(shè)計(jì)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(duì)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(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器，要求相位裕度γ=50°,幅值裕度Kg>10dB,速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)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(duì)象的傳遞函數(shù)G(s)?e?10s100s?1e?10s，取采樣周期 T=5s.試用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z),期望的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gc(s)?20s?1?1。

答： D(z)?

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

第二篇：2018年--計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)--復(fù)習(xí)題答案

1.畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖。

2.微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？

微機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)： a.控制規(guī)律靈活多樣，改動(dòng)方便

b.控制精度高，抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制 c.能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯示，控制效率高 d.控制與管理一體化，進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度 3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常用接地方法是什么？

（1）一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地（2）模擬地和數(shù)字地的連接（3）主機(jī)外殼接地（4）多機(jī)系統(tǒng)的接地 4.給出常規(guī)的直接設(shè)計(jì)法或離散化設(shè)計(jì)法的具體設(shè)計(jì)步驟。

答：直接設(shè)計(jì)法或稱離散化設(shè)計(jì)法的具體設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)根據(jù)已知的被控對(duì)象，針對(duì)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求及其它約束條件，確定理想的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)?(z)；

(2)確定數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D z，根據(jù)D z 編制控制算法程序 5.說出實(shí)施信號(hào)隔離的主要方法

信號(hào)隔離方法主要有變壓器隔離和光電隔離，變壓器隔離適用于模擬信號(hào)隔離，光電隔離則特別適合數(shù)字信號(hào)的隔離。

6.簡述兩種硬件消抖電路的工作原理

(1).采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用積分電路將抖動(dòng)的高頻部分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形。

(2).采用RS觸發(fā)器的硬件消抖電路，主要是利用RS觸發(fā)器的保持功能實(shí)現(xiàn)消抖。7.什么是干擾，干擾來源，抗干擾措施

答：就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。外部干擾和內(nèi)部干擾。硬件措施，軟件措施，軟硬結(jié)合的措施。

8.某加熱爐溫度變化范圍為 0～1600℃，經(jīng)溫度變送器和調(diào)理電路輸出電壓為

1～5V，再經(jīng) ADC0809 轉(zhuǎn)換（ADC0809 的輸入范圍 1～5V），使計(jì)算當(dāng)采樣數(shù)值為 9BH 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的加熱爐溫度是多少？

9.簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用

光電耦合器由封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如圖所示。輸入電流流過二極管時(shí)使其發(fā)光，照射到光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號(hào)的光電耦合傳送，它在過程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。

10.線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？

線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模 <1，即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于z平面的單位圓內(nèi)。11.階躍響應(yīng)不變法的基本思想是什么？

階躍響應(yīng)不變法的基本思想是：離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應(yīng)序列與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值一致。12.簡要說明多路開關(guān)的主要特點(diǎn)

答：半導(dǎo)體多路開關(guān)的特點(diǎn)是：（答5條即可）（1）采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式結(jié)構(gòu)，尺寸小，便于安排；（2）直接與TT電平相兼容；

（3）內(nèi)部帶有通道選擇譯碼器，使用方便；（4）可采用正或負(fù)雙極性輸入；

（5）轉(zhuǎn)換速度快，通常其通或關(guān)斷時(shí)間1ms左右,有些產(chǎn)品已達(dá)到幾十到幾百納秒（ns）；、13.什么是采樣或采樣過程？

答：采樣或采樣過程，就是抽取連續(xù)信號(hào)在離散時(shí)間瞬時(shí)值的序列過程，有時(shí)也稱為離散化過程。

14.PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，微分調(diào)節(jié)起何作用？為什麼在有些系統(tǒng)中采用不完全微分算式，它與常規(guī)算式有哪些區(qū)別？

答：微分的作用是加快調(diào)整速度。由于微分只存在于瞬間，因而有時(shí)會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，而使調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。為了避免震蕩，在一些系統(tǒng)中采用不完全微分算法，它的基本思想是使微分作用漫漫減弱，以避免由于微分突然下降到0而產(chǎn)生震蕩。

15.PWM 控制意味著什么？它有什么作用？微型機(jī)控制系統(tǒng)中是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

答：PWM是脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)，它用來控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和方向。其方法是通過改變對(duì)電機(jī)的通電時(shí)間達(dá)到調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。具體作法是，首先根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的要求，確定占空比，即通電時(shí)間與通電周期之比，再按照通、斷電時(shí)間送出控制模型，使電機(jī)按要求的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。方向是通過改變4個(gè)開關(guān)的通電狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。

16.抖動(dòng)、重鍵都是鍵盤設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問題，用什麼方法可以解決 答：抖動(dòng)是鍵盤工作中的常見現(xiàn)象，它將影響計(jì)算機(jī)對(duì)按鍵的查詢工作的準(zhǔn)確性。

常采用的防抖措施有：①軟件延時(shí)程序（一般為10--20毫秒）。②硬件防抖電路：雙穩(wěn)態(tài)電路及濾波電路。

17.與 PID 控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)：

（1）模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng)。（2）模糊控制不用建立對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。（3）模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好。

（4）模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法。

18.說明小功率直流電機(jī)雙向控制原理，并說明如何實(shí)現(xiàn)正、反控制。小功率直流電機(jī)雙向控制原理圖，如下所示：

向控制原理圖，如下所示：

圖中，當(dāng)SW1和SW4閉合時(shí)，馬達(dá)正轉(zhuǎn)； 當(dāng)SW2和SW3閉合時(shí)，馬達(dá)反轉(zhuǎn)；

當(dāng)SW1和SW3或SW2和SW4閉合時(shí)，馬達(dá)剎車； 當(dāng)SW1、SW3、SW2和SW4都斷開時(shí)，馬達(dá)滑行。

19.簡述數(shù)字濾波技術(shù)，其算法有哪些? 所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信號(hào)中的比重。故實(shí)質(zhì)上它是一種程序?yàn)V波。算術(shù)平均值法、中位值濾波法、限幅濾波法、慣性濾波法。

20.數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟？

設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器、選擇采樣周期T、將DS離散化為Dz、設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法、校驗(yàn)五個(gè)步驟。

21.連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有哪些特點(diǎn)？

(1).答：與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(2).計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。

(3).在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計(jì)算機(jī)通過程序?qū)崿F(xiàn)的（數(shù)字控制器），修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。

(4).計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律。

(5).計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。

(6).一個(gè)數(shù)字控制器經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式，同時(shí)控制多個(gè)回路。(7).采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。

22.簡述典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中所包含的信號(hào)形式。(1).連續(xù)信號(hào)

連續(xù)信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值可以是連續(xù)的，也可以是斷續(xù)的。(2).模擬信號(hào)

模擬信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值在某一時(shí)間范圍內(nèi)是連續(xù)的。模擬信號(hào)是連續(xù)信號(hào)的一個(gè)子集，在大多數(shù)場合與很多文獻(xiàn)中，將二者等同起來，均指模擬信號(hào)。(3).離散信號(hào)

離散信號(hào)是僅在各個(gè)離散時(shí)間瞬時(shí)上有定義的信號(hào)。(4).采樣信號(hào)

采樣信號(hào)是離散信號(hào)的子集，在時(shí)間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離散信號(hào)就是指采樣信號(hào)。(5).數(shù)字信號(hào)

數(shù)字信號(hào)是幅值整量化的離散信號(hào)，它在時(shí)間上和幅值上均是離散的。

23.實(shí)時(shí)、在線方式和離線方式的含義是什么？

實(shí)時(shí)性是指工業(yè)控制時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該具有的能夠在限定的時(shí)間內(nèi)對(duì)外來事件作出反應(yīng)的特性。

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱在線方式或聯(lián)機(jī)方式。

在生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式稱離線方式或脫機(jī)方式。

由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可知，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，實(shí)

時(shí)控制決策，實(shí)時(shí)控制輸出。在生產(chǎn)過程中系統(tǒng)要對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行跟蹤與作出實(shí)時(shí)的反應(yīng)，所以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要考慮實(shí)時(shí)性。

24.微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 答：由四部分組成

（1）主機(jī)：這是微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種命令，同時(shí)對(duì)被控對(duì)象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測及處理。主機(jī)的主要功能是控制整個(gè)生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進(jìn)行各種控制運(yùn)算（如調(diào)節(jié)規(guī)律運(yùn)算、最優(yōu)化計(jì)算等）和操作，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果作出控制決策；對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對(duì)事故進(jìn)行預(yù)測和報(bào)警；編制生產(chǎn)技術(shù)報(bào)告，打印制表等等。

（2）輸入輸出通道：這是微機(jī)和生產(chǎn)對(duì)象之間進(jìn)行信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道把生產(chǎn)對(duì)象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機(jī)可以接收的數(shù)字代碼。過程輸出通道把微機(jī)輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對(duì)生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行控制的信號(hào)。過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。

（3）外部設(shè)備：這是實(shí)現(xiàn)微機(jī)和外界進(jìn)行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包括人機(jī)聯(lián)系設(shè)備（操作臺(tái)）、輸入輸出設(shè)備（磁盤驅(qū)動(dòng)器、鍵盤、打印機(jī)、顯示終端等）和外存貯器（磁盤）。其中操作臺(tái)應(yīng)具備顯示功能，即根據(jù)操作人員的要求，能立即顯示所要求的內(nèi)容；還應(yīng)有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺(tái)

還要保證即使操作錯(cuò)誤也不會(huì)造成惡劣后果，即應(yīng)有保護(hù)功能。（4）檢測與執(zhí)行機(jī)構(gòu)

a.測量變送單元：在微機(jī)控制系統(tǒng)中，為了收集和測量各種參數(shù)，采用了各種檢測元件及變送器，其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量轉(zhuǎn)換成電量，例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號(hào)；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào)，這些信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)（0～5V或4～20mA）后，再送入微機(jī)。

b.執(zhí)行機(jī)構(gòu)：要控制生產(chǎn)過程，必須有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是微機(jī)控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)微機(jī)輸出的控制信號(hào)，改變輸出的角位移或直線位移，并通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程符合預(yù)定的要求。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，微機(jī)根據(jù)溫度的誤差計(jì)算出相應(yīng)的控制量，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）來控制進(jìn)入加熱爐的煤氣（或油）量以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的溫度值。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)等控制形式，也有的采用馬達(dá)、步進(jìn)電機(jī)及可控硅元件等進(jìn)行控制。

25.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是什么？

大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計(jì)算機(jī)的可靠性和性能價(jià)格比，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。為更好地適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以滿足對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)提出的越來越高的要求，目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。A.普及應(yīng)用可編程序控制器 B.采用集散控制系統(tǒng) C.研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)

26.什么是過程通道？過程通道有哪些分類？

過程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。按信息傳遞的方向來分，過程通道可分為輸入過程通道和輸出過程通道； 按所傳遞和交換的信息來分，過程通道又可分為數(shù)字量過程通道和模擬量過程通道。

27.在 PID 調(diào)節(jié)器中系數(shù) k p、ki、kd各有什么作用？它們對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？

系數(shù)kp為比例系數(shù)，提高系數(shù)kp可以減少偏差，但永遠(yuǎn)不會(huì)使偏差減少到0，而且無止境地提高系數(shù)kp最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。

系數(shù)ki為積分常數(shù)，ki越大積分作用越弱，積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng)，直到偏差為零。在被調(diào)量的偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位，因而能保持靜差為零。但單純的積分也有弱點(diǎn)，其動(dòng)作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時(shí)，往往使調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)變壞，過渡過程時(shí)間加長。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。

系數(shù)kd為微分常數(shù)，kd越大微分作用越強(qiáng)。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的相應(yīng)速度，減小超調(diào)，克服振蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。

28.采樣周期的選擇需要考慮那些因素？ 1.給定值的變化頻率 2.被控對(duì)象的特性

3.使用的控制算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型 4.控制的回路數(shù)

29.什么是計(jì)算延時(shí)？

當(dāng)采樣信號(hào)送入CPU，按控制算法要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行每條指令均需要一定時(shí)間，這樣，從數(shù)據(jù)采樣到結(jié)果輸出之間就要產(chǎn)生一定的時(shí)間延遲，稱為計(jì)算延時(shí)。

30.什么是信號(hào)調(diào)理

答：為了將外部開關(guān)量信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)，必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)，這些功能稱為信號(hào)

調(diào)理。

31.什么是有源 I/V 變換

32.什么是積分分離

當(dāng)被控量與設(shè)定值偏差較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)被控量接近給定值時(shí)，引入積分控制，以消除靜差，提高精度。

33.什么是軟件陷阱

軟件陷阱就是在非程序區(qū)設(shè)立攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱的技術(shù)。即通過一條引導(dǎo)程序，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。程序陷阱安排在以下四種地方：未使用的中斷向量區(qū)，未使用的大片ROM區(qū)

34.什么是積分飽和

當(dāng)系統(tǒng)存在一個(gè)方向的誤差時(shí)，由于積分的累加作用會(huì)使控制量一直增大，可能會(huì)使控制量達(dá)到執(zhí)行器的執(zhí)行閾值，如果此時(shí)誤差的方向發(fā)生改變，控制量會(huì)逐漸減小，控制量也會(huì)退出飽和區(qū)，執(zhí)行器也會(huì)在閾值內(nèi)執(zhí)行；如果此時(shí)誤差方向還是沒有改變，控制量會(huì)繼續(xù)增大但是執(zhí)行器會(huì)一直保持在閾值，此時(shí)控制量就進(jìn)入了飽和區(qū)。進(jìn)入飽和區(qū)越深，退出飽和區(qū)時(shí)間就會(huì)越長，在飽和區(qū)時(shí)執(zhí)行器會(huì)一直在閾值位置，如果誤差發(fā)生反向，執(zhí)行器不會(huì)立刻有反應(yīng)，控制量會(huì)慢慢減小，等執(zhí)行器推出飽和區(qū)才會(huì)有反應(yīng)。這樣就會(huì)使控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差，控制性能變差。

抗積分飽和算法：若 u(k-1)>Umax，只累加負(fù)的誤差；若u(k-1)

35.什么是接口

接口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁，它包括輸入接口和輸出接口。

36.什么是過程通道

過程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，它包括AI、AO、DI、DO。（AnalgoyInput/Output、DigitalInput/Output）

37.什么是量化

所謂量化，就是采用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

第三篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)論文

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用

xx（沈陽工業(yè)大學(xué) 研究生學(xué)院，遼寧省 沈陽市110000）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓蕉嗟挠糜?jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計(jì)算機(jī)控制技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是非常重要的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件、軟件和控制算法3個(gè)方面，一個(gè)完整的設(shè)計(jì)還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)能長期有效地運(yùn)行。本文的主要目的就是在淺析計(jì)算機(jī)控制技術(shù)原理的同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行描述。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；原理；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：

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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。而一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成：被控對(duì)象、主機(jī)、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動(dòng)化儀表和軟件系統(tǒng)。1.1硬件部分

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成將自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，就組成了典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對(duì)象、測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。1.2 軟件部分

軟件系統(tǒng)是控制機(jī)不可缺少的重要組成部分。只有在適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)支持下，控制視才能按設(shè)計(jì)的要求正常地工作?？刂茩C(jī)的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)

用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各種資源管理、信息處理相對(duì) 外進(jìn)行聯(lián)系及提供服務(wù)的軟件。例如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、語言加工系統(tǒng)和診斷 程序等。應(yīng)用軟件是用來使被控對(duì)象正常運(yùn)行的控制程序、控制策略及其相應(yīng)的 服務(wù)程序。例如過程監(jiān)視程序、過程控制程序和公用服務(wù)程序等。應(yīng)用軟件是在 系統(tǒng)軟件的支持下編制完成的，它隨被控對(duì)象的特性和控制要求不同而異。通常 應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)需要自行開發(fā)。隨著計(jì)算機(jī)過程控制技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用 軟件正向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的基本控制模塊由制造廠家提供給用 戶，用戶只需根據(jù)控制的要求，經(jīng)過簡單的組態(tài)過程即可生成滿足具體要求的專 用應(yīng)用軟件，大大方便了用戶，縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)周期。提高了應(yīng)用軟件的 可靠性。

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)上：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除測量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部 件的混合系統(tǒng)。

（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號(hào)之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等 多種信號(hào)形式。

（3）由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號(hào)外，還包含有數(shù)字信號(hào)，從而使 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來分析 和設(shè)計(jì)。

（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的 控制規(guī)律和對(duì)控制方案進(jìn)行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。

（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力，一個(gè)控制器（控制 計(jì)算機(jī)）經(jīng)常可以采用分時(shí)控制的方式而同時(shí)控制多個(gè)回路。

（6）采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、離散控制系統(tǒng)、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于 實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來自測量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測和輸入。

（2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制 規(guī)律決定進(jìn)一步的的控制過程。

（3）實(shí)時(shí)控制：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任 務(wù)。

4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程計(jì)算機(jī)控制體系的軟件和硬件的組織構(gòu)造是根 據(jù)它聯(lián)系的設(shè)備不一樣，有所改變的，他們的組織結(jié)構(gòu)大致是一樣地，可以涉及 到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制任務(wù)，軟件設(shè)計(jì)等。4.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

我們依據(jù)體系設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，對(duì)體系的軟件，硬件它們的構(gòu) 造再考察它的要求，推算出合適它的的系統(tǒng)，組成一個(gè)新的系統(tǒng)。再時(shí)間很緊張 的時(shí)候可以拿現(xiàn)場的配件組合，再設(shè)計(jì)費(fèi)用不到位的時(shí)候工作人員可以組織自己 設(shè)計(jì)的模式，但是要注意化風(fēng)好軟件和硬件的價(jià)格及時(shí)間，控制體系結(jié)構(gòu)它的概括微型的處理器、存儲(chǔ)器、選擇好接線口、傳感器、硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本內(nèi)容。4.2控制任務(wù)

我們要對(duì)超控設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，研究，了解工作程序是再體系設(shè)計(jì)1前應(yīng)該做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任務(wù)，涵蓋體系的終極目標(biāo)，數(shù)據(jù)流量還有準(zhǔn)確度，現(xiàn)場的要求，時(shí)間的控制，我們要嚴(yán)格按照計(jì)劃說明操控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)操作。4.3軟件設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)要依據(jù)體系規(guī)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(tǒng)性能的推理和時(shí)差序關(guān)系，并用合理組成部件表格畫出來。他們是根據(jù)體系組成表格不同的功能，分別規(guī)劃出相應(yīng)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(shù)據(jù)處理還有互聯(lián)和打字版處理格式等。每一種表格都可以單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試，各種表格分別實(shí)驗(yàn)調(diào)試好以后，再按工作路線圖推理和時(shí)間順序關(guān)系將他們正確組合、互相連接、實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。

4.4現(xiàn)場安裝調(diào)試

首先要按設(shè)計(jì)計(jì)劃合理組裝裝，對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行大體的演練和比較準(zhǔn)確的演練，結(jié)合演練的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)重置體系的置和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)進(jìn)行軟硬件的調(diào)試，他們的構(gòu)件組成都可以在演練數(shù)據(jù)下用對(duì)演練數(shù)據(jù)進(jìn)行試研的辦法同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)他們要進(jìn)行統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)及推理，仿真物體是這個(gè)體系驗(yàn)證的最基本要求，而好的體系的數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)試要在現(xiàn)場進(jìn)行。

5.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器手臂的自動(dòng)化的沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行循環(huán)路線可以簡單概括為：上下料機(jī)構(gòu)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(tái)壓床沖壓、下料機(jī)器手臂提取物料、壓床再次沖壓、依設(shè)計(jì)流程傳到下一個(gè)工序、機(jī)器人收取物料并裁剪、把它輸送到下一臺(tái)壓床、下一臺(tái)機(jī)器人接著提取物料、把物料放到輸送裝置上，工人開始按規(guī)定型號(hào)堆積板材。用工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化的生產(chǎn)線，會(huì)更加符合現(xiàn)再經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求及技術(shù)方面的創(chuàng)新。機(jī)器人手自動(dòng)的化生產(chǎn)線適用于現(xiàn)在大規(guī)模的生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，也適合已有生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的業(yè)再次更新，工程機(jī)器人自動(dòng)的生產(chǎn)線通過改變不同的軟件，它可應(yīng)用于很多車型生產(chǎn)，它的可控制性能很好，工業(yè)機(jī)器人體系組成包括上下料結(jié)構(gòu)、清洗涂油機(jī)體系對(duì)各種型號(hào)的沖床兼上下料體系、物料輸送體系。各個(gè)分體系連接間的電氣化操控是按照統(tǒng)一操做控制和刪減控制的原則，他們?cè)俨煌郊牟倏叵到y(tǒng)中，他們是應(yīng)用了機(jī)械與構(gòu)建操控的很有代表性的一個(gè)組成，他們每個(gè)級(jí)別都應(yīng)用不一樣的互聯(lián)網(wǎng)工程和軟硬件控制，以達(dá)到不同的設(shè)計(jì)效果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。各部分操控體系采用具有現(xiàn)場總線形式的PtC操控方法，他有獨(dú)立操控和智能操控的特點(diǎn)。為確保控制體系正常運(yùn)轉(zhuǎn)，我們?cè)谲囬g總的線路全部采用西門子Proflbus總線及di數(shù)字化的局域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式包交換技術(shù)體系。每個(gè)監(jiān)督控制結(jié)構(gòu)的PiC之間及PiC與上～個(gè)機(jī)械間的聯(lián)系全部采用了現(xiàn)代化的集成板的局域電腦互聯(lián)網(wǎng)的分布式包交換技術(shù)，供監(jiān)控體系相互聯(lián)系時(shí)應(yīng)用。沖床機(jī)的運(yùn)動(dòng)中樞應(yīng)連接Ethetnet csrd與機(jī)器人的操控體系聯(lián)網(wǎng)，操控體系與工業(yè)機(jī)器人的聯(lián)系方式是通過Proflbus．DP的總路線連接的他們實(shí)現(xiàn)了信息的互換和連接。連接體系采用了HMI SIEMENS的觸摸技術(shù)，在每一個(gè)可操控的部件上都放置一個(gè)顯示屏，它應(yīng)用了Proflbus的數(shù)據(jù)連接。各個(gè)部件都安裝了信息指示燈和緊急開關(guān)，屏幕可看到系統(tǒng)信息及顯示錯(cuò)誤出現(xiàn)在那里，與這個(gè)設(shè)備有聯(lián)系的的i＼O 信號(hào)在HMi上顯示，他們以紅燈和黃燈區(qū)分。系統(tǒng)如果發(fā)現(xiàn)哪里有情況，將會(huì)鳴笛警報(bào)，顯示屏上將會(huì)出現(xiàn)問題出現(xiàn)在那里，以便維修人員查找。這個(gè)體系還有演練數(shù)字場景的能力，在磨擬演練中，它的壓力和轉(zhuǎn)動(dòng)速度可能會(huì)影響到生產(chǎn)還有可能會(huì)發(fā)生操作控制與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不同步的可能，體系是通機(jī)器人的離線程序控制的機(jī)器人的運(yùn)行路線，來減少生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)休整周期。機(jī)器人沖壓設(shè)備再生產(chǎn)中使用面很廣，他改變了傳統(tǒng)的勞動(dòng)模式，改善了勞動(dòng)條件及強(qiáng)度，確保了生產(chǎn)的安全，提高生產(chǎn)的進(jìn)度及產(chǎn)品的合格率，它不但材料的生產(chǎn)流程還減少了浪費(fèi)，節(jié)約了時(shí)間，縮小了生產(chǎn)成本，隨著生產(chǎn)線的制作、調(diào)試設(shè)備的周期設(shè)計(jì)時(shí)間不斷提前，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線越來越為汽車主機(jī)廠所接受，成為沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的主流。

6.豎爐球團(tuán)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

結(jié)合球團(tuán)生產(chǎn)的特點(diǎn)，將豎爐球團(tuán)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(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況。系統(tǒng)的控制設(shè)備主要分布在總控室和現(xiàn)場設(shè)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(dòng)系統(tǒng)的控制要求和各設(shè)備的功能，系統(tǒng)可分為四層，各層設(shè)備和功能如下。

第一層為處于系統(tǒng)底層—— 檢測元器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該層主要有電動(dòng)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(chǎn)設(shè)備的操作和工藝參數(shù)的監(jiān)測，執(zhí)行來自PLC的程序指令，并做出相應(yīng)的操作或顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)。

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(wǎng)絡(luò)通信接口適配器等 主要完成整個(gè)系統(tǒng)PLC站的控制網(wǎng)絡(luò)集成，負(fù)責(zé)接收從設(shè)備層傳送的信息、數(shù)據(jù)和上位機(jī)控制的命令，并將這些命令再反饋到設(shè)備層，完成中央信息層與設(shè)備層之間的信息、數(shù)據(jù)、命令傳輸及交換

第三層為中央信息層，即上位機(jī)控制層。監(jiān)控上位機(jī)是j臺(tái)研華IPC一610H工控機(jī)(配有Windowsxp操作系統(tǒng)，并安裝STEP75．4西門子編程軟件和組態(tài)軟件)，一臺(tái)為操作員站，一臺(tái)為T程師站，另外一臺(tái)作為操作員站和工程師站的熱備；兩臺(tái)彩色噴墨打印機(jī)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等組成。通過上位機(jī)，操作人員可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場各設(shè)備的運(yùn)行，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測參數(shù)和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制，歷史數(shù)據(jù)的記錄、查看，報(bào)警與故障的提示和處理等功能

第四層為網(wǎng)絡(luò)和其他外部保護(hù)設(shè)備 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、不間斷電源(UPS)、信號(hào)避雷器和隔離器，用于發(fā)生斷電、雷擊或電磁干擾等情況，各種設(shè)備仍能安全穩(wěn)定地運(yùn)行且信號(hào)正確無誤傳送。

7.總結(jié)

計(jì)算機(jī)控制就是用計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象或過程進(jìn)行控制。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，用計(jì)算機(jī)代替自動(dòng)控制系統(tǒng)中的常規(guī)控制設(shè)備，對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，這是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)所使用的技術(shù)裝備的一種革新。通過大量的閱讀關(guān)于計(jì)算機(jī)控制的文章，了解到了計(jì)算機(jī)控制與我們密切相關(guān)，無處不在。也隨著社會(huì)的發(fā)展，人們也越來使用計(jì)算機(jī)來控制，對(duì)與一些企業(yè)來說使用計(jì)算機(jī)控制，雖然技術(shù)或者一些儀器需要大量的資金，但是從長遠(yuǎn)方面來看，它節(jié)省了人力物力。從算機(jī)控制的技術(shù)應(yīng)用的方面的考慮，我認(rèn)為計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)發(fā)展?jié)摿€是很大的，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)去研究?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的逐漸發(fā)展，計(jì)算機(jī)的操作控制正逐步的進(jìn)入到生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。所以我們要不斷創(chuàng)新改革，創(chuàng)作出一個(gè)更好的控制體系是非常有意義的。

參考文獻(xiàn)

[1]謝國民、付華.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化[J].2009年第2期第31卷第40頁 [2]馬菲.儀器儀表學(xué)報(bào)[J].2013年第1期

[3]王文成、張金山等.控制工程[J].2011年第2期 [4] 李峰李超等.測控技術(shù)[J].2013年32卷1期 [5] 唐星元.儀器儀表學(xué)報(bào)[J].2012年第1期 [6]楊文光.控制理論及應(yīng)用[J].2011年第2期 [7]李元春.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

第四篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)期末總結(jié)

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(huán)：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(yīng)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(bǔ)償器： 1?z?N G0(Z)補(bǔ)償后系統(tǒng)特征方程：1+D0 Z G0 Z = 0 狀態(tài)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(wǎng)波動(dòng)、大功率用電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和電磁開關(guān)形成的電磁場、傳輸電纜的共模干擾

內(nèi)部干擾：分布電容或分布電感的耦合、多點(diǎn)接地點(diǎn)的電位差、長線傳輸?shù)牟ǚ瓷?作用途徑：傳導(dǎo)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

第五篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)授課教案

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

授 課 教 案

主講教師：涂繼亮 博士

南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院電子信息工程系

2015年3月