計算機控制技術及應用課后答案

1、計算機控制技術及應用課后答案【篇一：計算機控制技術課后習題答案】統(tǒng)由哪些部分組成？并畫出方框圖。解：若將自動控制系統(tǒng)中控制器的功能用計算機或數(shù)字控制裝置來實現(xiàn)， 就構成了計算機控制系統(tǒng)，其基本框圖如圖1-1所示。因此，簡單說來，計算機控制系統(tǒng)就是由各種各樣的計算機參與控制的一類系統(tǒng)。在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是用軟件實現(xiàn)的，計算機執(zhí)行預定 的控制程序就能實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制?？刂破髋c執(zhí)行機構之間是 da轉換器，負責將數(shù)字信號轉換成模擬信號；ad轉換器則相反將傳感器采集的模擬信號，轉換成數(shù)字信號送給控制器。.計算機控制系統(tǒng)是怎樣分類的？按功能和控制規(guī)律可分為幾類？解：計算機控制系統(tǒng)與其所控制的

2、對象、采取的控制方法密切相關。因 此，計算機控制系統(tǒng)的分類方法很多，可以按照系統(tǒng)的功能、控制 規(guī)律或控制方式等進行分類。按功能及結構分類：操作指導控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督 控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、工業(yè)以太網控制系 統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)。按照控制規(guī)律分類：程序和順序控制、比例積分微分控制（簡稱pid控制）、最少拍控制、復雜規(guī)律的控制、智能控制。.計算機控制系統(tǒng)的主要特點有哪些？解：主要有以下特點：.數(shù)字模擬混合的系統(tǒng)。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，各處的信號是連續(xù)模 擬信號。而在計算機控制系統(tǒng)中，除仍有連續(xù)模擬信號外，還有離 散信號、數(shù)字信號等多種信號。因此，計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)

3、 字的混合系統(tǒng)。.靈活方便、適應性強。一般的模擬控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由硬 件電路實現(xiàn)的，控制規(guī)律越復雜，所需要的模擬電路往往越多，如 果要改變控制規(guī)律，一般就必須更改硬件電路。而在計算機控制系 統(tǒng)中，控制規(guī)律是由軟件實現(xiàn)的，計算機執(zhí)行預定的控制程序就能 實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制，需要改變控制規(guī)律時，一般不對硬件電路 作改動，只要改變控制程序就可以了。.可實現(xiàn)復雜控制規(guī)律。計算機具有豐富的指令系統(tǒng)和很強的邏輯 判斷功能，能夠實現(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復雜控制規(guī)律。.離散控制。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，給定值與反饋值的比較是連續(xù)進 行的，控制器對產生的偏差也是連續(xù)調節(jié)的。而在計算機控制系統(tǒng) 中，計算機每隔一定時

4、間間隔，向 a/d轉換器發(fā)出啟動轉換信號，并 對連續(xù)信號進行采樣獲得離散時間信號，經過計算機處理后，產生 的控制時間信號通過d/a將離散信號轉換成連續(xù)時間信號輸出，作用 于被控對象。因此，計算機控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散 控制的。圖1-1計算機控制系統(tǒng)基本原理圖.可以采用分時控制。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，一般是一個控制器控制 一個回路。而在計算機控制系統(tǒng)中，由于計算機具有高速的計算處 理能力，一個數(shù)字控制器經常可以采用分時控制的方式，同時控制 多個回路。.易于實現(xiàn)管控一體化。采用計算機控制系統(tǒng)可實現(xiàn)控制信息的全 數(shù)字化，易于建立集成企業(yè)經營管理、生產管理和過程控制于一體 的管控一體化系統(tǒng)。即

5、建立集成了生產過程控制系統(tǒng)pcs、生產執(zhí)行系統(tǒng)mes和企業(yè)資源管理系統(tǒng) erp的綜合自動化系統(tǒng)。4.計算機控制系統(tǒng)的主要性能指標有哪些？解：.穩(wěn)定性穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)最重要的要求之一。一個控制系統(tǒng)只有穩(wěn)定， 才有可能工作，也才能談得上控制性能的好壞與優(yōu)劣。因此，對于 計算機控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性分析同樣是一個重要的方面。通常采 用控制理論中的離散系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法（如變換域的勞斯判據(jù)） 來分析計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，用穩(wěn)定裕量（即相角裕量和幅值裕量）來衡量計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。.能控性與能觀性能控性和能觀性是現(xiàn)代控制理論中兩個非常重要的概念，它們從控 制系統(tǒng)狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的觀測能力兩個

6、方面揭示了控制系統(tǒng) 的兩個基本問題。.動態(tài)指標動態(tài)指標能夠比較直觀地反映控制系統(tǒng)的動態(tài)過渡過程特性。在經 典控制理論的時域分析中用時域指標來衡量控制系統(tǒng)動態(tài)性能的好 壞，常用指標有：延遲時間 td、上升時間tr、峰值時間tp、調節(jié)時間ts、超調量？。在實際應用中，常用的動態(tài)性能指標為上升時間、 調節(jié)時間和超調量。通常用 tr和tp評價系統(tǒng)的初始響應速度，用 ts 評價系統(tǒng)的總體響應速度和平穩(wěn)程度，用？評價系統(tǒng)的平穩(wěn)性。當利用頻率特性進行控制系統(tǒng)的分析和設計時，常用頻域指標來衡 量控制系統(tǒng)動態(tài)性能的優(yōu)劣。在用開環(huán)對數(shù)頻率特性設計控制系統(tǒng) 時，常用靜態(tài)速度誤差系數(shù) kv、相角裕量？、幅值裕量l和開

7、環(huán)截止 頻率？c等指標；而用閉環(huán)頻率特性設計控制系統(tǒng)時，常采用靜態(tài)速 度誤差系數(shù)kv、閉環(huán)諧振峰值 mr、閉環(huán)諧振頻率？r和閉環(huán)頻帶寬 度？b等指標。.穩(wěn)態(tài)指標穩(wěn)態(tài)指標是控制系統(tǒng)控制精度或抗干擾能力的一種度量，常用穩(wěn)態(tài) 誤差ess來表征。通常在階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)或加速度函數(shù)作用下 進行測定或計算，ess表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出量 y？與期望值y0之間的 差值，是系統(tǒng)對于跟蹤給定信號準確性的定量描述。希望 ess越小 越好。.積分型指標在現(xiàn)代控制理論中，經常使用綜合性指標來衡量控制系統(tǒng)的性能。積分型指標是主要的綜合性指標之一，它主要以誤差e（t）對時間的不同積分來表征，有誤差平方的積分、時間乘誤差（或

8、乘誤差絕對值）平方的積分、時間平方乘誤差（或乘誤差絕對值）平方的積分、誤差絕對 值的積分以及加權二次型性能指標等。5.控制對象對控制性能有何影響？解：假設控制對象的特性歸結為對象放大系數(shù) km和擾動放大系數(shù)kn、 慣性時間常數(shù)tm和tn、純滯后時間常數(shù)？和？n,而控制系統(tǒng)的性能 采用超調量？、調節(jié)時間ts、和穩(wěn)態(tài)誤差ess等來表征。根據(jù)控制 理論知識可以得出如下結論：.放大系數(shù)對控制性能的影響擾動通道的放大系數(shù) kn越小，穩(wěn)態(tài)誤差ess也越小，控制精度就 越高，故希望kn盡可能小；而由于km完全可以由數(shù)字調節(jié)器的比 例系數(shù)kp來補償，所以km對系統(tǒng)的性能沒有影響。.慣性時間常數(shù)對控制性能的影響

9、當tn加大或慣性環(huán)節(jié)的階次增加時，可以減少超調量？ ;而tm越小，系統(tǒng)的反應就越靈敏，控制也就越及時，控制性能就越好。.純滯后時間對控制性能的影響擾動通道的純滯后時間?n對控制系統(tǒng)的性能沒有影響，只是使輸出 量yn(t)沿時間軸平移了 ？n；而控制通道的純滯后時間？使控制系統(tǒng) 的超調量？%增大，調節(jié)時間ts延長，純滯后時間？越大，控制性能 就越差。.綜合自動化系統(tǒng)的體系結構？解：綜合自動化系統(tǒng)是以經濟指標為目標，以生產過程優(yōu)化運行、優(yōu)化 控制與優(yōu)化管理為核心技術，實現(xiàn)在線成本的預測、控制和反饋校 正，以形成生產成本控制中心，保證生產過程的優(yōu)化運行；實施生 產全過程的優(yōu)化調度、統(tǒng)一指揮，以形成生

10、產指揮中心，保證生產 過程的優(yōu)化控制；實現(xiàn)生產過程的質量跟蹤、安全監(jiān)控，以形成質 量管理體系和設備保證體系，保證生產過程的優(yōu)化管理。因此，綜 合自動化系統(tǒng)一般來說是一個多層次遞階的集成控制系統(tǒng)，通常分 為如圖1-2所示的erp/mes/pcs/三層模型結構，即劃分為考慮生產 過程問題的生產過程控制系統(tǒng)pcs (process control system )；考慮企業(yè)層面經營管理問題的企業(yè)資源計劃erp (enterpriseresource planning )系統(tǒng)以及同時考慮生產與管理結合問題的中間 層生產執(zhí)行系統(tǒng) mes (manufacturing execution system,

11、又稱制造執(zhí)行系統(tǒng))三個層次。企業(yè)資源計劃erp(enterprise resource planning)生產執(zhí)行系統(tǒng)mes過程控制系統(tǒng)pcs(process control system)圖1-2綜合自動化系統(tǒng)分層模型.計算機控制技術所涉及的整個知識結構框架？系統(tǒng)知識層控制知識層基礎知識層圖1-3計算機控制技術所涉及的整個知識結構框架.信息網絡對控制網絡的推動作用？.計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展動向主要表現(xiàn)在哪幾個方面？.結構網絡化以網絡為依托，采取縱向分層、橫向分散的策略，將控制區(qū)域內的 各種設備連接在一起，使各組成部分協(xié)調工作，共同完成控制、管 理和決策功能。.控制分散化將控制功能下放到現(xiàn)場設備

12、，現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)的處理和管理，大大提 高了系統(tǒng)的實時性和可靠性。同時，通過網絡將各個現(xiàn)場設備連接 成一個有機的整體，又保證了上層決策系統(tǒng)可以得到大量豐富的現(xiàn) 場信息，便于進行適當而及時的決策，提高了系統(tǒng)的有效性和效率。.節(jié)點智能化控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行器等現(xiàn)場設備成為具有誤差補償、 故障診斷、功能自治等特征的網絡化智能節(jié)點，使控制系統(tǒng)具備遠 程系統(tǒng)調試、在線設備管理、實時生產監(jiān)控、故障自動修復等能力， 以適應降低控制系統(tǒng)使用和維護成本、提高系統(tǒng)可靠性和易用性的 要求。.系統(tǒng)集成化每種現(xiàn)場總線往往有自己的技術特點與應用領域，2007年10月各國iec委員會投票通過的現(xiàn)場總線國際標準 iec

13、61158第四版中納入 了 18種總線類型，多種總線共存已經成為不爭的事實。從系統(tǒng)結構 來看，實際應用中經常集成多種現(xiàn)場總線、工業(yè)無線技術共同構建 控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)組成來看，經常采用集成生產過程控制系統(tǒng)、生產制 造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)的多層次遞階控制系統(tǒng)。【篇二：計算機控制技術及其應用思考題與習題的 指導信息】什么是自動控制、控制系統(tǒng)、自動化和控制論？指導信息:參見1.1自動控制的基本概念。自動控制(autocontrol):不用人力來實現(xiàn)的控制，通?？捎脵C械、 電氣等裝置來實現(xiàn)。通常相對手動控制而言?？刂葡到y(tǒng)(control system):通過控制來實現(xiàn)特定功能目標的系統(tǒng)。 而系統(tǒng)(

14、system)是由相互聯(lián)系、相互作用要素組成的具有一定結構 和功能的有機整體?？刂葡到y(tǒng)通常有一定的規(guī)模和復雜性，否則常 稱為控制裝置或控制機構。自動化(automation):在無人工干預情況下，一個或多個控制系統(tǒng) 或裝置按規(guī)定要求和目標的實現(xiàn)過程。自動化強調的是自動控制過 程，其核心概念是信息。.控制的本質是什么？指導信息:參見1.1.2自動控制中的基本問題?？刂七^程本質上是一系列的信息過程，如信息獲取、信息傳輸、信息加工、信息施效等。控制系統(tǒng)中的目標信息、被控對象的初始信息、被控對象和環(huán)境的反饋信息、指令信息、執(zhí)行信息等，通常由 電子或機械的信號來表示。.自動控制中有哪些基本問題？指導信息

15、:參見1.1.2自動控制中的基本問題。自動控制中的基本問題包括：自動控制系統(tǒng)的結構、過程、目標和品質等。結構包括組成及其關系兩個部分；控制過程主要為一系列的信息過程，如信息獲取、信息傳輸、信息加工、信息施效等；目標規(guī)則體 現(xiàn)了系統(tǒng)的功能；控制品質即為控制的質量，可通過系統(tǒng)的性能指 標來評價。一個控制系統(tǒng)由哪些部分組成？試結合一個實例來說明。指導信息:參見1.1.2自動控制中的基本問題。一個控制系統(tǒng)可以由控制單元、執(zhí)行單元、反饋單元、被控對象、目標規(guī)則組成，它們的相互關系參見圖15所示?？刂葡到y(tǒng)結構框圖.控制系統(tǒng)的性能指標有哪些？試結合一個實例來說明。指導信息:參見1.1.2自動控制中的基本問題

16、?？刂葡到y(tǒng)的性能指標有傳統(tǒng)意義上的性能指標和廣義的評價指標。統(tǒng)意的性能指標有穩(wěn)定性、快速性、準確性等。廣義的評價指標包 括可靠性、操作性、互換性、效率以及性價比等。（結合實例來說明略。）. 一個典型的計算機控制系統(tǒng)由哪些部分組成？它們的關系如何？指導信息:參見1.2.1計算機控制系統(tǒng)的結構。計算機系統(tǒng)分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)包括計算機、輸入輸出接口、過程通道（輸入通道和輸出通道 卜外部設備（交互設備和 通信設備等），軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應用軟件，其中計算機系統(tǒng) 作為控制單元，見圖1 6所示。設計人員管理人員操作人員其他系統(tǒng)典型計算機控制系統(tǒng)的結構框圖.計算機控制系統(tǒng)有哪些分類？試比較

17、ddc、scc、dcs和fcs的各自特點。指導信息:參見1.2.2計算機控制系統(tǒng)的分類。分類方法有：按系統(tǒng)結構的分類、按控制器與被控對象的關系分類、 按計算機在控制系統(tǒng)中的地位和工作方式分類、按控制規(guī)律分類。其中 ddc(direct digital control) 、 scc(supervisory computer control)、dcs(distributed control system) 和 fcs(field bus control system) 是按計算機在控制系統(tǒng)中的地位和工作方式來分類 的。ddc中的計算機直接承擔現(xiàn)場的檢測、運算、控制任務，相當于 匕 線員工工scc系

18、統(tǒng)中的scc計算機主要完成監(jiān)督控制，指揮下級ddc計算機完成現(xiàn)場的控制，相當于軍間主任”或 線長”。dcs由多臺分布在不同物理位置的計算機為基礎，以分散控制、集中操作、分級管理”為原則而構建的控制系統(tǒng)，dcs中的計算機充 當各個部門的 管理人員工如過程管理、生產管理、經營管理等職 能。fcs是建立在網絡基礎上的高級分布式控制系統(tǒng)。在 fcs中，控制器、 智能傳感器和執(zhí)行器、交互設備、通信設備都含有計算機，并通過 現(xiàn)場總線相連接。這些計算機的功能不僅僅在于對一般信息處理， 而是更強調計算機的信息交換功能。.試通過實例來說明不同控制規(guī)律的特征。指導信息:參見1.2.2計算機控制系統(tǒng)的分類。不同控制

19、規(guī)律分類有恒值控制、隨動控制、 pid控制、順序控制、程序控制、模糊控制、最優(yōu)控制、自適應控制、自學習控制等。恒值控制：控制目標是系統(tǒng)的輸出根據(jù)輸入的給定值保持不變，輸入通常是在某一時間范圍內恒定不變或變化不大的模擬量。如恒溫 爐的溫度控制，供水系統(tǒng)的水壓控制，傳動機構的速度控制。隨動控制：控制目標是要求系統(tǒng)的輸出跟蹤輸入而變化，而輸入的 值通常是隨機變化的模擬量，往往不能預測。如自動導航系統(tǒng)、自 動駕駛系統(tǒng)、陽光自動跟蹤系統(tǒng)、雷達天線的控制等。pid控制：根據(jù)給定值與輸出值之間偏差的比例(p)、積分(i)、微分(d)進行的反饋控制，是工業(yè)上適用面較廣、歷史較長、目前仍得到廣泛應用的控制規(guī)律。

20、許多連續(xù)變化的物理量如溫度、流量、壓力、水位、速度等的控制，都可采用 pid控制。許多恒值控制和某些隨 動控制也可采用pid規(guī)律來實現(xiàn)。順序控制：根據(jù)給定的動作序列、狀態(tài)和時間要求而進行的控制。 如交通信號燈的控制、電梯升降的控制、自動包裝機、自動流水線 的控制。程序控制（數(shù)值控制、數(shù)字控制）：指根據(jù)預先給定的運動軌跡來 控制部件行動。如線切割機的控制、電腦繡花機的控制。模糊控制：基于模糊集合和模糊運算，采用語言規(guī)則表示法進行的 控制。在許多家用電器（電飯煲、洗衣機等）、工業(yè)過程控制等領 域得到了越來越多的應用。最優(yōu)控制（最佳控制）：使系統(tǒng)的某些指標達到最優(yōu)，而這些指標 往往不能直接測量，如時

21、間、能耗等。自適應控制：在工作條件改變的情況下，仍能使控制系統(tǒng)對被控對 象的控制處于最佳狀態(tài)。它需要隨時檢測系統(tǒng)的環(huán)境和工作狀況， 并可隨時修正當前算法的一些參數(shù)，以適應環(huán)境和工作狀況的改變。自學習控制：能夠根據(jù)運行結果積累經驗，自行改變和完善控制的 算法，使控制品質愈來愈好。它有一個積累經驗和主動學習的過程， 可以適時地調整算法的結構和參數(shù)，以不斷地提高自身算法質量。.計算機控制系統(tǒng)中獲取信息、傳輸信息、加工信息、執(zhí)行信息等 過程分別與哪些技術有關？指導信息:參見1.2.3計算機控制技術及其發(fā)展。計算機控制系統(tǒng)中的獲取信息、傳遞信息、加工信息、執(zhí)行信息等 過程都有相應的技術來實現(xiàn)，而這些過程

22、中的信息大部分由電子信 號來表示，信息處理的工具是電子計算機。在這些過程用到的計算 機控制技術包括控制用計算機技術、輸入輸出接口與過程通道技術、 控制網絡與數(shù)據(jù)通信技術、數(shù)字控制器設計與實現(xiàn)技術、控制系統(tǒng) 的人機交互技術、控制系統(tǒng)的可靠性技術以及計算機控制系統(tǒng)的設 計技術等。.學習計算機控制技術可遵循哪些原則？指導信息:參見1.3.2學習方法。學習計算機控制技術可遵循的原則有系統(tǒng)化、信息化、規(guī)范化、實 用化。系統(tǒng)化原則：要認識到控制系統(tǒng)是具有一定結構和功能的有機整體, 可將其分解為相互聯(lián)系、相互作用的各個子系統(tǒng)，它們的子功能可 通過外特性來描述。信息化原則：可從信息化的本質來看待一個控制過程。

23、計算機是一 個強大的信息處理工具，一個合適的信息表達形式是信息得到有效 處理的前提，控制規(guī)律的數(shù)據(jù)形式表達是信息加工的關鍵，而時間 和空間是信息處理的兩大限約要素，因此計算機的速度和存儲空間 是其重要的性能指標。規(guī)范化原則：為提高系統(tǒng)的構建效率，降低維護費用，應從規(guī)范化 的要求來分析和設計一個控制系統(tǒng)。應了解和掌握控制系統(tǒng)從底層 的標準元器件、信號類型、總線標準、通信協(xié)議到組態(tài)軟件的編程 語言、開放式的監(jiān)控軟件。這些規(guī)范化技術通常有較長的生命周期， 重點掌握這些技術也是提高學習效率的一個要素。實用化原則：從實用化的角度來理解控制技術的應用水平。在市場 經濟的環(huán)境下，生命力強的技術必然會有性能和

24、價格上的優(yōu)勢，性 價比高的產品必然會得到應用廣泛，低碳環(huán)保的產品會受到更多用 戶的歡迎。因此，我們要隨時了解當前技術、產品性能和價格情況， 在設計時盡可能選用性價比好的技術和產品，避免重復使用低級落 后技術，減少低性能、高價格、高能耗、不可靠、難維護的劣質系 統(tǒng)。.請收集有關資料，了解計算機控制技術近期的發(fā)展動向。（略）.請收集有關參考教材，了解計算機控制技術相關課程的教學內容。 （略）第2章 計算機控制系統(tǒng)的理論基礎.簡述輸入輸出描述方法和狀態(tài)空間描述方法的各自特點。指導信息:參見2.1.1控制系統(tǒng)的描述方法。輸入輸出描述方法也稱激勵響應法，它是基于系統(tǒng)的輸入與輸出之 間的因果關系來描述系統(tǒng)

25、特性的，主要適用于描述單變量輸入和單 變量輸出的系統(tǒng)。輸入輸出描述方法中，系統(tǒng)的輸出不僅與當前的 輸入有關，還與過去的輸入和輸出有關。狀態(tài)空間描述方法是基于系統(tǒng)狀態(tài)轉換為核心，不僅適用于描述單 變量輸入和單變量輸出的系統(tǒng)，也能適用于多變量的場合。系統(tǒng)的 輸出僅與當前的系統(tǒng)輸入和狀態(tài)變量有關。.連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)分別使用哪些數(shù)學工具來表示？ 指導信息:參見2.1.1控制系統(tǒng)的描述方法。對連續(xù)系統(tǒng)用到的數(shù)學工具有微分方程、拉氏變換和傳遞函數(shù)，對 離散系統(tǒng)用到的數(shù)學工具有差分方程、 z變換和脈沖傳遞函數(shù)。對連續(xù)系統(tǒng)，可用微分方程、沖激響應、傳遞函數(shù)建立系統(tǒng)模型； 對離散系統(tǒng)，可用差分方程、脈沖響應、

26、脈沖傳遞函數(shù)建立系統(tǒng)模 型；對連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)，都可用方框圖來描述系統(tǒng)結構。.什么是連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)？什么是離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)？它們有什么實用意義？指導信息:參見2.1.5用傳遞函數(shù)表示的系統(tǒng)模型，2.3.6脈沖傳 遞函數(shù)。連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)定義為零初始條件下系統(tǒng)輸出y(t)的拉氏變換與輸入r的拉氏變換之比，即：g(s)?y(s)r(s)y(z)r(z)離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)(也稱z傳遞函數(shù))可定義為：h(z)? 其中，y(z)為系統(tǒng)輸出序列y(k)的z變換，r(z)為輸入序列r(k)的z 變換。傳遞函數(shù)或脈沖傳遞函數(shù)都反映了系統(tǒng)固有本質屬性，它與系統(tǒng)本 身的結構和特征參數(shù)有關，而與輸

27、入量無關。利用傳遞函數(shù)的表達 式就能分析出系統(tǒng)的特性，如穩(wěn)定性、動態(tài)特性、靜態(tài)特性等；利 用傳遞函數(shù)可通過求解方程代數(shù)而不是求解微分方程，就可求出零 初始條件下的系統(tǒng)響應。特別指出，通過實驗的方法，求出離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)更為方 便有效。.方框圖有哪些符號要素和等效變換規(guī)則？指導信息:參見2.1.6系統(tǒng)的方框圖。系統(tǒng)的方框圖是線圖形式的系統(tǒng)模型，由方框、有向線段和相加節(jié)點組成，方框圖的變換規(guī)則有：并聯(lián)、串聯(lián)和反饋。參見表 2-3和表 2-4。.畫出狀態(tài)空間模型框圖，寫出輸出方程和狀態(tài)方程表達式?！酒河嬎銠C控制技術教材習題解答 11txt第一章什么是計算機控制系統(tǒng)？計算機控制系統(tǒng)由哪幾部分

28、組成？答：計算機控制系統(tǒng)就是利用計算機(通常稱為工業(yè)控制計算機， 簡稱工業(yè)控制機)來實現(xiàn)生產過程自動控制的系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)的組成：計算機控制系統(tǒng)由計算機(工業(yè)控制機) 和生產過程兩大部分組成。、微型計算機控制系統(tǒng)的特點是什么？微機控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動控制系統(tǒng)相比，具有如下特點：a.控制規(guī)律靈活多樣，改動方便b.控制精度高，抑制擾動能力強，能實現(xiàn)最優(yōu)控制c.能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和工況顯示，控制效率高d.控制與管理一體化，進一步提高自動化程度計算機控制系統(tǒng)結構有哪些分類？指出這些分類的結構特點和主要應用場合。答：(1)操作指導控制系統(tǒng)優(yōu)點：結構簡單，控制靈活，安全。缺點：由人工操作，速度受到限制，

29、不能控制多個對象。(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(dds )優(yōu)點：實時性好，可靠性高，適應性強。(3)監(jiān)督控制系統(tǒng)(scc )優(yōu)點：生產過程始終處于最優(yōu)工況。(4)分散控制系統(tǒng)(dcs )優(yōu)點：分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調。(5)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fcs)優(yōu)點：與dcs相比，降低了成本，提高了可靠性。國際標準統(tǒng)一后, 可實現(xiàn)真正的開放式互聯(lián)系統(tǒng)結構。.計算機控制系統(tǒng)的控制過程是怎樣的 ？計算機控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟：實時數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時值進行檢測，并輸入給計算機。實時決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析，并按已 定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。實

30、時控制：根據(jù)決策，適時地對執(zhí)行機構發(fā)出控制信號，完成控 制任務。.實時、在線方式和離線方式的含義是什么？答：所謂實時，是指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范 圍內完成，亦即計算機對輸入信息，以足夠快的速度進行控制，超 出了這個時間，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。在計算機控制系統(tǒng)中，生產過程和計算機直接連接，并受計算機控 制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式；生產過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并做相應操作的方式稱為離線 方式或脫機方式。操作指導、ddc和scc系統(tǒng)的工作原理如何？它們之間有何區(qū) 別和聯(lián)系？(1)操作指導控制系統(tǒng)：在操作指導控制系統(tǒng)中，計算機的輸出

31、不直 接作用于生產對象，屬于開環(huán)控制結構。計算機根據(jù)數(shù)學模型、控制算法對檢測到的生產 過程參數(shù)進行處理，計算出各控制量應有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值， 供操作員參考，這時計算機就起到了操作指導的作用。具原理框圖 如圖1.2所示。圖1.2操作指導控制系統(tǒng)原理框圖(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(ddc系統(tǒng))：ddc(direct digital control) 系統(tǒng) 就是通過檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進行巡回檢測，經輸入通 道送給微機，微機將檢測結果與設定值進行比較，再進行控制運算， 然后通過輸出通道控制執(zhí)行機構，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達到預定的要 求。ddc系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機在工業(yè)生產過程中最普遍的一種 應

32、用形式。具原理框圖如圖1.3所示。圖1.3 ddc系統(tǒng)原理框圖(3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(scc系統(tǒng))：scc(supervisory computer control)系統(tǒng)比ddc系統(tǒng)更接近生產變化的實際情況，因為在 ddc 系統(tǒng)中計算機只是代替模擬調節(jié)器進行控制，系統(tǒng)不能運行在最佳 狀態(tài)，而scc系統(tǒng)不僅可以進行給定值控制，并且還可以進行順序 控制、最優(yōu)控制以及自適應控制等。scc系統(tǒng)的原理框圖如圖1.4所示。圖1.4 scc系統(tǒng)原理框圖scc是操作指導控制系統(tǒng)和 ddc系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。1.7計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是什么？計算機控制將在以下方面得到發(fā)展：(1)推廣應用成熟的先進技術， 普

33、及應用可編程序控制器(plc),廣泛使用智能調節(jié)器，采用新型 的dcs和fcs ; (2)大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)。當前最流行的 控制系統(tǒng)有：分級遞階智能控制系統(tǒng)，模糊控制系統(tǒng)，專家控制系 統(tǒng)，學習控制系統(tǒng)，神經控制系統(tǒng)。.以工業(yè)pc為基礎的低成本工業(yè)控制自動化將成為主流. plc在向微型化、網絡化發(fā)展.面向測控管一體化設計的 dcs系統(tǒng).控制系統(tǒng)正在向現(xiàn)場總線(fcs)方向發(fā)展.計算機控制軟件正向先進控制方向發(fā)展.第二章什么是過程通道？過程通道有哪些分類？過程通道是在計算機和生產過程之間設置的信息傳送和轉換的連接 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

34、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。數(shù)字量過程通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？ 數(shù)字量過程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調理電路、輸入地址譯碼 電路、并行接口電路和定時計數(shù)電路等組成。數(shù)字量輸出通道主要 由輸出鎖存器、輸出驅動電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中： 輸入調理電路將來自控制裝置或生產過程的各種開關量，進行電平 轉換，將其通斷狀態(tài)轉換成相應的高、低電平，同時還要考慮對信 號進行濾波、保護、消除觸點抖動，以及進行信號隔離等問題。簡述兩種硬件消抖電路的工作原理。采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用

35、積分電路將抖動的高頻部 分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形。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 實現(xiàn)消抖。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管殼內的發(fā)光二極管和光敏三極管組成， 如下圖所示。輸入電流流過二極管時使其發(fā)光，照射到光敏三極管 上使其導通，完成信號的光電耦合傳送，它在過程通道中實現(xiàn)了輸 入和輸出在電氣上的完全隔離。光電耦合器電路圖模擬量輸入通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？模擬量輸入通道一般由i/v變換、多路轉換器、采樣保持器、a/d轉換器、接口及控制邏輯電路組成。(1)i/v變換：提高了信號遠距離傳遞過程中的抗干擾能

36、力，減少了信 號的衰減，為與標準化儀表和執(zhí)行機構匹配提供了方便。多路轉換器：用來切換模擬電壓信號的關鍵元件。采樣保持器：a/d轉換器完成一次a/d轉換總需要一定的時間。 在進行a/d轉換時間內，希望輸入信號不再變化，以免造成轉換誤差。 這樣，就需要在a/d轉換器之前加入采樣保持器。(4)a/d轉換器：模擬量輸入通道的任務是將模擬量轉換成數(shù)字量，能夠完成這一任務的器件，稱為之模 /數(shù)轉換器(analog/digital converter，簡稱 a/d 轉換器或 adc)。對理想多路開關的要求是什么？理想的多路開關其開路電阻為無窮大，其接通時的導通電阻為零。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽命長

37、、工作可靠。采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的影響。采樣保持器的作用：a/d轉換器完成一次a/d轉換總需要一定的時間。 在進行a/d轉換時間內，希望輸入信號不再變化，以免造成轉換誤差。 這樣，就需要在a/d轉換器之前加入采樣保持器。保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。保持電容值 小，則采樣狀態(tài)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸 入信號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(shù)也小，即保持 電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好， 但跟隨特性差。在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器？為什么？不是，對于輸入信號變化很慢，如溫度信號；或者 a/d轉換時間較 快，使得在a/d轉換期間輸入信號變化很小，在允許的a/d轉換精度內，就不必再選用采樣保持器。a/d轉換器的結束信號有什么作用？根據(jù)該信號在i/o控制中的連接方式，a/d轉換有幾種控制方式？它們在接口電路和程序設計上 有什么特點？a/d轉換器的結束信號的作用是用以判斷本次ad轉換是否完成。常見的a/d轉換有以下幾種控制方式，各自特點如下?延時等待法:eoc可不和i/o