《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課后題答案劉建昌

第一章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述

習(xí)題與思考題

1.1什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)較模擬系統(tǒng)有何優(yōu)點(diǎn)？舉例說(shuō)明。

解答：由計(jì)算機(jī)參與并作為核心環(huán)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，被稱為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。與模擬系統(tǒng)

相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)和控制靈活，能實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和操作，能實(shí)現(xiàn)綜合控制，可

靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。例如，典型的電阻爐爐溫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如下圖所示：

電阻爐

爐溫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作過(guò)程如下：電阻爐溫度這一物理量經(jīng)過(guò)熱電偶檢測(cè)后，變成電

信號(hào)（亳伏級(jí)），再經(jīng)變送器變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（1-5V或介20mA）從現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)入控制室；經(jīng)A/D

轉(zhuǎn)換器采樣后變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)內(nèi)部的溫度給定比較，得到偏差信號(hào)，該

信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的應(yīng)用軟件，即控制算法運(yùn)算后得到一個(gè)控制信號(hào)的數(shù)字量，再經(jīng)由

D/A轉(zhuǎn)換器將該數(shù)字展控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬展；控制信號(hào)模擬展作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸發(fā)器，進(jìn)

而控制雙向晶閘管對(duì)交流電壓（22OV）進(jìn)行PWM調(diào)制，之到控制加熱電阻兩端電壓的FI的;

電阻兩端電壓的高低決定了電阻加熱能力的大小，從而調(diào)節(jié)爐溫變化，最終達(dá)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部

的給定溫度。

由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字控制器的控制算法是通過(guò)編程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以很容

易實(shí)現(xiàn)多種控制算法，修改控制算法的參數(shù)也比較方便。還可以通過(guò)軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，

這些控制軟件可以反復(fù)、多次調(diào)用。又由于計(jì)算機(jī)具有分時(shí)操作功能，可以監(jiān)視幾個(gè)或成十

上百個(gè)的控制量，把生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)被控對(duì)象都管理起來(lái)，組成一個(gè)統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，便于

集中監(jiān)視、集中操作管理。計(jì)算機(jī)控制不僅能實(shí)現(xiàn)常規(guī)的控制規(guī)律，而且由于計(jì)算機(jī)的記憶、

邏輯功能和判斷功能，可以綜合生產(chǎn)的各方面情況，在環(huán)境與參數(shù)變化時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行判斷、

選擇最合適的方案進(jìn)行控制，必要時(shí)可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話等方式進(jìn)行人工干預(yù)，這些都是傳統(tǒng)

模擬控制無(wú)法勝任的。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，可以利用程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷、自修復(fù)功能,

使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可維護(hù)性。另一方面，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法是通過(guò)軟件

的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，程序代碼存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，一般情況下不會(huì)因外部干擾而改變，因此計(jì)算

機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)。因此，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有上述優(yōu)點(diǎn)。

1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的作用如何？

解答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)由數(shù)字控制器、D/A轉(zhuǎn)換器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象、測(cè)量變

送環(huán)節(jié)、采樣開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)等組成。

被控對(duì)象的物理量經(jīng)過(guò)測(cè)量變送環(huán)節(jié)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（1-5V或4-20mA）；再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換

器采樣后變成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)利用其內(nèi)部的控制算法運(yùn)算后得到一個(gè)控制信號(hào)

的數(shù)字量，再經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器將該數(shù)字量控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量；控制信號(hào)模擬量作用于執(zhí)

行機(jī)構(gòu)觸發(fā)器，進(jìn)而控制被控對(duì)象的物理量，實(shí)現(xiàn)控制要求。

1.3應(yīng)用邏輯器件設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線接入計(jì)算機(jī)的電路圖。

1

解答:

1KG)*81X3*8

HZZH—m

—CD

口

—□

口TLP-521-4

口

■十

+5V1+5V

1.4應(yīng)用邏輯器件設(shè)計(jì)一個(gè)指示燈經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線輸出的電路圖。

1.5設(shè)計(jì)一個(gè)模擬信號(hào)輸入至計(jì)算機(jī)總線接口的結(jié)構(gòu)框圖。

解答：

接口A/D轉(zhuǎn)采樣前置信號(hào)

淀波器

電路換器保持器放大電路多變換器

路祓

線模

控

擬

接

開(kāi)對(duì)

控制關(guān)

□

電路象

模擬量輸入通道組成與結(jié)構(gòu)圖

1.6設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)總線接口至一個(gè)4~20mA模擬信號(hào)輸出的結(jié)構(gòu)框圖。

解答：

2

多

器

總流波

寄存器

換器

D/A轉(zhuǎn)路

線模

擬信

mA模

接擬4~20

口開(kāi)號(hào)輸出

關(guān)

路

制電

，控

能。

線的功

系統(tǒng)總

部和

、外

明內(nèi)部

舉例說(shuō)

簡(jiǎn)述并

1.7

是微

互連，

一級(jí)的

于芯片

線，用

間的總

理器之

片與處

外圍芯

內(nèi)部各

計(jì)算機(jī)

總線指

：內(nèi)部

解答

系

或子

理器

微處

構(gòu)成

示是

.8所

，圖1

的通路

件接口

外部硬

理器與

是微處

延伸，

總線的

處理器

三類(lèi)。

制總線

線和控

數(shù)據(jù)總

線,

址總

括地

常包

線通

行總

部并

。內(nèi)

行總線

用的并

統(tǒng)內(nèi)所

組成

線及

行總

部并

8內(nèi)

圖L

C

線、P

TD總

線、S

us總

ultib

（如M

總線

間的

板之

系統(tǒng)

板與

插件

中各

算機(jī)

指計(jì)

總線

系統(tǒng)

由于微

總線。

系統(tǒng)的

計(jì)算機(jī)

是構(gòu)成

特有，

系統(tǒng)所

計(jì)算機(jī)

，為

的互連

板一級(jí)

于插件

），用

總線

,