计算机控制技术课后习题答案

1、 1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2(1)实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入(2)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将要采取的控制策略。(3)实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。2 . 计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。P3（2）方块图如下图所示：内部总线图 作用：工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。其中系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程

2、序；过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？P2(1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。(2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，

3、将对（1）操作指导系统（OIS）（3）监督控制系统（SCC）优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。DCS是积木式结构，构成灵活；易于扩展；系统的可靠性高；操作、监视方便；处理信息量大；与计算机集中控制方式相比，电缆和敷缆成本较低，便于施工。（5）现场总线控制系统优点：FCS用二层结构完成了DCS中的三层结构功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。1.什么是工业控制计算机？它们有哪些特点？P1011工业控制计算机是“应

4、用在国民经济发展和国防建设的各个领域，具有恶劣 环境适应能力，能长期稳定稳定工作的加固型计算机”.其特点是：可靠性高 实时性好 环境适应性强 模块化设计，完善的IO通道系统扩充性好 系统开放性好 控制软件包功能强。2. 共信道。P12.STD总线 .ISA总线 .PCI总线 .PC/104总线国际上总线标准主要有：VME总线、MultiBus总线、STD总线、PC总线及PCI总线等第3章A/D2. 模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。(P39图f 6229. 无论是A/D转换还D/A转换其分辨率可表示为12D16000.5

5、字长：n2D2第4章1. 数字滤波P8690程序判断法限幅滤波)y yy | y y |nny ynnn1nn11)其中，yy第n, 第n-1次采样值经滤波后的输出,n-1ny 和y 是比较相邻(n和n-1的两个采样值，nn-1表示相邻两个采样值之差的最大可能变化范围。值的选择按参数最大变化速度max及采样周期T值。对随机干扰，十分有效。中位值滤波就是对某一被测参数连续采样n次(一般n取奇数)，然后把n次采样值按大小排队，取中间值为本次采样值。假如，采样值是：y1、y2、y3，且有y1y2y3，则y2作为本次采样的有效信号。中位值滤波能有效地克服脉冲干扰,对缓慢变化的过程有良好的效果。3.1N

6、y y(4 2)Nni1把N个采样数据看成一个队列，长度固定为N，每次采样，把采样结果放入队尾，扔掉队首的数据，把队列中的N个数据进行算术平均其数学表达式为:y ynniNi0nyN加权递推平均滤波法N1y C yninii0 0C 10 1ee-（N）C ,C ,，C 0R1RN1R一阶惯性滤波法一阶惯性滤波算法为Ty )y yfT Tnnn1ffT 采样周期。根据一阶惯性滤波的频率特性，若滤波系数越大，则带宽越窄，滤波频率也越低。2 . 标度变换P91线性参数的标度变换：一次仪表测量值与AD转换结果具有线性关系NA (A A ) AxN00XmmA 0N 0A00Eg1：某热处理炉温度测量

7、仪表的量程为200800,在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的数字量为0CDH.求此时温度值为多少？(设仪表量程为线性,A/D转换为8位)解：已知A0200，Am800，Nx0CDH205，Nm0FFH255，根据式，此时温度为:205255NNA (A A ) A (800 200) 200 C 682 CxXm00m01350,在某一时刻计算机采样并经AD574A转换后的数字量为解：已知度为:1386NA (A A ) A 1350 C 457 CxN004095Xmm3. 积分饱和抑制常用的方法是积分分离PID控制和抗积分饱和算法。P9596PID控制器的输入偏差饱和算法的抗积 分饱和依

8、据是抗积分饱和算法系统最终的控制输出4.控制规律的选择P113114控制是一种最优的控制算法。(1)一阶对象，负荷变化不大，工艺要求不高，可采用P控制；如，压力、液位、串级副回路等。PI压力、流量、液位控制。(3)纯滞后时间较大，负荷变化也较大，控制要求高的场合，可采用PID控制。如，过热蒸汽温度控制，PH值控制。(4)对象为高阶(二阶以上)又有纯滞后特性，负荷变化较大，控制要求也高时，应采用串级控制，前馈一反馈、前馈一串级或纯滞后补偿控制。TTku(k) K e(k) e( j) e(k) e(k DTTpj0I归一参数的整定法是一种简易的整定法。P116位置式PID算法：u(k) K e(

9、k) e(k 1) K e(k)pi K e(k) 2e(k 1) e(k 2)d设PID的增量算式为式中 K 为比例系数； T为采样周期；T为积分时间常数；T为微分时间常Di数;K=K/T为积分系数；K=K*T为微分系数。式中Ts是纯比例控制时的临界振荡周期。则有: u(k) K 2.45e(k)3.5e(k 1.25e(k 2)p工业控制计算机系统的干扰可以分为三类，即: 电源干扰、空间干扰、设备干扰。电源干扰主要有：浪涌、尖峰、噪声和断电。、静电耦合方式；其作用机理是一根导线在另一根导线的静电场中时，必然受到该电场的影响。、电磁耦合方式；在设备外部，当两根导线在较长的距离内敷设或架设时，

10、将会生产电磁耦合干扰。、共阻抗耦合方式；当两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路在该阻抗上所产生的电压降会影响到另一个电路，该种耦合方式称为公共耦合方式。、电磁场辐射耦合方式；电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰，它极易通过电源而耦合到系统中来。另外，过长的信号输入线和输出线以及控制线具有天线效应，她们既能接收干扰波，又能辐射干扰波。空间隔离：使敏感设备或信号线远离干扰源。屏蔽：对敏感电路加屏蔽盒或对信号加屏蔽层。电气布线：合理选择信号线，并在实际施工中正确地敷设信号线来抑制干扰。4.过程通道的干扰时如何产生的？如何对它们抑制？1）强烈的干扰往往沿着过程通道进入计算机，其主要原因是过程通道与计

11、算机之间存在公共地线。抑制共模干扰的主要措施： 采用差分放大器作信号前置放大统的可靠性是指广义的可靠性。它是可修复的机器、零件或系统，在使用中不发生故障，一旦发生故障又易于修复，使之具有经常使用的性能。P1571.提高计算机控制系统硬件可靠性的措施：P160161格检验, 按可靠性标准检查全部元器件；接区的断裂。此外，对必要的元部件应机械加固；对组件采取涂漆和浇注处理可进一步提高机械紧固性；插座是发生故障的最常见因素，因此，应尽量少用插座，并采用大的插座；用温度补偿措施。2 .提高计算机控制系统软件可靠性的措施 ：P161163(1）分散结构设计；（3）指令亢余：是利用消耗时间资源来达到对系统

12、的容错目的。（4）信息亢余（5）标准化：采用标准化软件可以提高软件运行的可靠性。u nngngg：某信号线与电压为220V、负荷为10kVA的输电线的距离为1.2m，并平行走线10m，连线之间互感为 H，计算出信号线上感应的干扰电压u 为n10000u 2 50 3.6 10 V 51 .38mV220n1）控制网络的实时性：IT网络不考虑实时性，但在控制网络中实时性是基本的要求；2）网络结构线状化：IT网络的结构是网络状的，从一点到另外一点的通信路径可以是不固定的但在大多数控制网络中，从一点到另外一点的通信路径大多是固定的。3）工业环境使用场合：IT网络一般在办公室、家庭等环境非常好的场所使

13、用，而控制网络是在环境恶劣的工业环境下使用的。转送信息多为短帧信息，且信息交换频繁。控制设备的智能化与控制功能的自治性。数据通信 资源共享 增加系统的可靠性 提高系统处理能力 实现分布式处理3.TCP/IP协议共分4层：网络接口层 、网际层 、 传输层 、 应用层4.现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备之间连接的数字式、串行、多点通信的数据总线。、数字数据采用数字信号传输、模拟数据采用数字信号传输6.数据通信中的同步：、位同步；、字符同步；P1738.介质访问控制技术：、CSMA/CD的控制原则是各节点采用竞争方法获取发送信息的权利。P185、退避算法有以下三种类型：a、非坚持 CSMA；b、I-坚持CSMA；c、P-坚持CSMA；、CSMA/CD方法是一种“先听后发，边听边发”的介质访问控制技术，其要点可以归纳如下：按CSMA方式监听总线、进行发送；如果在发送期间检测到冲突，则停止本次发送，并向总线上发一串阻塞信号；发送阻塞信号后，等待一段随机时间，在采用CSMA方式重发。9. 常用的三种编