计算机控制技术于海生课后习题答案

计算机控制技术于海生课后习题答案计算机控制技术于海生课后习题答案【篇一：计算机控制技术课后习题答案】txt>习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？(2)直接数字控制系统(ddc系统)：ddc(directdigitalcontrol)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。ddc系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。其原理框图如图1.3所示。图1.3ddc系统原理框图(3)计算机监督控制系统(scc系统)：scc(supervisorycomputercontrol)系统比ddc系统更接近生产变化的实际情况，因为在ddc系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而scc系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。scc系统的原理框图如图1.4所示。图1.4scc系统原理框图scc是操作指导控制系统和ddc系统的综合与发展。7.计算机控制系统的发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。a.普及应用可编程序控制器b.采用集散控制系统c.研究和发展智能控制系统本章作业简述几类常见的计算机控制系统的特点及其应用领域。第二章输入输出过程通道习题及参考答案1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。2.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。3.简述两种硬件消抖电路的工作原理。采用积分电路的硬件消抖电路，首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出，其次利用施密特触发器整形。采用rs触发器的硬件消抖电路，主要是利用rs触发器的保持功能实现消抖。4.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图2.1所示。输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。图2.1光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？模拟量输入通道一般由i/v变换、多路转换器、采样保持器、a/d转换器、接口及控制逻辑电路组成。(1)i/v变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。(3)采样保持器：a/d转换器完成一次a/d转换总需要一定的时间。在进行a/d转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在a/d转换器之前加入采样保持器。(4)a/d转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(analog/digitalconverter，简称a/d转换器或adc)。6.对理想多路开关的要求是什么？理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外，还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。7.采样保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。采样保持器的作用：a/d转换器完成一次a/d转换总需要一定的时间。在进行a/d转换时间内，希望输入【篇二：计算机控制技术(于海生著)_复习题】s=txt>答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过程和批量过程.2.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理.3.计算机控制技术的工作方式有哪几种？答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.4.为什么要强调计算机控制中的实时性？答:所谓实时性,就是指信号的输入,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性.5.常用的计算机控制系统主机有哪几种？答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,dsp和智能调节器.6.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？答:计算机控制系统中集散控制系统(dcs)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分.7.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？答:现场总线控制系统(fcs)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表两层结构.(dcs为操作站-控制站-现场仪表三层结构模式)1.什么是计算机的总线？答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息(指令,地址和数据)的一组信号线.分为内部总线和外部总线.2.计算机的外部总线有哪几种？答:计算机的外部总线有rs-232c,rs-485,ieee-488,usb等等.3.rs-232c串行通信总线采用什么传输方式？为什么rs-232c的传输距离不远？答:rs-232c串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共的信号地线,共模信号不可避免地要进入信号传送系统中.当传输距离过远时,发送器与接收器各自会形成不同的对地电位.4.rs-485串行通信总线采用什么传输方式？它与rs-422a串行通信总线的区别是什么？答:rs-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式.区别在于rs-485为半双工工作方式,而rs-422a为全双工工作方式.且rs-422a适用于两点之间进行高速,远距离通信,而rs-485适用于多点之间进行高速,远距离通信.5.数字量i/o的接口芯片有什么作用？有哪些典型芯片？p306.积分电路对数字量信号的调理过程。p31为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,一般都就应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡.7.采用光电耦合器的大功率输入调理电路的工作过程。p328.什么是香农采样定理？香农采样定理:如果模拟信号(包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为fmax,只要按照采样频率f=2fmax进行采样,那么采样信号就能惟一地复观.9.什么是量化误差？量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程是一个小数归整过程,因而存在量化误差,量化误差为(+_1/2)q.10.什么是孔径时间和孔径误差？完成一次a/d转换所需的时间称为孔径时间.孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差,即为孔径误差.12.结合具体电路，分析以ad574a为核心的a/d过程通道的工作过程。p4513.什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰信号.高通,低通,带通滤波器.尖峰型串模干扰民为主要干扰源时,用双积分a/d转换器.采用双绞线作信号引线(减少电磁感应)14.什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？所谓共模干扰,是指a/d转换器两个输入端公有的干扰电压.抑制方法:变压器隔离光电隔离浮地屏蔽15.什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些？长线传输干扰是指:长线传输受到外界干扰,具有信号延时,高速度变化的信号在长线中传输时,还会出现波反射现象.抑制方法:终端匹配始端匹配16.计算机控制系统中有哪些类型的地线？有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线1.逐点比较法直线插补原理加工第三象限直线oa，起点为o(0，0)，终点坐标为a(-6，-4)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。p842.逐点比较法圆弧插补原理加工第四象限逆圆弧ab，已知起点的坐标为a(0，-4)，终点的坐标为b(4，0)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。p874.已知三相步进机的转子为40个齿，定子为3对磁极，试求工作在三相六拍方式时的步距角和齿距角。步距角:360/40/6=1度齿距角360/40=9度2.根据模拟pid的控制算法，分别写出数字pid位置式和增量式算法。p1051063.数字pid位置式和增量式算法的各自特点是什么？增量算法不需要做累加,位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大的累加误差增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,误动作影响大.采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换.4.数字pid控制算法中，kp、ti、td的物理调节作用分别是什么？kp为比例增益,能减小误差,但不能消除稳态误差,但kp加大会引起系统不稳定.ti为积分时间常数只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差但积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡.td为微分时间常数可以减小调整时间,从而改变系统的动态性能.5.什么是积分饱和现象？积分分离算法的工作原理是什么？所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，pid控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样，造成控制性能恶化。这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象积分分离算法的工作原理是:当偏差较大时,取消职分作用,当偏差较小时,才将积分作用投入.|e(k)|b时,采用pd控制,当|e(k)|=b,采用pid控制(b为积分分离阈值)6.最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？最少拍控制算法本质上是时间最优控制算法,因为最少拍控制算法是以系统的快速性为主要性能指标.7.最少拍控制算法的三种典型输入信号分别是什么？三种典型输入信号分别是单位阶跃信号,单位速度信号,单位加速度信号8.最少拍控制算法的局限性是什么？最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差71：求惯性环节1的差分方程图3-198路12位a/d转换模板电路解：由有1d(s)?t1s?1d(s)?((ttt)?et)1s?1)u(s)?e(s)dts?11udu(s)(t)1以采样周期离散上述微分方程得?kt)?e(kt)t1u(kt)?u(即t?(k)?u(k)?e(k)t1utu(k)?u(k?1)用一阶后项差分近似代替得：?(t)?u1[u(k)?u(k?1)]?u(k)?e(k)t整理得)?t1u(k?1)?te(k)u(k11.采样保持器的工作原理？p41简述采样定理的基本内容。答：采样定理:如果连续信号f(t)具有有限频谱，其最高频率为?max,?则对f(t)进行周期采样且采样角频率?s恢复f(t)。3.根据已知的三相步进电机的工作时序图，分析说明其工作方式a-b-c-a…….t?t1t?t1?2?max时，连续信号f(t)可以由采样信号f*(t)唯一确定，亦即可以从f*(t)无失真地vinva1s＋－a2vouttvoutt采样保持ch(a)原理电路图2-8采样保持器(b)工作波性【篇三：计算机控制技术(于海生著)复习题】第一章1.典型的工业生产过程分为哪几种？答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过程和批量过程.2.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理.3.计算机控制技术的工作方式有哪几种？答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.4.为什么要强调计算机控制中的实时性？答:所谓实时性,就是指信号的输入,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性.5.常用的计算机控制系统主机有哪几种？答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,dsp和智能调节器.6.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？答:计算机控制系统中集散控制系统(dcs)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分.7.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？答:现场总线控制系统(fcs)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表两层结构.(dcs为操作站-控制站-现场仪表三层结构模式)第二章1.什么是计算机的总线？答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息(指令,地址和数据)的一组信号线.分为内部总线和外部总线.2.计算机的外部总线有哪几种？答:计算机的外部总线有rs-232c,rs-485,ieee-488,usb等等.3.rs-232c串行通信总线采用什么传输方式？为什么rs-232c的传输距离不远？答:rs-232c串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共的信号地线,共模信号不可避免地要进入信号传送系统中.当传输距离过远时,发送器与接收器各自会形成不同的对地电位.4.rs-485串行通信总线采用什么传输方式？它与rs-422a串行通信总线的区别是什么？答:rs-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式.区别在于rs-485为半双工工作方式,而rs-422a为全双工工作方式.且rs-422a适用于两点之间进行高速,远距离通信,而rs-485适用于多点之间进行高速,远距离通信.5.数字量i/o的接口芯片有什么作用？有哪些典型芯片？p306.积分电路对数字量信号的调理过程。p31为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,一般都就应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡.7.采用光电耦合器的大功率输入调理电路的工作过程。p328.什么是香农采样定理？香农采样定理:如果模拟信号(包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为fmax,只要按照采样频率f=2fmax进行采样,那么采样信号就能惟一地复观.9.什么是量化误差？量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程