计算机控制技术4-3
课件：4.3 常规及复杂控制技术(三)
ω=2π/T）。
5.PID控制参数的自整定法
被控对象大多用近似一阶惯性加纯滞后环节来表示，
其传递函数为
Gc
(
s
)
Ke 1 T
s
s
对于典型PID控制器
1 D( s ) KP(1 TI s TDs )
有Ziegler-Nichols整定公式
K
P
1.2T Kτ
Δu(k)= KP[2.45e(k)-3.5e(k-1)+1.25e(k-2)] 这样，整个问题便简化为只要整定一个参数KP。 改变KP，观察控制效果，直到满意为止。 该法为实现简易的自整定控制带来方便。
3.优选法
优选法是经验法的一种。 具体作法：根据经验，先把其它参数固定，然后用 0.618法（黄金分割法）对其中某一参数进行优选，待选出 最佳参数后，再换另一个参数进行优选，直到把所有的参 数优选完毕为止。 最后根据T、KP、TI、TD诸参数优选的结果取一组最佳 值即可。
① 给定值的变化频率越高，采样频率就应越高。 ② 被控对象是快速变化的，采样周期应小。 ③ 执行机构的惯性大，采样周期应大。 ④ 控制算法的类型：T太小会使得PID算法的微分积分作 用不明显；控制算法也需要计算时间。 ⑤ 控制的回路数：
n
T Tj
j 1
Tj 指第j回路控制程序执行时间和输入输出时间。
2.按简易工程法整定PID参数
(1)扩充临界比例度法
① 选择一个足够短的采样周期，采样周期为被控对象纯 滞后时间的十分之一以下。
② 用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去 掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比 例度δ（δ=1/KP)，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系 统发生振荡的临界比例度δk及系统的临界振荡周期Tk。
《计算机控制技术》习题答案
《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1．填空题(1) 闭环控制系统，开环控制系统(2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出(3) 计算机，生产过程(4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道(5) 系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。
计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
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。
(2)操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。
直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。
监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。
SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。
集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。
缺点是系统比较复杂。
计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
计算机控制技术目录(研究生)
一、绪论（2~4学时）1.计算机控制系统的一般概念2.计算机控制系统的分类3.计算机控制系统的设计与实现4.计算机控制系统的发展概况与趋势二、总线技术（4~6学时）1.计算机总线的一般概述2.计算机总线的体系结构3.内部总线4.外部总线三、输入输出接口技术（4~6学时）1.模拟量输出接口2.模拟量输入接口3.开关量输入输出接口4.人机接口四、数据通信技术（4~6学时）1.数据通信的基础知识2.数据通信设备3.数据通信中的检错与纠错五、计算机网络技术（6~8学时）1.计算机网络概述2.计算机局域网络3.计算机网络互连及其协议4.控制系统中计算机网络体系结构六、控制策略（8~10学时）1.数字滤波和数据处理2.数字PID控制算法3.基于数字PID控制的多回路控制系统4.模型预测控制5.模糊控制6.控制策略的工程实现七、控制系统软件（4~6学时）1.计算机控制系统软件概述2.计算机操作系统3.实用数据结构4.计算机控制系统应用软件5.商品化的工业控制软件简介八、数据库技术（4~6学时）1.计算机控制系统与数据库2.数据库技术概述3.计算机控制系统中的数据库4.基于关系模型的数据库5.关系数据库的设计和应用6.数据库的接口设计九、计算机集散系统（DCS）（4~6学时）1.计算机集散控制系统(DCS)概念2.计算机集散控制系统的体系结构3.计算机集散控制系统的硬件结构4.计算机集散控制系统中的软件技术5.DCS通讯接口6.计算机集散控制系统及应用的发展趋势十、计算机控制系统的设计与实施（6~8学时）1.过程计算机控制系统设计原则和步骤2.过程计算机控制系统的设计与实施3.计算机控制系统的抗干扰与可靠性技术4.过程计算机控制系统的应用实例十一、现场总线技术（6~8学时）1.现场总线概述简介、发展与趋势、技术特点、优点、FCS2.现场总线标准七层模型、物理层标准、其它层次协议3.目前几类有影响的现场总线FF、Lonworks、HART、CAN 、Profibus等4.现场总线的应用举例十二、计算机集成控制系统CIMS简介（4~6学时）1.概述CIMS的概念、流程CIMS与离散CIMS之比较2.流程工业CIMS的体系结构功能结构及递阶层次、ERP与MES、间歇方式的影响3.核心问题及关键技术系统集成、系统优化、环境集成、功能集成4.设计举例。
计算机控制技术课后习题答案
|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由四部分组成。
图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
—(4)检测与执行机构a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。
例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。
计算机控制技术PPT 第3章
3. 综合指标
在现代控制理论中，如最优控制系统的没计时，经常使用综
合性能指标来衡量一个控制系统。选择性能指标时．既要考虑
到能对系统的性能做出正确的评价，又要考虑到数学上容易处
理，以及工程上便于实现。因此，选择性能指标时，通常需要
做一定的试探和比较。综合性能指标通常有3种类型。
1）积分型指标：
（1）误差平方的积分：
3.5 线性离散时间系统的能控性与能观测性
线性定常离散时间系统的能控性定义及判据 线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据
3.6 应用MATLAB进行离散系统分析
3.1 计算机控制系统概述
计算机控制系统(Computer Control System)是应用计算机 参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得 一定控制目的而构成的系统。
为n，Qc为由系数矩阵A和B按一定规则组成的分块矩阵，
表达式是：
n为系统的维数。 判别线性定常系统能控性的判据还有 其他的形式。对于线性时变系统，判别能控性的条件要复 杂一些，而且系统是否能控，常常还依赖于初始时刻的选 取。对于完全能控的线性定常系统，通过特别选定的坐标 变换，可以将其状态方程化成标准的形式，称为能控规范 形。
3.3 控制系统的性能指标描述
对于一个控制系统来说，人们总是要求它能根据实际 的被控对象，在给定信号的作用下达到稳定、快速和准确 的性能指标。对于计算机控制系统，计算机相当于人的大 脑，因此有更多的功能可以实现，系统就能实现最佳的性 能指标。本章描述了控制系统的基本性能指标，以及这些 性能指标与系统的固有参数和设计参数的关系，从而为分 析和设计控制系统提供了依据。
计算机控制技术 --控制组件分布和集成
2008.6
自动控制原理实验(1)
实验一 典型环节的电路模拟一、实验目的1．熟悉THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱及“THKKL-5”软件的使用； 2．熟悉各典型环节的阶跃响应特性及其电路模拟；3．测量各典型环节的阶跃响应曲线，并了解参数变化对其动态特性的影响。
二、实验设备1．THKKL-5型 控制理论·计算机控制技术实验箱；2．PC 机一台(含“THKKL-5”软件)、USB 数据采集卡、37针通信线1根、16芯数据排线、USB 接口线。
三、实验内容1．设计并组建各典型环节的模拟电路；2．测量各典型环节的阶跃响应，并研究参数变化对其输出响应的影响。
四、实验原理自控系统是由比例、积分、微分、惯性等环节按一定的关系组建而成。
熟悉这些典型环节的结构及其对阶跃输入的响应，将对系统的设计和分析十分有益。
本实验中的典型环节都是以运放为核心元件构成，其原理框图 如图1-1所示。
图中Z 1和Z 2表示由R 、C 构成的复数阻抗。
1．比例（P ）环节比例环节的特点是输出不失真、不延迟、成比例地复现输出信号的变化。
图1-1 它的传递函数与方框图分别为：KS U S U S G i O ==)()()(当U i (S)输入端输入一个单位阶跃信号，且比例系数为K 时的响应曲线如图1-2所示。
2．积分（I ）环节 图1-2积分环节的输出量与其输入量对时间的积分成正比。
它的传递函数与方框图分别为：设U i (S)为一单位阶跃信号，当积分系数为T 时的响应曲线如图1-3所示。
TsS U S Us G i O1)()()(==图1-33．比例积分(PI)环节比例积分环节的传递函数与方框图分别为：)11(11)()()(21211212CSR R R CSR R R CSR CS R S U S U s G i O +=+=+==其中T=R 2C ，K=R 2/R 1设U i (S)为一单位阶跃信号，图1-4示出了比例系数(K)为1、积分系数为T 时的PI 输出响应曲线。
计算机控制技术复习总结
计算机控制技术复习总结
一、计算机控制技术
计算机控制技术是处理自动化控制系统的一种技术，它可以控制外部设备、测量参数和控制变量，从而实现设计目标。
计算机控制技术主要涉及到对自动化控制系统的模型及结构、系统设计、信号处理、计算机控制算法和硬件技术等多个方面。
1、模型及结构
2、系统设计
系统设计是指选择适当的控制系统以及其组件，组成系统，达到设计要求。
系统设计需要考虑的因素有系统的实验数据、实际控制要求、安全性、精度等。
3、信号处理
信号处理指通过信号极化、误差补偿、延迟、非线性处理等方法，使控制系统的信号在到达控制端时，达到最佳控制效果。
4、计算机控制算法
5、硬件技术
硬件是指控制系统的硬件组件，合理组合各种硬件组件，形成安全可靠的自动控制系统是所有计算机控制技术的重要基础。
二、应用。
计算机控制技术第3章-PID控制解析
2020/9/24
6
（1）比例调节器
e
控制规律：
1
u(t ) K Pe(t ) u0
1
其中： KP为比例系数；
0
t0
u
t
u0 为控制量的基准。
比例调节的特点：比例调节器对于 偏差是即时反应，偏差一旦产生， 调节器立即产生控制作用使被控量 朝着减小偏差的方向变化，控制作 用的强弱取决于比例系数。只有当 偏差发生变化时，控制量才变化。
umin u umax
4
1.模拟PID调节器
e(t) r(t) y(t)
PID
Kp
r e
Ki / s
u
对象
y
Kds
图l 模拟PID控制
• PID控制器是一种线性控制器；
• 根据对象的特性和控制要求，可
灵活地改变其结构。
2020/9/24
5
PID调节器的基本结构
1. 比例调节器 2. 比例积分调节器 3. 比例微分调节器 4. 比例积分微分调节器
2020/9/24
Kp
u0
0
t0
t
图2 P调节器的阶跃响应
缺点：不能消除静差；KP 过大，会使
动态质量变坏，引起被控量振荡甚至
导致闭环不稳定。
7
（2）比例积分调节器
控制规律：
e
u(t )
K P[e(t )
1 Ti
t
0 e(t )dt ] u0
其中： Ti 为积分时间常数。
1 0
t0 u
0u
1
pK pK
0t
0
2020/9/24 图3
iT
PI调节器的阶跃响应
积分调节的特点：调节器的 输出与偏差存在的时间有关。 t 只要偏差不为零，输出就会 随时间不断增加，并减小偏 差，直至消除偏差，控制作 用不再变化，系统才能达到 稳态。
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
《计算机控制技术》课程标准.doc
《计算机控制技术》课程标准一、教学对象适用于电气自动化专业学生。
二、建议课时及学分建议课时：64学时学分：4三、先修和后续课程先修课程：《现代检测技术》后续课程：《生产实习》《顶岗实习》四、课程性质《计算机控制技术》是电气自动化技术专业的一门专业支撑课。
本课程旨在培养学生计算机监控组态软件的基本应用能力、培养学生应用计算机监控终端对自动化生产过程中数据实时监管能力、计算机接口设备的调试能力、计算机监控系统的通信链路调试能力。
五、教学目标1.计算机控制系统的整体认识能力通过安装与使用计算机控制系统组态软件，使学生掌握计算机控制技术标准、组成、结构、传输介质的能力，能够进行计算机控制系统的对全程自动化生产的实时管控与障碍报修处理能力。
2.计算机控制终端的基本应用能力通过组态软件的编译流程以及VB面向对象控制编程语言编译累加器，使学生针对用户所需求的分析能力，能够正确应对生产对象进行全过程实时监管，对突发隐情及时处理能力。
3. 计算机监控系统的测试验收能力通过组态软件连接PC与PC之间通信，使学生掌握对数据传输通道、对象临检参数进行测试，对自动化生产线计算机监控系统进行验收的能力。
4. 计算机控制系统的管理维护能力通过安装RS232C通信串口与应用串口调试助手，使学生掌握监控节点组态分布、设备项目管理的能力，使学生能够进行计算机控制系统运行维护能力。
六、能力要求1.计算机控制系统的整体认识能力能够在20分钟内绘制检测与控制结构图，在2分钟内识别区分出各种同轴电缆、双绞线、光纤三种传输介质，在30分钟内能够根据不同的计算机控制系统选择最佳的数据传输介质，在30分钟内能够根据不同的生产环境进行合理设计计算机控制系统结构。
2.计算机控制终端的基本应用能力能对生产企业、商业大厦、居民小区等不同场所的计算机控制设备进行合理配置与应用，包括：30分钟内制定出设备数据采集点的种类、数量、分布情况、2分钟内选出应用传感器的类型；30分钟内应用组态软件对采集信息进行收集存储。
计算机控制技术(第二版)课后习题答案(王建华主编)
计算机控制技术课后习题答案第一章绪论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答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。
（2）方块图如下图1.1所示：图1.1 计算机控制系统的组成框图作用：①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序；②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。
③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，将对生产过程造成影响甚至造成损害。
4. 计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？P4~7（1）操作指导系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制系统(DDC)优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。
《计算机控制技术》题目(含答案)
《计算机控制技术》复习资料一、填空题1、计算机控制是自动控制发展中的（高级）阶段，是自动控制的（重要分支）。
2、计算机在信息处理、（逻辑分析）、决策判断、（输入输出）管理等各个方面显示出突出的优点。
3、计算机控制系统利用计算机的（硬件）和（软件）代替自动控制系统的控制器。
4、自动控制是指在（没有人）直接参与的前提下，应用（控制装置）自动地、有目的地控制或操纵机器设备或生产过程，使他们具备相应的功能。
5、在控制系统中如果给定值是（恒定不变）的，则此系统称为（定值）控制系统。
6、若系统控制（变量）的变化规律为已知函数，并被事先确定，则此类控制为（程序）控制系统。
7、广义上说系统的给定信号和扰动都可以看作是系统外作用信号，给定信号（决定）着系统输出量的变化；而扰动则（破坏）给定信号对系统输出量的控制。
8、计算机控制过程是在（外部）作用下使系统由一个平衡或稳定状态过渡到另一个（平衡或稳定）状态的过程，称为瞬态过程或系统响应。
9、自动控制的瞬态过程有两种典型形式，一种是（收敛）的，对应的系统运行是稳定的；另一种是（发散）的，对应的系统是不稳定的。
10、在计算机控制系统中为了达到控制目标，可以采用（模拟）化设计方法和（离散）化设计方法来设计控制器。
11、工业控制计算机是一种面向工业控制、采用标准（总线）技术和开放式( 体系)结构的计算机。
12、计算机各功能模板之间的内部总线可以分为：（数据）总线、( 地址)总线、控制总线、电源总线。
13、外部总线是计算机与计算机或计算机与其他（智能）设备之间进行( 通信)的连线。
14、典型的工业控制计算机IPC应具备抗（电磁）干扰、防震、防潮、( 耐高温)等性能。
15、可编程序控制器是（继电器）逻辑控制系统与( 微型)计算机技术相结合的产物。
16、大多数PLC采用继电控制形式的（梯形图）编程方式，继承了传统(控制)线路的清晰直观容易掌握。
17、整体式的（PLC）把电源、CPU、内存、I/O系统都( 集成)在一个小箱体内构成一台完整的PLC。
计算机控制技术3-4
数字PID控制算法的改进 第四节 数字 控制算法的改进
二、积分饱和及其防止方法
• 积分饱和的影响
– 增加了系统的调整时间和超调量
数字PID控制算法的改进 第四节 数字 控制算法的改进
二、积分饱和及其防止方法
• 积分饱和及其防止方法 – 积分饱和的防止方法
减小积分饱和的关键是不使积分项积累过大。常用的 两种方法： • 积分分离法 当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，只 有当偏差‘较小时，方引入积分作用，控制量不易进入饱 和区，即使进入了，因积分项积累较小，也能较快退出。 • 遇限削弱积分法 当控制量进入饱和区后，只执行削弱积分项的累加， 而不进行增大积分项的累加
数字PID控制算法的改进 第四节 数字 控制算法的改进
三、不完全微分的PID算法 不完全微分的 算法
U D ( s )差分方程
TD uD (k ) = α uD (k − 1) + K P [ e(k ) − e(k − 1) ] Ts
不完全微分的PID位置算式
T K TD u ( k ) = K P e( k ) + ∑ e( j ) + K P T [e(k ) − e(k − 1)] TI s j =0 s +α uD (k − 1)
数字PID控制算法的改进 第四节 数字 控制算法的改进
三、不完全微分的PID算法 不完全微分的 算法
U PI ( s ) 差分方程
T K U PI (k ) = K P e(k ) + ∑ e( j ) TI s j =0 U D (s) 差分方程
TD s + 1 U D ( s ) = K PTD sE ( s ) KD TD duD (t ) de(t ) + u D (t ) = K PTD K D dt dt
最新《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)
《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxx《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1.填空题(1) 闭环控制系统,开环控制系统（2) 实时数据采集，实时决策控制,实时控制输出(3) 计算机，生产过程(４) 模拟量输入通道,数字量输入通道,模拟量输出通道，数字量输出通道(5）系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) Ｂ（３) C （４） A (5）Ｂ3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D／Ａ转换器等器件，就构成了计算机控制系统,其基本框图如图所示.计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机)和生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
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。
(2）操作指导控制系统:其优点是控制过程简单,且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统,或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快,控制的回路也不能太多,不能充分发挥计算机的作用。
ﻩ直接数字控制系统:设计灵活方便,经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。
监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制,还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制．SCC+DＤＣ的控制系统，更接近于生产实际，系统简单,使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难.集散控制系统：又称分布式控制系统,具有通用性强、系统组态灵活,控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中,调试方便,运行安全可靠,提高生产自动化水平和管理水平,提高劳动生产率等优点．缺点是系统比较复杂.计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
计算机控制技术题库(附答案)
计算机控制技术练习题（附答案）一、填空题（每空2分，共20分）1．闭环负反馈控制的基本特征是。
2．闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母。
3．惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输出量不能突变，而是按变化。
4．静态误差系数是系统在典型外作用下精度的指标，静态误差系数越大，精度。
5．系统的相稳定裕度?M，定义为开环频率特性在截止频率?c处。
6．离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的有关。
7．零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性φ(?)= 。
8．若已知闭环系统自然频率为?n，经验上，采样频率?s应取。
9．通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为。
10．为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入。
二、选择题(每题2分，共10分)1．在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将。
A 增大；B 减小；C 不变。
2．控制算法直接编排实现与串联编排实现相比，有限字长所引起的量化误差。
A 较大；B 较小；C 相当。
3．某系统的Z传递函数为G(z) = 0.5(z+0.5) / (z+1.2)(z-0.5) ，可知该系统是。
A稳定的；B不稳定的；C 临界稳定的。
4．若以电机轴的转角为输入量，电机轴的转速为输出量，则它的传递函数为环节。
A 积分；B 微分；C 惯性。
5．在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应传感器的精度。
A 大于；B 小于；C 等于。
三、简答题（每小题5分，共20分）1．图1为水箱水位自动控制系统，试说明基本工作原理。
图12．已知单位负反馈闭环控制系统的单位阶跃响应的稳态误差为0.1，试问该系统为几型系统，系统的开环放大系数为多少3．试简单说明系统稳定性与稳态误差相互矛盾的关系。
4．试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定理，采样后将会变成何种信号。
四、（10分）已知单位负反馈系统开环传递函数为G(s)=?n 2/s(s+2??n )实测求得单位阶跃响应的?%=4.3%，t s =2.5秒，试写出闭环传递函数并求?n ，?为多少。
电气工程及其自动化-《计算机控制技术》复习资料
《计算机控制技术》复习资料1一、填空题1、在计算机控制系统几种典型的应用中系统是开环的控制结构，系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，系统能自动的改变给定值，使生产过程达到最优。
2、STD总线是一种规模最小，面向工业控制，设计周密的位系统总线，VME总线是1981年推出的第一代位工业开放标准总线。
3、D/A转换器的转换原理可以归纳为“按权展开，然后相加”，因此D/A转换器内部必须要有一个，以实现按权值分别进行D/A转换。
4、数控系统由输入装置、输出装置、和 4部分组成，其一般步骤是曲线分割、、。
5、PID控制中积分饱和会引起输出超调使系统不稳定，通常改进的方法有法、法和有限偏差法。
6、根据步进电机的结构分析可知，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，改变步进电机的可以改变其运行方式；改变，可以控制步进电机的正、反转。
7、达林算法的目标是设计合适的数字控制器D(z)，使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望为一个和相串联，并期望闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。
8、在连续系统中，表示输入信号和输出信号关系的数学模型用和来描述；在离散系统中，则用、和离散状态空间表达式来描述。
二、简答题1、过程输入输出通道与主机交换的信息类型有哪些？2、画出数字量输入/输出通道的结构。
3、什么是共模干扰？抑制共模干扰的措施有哪些？4、振铃现象是怎样产生的？它有什么危害？应怎样克服？5、简述冗余技术及其分类。
答案一、填空题1、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统；2、8、32；3、解码网络；4、控制器、插补器、插补计算、折线逼近；5、遇限削弱积分法、积分分离法；6、各相的通电方式或脉冲分配、通电顺序；7、纯滞后环节、一阶惯性环节（顺序可互换）；8、微分方程、传递函数、差分方程、脉冲传递函数。
二、简答题1、答：1）数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，包括数字量和模拟量。
2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。
计算机控制技术
计算机控制技术本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《微型计算机控制技术》（于海生等主编，清华大学出版社，1999年3月第一版）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的特点和教学规律进行编写，适用于电气工程及其自动化专业专升本学生。
计算机控制技术是为了适应计算机的工业控制领域的需要而发展起来的一门专业技术，主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。
随着我国电力工业的发展，计算机及自动化控制技术在电力系统中的应用越来越广泛，本课程将帮助学生理解现有的自动控制设备的原理，提高对此类产品的认识，更好的利用这些设备或设计出相应的满足电力系统要求的控制设备。
学习本课程需首先具备一定的计算机软（汇编和C语言程序设计）、硬件（计算机构成、原理）知识，模拟、数字电子技术知识，以及自动控制理论的相关知识。
学完本课程后，应当结合实际设备进行深入的理解。
通过对本门课程的学习，学生应了解：计算机控制系统的发展及现状；计算机控制系统的在过程控制中的作用，及在本专业应用；主要模板的性能与应用范围；计算机控制系统中的复杂控制技术。
通过本门课程的学习，学生应熟悉：数字程序控制系统技术；计算机控制系统的初步分析、设计方法；能完成简单计算机控制系统构成、实时软件编制；计算机控制系统调试维护的基本知识。
通过本门课程的学习，学生应掌握：模拟自动控制系统与计算机控制系统的区别；计算机控制系统的分类及其特点；计算机控制系统的输入/输出通道的构成，及主要参数的选择；计算机控制系统中的常规控制技术（如PID控制器的设计）；分散型控制系统（DCS）与现场总线（Fieldbus）技术。
11、本章学习要求本章应熟悉的内容有计算机技术、计算机控制理论的发展过程和计算机控制系统的发展趋势；应掌握的内容有：计算机控制系统的典型形式、工业控制机的特点和工业控制机的总线结构；应熟悉掌握的内容有：工业控制机的硬件组成及软件组成、计算机控制系统的工作原理。
计算机控制技术4-3
W
一、数字控制器的频率特性
•相位超前校正器
•
幅频特性如图所示1()1Z P
W jv v j v D jv v j v =+=+令得
Z P v v <当时，
W
一、数字控制器的频率特性
•特点：
–高频端增益的增加易使系统
不稳定
–而超前相位有使系统稳定的
趋势。
–如果能够选择使相位超前发
生在相位交界频率附近，则
可以增加相位裕量，
–相位超前校正器增加了频带
宽度，低频端增益基本上不
变
–稳态精度同无校正时一样
W
一、数字控制器的频率特性
•相位滞后校正器
• 幅频特性如图所示
Z P v v >当时，
W
一、数字控制器的频率特性
•特点：
•增益的减少，使系统趋于稳
定
•相位滞后易使系统不稳定
•为了不使校正器的附加滞后
相移影响相位交界频率附近
的相频特性，应该
远小于相位交界频率
•减少了频带宽度
•稳态精度不受影响
W
二、W变换法的设计步骤
W
二、W变换法的设计步骤•校正后的伯德图如图所示
•为使系统获得满意的相位裕
量，须增加的增益为
1
3.16
W
二、W变换法的设计步骤。
计算机控制技术练习题目(考试)
4、采样保持器有什么作用？
保持模拟量信号不变，以便完成A/D转换； 同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量； 减少D/A转换器的输出“毛刺”； 把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出电压的稳 定性。
5、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响
（1）保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保 持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状 态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差； （2）反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差
过程通道可分为1模拟量输入通道2模拟量输出通道3数字量输入通道4数字量输出通道2什么是信号的采样量化和编码时间上连续的模拟信号变成一连串时间上不连续的脉冲信号的过程称为采样采样信号不能直接输入计算机将其整量化后成为数字信号的过程称为量化把量化信号转换为二进制代码的过程称为编码3什么是香农采样定理只有采样频率大于最高信号频率的2倍采样信号和连续信号输入信号的频谱才是相等的5试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响把一个da转换器的输出分配到几个输出点以保证输出电压的稳定性
7、什么是直接数字控制系统？画出其原理框图
• DDC(Direct Digital Control)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。
外部设备
模拟输入 (1~16)
S1 AD7506
GND OUT
S16 A0 A1 A2 A3 EN
模拟输出 15V NC 15V
模拟输入 (17~32)
S1 AD7506
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
U (s) D( s) = E ( s ) 1 + D ( s )G p ( s )(1 − e −τs )
Dg ( s )G p ( s )e −τs D( s )G p ( s )e −τs Y ( s) Φ( s ) = = = −τs R( s ) Dg ( s )G p ( s ) 1+ 计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 1 +华中大机电系 e 易朋兴 D( s )G p ( s )
或: Y(s) = G(s)D(s)E(s) = Gk (s)E(s) 其中: 其中: 又: 有:
G k ( s ) = G ( s ) D( s )
(开环传递矩阵) 开环传递矩阵) E1(s) R1(s) Y1(s) 或: E ( s ) = R( s ) − Y ( s ) E (s) = R (s) − Y (s) 2 2 2 或: Y ( s ) = [ I + G ( s ) D( s )]−1 G ( s ) D( s ) R( s )
主回路偏差： 主回路偏差： e 1 ( kT ) = r1 ( kT ) − y 1 ( kT ) 主回路控制器输出： 主回路控制器输出： u1 ( kT ) = u1 ( kT − T ) + q10e1 ( kT ) + q11e1 ( kT − T ) + q12 e1 ( kT − 2T ) 副回路偏差： 副回路偏差： e 2 ( kT ) = u 1 ( kT ) − y 2 ( kT ) 副回路控制器输出： 副回路控制器输出： u2 ( kT ) = u2 ( kT − T ) + q20 e2 ( kT ) + q21e2 ( kT − T ) + q22 e2 ( kT − 2T )
G( s)F ( s)D( s)
为对角阵, 设计F(s)使G(s)F(s)为对角阵,即:
G 11 ( s ) G 21 ( s ) G 12 ( s ) F11 ( s ) G 22 ( s ) F21 ( s ) F12 ( s ) G 11 ( s ) = F22 ( s ) 0
Gc(s)
② 广义被控对象的Z传递函数G(z) 广义被控对象的Z传递函数G(z) Φ(z) 数字调节器D(z) ③ 数字调节器D(z) D ( z ) =
2011-112011-11-21
1 − e − Ts G(z) = Z[ ⋅ G c ( s )] s
G ( z )[ 1 − Φ ( z )]
11
4.8 解耦控制
多变量控制系统的耦合关系
Y1 ( s ) G11 ( s ) G12 ( s ) U 1 ( s ) Y ( s ) = G ( s ) G ( s ) U ( s ) 2 21 22 2 0 E1 ( s ) G11 ( s ) G12 ( s ) D1 ( s ) = D2 ( s ) E 2 ( s ) G 21 ( s ) G 22 ( s ) 0
= [ G p ( s ) e −τ s + G p ( s )( 1 − e −τ s )]U ( s ) = G p ( s )U ( s )
Dg ( s) =
（无滞后） 无滞后）
具有史密斯预估补偿的调节器的传递函数为 具有史密斯预估补偿的调节器的传递函数为： 预估补偿的调节器的传递函数为： 闭环传递函数为： 闭环传递函数为：
20
4.9 从常规控制到智能控制
神经网络控制
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
21
4.9 从常规控制到智能控制
专家控制
2011-112011-11-21
Dτ ( s ) = G p ( s )( 1 − e − τ s )
原反馈信号： 原反馈信号： Y ( s ) = G p ( s ) e − τ s U ( s )（滞后τ） 滞后τ − τs 加入史密斯预估器 预估器后 加入史密斯预估器后： Y ′ ( s ) = [ G p ( s ) e + D τ ( s )]U ( s )
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
3
4.5.1 史密斯预估器（Smith Predictor)
设计思路：使滞后了的被控量提前反馈到调节器， 设计思路：使滞后了的被控量提前反馈到调节器，消除滞后 方法：加入史密斯预估器 方法：加入史密斯预估器
6
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
4.6 串级控制
多因素影响同一被控量
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
7
4.6 串级控制
计算机串级控制系统
计算过程： 计算过程：
9
4.7 前馈－反馈控制
前馈─ 前馈─反馈控制结构
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
10
4.7 前馈－反馈控制
前馈─ 前馈─串级控制结构
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
4
4.5.1 史密斯预估器（Smith Predictor)
离散化
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
5
4.5.2 大林算法（Dahlin Algorithm）
适用对象： 适用对象：具有纯滞后环节的一阶或二阶系统 性能要求：无超调或超调很小， 性能要求：无超调或超调很小，允许有较长的调整时间
14
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
4.8 解耦控制
计算机解耦控制系统
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
15
4.9 从常规控制到智能控制
控制器的结构类型
2011-112011-11-21 计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
8
4.7 前馈－反馈控制
前馈控制的结构与原理
设控制量 u1=0 则有 Y ( s) = Y1 ( s) + Y2 ( s)
= [ Dn ( s)G( s) + Gn ( s)]N ( s)
Gn(s)：被控对象扰动通道的传递函数 G (s)：被控对象控制通道的传递函数 Dn(s)：前馈控制器的传递函数 n : 扰动量
若令 即
Dn ( s)G( s) + Gn ( s) = 0
Gn ( s) Dn ( s) = − G( s)
可完全补偿扰动对输出的影响
2011-112011-11-21 计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
自适应控制 (模型参考) 模型参考)
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
19
4.9 从常规控制到智能控制
模糊控制
2011-112011-11-21
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
Y (s) e − τs 设计准则：使系统的闭环传递函数为： 设计准则：使系统的闭环传递函数为： ( s ) = Φ = R(s) 1 + Tτ s
Tτ:期望的惯性时间常数
设计步骤： 设计步骤： ① 选取期望的闭环传递 函数Φ(s)并离散化 函数Φ(s)并离散化
（取采样周期T使τ近似为T的整数倍） 的整数倍）
计算机控制系统——华中大机电系 华中大机电系——易朋兴 计算机控制系统 华中大机电系 易朋兴
13
4.8 解耦控制
解耦控制原理
加解耦补偿环节: 加解耦补偿环节:
F11( s) F12 ( s) F ( s) = F21( s) F22 ( s)
加解耦补偿后的开环传递矩阵为: 加解耦补偿后的开环传递矩阵为:
2
4. 5 对象具有纯滞后环节控制系统的设 s ) = G p ( s )e − τ s
不利影响：使开环相位滞后，稳定性降低， 不利影响：使开环相位滞后，稳定性降低，动态品质 下降 原因： 原因：滞后造成控制作用不及时 结果：较大的超调量， 结果：较大的超调量，较长的调整时间 Predictor) 两种解决方法：史密斯预估器 两种解决方法：史密斯预估器（Smith Predictor) 预估器（ Algorithm） 大林算法（Dahlin Algorithm） 大林算法（
−1
G 22 ( s ) 0
则有: 则有:
2011-112011-11-21
F11 ( s ) F12 ( s ) G11 ( s ) G12 ( s ) F ( s ) F ( s ) = G ( s ) G ( s ) 21 21 22 22
0 G11 ( s ) 0 G22 ( s )
= Φ ( s ) R( s )
[ I + G ( s ) D( s )]Y ( s ) = G ( s ) D( s ) R( s )