第二章计算机控制系统的信号

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计算机控制系统复习资料(精简版列出重点知识点)

第一章概论，讲述计算机控制系统的发展过程；计算机控制系统在日常生活和科学研究中的意义；计算机控制系统的组成及工作原理；计算机控制的特点、优点和问题；与模拟控制系统的不同之处；计算机控制系统的设计与实现问题以及计算机控制系统的性能指标。

1.计算机控制系统与连续模拟系统类似，主要的差别是用计算机系统取代了模拟控制器。

2.计算机系统主要包括：．A／D转换器，将连续模拟信号转换为断续的数字二进制信号，送入计算机；．D／A转换器，将计算机产生的数字指令信号转换为连续模拟信号(直流电压)并送给直流电机的放大部件；．数字计算机(包括硬件及相应软件)，实现信号的转换处理以及工作状态的逻辑管理，按给定的算法程序产生相应的控制指令。

3.计算机控制系统的控制过程可以归结为：．实时数据采集，即A/D变换器对反馈信号及指令信号的瞬时值进行检测和输入；．实时决策，即计算机按给定算法，依采集的信息进行控制行为的决策，生成控制指令；．实时控制，即D/A变换器根据决策结果，适时地向被控对象输出控制信号。

4.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

5.自动控制，是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。

6.计算机控制系统的特性系统规模有大有小系统类型多种多样系统造价有高有低计算机控制系统不断推陈出新7.按功能分类1)数据处理系统2)直接数字控制（DDC）3)监督控制（SCC）4)分散型控制5)现场总线控制系统按控制规律分类1)程序和顺序控制2)比例积分微分控制（PID）3)有限拍控制4)复杂控制5)智能控制按控制方式分类1)开环控制2)闭环控制9.计算机控制系统的结构和组成控制算法软件网络硬件11.硬件平台运算处理与存储部分：CPU，存储器（RAM，ROM，EPROM，FLASH-ROM，EEPROM以及磁盘等），时钟，中断，译码，总线驱动等。

输入输出接口部分：各种信号（模拟量，开关量，脉冲量等）的锁存、转换、滤波，调理和接线，以及串行通讯等。

关于计算机控制技术的考试重点

关于计算机控制技术的考试重点计算机控制技术考试重点第一章重点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：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。

(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“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“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？答：由四部分组成。

(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。

(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。

(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备。

(4)检测与执行机构a.测量变送单元：其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量。

b.执行机构：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。

4.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。

(完整版)计算机控制技术第二章习题答案整理及详解(.04.26修改版SK)

be i ng 第2章习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。

接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。

过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。

2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。

答：数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。

请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。

输出信号PC 总线(*WR)程序：ORG 0000HMOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0MOV R6，#08H ；通道数送R6MOV IE，#84H ；开中断SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXTCLR EX1 ；8路采样结束，关中断END中断服务程序：ORG 0003H ；外中断1的入口地址AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区RETI ；中断返回ORG 0000HMOV R1，#30HMOV R2，#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1，AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口，实现模拟量采集。

计算机控制系统第二章习题答案

第二章习题答案
2.6 在进行模数转换时，如果模拟信号的频率较高，就会由于A/D转换器的孔径时间(即转换时间)而造成较大的转换误差，克服的方法是在 A/D转换器之前设置采样保持电路。采样保持器平时处于“采样”状态，跟踪输入信号变化；进行A/D转换之前使其处于“保持”状态，则在 A/D转换期间一直保持转换开始时刻的模拟输入电压值；转换结束后，又使其变为“采样”状态。2.6节中的“采样”指抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程。
δ(t-kT)函数的几何图示
第二章习题答案
2.11 δ函数表示为： (t − kT ) = 1。k为任意整数。那么理想采样开关可以 δ 描述为理想单位脉冲函数序列：
δ T (t ) =
k = −∞
∑ δ (t − kT )
+∞
2.12 采样定理: 如果连续信号f(t)具有有限频谱，其最高频率为 ω max , 则对f(t)进行周期采样且采样角频率 ωs ≥ 2ωmax 时，连续信号f(t)可以由采 * 样信号 f * (t ) 唯一确定，亦即 f (t ) 可以无失真地恢复f(t)。从理论上讲，采样频率越高就越能如实反映被采样的连续信号的特征信息。但是，从计算机控制系统角度来讲，选取过高的采样频率会使系统对硬件的要求过高，造成成本攀升，并且还会使干扰对系统的影响明显上升。因此，应该综合考虑计算机控制系统中采样周期的选择问题。
第二章习题答案
2.13 推导略。零阶保持器在奈奎斯特频率以外的增益不为零，在相位上相当于引入T/2的时间延迟，因此其性能劣于理想低通滤波器，信号恢复效果也稍差。 2.14 随着保持器的阶数增加，信号恢复的效果越好，但带来的问题是实现复杂、相移增大，所以计算机控制系统中很少采用高阶保持器。高阶保持器主要用于没有闭环控制要求的通讯信号处理等领域。

数字控制理论及应用(讲稿)第二章数字控制系统的组成

第二章数字控制系统的组成第一节数字控制系统硬件及软件组成一、硬件部分计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。

1、主机它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。

主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。

2、接口电路它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。

在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。

3、过程输入/输出通道过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。

模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。

微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。

1）、模拟量输入（AI）通道：生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。

2）、模拟量输出（AO）通道：模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。

《机械工程控制基础》题库

机械工程控制基础复习题第一章绪论1、以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较（)。

A．开环高B。

闭环高C。

相差不多D。

一样高1、系统的输出信号对控制作用的影响（).A．开环有 B.闭环有 C.都没有D。

都有1、对于系统抗干扰能力（）。

A．开环强B。

闭环强C。

都强D。

都不强1、下列不属于按输入量的变化规律分类的是（ ).A．恒值控制系统B。

计算机控制系统C。

随动控制系统 D.程序控制系统1、按照系统传输信号的类型可分成（）.A．定常系统和时变系统B.离散控制系统和连续控制系统 C.线性系统和非线性系统 D.恒值系统和程序控制系统1．按照控制系统是否设有反馈作用来进行分类，可分为______和______。

答案：开环控制系统闭环控制系统1．对一个自动控制系统的最基本要求是，也即是系统工作的首要条件。

答案：稳定稳定性1．对控制系统性能的基本要求一般可归结为稳定性、___________和___________.答案：快速性准确性1、控制论的中心思想是,通过，和反馈来进行控制。

答案：信息的传递加工处理1．什么是反馈(包括正反馈和负反馈）?根据反馈的有无，可将控制系统如何分类？答案：（1)反馈是指输出量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。

如果反馈信号与系统的输入信号的方向相反,则称为负反馈;如果反馈信号与系统的输入信号的方向相同，则称为正反馈。

（2）根据反馈的有无，可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。

1.何为闭环控制系统?其最主要的优点是什么？答案：闭环控制系统就是反馈控制系统，即输出量对控制作用有影响的系统。

其最主要的优点是能实现自我调节，不断修正偏差,抗干扰能力强。

1．简述“自动控制”和“系统”的基本概念.答案：（1）所谓“自动控制”就是在没有人直接参与的情况下,采用控制装置使被控对象的某些物理量在一定精度范围内按照给定的规律变化。

（2)所谓“系统”，即具有某一特定功能的整体。

计算机控制技术基础知识复习

计算机控制技术基础知识复习第一章绪论自动控制系统：在没有人参与的状况下，经过控制器使消费进程自动地依照预定规律运转的系统。

开环控制系统：指无被控量反应的控制系统，即需求控制的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量关于控制造用没有任何影响的系统。

闭环控制系统：指有被被控量反应的控制系统，即系统的输入信号沿反应通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。

典型工业消费进程：延续进程〔流体〕、团圆进程〔固体〕、批量进程〔延续进程和团圆进程交替停止〕。

计算机控制系统：应用计算机〔通常称为工业控制计算机，简称工业控制机〕来完成消费进程自动控制的系统。

计算机控制系统的组成：计算机〔工业控制机〕和消费进程。

工业控制机是指按消费进程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。

硬件包括主机板、外部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通讯接口、输入输入通道。

软件包括系统软件和运用软件，系统软件包括实时多义务操作系统、引导顺序、调度执行顺序，运用软件是系统设计人员针对某个消费进程而编制的控制和管理顺序，包括进程输入顺序、进程控制顺序、进程输入顺序、人机接口顺序、打印显示顺序和公共子顺序等。

消费进程包括被控对象和测质变送、执行机构、电气开关等装置。

计算机控制系统的任务原理：①实时数据采集：对来自测质变送装置的被控量的瞬时值停止检测和输入。

②实时控制决策：对采集到的被控量停止剖析和处置，并按已定的控制规律，决议将要采取的控制行为。

③实时控制输入：依据控制决策，适时地对执行机构收回控制信号，完成控制义务。

计算机控制系统的任务进程：测量、计算、控制、管理。

在线方式：消费进程和计算机直接衔接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；离线方式：消费进程和睦计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人停止联络并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。

实时：指信号的输入、计算和输入都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度停止控制，超出了这个时间，就失掉了控制的机遇，控制也就失掉了意义。

计算机控制系统作业答案

计算机控制系统作业答案作业一第一章1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。

参考答案：答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。

1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。

参考答案：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。

②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID 调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制.③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC 计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC 计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给 DDC 计算机提供最佳给定值和最优控制量等。

④分布式计算机控制系统。

以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT 操作站相连.1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？参考答案：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象图1.3-2 典型的数字控制系统给进行调节和控制.与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：(1)控制规律灵活，可以在线修改。

(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标.(3)抗干扰能力强，稳定性好。

计算机控制技术及工程应用复习资料

一、第一章1）计算机控制系统的监控过程步骤a .实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入；b .实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策； c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务；2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？数据采集系统（DAS ）操作指导控制系统(OGC) 直接数字控制系统（DDC ）监督计算机控制系统（SCC ）分散控制系统分散控制系统（DCS ）现场总线控制系统（FCS ）3）计算机控制装置种类可编程控制器；可编程控制器；可编程调节器；可编程调节器；总线式工控机；总线式工控机；单片微型计算机；单片微型计算机；其他控制装置其他控制装置4）计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？同：1）计控系统是由常系统演变而来的； 2）两者的结构基本相同异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。

而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件二、第二章1）4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。

根据电流定律，有：由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。

因此，可以得到通式：考虑到放大器反相端为虚地，故：选取 R fb = R ，可以得到：对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT 与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成：的关系式可写成：结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb 以及基准电压VREF 有关。

2）D/A 转换器性能指标是（1）分辨率是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增量。

计算机控制系统：第2章输入输出通道

采用光电隔离外部开关信号如何输入到计算vccoutvccp1i单片机gndgngoutvccoutvccp1i单片机gndgngoutvccp1i单片机gndgngoutvccout外部开关量vccka220vp1i单片机控制电流外部设备线圈铁芯触点衔铁继电器工作原理图22模拟输入通道221组成及各部分的作用222采样量化及采样保持器223模数转换器adc221组成及各部分作用调理电路多路开关采样保持器ad转换器传感器模拟通道组成图222采样量化及保持器223模拟转换器1
3.并行接口的ADC0809
CLOCK ADDA--ADDC
START ALE
EOC OE
D0--D7
转换时间
ADC0809工作时序图
2.2.3模拟转换器
3.并行接口的ADC0809
ADC0809工作时序图 ADC0809与51单片机的接口电路
2.2.3模拟转换器
4.应用举例
ADC0809模拟输入原理图
DI7
DI0
Rfb Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vx
WR2
CS
XFER
DAC0832
DI7 DI0 Rfb
Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vy
WR2
DAC0832和51单片机双缓冲连接
P2.0 P2.1 P2.2 P0口 WR
80C51
CS DAC0832
XFER
DI7
DI0
Rfb IouΒιβλιοθήκη 1-WR1❖ 30℃：Rt＝5.6K VAD＝5×500/(5600＋500)＝0.410(V) 对应AD值：14H
❖ 40℃：Rt＝3.8K VAD＝5×500/(3800＋500)＝0.581(V) 对应AD值：1DH

计算机控制技术第二章

第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的被控参数及运行状态，按要求的方式送人计算机处理，再将结果以数字量的形式输出，并将数字量变换为适合生产过程控制的量，因此在计算机接口和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置，这个装置就称之为过程输入输出通道，也叫I／O通道。

2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向，过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。

生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等)，一般是随时间连续变化的模拟量，通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。

由于计算机只识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后，才能送人计算机。

对于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受，因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。

计算机控制生产现场的控制通道也有两种，即模拟量输出通道和数字量输出通道。

计算机输出的控制信号以数字形式给出，若执行元件要求提供模拟电压或电流，则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流，若执行元件要求数字量(开关量)，则应采用数字量输出通道，将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。

由此可见，过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。

2.1.2 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种：(1)数据信息反映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。

(2)状态信息又叫应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。

(3)控制信号用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。

接口电路含这三类信息交换的端口。

2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道，因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。

微型计算机控制技术第二章2

•（a）离散模拟信号（b）数字信号 •图2-6 量化过程
•
• 模拟信号可以具有无穷多的数值，而一组数码是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的，量化过程是一个类似四舍五入的过程。
• 量化单位 q 是指量化后二进制数的最低位所对应的模拟量的值。设fmax和fmin为转换信号的最大值和最小值，则量化单位为：
• 电流/电压转换电路是将电流信号成比例地转换成电压。常用I/V变换的实现方法有无源I/V变换和有源I/V变换。
•
一、无源I/V变换
• 无源I/V变换主要利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施。
•对于0~10mA输入信号， •可取R1＝100Ω，R2＝500Ω， •且R2为精密电阻， •这样当输入的电流I为0~10mA时，
•式中，n=0，±1，±2，…，±∞；T为采样周期。 •这样，就可以以离散函数f *（t）来代替采样函数fs（t：）
•
2.3.2采样定理及频率的选择
• 在讨论采样信号时，所关心的问题是离散后的函数f *（t）能否反映原模拟信号f（t）的全部信息，采样周期如何选择才能使f *（t）不失真地反映 f（t）的变化。
•该电路对应的输出电压为：•0~5 V
•
2.5 模拟开关及采样保持
• 2.5.1 多路模拟开关 • 2.5.2 采样保持器
•
2.5 模拟开关及采样保持
• 2.5.1 多路模拟开关 • 多路模拟开关又称多路转换器，是用来进行模拟
电压信号切换的关键元件。利用多路模拟开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上。 • 理想的多路开关开路电阻为无穷大，接通电阻为零。此外，还希望切换速度快，噪音小、寿命长、工作可靠。

【第二版】计算机控制系统(康波李云霞)第2章

采样定理（香农定理）
● 定理：若连续信号为有限带宽（频率分量最大值为ωm），当采样频率ωs ≥2ωm 时，原连续信号完全可以用其采样信号来表征（采样信号可以不失真地代表原连续信号）。
● 物理含义： ωs ≥2 ωm，对连续信号中所含的最高频率的正弦分量来讲，能够做到1个振荡周期内采样两次以上。
频率混叠现象的消除
前置滤波器：串在采样开关前面的模拟低通滤波器，又叫做抗混叠滤波器。
F( j)
F ( j)
s 2
前置
采样
s 2 滤波max
max
采样
T F*( j) 恢复
T F( j)
恢复 T F ( j)
s 2
s 2
s 2
s 2
s 2

(n)

1 0
n 0; n 0;
它在数字系统中所起的作用和模拟系统中的冲激函
数 (t) 所起的作用相似。所不同的只是在n=0时，其
值为1，而不是无穷大。
延迟kT

(n

kN
)

1 0
n kN n kN
采样过程的描述
连续信号：f (t)
T τ
开结开结始束始束采采采采样样样样
ωs ≥2ωm时，不重叠， ωs < 2ωm时，频谱混叠
采样信号的频谱：采样频率为 s
s 2max
T F*( j)

s
max max
s
s
s 2max
T F *( j)

s max
maxs
频率混叠 s
内容提要
2.1 CCS中的信号种类 2.2 CCS中的信号转换过程分析 2.3 信号的恢复与重构 2.4 信号的量化

计算机控制系统总结

理想采样信号的频域描述
什么是采样定理？其物理意义是什么
如果一个连续信号不包含高于频率的频率分量，连续信号中所包含频率分量的最高频率为，那么就完全可以用周期T< 的均匀采样值来描述，或者说，如果采样频率 2 ，那么就可以从采样信号中不失真地恢复原连续信号。
如果选用的采样频率，对连续信号中所包含的最高频率的正玄分量来讲，能够做到在一个振荡周期内采样两次以上，那么经采样所得的脉冲序列，就包含了连续信号的全部信息，如采样次数太少，采样所得的脉冲序列就不能无失真地反映连续信号的特性。
8执行器分为哪些类，电动执行器的输入信号范围是多大？
执行器分为电动执行器、气动执行器和液动执行器。
电动执行器的输入信号范围是：连续信号为0-10mA或4-20mA
9传感器分为哪些类？
温度传感器、压力传感器、流量传感器、液面传感器、力传感器
10简述数字调节器及输入输出通道的结构和信息传递过程，并画出示意图？
前置滤波器的主要作用是什么？
前置滤波器是串在采样开关前的模拟低通滤波器，主要作用是防止采样信号产生频谱混叠，因此又称为抗混叠滤波器。
什么是信号恢复？信号恢复的过程是怎么的？
指将采样信号还原成连续信号的问题.
信号恢复的过程，从时域来说，就是要由离散的采样值求出所对应的连续时间函数，从频率上说，就是要出去采样信号频谱的旁带，保留基频分量。
数字调节器以数字计算机为核心，控制规律由编制的计算机程序实现。输入通道包括多路开关、模-数转换器、采样保持器，输出通道包括模-数转换器、保持器。
传递过程：连续信号由多路开关采样保持器将模拟信号转为离散信号，离散信号由模-数转换器转变为数字信号，数字信号由数字调节器进行调节，调节的数字信号由数-模转换器变为离散模拟信号，离散模拟信号由保持其转换为模拟信号。

计算机控制技术期末复习试题附答案.

第一章计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么？计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。

2、计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。

计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。

3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些？稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些？各项连续控制系统计算机控制系统信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化5、计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统 SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统 DCS⑥现场总线控制系统FCS外部设备操作台输入通道检测装置输出通道执行机构计算机被控对象二、按控制规律分类①程序和顺序控制② PID 控制③最少拍控制④复杂规律的控制⑤智能控制第二章离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些？连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t)离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t)离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的？一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。

计算机控制技术期末复习试题附答案

第一章计算机控制系统概述1、计算机控制系统的概念是什么计算机控制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论为基础，以计算机为手段的控制系统。

2、计算机系统由哪些部分组成并画出方框图。

计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、检测装置、执行机构、被控对象以及相应的软件组成。

3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些稳定性/动态指标/稳态指标/能控性与能观性4、计算机控制系统的主要特点有哪些各项连续控制系统计算机控制系统信号形式都是模拟信号模拟信号、数字信号皆有控制规律实现由模拟电路实现由计算机通过程序实现控制形式整个过程始终连续控制整个过程始终离散控制控制器作用一个控制器控制一个回路一个控制器分时控制多个回路功能强度简单控制具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能自动化程度自动化程度低便于实现控制与管理的一体化5、计算机控制系统是怎样分类的按功能和控制规律可分为几类一、按控制系统的功能及结构特点分类①操作指导控制系统②直接数字控制系统DDC③监督控制系统SCC④计算机分级控制⑤集散控制系统DCS⑥现场总线控制系统FCS二、按控制规律分类 ①程序和顺序控制 ② PID 控制 ③最少拍控制 ④复杂规律的控制 ⑤智能控制第二章离散控制系统及Z 变换分析法1、计算机控制系统的信号形式有哪些连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t) 离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t) 离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。

则采样角频率只有满足下面的关系： ωs ≥2ωmax采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。

第二章计算机控制技术

逐位逼近式A/D转换原理
• 一个n位A/D转换器是由n位寄存器、n位
D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。现以4位A/D转换器把模拟量9转换为二进制数1001为例，说明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
反馈电压 VO V IN 模拟量输入启动 CLK 控制时序和逻辑电路逐位逼近寄存器 (SAR) 比较器 VC D / A转换器数字量输出锁存器 D0 D1 D2 D3
采样保持器的工作过程
零阶采样保持器是在两次采样的间
隔时间内，一直保持采样值不变直到下一个采样时刻。它的组成原理电路
与工作波性如图(a)、(b)所示。
采样保持器由输入输出缓冲放大器
A1、A2和采样开关S、保持电容CH等组成。采样期间，开关S闭合，输入电
压VIN通过A1对CH快速充电，输出电
压VOUT跟随VIN变化；保持期间，开关
第一节信号的采样与复现
• 生产过程的状态和参数输入到计算机
是通过采样来完成的，采样保留了连续信号在采样时刻的信息，而不计采样间隔之间的信息。 • 采样频率高时，采到的信号密集，采样信号就可以近似代表原来的连续信号。
信号的采样与重构
• 控制系统中信号的分类
– 模拟信号：信号是时间的连续函数 – 离散信号：信号是时间上的离散序列 • 采样计算机每隔一定时间T采入一次模拟信号的瞬时值的过程，我们称之为采样，时间间隔 T称为采样周期。采样过程也称为连续信号的时间离散化过程。
2、转换精度（误差）
实际输出值与理论值之间的最大偏差，转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器的差值。
注：即使分辨率很高，但是可能由于温