计算机控制技术及其应用(丁建强-任晓-卢亚萍)课后答案教学教材
计算机控制技术及其应用(丁建强任晓卢亚萍)课后规范标准答案

第1章概述.................................................................................................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础.......................................................................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现.............................................................................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术.............................................................................. 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道...................................................................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术.................................................................................. 6-1第7章控制系统的组态软件....................................................................................................... 7-1第8章DCS集散控制系统.......................................................................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案.......................................................................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用............................................................ 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ....................................................... 11-1第1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论?[指导信息]:参见1.1自动控制的基本概念。
计算机控制技术课后习题与答案

单路模拟量电路原理图如下列图所示。
10.采用DAC0832和PC/ISA总线工业控制机接口,请画出接口电路原理图,并编写D/A转换程序。
11.采用DAC1210和PC/ISA总线工业控制机接口,请画出接口电路原理图,并编写D/A转换程序。
答案:略。
12.请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路,并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式。
①无源I/V变换
无源I/V变换主要是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,如下图。
无源I/V变换电路
对于0~10mA输入信号,可取R1=100Ω,R2=500Ω,且R2为精细电阻,这样当输入的I为0~10mA电流时,输出的V为0~5V.对于4~20mA输入信号,可取R1=100Ω,R2=250Ω,且R2为精细电阻,这样当输入的I为4~20mA时,输出的V为1~5V。
上世纪末期开展起来的单片机及嵌入式系统等以其价格低和体积小的优势,使智能仪器和智能仪表在控制场合中的应用也越来越广。现代工业生产规模的日益复杂化和大型化趋势,对控制计算机提出了更高的要求。计算机不仅要完成面向过程的控制和优化任务,还要在获取生产过程各种信息的根底上进展这个过程的信息综合和优化调度,完成生产、经营管理和其它综合管理工作。这种集企业的管理、监视与控制为一体的计算机综合自动化系统被称为计算机集成制造系统(CIMS)或计算机集成过程系统(CIPS)。此外,监视控制与数据采集系统(SCADA)、可编程自动化控制器(PAC)和无线传感器网络(WSN)等各种控制系统也为计算机控制方法提供了新的应用领域。
计算机控制技术课后习题与答案

在模拟量输入通道中,A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间,完成一次A/D转换所需的时间称之为孔径时间。对于随时间变化的模拟信号来说,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。
7、采样保持器的作用是什么?是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器?为什么?
(1)A/D转换过程(即采样信号的量化过程)需要时间,这个时间称为A/D转换时间。在A/D转换期间,如果输入信号变化较大,就会引起转换误差。所以,一般情况下采样信号都不直接送至A/D转换器转换,还需加保持器作信号保持。保持器把t=kT时刻的采样值保持到A/D转换结束。
当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时用双积分式转换器可以削弱串模干基于rs485总线扩展卡的硬件设计方案可编程控制器rs485rs485总线扩rs485其它智能装置智能io模块智能调节器rs485rs485rs485ipc系统总线基于rs232rs485转换模块的硬件设计方案可编程控制器rs485转换器rs232rs485其它智能装置智能io模块智能调节rs485rs485rs485ipc扰的影响
计算机控制技术课后题答案整理版(1到5章基本都有了)

第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的?画出方框图并说明各部分的作用。
答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成;框图P3。
1)工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。
2)PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道,在两者之间起到纽带和桥梁的作用。
3)生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。
2、计算机控制系统中的实时性、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?(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)实时性一般要求计算机具有多任务处理能力,以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务,加快程序执行速度;在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时,可以随时响应事件的中断请求。
3.计算机控制系统有哪几种典型形式?各有什么主要特点?(1)操作指导控制系统(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,不能控制对象。
(2)直接数字控制系统(DDC) (属于计算机闭环控制系统)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。
(4)集散控制系统优点:分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
(5)现场总线控制系统优点:与DOS相比降低了成本,提高了可靠性。
(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。
附加: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。
计算机控制技术课后习题答案

第一章1.微型计算机控制系统与连续控制系统的主要异同点是什么?答:将连续控制系统中的控制器用微型计算机来代替,就可以构成微型计算机系统。
控制系统中引入微型计算机后,控制规律便可由程序实现,微型计算机执行相应的程序,实现对被控参数的控制。
在连续控制系统中,系统的控制规律是由硬件电路实现的,改变控制规律就要改变硬件;而在微型计算机控制系统中,控制规律是通过程序实现,改变控制规律只需改变程序。
在微型计算机控制系统中,微型计算机的输入和输出都是数字信号,而变换发送单元送出的信号,以及大多数执行机构所能接收的信号,都是模拟信号。
因此,系统中需要有A/D转换器和D/ A转换器。
连续控制系统不断地测量,经过反馈及补偿后,对生产过程产生连续不断的控制。
微型计算机控制系统是采样控制系统。
微型计算机每隔一个采样周期T会对被控参数进行一次测量,根据一定控制规律算出控制量后,去控制生产过程。
在两次采样时刻之间,微型计算机对被控参数不进行测量,其输出控制量自然也保持不变。
当用一台微型计算机控制多个参数时,微型计算机按巡回测量控制方式工作。
2.从微型计算机参与控制的方式上,微型计算机控制系统可分为哪几类?各有什么特点?答:可分为数据采集系统(DAS)、直接数字控制系统(DDC)、监督算机控制系统(SCC)、分散型控制系统(DCS)。
数据采集系统(DAS):数据采集系统中微型计算机通过模拟量、开关量输入通道进行数据采集,将采集到的数据进行分析处理,以实现生产过程中的集中监视及实现生产过程的操作指导。
该系统中的微型计算机不直接参与生产过程控制,不会对生产过程产生直接影响。
直接数字控制系统(DDC):微型计算机通过模拟量输入通道、数字量输入通道进行数据采集,然后按照一定的控制规律进行实时决策,最后通过模拟量输出通道、数字量输出通道输出控制信号,实现对生产过程的直接控制。
由于该系统中夺得微型计算机直接参与生产过程的控制,故要求微型计算机系统实时性好、可靠性高和环境适应性好。
《计算机控制专业技术及其应用》思考题与习题的指导信息

《计算机控制技术及其应用》思考题与习题的指导信息————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论?[指导信息]:参见1.1自动控制的基本概念。
自动控制(autocontrol):不用人力来实现的控制,通常可用机械、电气等装置来实现。
通常相对手动控制而言。
控制系统(control system):通过控制来实现特定功能目标的系统。
而系统(system)是由相互联系、相互作用要素组成的具有一定结构和功能的有机整体。
控制系统通常有一定的规模和复杂性,否则常称为控制装置或控制机构。
自动化(automation):在无人工干预情况下,一个或多个控制系统或装置按规定要求和目标的实现过程。
自动化强调的是自动控制过程,其核心概念是信息。
控制论(cybernetics):研究各类系统的调节和控制规律的科学。
各类系统包括动物(及人类)和机器系统。
自从1948 年诺伯特·维纳发表了著名的《控制论——关于在动物和机中控制和通讯的科学》一书以来,控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。
控制论着重于研究过程中的数学关系。
2.控制的本质是什么?[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
控制过程本质上是一系列的信息过程,如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。
控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反馈信息、指令信息、执行信息等,通常由电子或机械的信号来表示。
3.自动控制中有哪些基本问题?[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
自动控制中的基本问题包括:自动控制系统的结构、过程、目标和品质等。
结构包括组成及其关系两个部分;控制过程主要为一系列的信息过程,如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等;目标规则体现了系统的功能;控制品质即为控制的质量,可通过系统的性能指标来评价。
计算机控制技术课后习题答案

计算机控制技术课后习题答案计算机控制系统概述习题及参考答案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?由四部分组成。
图1.1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,1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。
计算机控制技术课后习题详解答案.

第一章计算机控制系统概述习题参考答案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?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,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。
图1.1微机控制系统组成框图(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。
计算机控制技术和应用(丁建强 任晓 卢亚萍)课后答案

第1章概述 ............................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础 ........................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现 ............................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术 ..................................... 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道 ......................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术 ....................................... 6-1第7章控制系统的组态软件 ................................................. 7-1第8章 DCS集散控制系统.................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案 ........................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用 ............................. 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ........................... 11-1第1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论?[指导信息]:参见1.1自动控制的基本概念。
自动控制(autocontrol):不用人力来实现的控制,通常可用机械、电气等装置来实现。
通常相对手动控制而言。
控制系统(control system):通过控制来实现特定功能目标的系统。
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第一章计算机控制系统概述习题参考答案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?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,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。
图1.1微机控制系统组成框图(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。
计算机控制技术课后习题答案

一、单选题1. 计算机控制系统的控制过程包括以下哪些步骤?A. 实时数据采集、实时决策、实时控制B. 数据处理、决策、执行C. 采集、分析、控制D. 输入、输出、反馈答案:A2. 计算机控制系统由哪些部分组成?A. 控制对象、控制器、执行机构B. 计算机硬件、计算机软件、生产过程C. 输入设备、输出设备、传输设备D. 数据采集、数据处理、数据传输答案:B3. 计算机控制系统中的实时系统是指什么?A. 计算机系统在规定时间内完成控制任务B. 计算机系统对控制信号进行快速处理C. 计算机系统对被控对象进行实时监测D. 计算机系统对控制过程进行实时优化答案:A4. 计算机控制系统中的反馈控制是指什么?A. 根据被控对象的实际输出与期望输出之间的误差,对控制器进行调整B. 根据被控对象的实际输出与期望输出之间的误差,对执行机构进行调整C. 根据被控对象的实际输出与期望输出之间的误差,对计算机系统进行调整D. 根据被控对象的实际输出与期望输出之间的误差,对传感器进行调整答案:A5. 计算机控制系统中的PID控制算法是指什么?A. 一种基于误差的控制器调整方法B. 一种基于被控对象的数学模型的控制方法C. 一种基于执行机构的控制方法D. 一种基于传感器的控制方法答案:A二、多选题1. 计算机控制系统的优点有哪些?A. 精度高B. 速度快C. 抗干扰能力强D. 适应性强答案:ABCD2. 计算机控制系统中的控制策略有哪些?A. PID控制B. 模糊控制C. 神经网络控制D. 遥感控制答案:ABC3. 计算机控制系统中的传感器有哪些?A. 温度传感器B. 压力传感器C. 流量传感器D. 光电传感器答案:ABCD4. 计算机控制系统中的执行机构有哪些?A. 电机B. 电磁阀C. 伺服系统D. 传感器答案:ABC5. 计算机控制系统中的软件有哪些?A. 系统软件B. 应用软件C. 驱动程序D. 算法答案:ABCD三、简答题1. 简述计算机控制系统的基本组成及其作用。
计算机控制技术课后习题答案

10.设被测温度变化范围为0oC~1200oC,如果要求误差不超过0.4oC,应
选用分辨为多少位的A/D转换器?
选择依据:
11.设计出8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图,并编写相应
的8路模拟量数据采集程序。
终点判别 Nxy=10 Nxy=9 Nxy=8 Nxy=7 Nxy=6 Nxy=5 Nxy=4 Nxy=3 Nxy=2 Nxy=1 Nxy=0
6.设加工第一象限的圆弧AB,起点A(6,0),终点B(0,6)。要 求: (1)按逐点比较法插补进行列表计算; (2)作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数。 解:插补计算过程如表3—2所示。终点判别仍采用第二种方法,设一个 总的计数器Nxy,每走一步便减1操作,当Nxy=0时,加工到终点,插补运 算结束。下图为插补过程中的走步轨迹。
偏差判别
F0=0 F1<0 F2<0 F3>0 F4<0 F5=0 F6<0 F7<0 F8>0 F9<0
坐标进给
-X +Y +Y -X +Y -X +Y +Y -X +Y
偏差计算 F0=0
F1=F0-ye=-6 F2=F1+xe=-2 F3=F2+xe=2 F4=F3-ye=-4 F5=F4+xe=0 F6=F5-ye=-6 F7=F6+xe=-2 F8=F7+xe=2 F9=F8-ye=-4 F10=F9+xe=0
8 F7>0 -X F8=5-8+1=-2 x8=3,y8=5 Nxy=4
9 F8<0 +Y F9=-2+10+1=9 x9=3,y9=6 Nxy=3
计算机控制技术及应用课后答案

计算机控制技术及应用课后答案【篇一:计算机控制技术课后习题答案】统由哪些部分组成?并画出方框图。
解:若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现,就构成了计算机控制系统,其基本框图如图1-1所示。
因此,简单说来,计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。
在计算机控制系统中,控制规律是用软件实现的,计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。
控制器与执行机构之间是da转换器,负责将数字信号转换成模拟信号;ad转换器则相反将传感器采集的模拟信号,转换成数字信号送给控制器。
2.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?解:计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。
因此,计算机控制系统的分类方法很多,可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。
按功能及结构分类:操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。
按照控制规律分类:程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称pid控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。
3.计算机控制系统的主要特点有哪些?解:主要有以下特点:1.数字模拟混合的系统。
在连续控制系统中,各处的信号是连续模拟信号。
而在计算机控制系统中,除仍有连续模拟信号外,还有离散信号、数字信号等多种信号。
因此,计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。
2.灵活方便、适应性强。
一般的模拟控制系统中,控制规律是由硬件电路实现的,控制规律越复杂,所需要的模拟电路往往越多,如果要改变控制规律,一般就必须更改硬件电路。
而在计算机控制系统中,控制规律是由软件实现的,计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制,需要改变控制规律时,一般不对硬件电路作改动,只要改变控制程序就可以了。
3.可实现复杂控制规律。
计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能,能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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;常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式,也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制;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;软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和;整个计算机系统的动作,都是在软件的指挥下协调进行的,因此说软件是微机系统的中枢神经;就功能来分,软件可分为系统软件、应用软件及数据库;1系统软件:它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序;对用户来说,系统软件只是作为开发应用软件的工具,是不需要自己设计的;系统软件包括:a.操作系统:即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等;b.诊断系统:指的是调节程序及故障诊断程序;c.开发系统:包括各种程序设计语言、语言处理程序编译程序、服务程序装配程序和编辑程序、模拟主系统系统模拟、仿真、移植软件、数据管理系统等;d.信息处理:指文字翻译、企业管理等;2应用软件:它是面向用户本身的程序,即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序;应用软件包括:a.过程监视程序:指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等;b.过程控制计算程序:指的是控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序,其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等;c.公共服务程序:包括基本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序;3数据库:数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索,相应软件设计指如何建立数据库以及如何查询、显示、调用和修改数据等;5.微型计算机控制系统的特点是什么微机控制系统与常规的自动控制系统相比,具有如下特点:a.控制规律灵活多样,改动方便b.控制精度高,抑制扰动能力强,能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示,控制效率高d.控制与管理一体化,进一步提高自动化程度6.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何它们之间有何区别和联系1操作指导控制系统:在操作指导控制系统中,计算机的输出不直接作用于生产对象,属于开环控制结构;计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理,计算出各控制量应有的较合适或最优的数值,供操作员参考,这时计算机就起到了操作指导的作用;其原理框图如图所示;图操作指导控制系统原理框图2直接数字控制系统DDC系统:DDCDirect 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;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;其原理框图如图所示;图 DDC系统原理框图3计算机监督控制系统SCC系统:SCCSupervisory Computer Control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所示;图 SCC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;1I/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;4A/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/Digital Converter,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;保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响;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;反之,保持电容值大,保持性能好,但跟随特性差;8.在数据采样系统中,是不是所有的输入通道都需要加采样保持器为什么不是,对于输入信号变化很慢,如温度信号;或者A/D转换时间较快,使得在A/D转换期间输入信号变化很小,在允许的A/D转换精度内,就不必再选用采样保持器;D转换器的结束信号有什么作用根据该信号在I/O控制中的连接方式,A/D转换有几种控制方式它们在接口电路和程序设计上有什么特点A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成;常见的A/D转换有以下几种控制方式,各自特点如下延时等待法:EOC可不和I/O口连接,程序设计时,延时大于ADC转换时间后,取数据;保持等待法:EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态;直至EOC有效时,取数据;查询法: EOC可以和任意I/O口连接,程序设计时,反复判断EOC是否有效,直至EOC 有效时,取数据;中断响应法: EOC与外部中断相连,AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据;10.设被测温度变化范围为0o C~1200o C,如果要求误差不超过,应选用分辨为多少位的A/D 转换器 选择依据:124.0120012log ≈⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥n 11.设计出8路模拟量采集系统;请画出接口电路原理图,并编写相应的8路模拟量数据采集程序;本例给出用8031、DAC0809设计的数据采集系统实例;把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM 的30H~37H 单元中;采样完一遍后停止采集;其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下:初始化程序:MOV R0,30H ;设立数据存储区指针MOV R2,08H ;设置8路采样计数值SETB IT0 ;设置外部中断0为边沿触发方式SETB EA ;CPU 开放中断SETB EX0 ;允许外部中断0中断MOV DPTR,FEF8H ;送入口地址并指向IN0LOOP : MOVX DPTR,A ;启动A/D 转换,A 的值无意义HERE : SJMP HERE ;等待中断中断服务程序:MOVX A,DPTR ;读取转换后的数字量MOV R0,A ;存入片内RAM 单元INC DPTR ;指向下一模拟通道INC R0 ;指向下一个数据存储单元DJNZ R2,INT0 ;8路未转换完,则继续CLR EA ;已转换完,则关中断CLR EX0 ;禁止外部中断0中断RETI ;中断返回INT0: MOVX DPTR,A ;再次启动A/D转换RETI ;中断返回12.模拟量输出通道由哪几部分组成各部分的作用是什么模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成;1D/A转换器:模拟量输出通道的核心是数/模转换器Digital/Analog Converter,简称D/A转换器或DAC;它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置;2V/I变换:一般情况下,D/A转换电路的输出是电压信号;在计算机控制系统中,当计算机远离现场,为了便于信号的远距离传输,减少由于传输带来的干扰和衰减,需要采用电流方式输出模拟信号;许多标准化的工业仪表或执行机构,一般是采用0~10mA或4~20mA的电流信号驱动的;因此,需要将模拟电压信号通过电压/电流V/I变换技术,转化为电流信号;13.采用DAC0832和PC总线工业控制机接口;请画出接口电路原理图,并编写产生三角波、梯形波和锯齿波的程序;设计一八路数据采集及其回放系统;要求八路数据巡回检测,存储10组数据,输数据为电压信号0-5V,检测精度<1%;CPU、AD、DA可任选;Uo第五章微机数控系统习题及参考答案1.什么是数控系统数控系统包括哪些数控系统是采用数字电子技术和计算机技术,对生产机械进行自动控制的系统,它包括顺序控制和数字程序控制两部分;2.什么是顺序控制系统它由哪几部分组成微机顺序控制方式是指以预先规定好的时间或条件为依据,按预先规定好的动作次序顺序地进行工作;一般地,把按时序或事序规定工作的自动控制称为顺序控制;它包括系统控制器、输入电路、输入接口、输出电路、输出接口、检测机构、显示与报警电路;3.微机数控系统由哪些部分组成各部分的作用是什么由五部分组成;1输入装置:一般指微机的输入设备,如键盘;其作用是输入数控系统对生产机械进行自动控制时所必需的各种外部控制信息和加工数据信息;2微机:微机是MNC系统运算和控制的核心;在系统软件指挥下,微机根据输入信息,完成数控插补器和控制器运算,并输出相应的控制和进给信号;若为闭环数控系统,则由位置检测装置输出的反馈信息也送入微机进行处理;3输出装置:一般包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等;在微机控制下,输出装置一方面显示加工过程中的各有关信息,另一方面向被控生产机械输出各种有关的开关量控制信号冷却、启、停等,还向伺服机构发出进给脉冲信号等;4伺服机构:一般包括各种伺服元件和功率驱动元件;其功能是将输出装置发出的进给脉冲转换成生产机械相应部件的机械位移线位移、角位移运动;5加工机械:即数控系统的控制对象,各种机床、织机等;目前已有专门为数控装置配套设计的各种机械,如各种数控机床,它们的机械结构与普通机床有较大的区别;4.什么是逐点比较插补法直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤逐点比较法插补运算,就是在某个坐标方向上每走一步即输出一个进给脉冲,就作一次计算,将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较,判断其偏差情况,根据偏差,再决定下一步的走向沿X轴进给,还是沿Y轴进给;逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线,最大逼近误差不超过数控系统的一个脉冲当量每走一步的距离,即步长;直线插补计算过程的步骤如下:1偏差判别:即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零,还是小于零;2坐标进给:即根据偏差判断的结果决定进给方向,并在该方向上进给一步;3偏差计算:即计算进给后的新偏差值Fm+1,作为下一步偏差判别的依据;4终点判别:即若已到达终点,则停止插补;若未到达终点,则重复上述步骤;圆弧插补计算过程的步骤如下:1偏差判别2坐标进给3偏差计算4坐标计算5终点判别5.若加工第二象限直线OA,起点O0,0,终点A-4,6;要求:1按逐点比较法插补进行列表计算;2作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数;解:由题意可知xe =4,ye=6,F=0,我们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|6-0|+|-4-0|=10,则插补计算过程如表3—1所示;根据插补计算过程表所作出的直线插补走步轨迹图如下图所示;表3—11按逐点比较法插补进行列表计算;2作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数;解:插补计算过程如表3—2所示;终点判别仍采用第二种方法,设一个总的计数器Nxy ,每走一步便减1操作,当Nxy=0时,加工到终点,插补运算结束;下图为插补过程中的走步轨迹;表3—2波形图;有三种工作方式: 1三相单三拍工作方式各相的通电顺序为A →B →C,各相通电的电压波形如图所示;图单三拍工作的电压波形图2三相双三拍工作方式双三拍工作方式各相的通电顺序为AB →BC →CA;各相通电的电压波形如图所示;图双三拍工作的电压波形图3三相六拍工作方式在反应式步进电机控制中,把单三拍和双三拍工作方式结合起来,就产生了六拍工作方式,其通电顺序为A →AB →B →BC →C →CA;各相通电的电压波形如图所示;图三相六拍工作的电压波形图8. 采用三相六拍方式控制X 轴走向步进电机; 主程序:MOV A,0FH;方向输入信号MOV P1,AXMM : MOV A,P1 JNB ,XM ;=0反转 LCALL STEP1;调正转子程序 SJMP XMMXM : LCALL STP2;调反转子程序SJMP XMM +X 走步子程序:STEP1: MOV DPTR,TAB ;指表头 CLR AMOVX A,A+DPTR ;取数非非非光电隔离功率放大步进电机AB C方向控制“1”正83CJNE A,05H,S11;是否最后单元 MOV DPTR,TAB;重置表头SJMP S12S11: INC DPTR ;地址加1S12: MOV R0,7FH;延时S13: DJNZ R0,S13;CLR A;MOVX A,A+DPTR;取数据MOV P1,ARET-X走步子程序:STEP2: MOV DPTR,TABCLR AMOVX A,A+DPTR;CJNZ A,01H,S21MOV DPTR,TABADD DPTR,0006HSJMP S12S21: CLR CDEC DPLSJMP S12TAB: DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H本章作业若加工第二象限直线OA和圆弧AB,已知直线起点O0,0,终点A-4,6;圆弧起点A-4,6,终点A-6,10要求:1按逐点比较法插补进行列表计算;2作出走步轨迹图,并标明进给方向和步数;第四章 微型计算机控制系统的控制算法习题及参考答案1.数字控制器的模拟化设计步骤是什么 模拟化设计步骤:1设计假想的模拟控制器DS 2正确地选择采样周期T 3将DS 离散化为DZ4求出与DS 对应的差分方程 5根据差分方程编制相应程序; 2.某连续控制器设计为试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器DZ; 双线形变换法:把112+-•=z z T s 代入,则 前向差分法:把Tz-z 1=代入,则 后向差分法:把Tzz s 1-=代入,则3.在PID 调节器中系数p k 、i k 、d k 各有什么作用它们对调节品质有什么影响 系数p k 为比例系数,提高系数p k 可以减小偏差,但永远不会使偏差减小到零,而且无止境地提高系数p k 最终将导致系统不稳定;比例调节可以保证系统的快速性; 系数i k 为积分常数,i k 越大积分作用越弱,积分调节器的突出优点是,只要被调量存在偏差,其输出的调节作用便随时间不断加强,直到偏差为零;在被调量的偏差消除后,由于积分规律的特点,输出将停留在新的位置而不回复原位,因而能保持静差为零;但单纯的积分也有弱点,其动作过于迟缓,因而在改善静态品质的同时,往往使调节的动态品质变坏,过渡过程时间加长;积分调节可以消除静差,提高控制精度;系数d k 为微分常数,d k 越大微分作用越强;微分调节主要用来加快系统的相应速度,减小超调,克服振荡,消除系统惯性的影响;4.什么是数字PID 位置型控制算法和增量型控制算法试比较它们的优缺点;为了实现微机控制生产过程变量,必须将模拟PID 算式离散化,变为数字PID 算式,为此,在采样周期T 远小于信号变化周期时,作如下近似T 足够小时,如下逼近相当准确,被控过程与连续系统十分接近: 于是有:uk 是全量值输出,每次的输出值都与执行机构的位置如控制阀门的开度一一对应,所以称之为位置型PID 算法;在这种位置型控制算法中,由于算式中存在累加项,因此输出的控制量uk 不仅与本次偏差有关,还与过去历次采样偏差有关,使得uk 产生大幅度变化,这样会引起系统冲击,甚至造成事故;所以实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值,而是其增量时,可以采用增量型PID 算法;当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时,一般均采用增量型PID 控制算法;与位置算法相比,增量型PID 算法有如下优点:1位置型算式每次输出与整个过去状态有关,计算式中要用到过去偏差的累加值,容易产生较大的累积计算误差;而在增量型算式中由于消去了积分项,从而可消除调节器的积分饱和,在精度不足时,计算误差对控制量的影响较小,容易取得较好的控制效果;2为实现手动——自动无扰切换,在切换瞬时,计算机的输出值应设置为原始阀门开度u 0,若采用增量型算法,其输出对应于阀门位置的变化部分,即算式中不出现u 0项,所以易于实现从手动到自动的无扰动切换;3采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用,所以即使计算机发生故障,执行器仍能保持在原位,不会对生产造成恶劣影响; 5.已知模拟调节器的传递函数为试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式,设采样周期T=; 则()()()()s SE .s E s SU .s U 1700850+=+ 把T=代入得 位置型 增量型6.有哪几种改进的数字PID 控制器 有四种:1积分分离PID 控制算法 2不完全微分PID 控制算法 3带死区的PID 控制算法4消除积分不灵敏区的PID 控制10: 什么叫积分饱和 它是怎样引起的如何消除。
计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述习题及参考答案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和计算机连接,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和计算机相连接,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?由四部分组成。
图1.1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。
计算机控制技术及应用-目录

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《计算机控制技术》 计算机控制技术及应用》 计算机控制技术及应用》 计算机控制技术》
圣水机——最早的水位控制装置 圣水机——最早的水位控制装置 亚历山大时间的发明家、 亚历山大时间的发明家、几何学者 发明家 希罗Heron 公元一世纪) 希罗Heron (公元一世纪)
发明开闭庙门和分发圣水等自动装置 实际是一个水位控制装置。 实际是一个水位控制装置。
……
2011年12月25日星期日 2011年12月25日星期日 苏州大学应用技术学院 -4-
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9 10 11
《计算机控制技术》 计算机控制技术及应用》 计算机控制技术及应用》 计算机控制技术》
都江堰水利工程解读
都江堰水利工程
在四川都江堰市城西,是全世界至今为止,年代最久、 在四川都江堰市城西,是全世界至今为止,年代最久、 唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。
1 2 3
节约了
能源和材料损耗; 能源和材料损耗;
减轻了
劳动和工作强度; 劳动和工作强度;
4 5 6 7 8
改善了
人们的生活条件。 人们的生活条件。
2011年12月25日星期日 2011年12月25日星期日 苏州大学应用技术学院 -2323-
9 10 11
《计算机控制技术》 计算机控制技术及应用》 计算机控制技术及应用》 计算机控制技术》
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2009年为防流感 2009年为防流感 意大利人 发明的自动圣水机。 发明的自动圣水机。 实现了信仰和创造性的完 美结合。 美结合。
2011年12月25日星期日 2011年12月25日星期日 苏州大学应用技术学院 -1414-
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计算机控制技术及其应用(丁建强-任晓-卢亚萍)课后答案第1章概述 ............................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础 ........................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现 ............................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术 ..................................... 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道 ......................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术 ....................................... 6-1第7章控制系统的组态软件 ................................................. 7-1第8章 DCS集散控制系统.................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案 ........................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用 ............................. 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ........................... 11-1第1章概述1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论?[指导信息]:参见1.1自动控制的基本概念。
自动控制(autocontrol):不用人力来实现的控制,通常可用机械、电气等装置来实现。
通常相对手动控制而言。
控制系统(control system):通过控制来实现特定功能目标的系统。
而系统(system)是由相互联系、相互作用要素组成的具有一定结构和功能的有机整体。
控制系统通常有一定的规模和复杂性,否则常称为控制装置或控制机构。
自动化(automation):在无人工干预情况下,一个或多个控制系统或装置按规定要求和目标的实现过程。
自动化强调的是自动控制过程,其核心概念是信息。
控制论(cybernetics):研究各类系统的调节和控制规律的科学。
各类系统包括动物(及人类)和机器系统。
自从1948 年诺伯特·维纳发表了著名的《控制论——关于在动物和机中控制和通讯的科学》一书以来,控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。
控制论着重于研究过程中的数学关系。
2.控制的本质是什么?[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
控制过程本质上是一系列的信息过程,如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。
控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反馈信息、指令信息、执行信息等,通常由电子或机械的信号来表示。
3.自动控制中有哪些基本问题?[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
自动控制中的基本问题包括:自动控制系统的结构、过程、目标和品质等。
结构包括组成及其关系两个部分;控制过程主要为一系列的信息过程,如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等;目标规则体现了系统的功能;控制品质即为控制的质量,可通过系统的性能指标来评价。
4.一个控制系统由哪些部分组成?试结合一个实例来说明。
[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
一个控制系统可以由控制单元、执行单元、反馈单元、被控对象、目标规则组成,它们的相互关系参见图 1 5所示。
控制系统结构框图5.控制系统的性能指标有哪些?试结合一个实例来说明。
[指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
控制系统的性能指标有传统意义上的性能指标和广义的评价指标。
统意的性能指标有稳定性、快速性、准确性等。
广义的评价指标包括可靠性、操作性、互换性、效率以及性价比等。
(结合实例来说明略。
)6.一个典型的计算机控制系统由哪些部分组成?它们的关系如何?[指导信息]:参见1.2.1 计算机控制系统的结构。
计算机系统分为硬件系统和软件系统,硬件系统包括计算机、输入输出接口、过程通道(输入通道和输出通道)、外部设备(交互设备和通信设备等),软件系统包括系统软件和应用软件,其中计算机系统作为控制单元,见图 1 6所示。
设计人员管理人员操作人员其他系统典型计算机控制系统的结构框图7.计算机控制系统有哪些分类?试比较DDC、SCC、DCS和FCS的各自特点。
[指导信息]:参见1.2.2计算机控制系统的分类。
分类方法有:按系统结构的分类、按控制器与被控对象的关系分类、按计算机在控制系统中的地位和工作方式分类、按控制规律分类。
其中DDC(Direct Digital Control)、SCC(Supervisory Computer Control)、DCS(Distributed Control System) 和FCS(Field bus Control System)是按计算机在控制系统中的地位和工作方式来分类的。
DDC中的计算机直接承担现场的检测、运算、控制任务,相当于“一线员工”。
SCC系统中的SCC计算机主要完成监督控制,指挥下级DDC计算机完成现场的控制,相当于“车间主任”或“线长”。
DCS由多台分布在不同物理位置的计算机为基础,以“分散控制、集中操作、分级管理”为原则而构建的控制系统,DCS中的计算机充当各个部门的“管理人员”,如过程管理、生产管理、经营管理等职能。
FCS是建立在网络基础上的高级分布式控制系统。
在FCS中,控制器、智能传感器和执行器、交互设备、通信设备都含有计算机,并通过现场总线相连接。
这些计算机的功能不仅仅在于对一般信息处理,而是更强调计算机的信息交换功能。
8.试通过实例来说明不同控制规律的特征。
[指导信息]:参见1.2.2计算机控制系统的分类。
不同控制规律分类有恒值控制、随动控制、PID控制、顺序控制、程序控制、模糊控制、最优控制、自适应控制、自学习控制等。
恒值控制:控制目标是系统的输出根据输入的给定值保持不变,输入通常是在某一时间范围内恒定不变或变化不大的模拟量。
如恒温炉的温度控制,供水系统的水压控制,传动机构的速度控制。
随动控制:控制目标是要求系统的输出跟踪输入而变化,而输入的值通常是随机变化的模拟量,往往不能预测。
如自动导航系统、自动驾驶系统、阳光自动跟踪系统、雷达天线的控制等。
PID控制:根据给定值与输出值之间偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)进行的反馈控制,是工业上适用面较广、历史较长、目前仍得到广泛应用的控制规律。
许多连续变化的物理量如温度、流量、压力、水位、速度等的控制,都可采用PID控制。
许多恒值控制和某些随动控制也可采用PID规律来实现。
顺序控制:根据给定的动作序列、状态和时间要求而进行的控制。
如交通信号灯的控制、电梯升降的控制、自动包装机、自动流水线的控制。
程序控制(数值控制、数字控制):指根据预先给定的运动轨迹来控制部件行动。
如线切割机的控制、电脑绣花机的控制。
模糊控制:基于模糊集合和模糊运算,采用语言规则表示法进行的控制。
在许多家用电器(电饭煲、洗衣机等)、工业过程控制等领域得到了越来越多的应用。
最优控制(最佳控制):使系统的某些指标达到最优,而这些指标往往不能直接测量,如时间、能耗等。
自适应控制:在工作条件改变的情况下,仍能使控制系统对被控对象的控制处于最佳状态。
它需要随时检测系统的环境和工作状况,并可随时修正当前算法的一些参数,以适应环境和工作状况的改变。
自学习控制:能够根据运行结果积累经验,自行改变和完善控制的算法,使控制品质愈来愈好。
它有一个积累经验和主动学习的过程,可以适时地调整算法的结构和参数,以不断地提高自身算法质量。
9.计算机控制系统中获取信息、传输信息、加工信息、执行信息等过程分别与哪些技术有关?[指导信息]:参见1.2.3 计算机控制技术及其发展。
计算机控制系统中的获取信息、传递信息、加工信息、执行信息等过程都有相应的技术来实现,而这些过程中的信息大部分由电子信号来表示,信息处理的工具是电子计算机。
在这些过程用到的计算机控制技术包括控制用计算机技术、输入输出接口与过程通道技术、控制网络与数据通信技术、数字控制器设计与实现技术、控制系统的人机交互技术、控制系统的可靠性技术以及计算机控制系统的设计技术等。
10.学习计算机控制技术可遵循哪些原则?[指导信息]:参见1.3.2 学习方法。
学习计算机控制技术可遵循的原则有系统化、信息化、规范化、实用化。
系统化原则:要认识到控制系统是具有一定结构和功能的有机整体,可将其分解为相互联系、相互作用的各个子系统,它们的子功能可通过外特性来描述。
信息化原则:可从信息化的本质来看待一个控制过程。
计算机是一个强大的信息处理工具,一个合适的信息表达形式是信息得到有效处理的前提,控制规律的数据形式表达是信息加工的关键,而时间和空间是信息处理的两大限约要素,因此计算机的速度和存储空间是其重要的性能指标。
规范化原则:为提高系统的构建效率,降低维护费用,应从规范化的要求来分析和设计一个控制系统。
应了解和掌握控制系统从底层的标准元器件、信号类型、总线标准、通信协议到组态软件的编程语言、开放式的监控软件。
这些规范化技术通常有较长的生命周期,重点掌握这些技术也是提高学习效率的一个要素。
实用化原则:从实用化的角度来理解控制技术的应用水平。
在市场经济的环境下,生命力强的技术必然会有性能和价格上的优势,性价比高的产品必然会得到应用广泛,低碳环保的产品会受到更多用户的欢迎。
因此,我们要随时了解当前技术、产品性能和价格情况,在设计时尽可能选用性价比好的技术和产品,避免重复使用低级落后技术,减少低性能、高价格、高能耗、不可靠、难维护的劣质系统。
第2章 计算机控制系统的理论基础1. 简述输入输出描述方法和状态空间描述方法的各自特点。
[指导信息]: 参见2.1.1 控制系统的描述方法。
输入输出描述方法也称激励响应法,它是基于系统的输入与输出之间的因果关系来描述系统特性的,主要适用于描述单变量输入和单变量输出的系统。
输入输出描述方法中,系统的输出不仅与当前的输入有关,还与过去的输入和输出有关。
状态空间描述方法是基于系统状态转换为核心,不仅适用于描述单变量输入和单变量输出的系统,也能适用于多变量的场合。
系统的输出仅与当前的系统输入和状态变量有关。
2. 连续系统和离散系统分别使用哪些数学工具来表示?[指导信息]: 参见2.1.1 控制系统的描述方法。