计算机控制系统课后答案 李元春第二章习题答案
(完整word版)《计算机控制系统》课后题答案-刘建昌等科学出版社
第一章计算机控制系统概述习题与思考题1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。
解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。
与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。
例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示：炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。
由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。
还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。
又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。
计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。
在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。
另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。
计算机控制系习题与答案李元春习题答案
第二章习题案
2.5 光电耦合器的注意事项：
,
则0对f(t)进行周。期采即样在且采任样角意频t率0时刻时，，连续信函号数f(t)可以由采样
1这1 种方函案数的的表设示积计为简分：洁、或可。靠函性高数，的在转强换精度度为、线1性。度、根温据度漂移函、数通道的数等这可个以满性足要质求，的情对况下任，意应优连先考续虑函采用数；
1信52号光采电样唯耦定一合f理(确器t:)如定的和果，注任连亦意续即事意信项号：整可f(t以)数具无有k失有有真限地频恢谱 复 ，f( 其tf)。最(t高)频(率t为k, T )则d对f( tt)进f行(周k期T 采)样其且中采样，角频T率为采时样，周连续期信号。f(t)可以由采样
第二章习题答案
2.1 在计算机控制系统中，为了获取系统的运行状态或设定信息，经常 需要进行开关量信号的输入。
2.2 把从控制对象检测到的模拟信号，转换成二进制数字信号，经I/O 接口送入计算机。
2.3 在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关（如对电磁阀 的控制）或启/停（如各种交、直流电机的控制），某些控制算法（如 脉宽调制方法，最优控制中的乒乓控制算法等）也需要控制执行机构 在一定时间T内全负荷工作一段时间t(0≤t≤T)，这些控制可通过计算 机开关量输出通道来实现。
第二种方案是多通道复用一个D/A转换器，并辅以多路模拟开关和采 样保持放大器来实现，如图2.34所示。这个方案是由计算机通过多路模 拟开关分时地把一个D/A转换器的输出送至各个采样保持放大器，并由 保持电容对模拟量信号进行保持。该方案优点是成本较低，缺点是电路 结构复杂、精度低、可靠性差，受运算放大器的输入阻抗、模拟开关和 保持电容的漏电阻等因素的影响，导致保持电容上的电压信号逐渐衰减， 需要计算机定时刷新输出，也因此占用了CPU的大量时间。此方案适用 于输出通道不多且对速度要求不高的场合。
计算机控制系统课后答案 (3)
计算机控制系统课后答案问题1：什么是计算机控制系统？计算机控制系统是指利用计算机技术对物理过程或机械设备进行监控、控制和管理的系统。
它由计算机硬件、软件和工程配套设备等多个组成部分构成。
计算机控制系统具有实时性好、反应速度快、准确性高等特点，广泛应用于各种工业自动化领域。
问题2：计算机控制系统的组成部分有哪些？计算机控制系统由以下几个部分组成：1.传感器和执行器：传感器用于感知物理过程的状态和参数，并将其转换为电信号，以便计算机能够处理。
执行器根据计算机的指令来执行控制动作，控制物理过程或机械设备的运行。
2.计算机硬件：包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出接口等。
计算机硬件负责接收传感器采集的数据，并根据预设的算法进行处理和判断，进而控制执行器的动作。
3.计算机软件：包括控制算法、界面程序等。
控制算法根据输入的传感器数据进行计算和判断，生成相应的控制指令。
界面程序提供控制系统的人机交互界面，使操作员能够对系统进行监控和控制。
4.工程配套设备：包括可编程逻辑控制器（PLC）、仪表仪器等。
这些设备与计算机系统相连，作为中间装置，用于完成不同领域的控制任务。
问题3：计算机控制系统的工作原理是什么？计算机控制系统的工作原理是通过传感器采集物理过程的状态和参数，将其转换为电信号输入到计算机系统中。
计算机根据预设的控制算法，对输入的数据进行处理和判断，生成相应的控制指令。
这些控制指令通过输出接口发送给执行器，执行器根据指令来执行相应的控制动作，从而实现对物理过程或机械设备的控制。
计算机的工作过程可以理解为以下几个步骤：1.信号采集：传感器采集物理过程的状态和参数，并将其转换为电信号。
2.信号处理：计算机系统接收传感器的电信号，对其进行滤波、放大、数字量化等处理，以获取准确的数据。
3.控制计算：根据输入的数据，计算机系统进行控制算法的计算和判断，生成相应的控制指令。
4.控制输出：控制指令通过输出接口发送给执行器，执行器根据指令来执行相应的控制动作。
计算机控制系统习题答案
（ c ）由系统结构图
C ( z ) NG2 ( z ) R ( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) E ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) E ( z ) R( z ) C ( z ) NG2 ( z ) R( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) R ( z ) C ( z ) C ( z) NG2 ( z ) R( z ) DD 2 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) R ( z ) 1 DD1 ( z )Gh ( z )G1G2 ( z ) 1 DD1 ( z )GhG1G2 ( z )
1
计算机监督控制 SCC 系统有两种类型，一种是 SCC+模拟调节器，另一种是 SCC+DDC 控制系统。SCC 的优点是不仅可进行复杂控制规律的控制，而且工作可靠性高，当 SCC 出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。 1.4 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ 解答：(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。 1.5 如果按应用场合分类，计算机控制系统大致可以分为几类？各有什么主要特点？ 解答： （1）数据采集与监视控制系统。特点：机构简单，控制灵活安全，特别适应于未 摸清控制规律的系统，常被用于计算机控制系统研究的初级阶段，或用于试验新的数学 模型和调制新的控制程序等。 （2）直接数字控制系统。特点：a、控制灵活。只要改变算法程序，就可以方便地改变 控制方法，无需改变系统任何硬件。b、可以有效地实现较复杂的控制，用来改善控制 品质。c、可以实现多回路控制，费用比模拟系统节省。 （3）计算机监督控制系统。特点：SCC 的优点是不仅可进行复杂控制规律的控制，而 且工作可靠性高，当 SCC 出故障时，下级仍可继续执行控制任务。 （4）分布式计算机控制系统。特点：a、分布式结构。b、具有较高的可靠性。c、设计， 开发与维护，操作方便。 1.6 为什么说计算机集成制造系统是工业自动化的发展趋势？ 解答：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。
计算机控制答案
《计算机控制技术与系统》课程思考题与习题第一章绪论1.1简述计算机控制技术发展史。
1.2简述计算机控制系统的类型、结构和特点。
1.3计算机控制与常规控制主要不同点在哪里？1.4典型计算机控制系统有哪几部分组成，画出方框图。
1.5什么叫做动态系统？1.6对计算机控制系统的基本要求是什么？1.7简述调节系统与跟踪系统（随动系统）的特点。
1.8典型计算机集成制造系统（CIMS ）有哪四个功能系统和两个支持系统？第二章过程通道2.1采样定理对于采样周期的选取有什么意义？2.2写出采样过程的数学描述形式。
2.3影响采样周期选择的因素主要有哪些？2.4多路采样装置的主要作用是什么，常用采样器包括哪些？2.5过程通道的采样周期T是否越小越好，为什么？2.6D/A转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。
2.7A/D转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。
2.8简述模入通道结构与各组成部分功能。
2.9简述过程通道的类型和基本功能。
2.10简述开关量通道的基本构成形式和主要作用。
2.11简述开关量通道的抗干扰措施有哪些。
2.12模出通道的类型主要有哪几种，各有什么特点？2.13保持器在过程通道中的作用是什么，举例分析。
2.14某热工过程有16点温度信号，变化范围：150--850 C,采用微机监测。
求解问题：1、 若经A/D 转换后的数字量每个脉冲对应的实际温度小于等于 0.01 C ,则A/D 分辨率至少为多少才能保证该精度？2、 写出A/D 转换后的数字量与被测点实际温度间关系式。
3、 该处理方式零点迁移量为多少？ 第三章理论基础3.1求下图示离散系统脉冲传递函数G(z) n ― y(s) — ■ ——►—S+1 3.2已知采样系统如下图所示，求下图示离散系统脉冲传递函数 G(z)和当闭环系统稳定时 K的取值范围。
3.4给定传递函数试以10倍的转角频率为近似的截止频率 W m ，求满足10s+1 米样定理的米样频率3S 和米样周期T o3.5证明离散系统脉冲响应的z 变换即为离散系统传递函数。
微型计算机控制技术 第2版 书后习题答案
书后习题参考答案第一章习题1答：微型计算机控制系统是利用计算机(通常采用工业控制计算机，简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统，它由控制计算机本体(包括硬件、软件和网络结构)和被控对象两大部分组成。
微型计算机控制系统是实时系统，也是在线系统。
2答：计算机做控制器用。
控制系统中引进计算机，可以充分运用计算机强大的运算、逻辑判断和记忆等功能。
只要运用微处理器的各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。
微处理器执行该程序，就能实现对被控参数的控制。
输入信息来自于各种传感器，输出信息用于驱动执行机构。
3答：如果计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出，则称为实时控制。
实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。
4答：微型计算机控制系统硬件一般包括：计算机主机、输入/输出(I/O)接口、I/O通道、传感器及变送器、执行机构、人机联系设备(如键盘和显示器)、网络通信接口和电源等。
它们通过微处理器的系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)构成一个完整的系统。
计算机的输入/输出通道，又称过程通道。
为了实现计算机对生产过程的控制，必须在计算机和生产过程之间设置信息的传递和变换的连接通道，这就是过程输入/输出通道。
过程通道一般可分为：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道5答：操作指导控制系统：优点是结构简单，控制灵活和安全。
缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
直接数字控制系统：优点是实时性好、可靠性高和适应性强，可控制多个回路。
缺点是修改控制器参数不方便。
监督控制系统：优点是能自动改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型计算机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况。
集散控制系统：优点是分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
缺点是不同厂商的设备不能通用。
现场总线控制系统：具备集散控制系统的优点，因为采用标准总线设计，不同厂商设备通用性好，组网方便。
《计算机控制系统》课后题答案-刘建昌等科学出版社
《计算机控制系统》课后题答案-刘建昌等科学出版社习题与思考题1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。
解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。
与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。
例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示：炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V ）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。
由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。
还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。
又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。
计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。
在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。
(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_课后答案全解
第1章习题B 习题B1-1 举例说明2-3个你熟悉的计算机控制系统，并说明与常规连续模拟控制系统相比的优点。
B1-2 利用计算机及接口技术的知识，提出一个用同一台计算机控制多个被控参量的分时巡回控制方案。
B1-3 题图B1-3是一典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图。
由雷达测出目标的高低角、方位角和斜距，信号经滤波后，由模拟式计算机计算出伺服系统高低角和方位角的控制指令，分别加到炮身的高低角和方位角伺服系统，使炮身跟踪指令信号。
为了改善系统的动态和稳态特性，高低角和方位角伺服系统各自采用了有源串联校正网络和测速反馈校正，同时利用逻辑电路实现系统工作状态的控制(如偏差过大时可断开主反馈，实现最大速度控制，当偏差小于一定值后实现精确位置控制)。
试将其改造为计算机控制系统，画出系统原理结构图。
题图B1-3典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图B1-4水位高度控制系统如题图B.1-4所示。
水箱水位高度指令由W1 电位计指令电压u r确定，水位实际高度h由浮子测量，并转换为电位计W2 的输出电压u h。
用水量Q1 为系统干扰。
当指令高度给定后，系统保持给定水位，如打开放水管路后，水位下降，系统将控制电机，打开进水阀门，向水箱供水，最终保持水箱水位为指令水位。
试把该系统改造为计算机控制系统。
画出原理示意图及系统结构图。
题图B1-4 水箱水位控制系统原理示意图B1-5 题图B1-5为一机械手控制系统示意图。
将其控制器改造为计算机实现，试画出系统示意图及控制系统结构图。
题图B1-5机械手控制系统示意图B1-6题图B1-6为仓库大门自动控制系统示意图。
试将其改造为计算机控制系统，画出系统示意图。
题图B1-6 仓库大门自动控制系统示意图B1-7车床进给伺服系统示意图如题图B1-7所示。
电动机通过齿轮减速机构带动丝杠转动，进而使工作台面实现直线运动。
该系统为了改善系统性能，利用测速电机实现测速反馈。
试将该系统改造为计算机控制系统，画出系统示意图。
计算机控制系统课后答案 李元春第三章习题答案
3 z 2 2 ze T cos( 3T ) e 2T
sin( 3T ) cos( 3T )] ]
第三章习题答案
10 1 1 1 (4) G ( s ) 10[ ] 2 2 ( s 2) ( s 1) ( s 2) s 2 s 1 1 1 Te 2T z 1 Z [G ( z )] 10[ ] T 1 2 T 1 2 T 1 2 1 e z 1 e z (1 e z )
3.7 解：对y(k+2)-8y(k+1)+12(k)=0进行z变换得
z 2Y ( z ) z 2 y (0) zy (1) 8 zY ( z ) 8 zy (0) 12Y ( z ) 0
Y ( z)
查表得
z z 1 z z ( ) 2 z 8 z 12 ( z 2)( z 6) 4 z 6 z 2 1 k y ( k ) (6 2 k ) 4
(3) g (t ) (t ) 3.5 (t T ) 4.75 (t 2T ) g * (t ) 10 (t T ) 17 (t 2T ) 18.4(t 3T ) (4)
*
3.10 解：
z 2 z k 1 z k 1 (1)Res[ ] | z 1 lim[( z 1) ]2 z 1 ( z 1)( z 0.5) ( z 1)( z 0.5) z 2 z k 1 z k 1 Res[ ] |z 0.5 lim [( z 0.5) ] (0.5) k z 0.5 ( z 1)( z 0.5) ( z 1)( z 0.5)
(d ) 则
Y ( s ) G2 ( s ) R1 ( s ) G2 ( s ) M 2 ( s )Y * ( s ) Y ( s ) G2 ( s )G1 ( s ) R( s ) G2 ( s )G1 ( s ) M 1 ( s )Y ( s ) G2 ( s ) M 2 ( s )Y * ( s ) Y ( z ) G2G1 R( z ) G2G1M 1 ( z )Y ( z ) G2 M 2 ( z )Y ( z ) Y ( z) G2G1 R ( z ) 1 G2G1M 1 ( z ) G2 M 2 ( z )
计算机控制系统课后习题参考答案
思考题与习题5-2 已知模拟调节器的传递函数为sss E s U s D 5.0121)()()(++==，试写出相应数字控制器的位置型控制算式，设采样周期s T 5.0= 解5-4 调节系统在纯比例作用下已整定好，加入积分作用后，为保证原稳定度，此时应将比例系数增大还是减小？ 解 减小5-5 要消除系统的稳态误差，通常选用哪种调节规律？ 解 PI 或PID5-8 试画出不完全微分PID 控制器的结构图，并推导出其增量算式。
解对图5-4b ，有()()/(1)d p d f U s K T sE s T s =+其对应的微分方程()()()d fd p ddu t de t T u t K T dt dt+=()(10.5)()(12)U s s E s s +=+()0.5(1) 2.5()2(1)u k u k e k e k =-+--图5-4 不完全微分PID 控制器b)a)(0.5)()0.5(1)(2)()2(1)T u k u k T e k e k +--=+--上式离散化后，经整理可得()(1)(1)[()(1)]d d d u k au k K a e k e k =-+---微分分量的增量算式()(1)(1)[()(1)] (1)(1)[()2(1)(2)]d d d d d u k a u k K ae k e k a u k K a e k e k e k ∆=∆-+-∆-∆-=∆-+---+-不完全微分PID 控制器的增量算式[]()()()()()(1)()()p i d p i d u k u k u k u k K e k e k K e k u k ∆=∆+∆+∆=--++∆。
(完整word版)计算机控制系统习题参考答案
习题参考答案2-3信号调理单元的功能是什么？通常包括那些电路？放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波，将传感器输出的电信号尽可能不 失真地转变为标准的电流或电压信号(通常为4〜20mA 、0〜5V 等)。
通常包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。
2-5仪表放大器与普通运算放大器有何不同？其特点有哪些？对于输出阻抗大，共模电压高的输入信号，需要用到高输入阻抗和高共模抑制比的差动放大器，仪器放大器是专为这种应用场合设计的增益可调的放大器。
如果由普通的运放构成增益可设定的差动放大器，因其输入阻抗低，电阻参数对称性调整复杂，共模抑制比低，故而不适合作为传感器输出信号的差动放大器。
2-11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？采样保持器的作用是：在 A/D 转换期间保持输入模拟信号不变。
并不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器， 如被采样的模拟信号的变化频率相对于A/D 转换的转换速度较低的话，可以不加采样保持器。
2-13 A/D 转换器有哪些技术指标？(1) 分辨率 通常用转换后的数字量的位数表示，如 8位、10位、12位、16位等(2) 量程 它是指所能转换的电压范围。
如 5V 、10V 等。
(3) 转换精度它是指转换后所得结果相对于实际值的准确度。
A/D 转换器的转换精度取决于量化误差q 、微分线性度误差 DNLE 和积分线性度误差INLE 。
通常用绝对精度和相 对精度两种表示方法。
绝对精度常用数字量的位数表示法，如绝对精度为土 1/2LSB 。
，相对精度用相对于满量程的百分比表示。
如满量程为10V 的8位A / D 转换器，其绝对精度为1/ 2 10/ 28 19.5mV ，而 8位 A /D 的相对精度为(1/2)/28 1 00 % 0.59% FSR 。
精度和分辨率不能混淆。
即使分辨率很高，但温度漂移、线性不良等原因可能造成精 度不是很高。
计算机控制系习题与答案-李元春第二章习题
第二章习题
2.7 多路A/D转换器电路有几种常见方案，各有什么优、 缺点？ 2.8 多路D/A转换器电路有几种常用方案，各有何优、缺 点？ 2.9 什么是采样开关？常见的采样方式有几种？ 2.10δ函数的数学定义是什么？区分δ(t)和δ(t-kT)的含义， 并画出它们的几何图形。 2.11写出理想采样开关的数学表达式，并给出其图形表达 方式。
李元春机械制图习题集答案补充习题答案课后习题答案网会计分录习题及答案毛概课后习题答案数学补充习题答案土力学课后习题答案工程制图习题集答案语文补充习题答案
第二章习题
2.1 开关量信号输入通道的主要作用是什么？ 2.2 模拟量信号输入通道的主要作用是什么？ 2.3 开关量信号输出通道的主要作用是什么？ 2.4 模拟量信号输出通道的主要作用是什么？ 2.5 说明光电耦合器的作用、用法及注意事项。 2.6 在A/D转换器前使用采样保持器有什么作用？这里采 样保持器中的“采样”和2.6节中的“采样”有何区别？
第二章习题
2.12 什么是采样定理？简述采样周ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ选取的一般原则。 2.13 试推导零阶采样保持器的传递函数，说明它和理想低 通滤波器之间的特性差异。 2.14 说明为什么在闭环计算机控制系统中均采用零阶保 持器，而不用信号恢复效果更好的高阶保持器？ 2.15 已知连续系统的开环传递函数为
G (s) =
(s + 4)(s 2 + 48s + 1600)
K (s + 5)
试求采用计算机闭环控制时采样周期的选择范围。
第二章习题
2.16 编程实现周期为1秒的普通采样，并对采样信号进行 一阶低通数字滤波处理。编程时，硬件资源和接口地址 可自行假定。
计算机控制系统习题参考答案
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计算机控制系统习题参考答案
2) 直接数字控制系统：可完全取代模拟调节器，实现多回路的 PID 控制，而且只要改变 程序就可实现复杂的控制规律。
3) 监督控制系统：可考虑许多常规调节器不能考虑的因素，如环境温度和湿度对生产过 程的影响，可以进行在线过程操作的在线优化；可以实现先进复杂的控制规律，可靠性 好。
第二章 线性离散系统的数学描述和分析方法 P42
2-1 简述离散控制系统中信号变换的原理。 先经过采样过程，即采样开关按一定的周期进行闭合采样，使原来在时间上连续的 信号 f(t) 变成时间上离散、幅值上连续的离散模拟信号 f * (t) 。再经过量化过程，采用一组 数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。 2-2 已知函数 f(t) ，求取 Z 变换 F(z) 。
10 ，采样周期 T=1s，采用零阶保持器，单位负反馈系 s(0.1s+1)
7
计算机控制系统习题参考答案
G(z)=Z[
1-e-Ts 10 10 9z -1 (1+0.11z -1 ) ]=(1-z −1 )Z[ 2 ]= ⋅ s s(0.1s+1) s (0.1s+1) (1-z -1 )(1-e-10 z -1 )
1)
f(t)=a mt
* -k mT -1 2mT -2 Z [ f(t) ] =Z f (t) = ∑ f(kT)z =1+a z +a z +... k=0 ∞
①ห้องสมุดไป่ตู้
①-① ⋅a mT ⋅ z -1 得：
Z[f(t)]=
1 1-a z
mT -1
2)
f(t)=1-e-at
1 1 (1-e-aT )z -1 F(z)=Z[1-e ]= -1 - -aT -1 = 1-z 1-e z (1-z -1 )(1-e-aT z -1 )
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第二章习题答案
2.9 完成采样操作的装置称为采样开关。 根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样 (2) 同步采样 (3) 非同步采样 (4) 多速采样 (5) 随机采样
第二章习题答案
2.10 函数有下列性质 ： (t t 0 )dt 1。即在任意t0时刻， 函数 的积分或函数的强度为1。根据函数的这个性质，对任意连续函数 f(t)和任意整数k有
第二章习题答案
2.1 在计算机控制系统中，为了获取系统的运行状态或设定信息，经常 需要进行开关量信号的输入。
2.2 把从控制对象检测到的模拟信号，转换成二进制数字信号，经I/O 接口送入计算机。
2.3 在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关（如对电磁阀 的控制）或启/停（如各种交、直流电机的控制），某些控制算法（如 脉宽调制方法，最优控制中的T内全负荷工作一段时间t(0≤t≤T)，这些控制可通过计算 机开关量输出通道来实现。
第二章习题答案
2.7 多路A/D转换器电路有几种常见方案，各有什么优、缺点？ 采用集成多路A/D转换器，或选择内含集成多路A/D转换器的微处 理器。这种方案的设计简洁、可靠性高，在转换精度、线性度、温度 漂移、通道数等可以满足要求的情况下，应优先考虑采用；但也应注 意有时各模拟量输入互相串扰的问题。 每个模拟量输入配置一个A/D转换器。当系统中模拟量输入较多 时，硬件费用会迅速增加、可靠性降低，一般不采用这种方案，仅在 考虑转换速度、各模拟量互相串扰等情况下使用。 采取多路模拟量输入复用一个A/D转换器的方案。
光电耦合器的用法：下图为原理图。当输入侧(即发光二极管)流过一 定的电流IF时，发光二极管开始发光，它触发光敏三极管使其导通；当 撤去该电流时，发光二极管熄灭、三极管截止。这样，就实现了以光路 来传递信号，保证了两侧电路没有电气联系，从而达到了隔离的目的。
第二章习题答案
2.5 光电耦合器的注意事项： ① 输入侧导通电流 要使光电隔离器件导通，必须在其输入侧提供足够大的导通电流， 以使发光二极管发光。不同的光电隔离器件的导通电流也不同，典型 的导通电流IF=10mA。 ② 频率特性
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。
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。
第二章习题答案
2.8 实现多路的模拟量信号输出，一般有以下两种方案。 第一种方案是为每一个通道设置一个独立的D/A转换器。这种方案的 优点是转换速度快、精度高、工作可靠，即使某一通道出现故障也不会 影响其他通道的工作，相应软件的编制也比较简单。但是，如果模拟量 信号输出通道较多，就会使系统造价增加很多，尤其是采用高精度的 D/A转换器时，这一问题尤为严重。 第二种方案是多通道复用一个D/A转换器，并辅以多路模拟开关和采 样保持放大器来实现，如图2.34所示。这个方案是由计算机通过多路模 拟开关分时地把一个D/A转换器的输出送至各个采样保持放大器，并由 保持电容对模拟量信号进行保持。该方案优点是成本较低，缺点是电路 结构复杂、精度低、可靠性差，受运算放大器的输入阻抗、模拟开关和 保持电容的漏电阻等因素的影响，导致保持电容上的电压信号逐渐衰减， 需要计算机定时刷新输出，也因此占用了CPU的大量时间。此方案适用 于输出通道不多且对速度要求不高的场合。
描述为理想单位脉冲函数序列：
T (t )
k
(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 max , 则对f(t)进行周期采样且采样角频率 s 2 max 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
2.5 光电耦合器的注意事项： ④ 输出端暗电流 这是指光电隔离器处于截止状态时，流经输出端元件的电流，此值 越小越好。在设计接口电路时，应考虑由于输出端暗电流而可能引起 的误触发，并予以处理。 ⑤ 隔离电压
它是光电隔离器的一个重要参数，表示了其电压隔离的能力。
⑥ 电源隔离 光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。无论是输入隔离还是 输出隔离，只要采取光电隔离措施，就必须保证被隔离部分之间电气 完全隔离，否则就起不到隔离作用了。
第二章习题答案
2.4 把计算机输出的数字量转换成模拟量。 2.5 光电耦合器的作用：从工业现场获取的开关量或数字量的信号电平 往往高于计算机系统的逻辑电平，即使输入开关量电压本身不高，也有 可能从现场引入意外的高压信号，因此必须采取电隔离措施，以保障计 算机系统的安全。常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。
2.15 解：将系统的开环传递函数写成
G( s)
K s 5
2
1 1 2 s [ s 32 ] 0.25 0.04
从而：T1＝0.25秒，1＝0.04秒，1＝2/32秒0.196秒。得min＝0.04 秒。 2.16 答案略。
受发光二极管和光敏元件响应时间的影响，光电隔离器件只能通过 一定频率以下的脉冲信号。因此，在传送高频信号时，应该考虑光电 隔离器件的频率特性，选择通过频率较高的光电隔离器。
③ 输出端工作电流 光电隔离器输出端的灌电流不能超过额定值，否则就会使元件发生 损坏。一般输出端额定电流在mA量级，不能直接驱动大功率外部设备， 因此通常从光电隔离器至外设之间还需设置驱动电路。
f (t ) (t kT )dt
f (kT ) 其中，T为采样周期。
从上式可以看出， (t-kT) 可以把f(t)在kT时刻的值提取出来，也就是 说，函数具有采样功能。
函数的几何图示
(t-kT)函数的几何图示
第二章习题答案
2.11 函数表示为：(t kT ) 1 。k为任意整数。那么理想采样开关可以