复习提纲及部分习题及答案
（填空、简答、选择）
第一章计算机控制系统概述
1、计算机控制系统的工作原理
2、典型计算机控制系统原理框图以及工作步骤、实时、在线等含
义课本P2、计算机控制系统典型形式P5,抓住5种系统的本质区别于联系即可
第二章计算机控制系统硬件及设计技术（简答、填空、选择）1、串行通讯相关概念：见课件及其它资料（第7章，分散型测控网络技术P6页开始）
同步传送和异步传送，
单工、半双工、全双工，
波特率，
串行通讯协议格式，结合西门子PLC200自由口协议理解
2、串行外部总线简介课本P20(简答、填空)
》
RS232的电气特性、发送接收电路及特点
RS485发送接收电路及其特点
3、数字量输入输出通道结构
74LS244、74LS273各自作用，各自用于那种电路中P30
数字量输入调理电路的作用与功能P31
数字量输出通道中的驱动电路，主要考继电器型输出（触点式继电器和固态继电器，此部分要重点看第二章课件:继电器输出驱动部分P22-27）
模拟量输入输出部分
模拟量信号输入的I/V变换，模拟信号经采样和保持后的形式。（填空、作图）
量化概念、保持电路工作原理（填空、简答）
4、硬件抗干扰技术
！
过程通道抗干扰：串模干扰的抑制方法P64、共模干扰的抑制方法P66（填空）
接地技术：五种地线含义以及回流法接地方法，P71-P72（填空、简答）
第三章数字控制技术
1、逐点直线和圆弧插补原理（填空，选择）
2、步进电机工作原理：齿距角和步距角定义与计算，步进电机的
三种工作方式及其时序波形（填空，简答）
3、采用固态继电器驱动步进电机的接口电路图（设计综合）
第四章常规及复杂控制技术（填空、简答、计算和设计）
1、数字控制器的离散化方法：只考双线性变化法，类型见大家做
的习题P144的2、4题（计算）
2、常规PID控制器：原理以及各部分作用，增量式PID相对于位
置式PID的优点，PID控制器参数整定步骤（填空、简答）。
3、PID控制器的改进形式：积分改进措施、微分改进措施（简答）
4、。
5、最小怕控制器设计：最小拍有波纹和无波纹设计步骤（填空、选
择、计算）
6、复杂控制技术：达林算法中振铃现象产生的可能性及原因（主
要考查对象为纯滞后加一阶环节和纯滞后加二阶环节）；串级控制的优点；前馈控制补偿的条件；多变量问题解耦的条件。（填空、选择、简答）
补充：Z变换和Z反变换及离散稳定性
1、Z反变换（计算）
2、离散系统与连续系统的关系：分别从采样周期、增益系数以及
稳定性等方面比较（填空、选择）
3、离散系统稳定性（选择、计算分析）
第七章：实现技术
1、工程量变换及A/D、D/A位数选择，分辨率计算（计算）
2、数字滤波技术
\
部分习题及大题答案
(一定要自己做一遍)
1．画出典型计算机控制系统原理图并阐述计算机控制系统的工作步骤。
2．试写出三相步进电机在双三拍工作方式下的A、B、C三相通电顺序，并画出各相通电的电压波形。（三相六拍工作方式下的A、B、C三相通电顺序及波形图）3．什么是PID控制，写出PID控制率的一般形式，并说明各控制率的作用4．阐述增量式PID相对于位置式PID的优点。
5．计算机控制系统中一般有那几种地线简述各自的含义并画出回流法接地示意
图3
图。
6．现已知某炉温变化范围为0～1000℃，测试时，采用9位的A ／D 变换器(带符号位)，试问此时系统对炉温变化的分辨率为多少若测试时，通过变送器将测试起点迁移到500℃，保持同样的系统对炉温变化的分辨率，试问此时可采用几位的A ／D 变换器就可以了
7．已知某飞机飞行高度变化范围为0~10000米，测试时，采用12位的A/D 变换器，试问此时系统对高度变化的分辩率为多少若测试时，通过高度表改变测试方式，测量相对基准高度9000
米的±500米的变化量，试问此时A/D 变换器的分辩率为多少
8．如图1所示，其中r1，r2，r3均为地电阻，这种信号地线接地属于何种接地方式这种接地方式有何缺点，若必须使用时有何注意事项
<
9．工业控制过程中常采用的数字滤波主要有哪些并简要叙述它们的思想。 10．阐述串口通讯RS232与RS485的特点。
11．已知A 点信号如图2所示，试画出B 点、C 点的信号图形，设采样周期T= π/4）。
、
12．如图3所示为带光电隔离的继电器输出驱动负载的电路原理。试阐述其工作原理并分析图中二极管VD 的作用。
13．设一温度测控系统的温度测量范
围为0 ~ 1000℃。经放大、变送后，其对应的输出电压为0 ~ 5V ，采用12位A/D 转换器进行转换，A/D 转换的输入电压为0 ~ 5V 。由于传感器的非线，对传感器
t )(t x o 1
2
π
π2ZOH A B
C T 图 2
进行了标定，得到一组温度-数字量的关系表。求当A/D 转换器的转换值分别为100H ，180H ，410H ，600H ，A00H ，F50H 时，所对应的实际温度为多少并写出转换公式。
!
100H=256 为0-100温度区间，进行插值计算 得
C T O 8.630)0100(0
4010
256=+-?--==
"
其它值进行类似线性插值运算。
180H=384 为0-100温度区间，进行插值计算 得
C T O 8.950)0100(0
4010
384=+-?--=
410H=1040 为200-300温度区间，插值得
C T O 4.259200)200300(802
1203802
1040=+-?--=
600H=1536为300-400温度区间，插值得
C T O 381300)300400(1203
16141203
1536=+-?--=
A00H=2560为600-700温度区间，插值得
C T O 6.626600)600700(2449
28672449
2560=+-?--=
F50H=3920 为900-1000温度区间，插值得
\
C T O 8.958900)9001000(3670
40953670
3920=+-?--=
14．已知调节器传递函数为)
4(8
)(+=
s s s D 。试用双线性变换法求取数字控制器
)(z D ，并用直接程序法导出u(k)递推控制算法。（设输入为e(t)，输出为u(t)，采样周期T=1S ）。（会举一反三）
15．求)
2()1(615)(2
2--+=z z z
z z F 的Z 反变换)(k f （会举一反三） 16．（会举一反三）设离散系统如图所示，采样周期T =1(s)，G h (s)为零阶保持器， ()(0.21)
K
G s s s =
+,求：
(1) 当K =5时，分别在w 域和z 域中分析系统的稳定性；
(2) 确定使系统稳定的K 值范围;
(3）若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及ZOH ）， 试问使系统稳定的K 值范围;
（4）比较(2)和（3）结果，说明了什么问题
$
解
??
????++--=???
?????++--=?
?
????+?-=??????+?-==----5115)1(5525125151
)1(5)5(1)1(5)12.0(1)1()]()([)(21212121s s s Z z K s s s Z z K s s Z z K s s Z z K s G s G Z z G h ??
????-+----=------151********)1(5)1(5z e z z Tz z K T )0067.01)(1(9598.00067.451111)1(5)1(51
12115121111
----------=--+=??????-+----=z z z z K z e z z z z K T )
0067.0)(1(9598
.00067.45--+=
z z z K
（1）当K =5时，)
0067.0)(1(9598
.00067.4)(--+=
z z z z G
得闭环特征方程为：
09598.00067.4)0067.0)(1()(=++--=z z z z q
化简上式得09665.03)(2=++=z z z q 解得633.2,367.021-=-=z z
00335.1067.09665.4)(2=-+=w w w p
由劳斯判据知，二阶系统当各项系数均大于零时系统才稳定，而0)(=w p 得常数项小于零，故系统不稳定。
(2) 闭环特征0)9598.00067.4(2.0)0067.0)(1()(=++--=z K z z z q 化简得
019196.00067.0)0067.180134.0()(2=++-+=K z K z
z q
019196.021206.1)38392.09866.1(9933.0)(2=++-+=K w K Kw w p
%
闭环特征方程02.0)(2=++=K s s s q ,由劳斯判据得系统稳定条件为0
>K
(4)比较(2)和(3)的结果，说明将一个离散系统改造为连续系统，其稳定性增强。
17．已知被控对象传递函数为2
()(0.51)
G s s s =
+，采样周期为
T =，离散化时保持器
为零阶保持器，试设计在单位速度输入时的无纹波数字控制器D (z )，并导出控制量u(k)的递推算法。（会举一反三）
解：
??????++--=??
????+-=??????+-=---2112)1()2(4)1()15.0(2)1()(21
2121s s s Z z s s z s s Z z z G ??
????-+----=??????-+----=-----==-------112111368.05.01212111
368.01111)1()1(1111)1(2)1(1z z z z z z e z z Tz z e T T )
368.01)(1()
717.01(368.01111------+=
z z z z 针对单位速度输入信号，要设计无波纹控制器，要求对象必须要有一个积分环节，对象)(s G c 中含有一个积分环节，满足必要条件。 由对象广义脉冲传递函数得：
对象不含纯滞后环节，含有一个单位圆内的零点717.01-=b ，无单位圆外的极点但含有一个单位圆上的极点，所以得：1,1,0====j v w d 输入信号为单位速度输入，12=>=j q
》
因此：2,1=+-==+=q j v n d w m 所以：2221
2121
111)(,1)(---+=+=z f z f z F z f z F
由无波纹设计原理得：
)
)(717.01()()1()(222121121
1
----=-++=-=Φ∏z f z f z z F z
b z
z w
i i
d
)1()1()()1)(1()(111211111
-----=+-=--=Φ∏z f z z F z z a z q j
v i i e
因为)(1)(z z e Φ-=Φ，比较系数得方程
??
?
??-=+=-=-22112122112111717.0717.0122f f f f f f f ，解方程得826.0,408.1,592.0222111-===f f f 由此得 )587.01)(717.01(408.1)826.0408.1)(717.01()(111211-------+=-+=Φz z z z z z z )592.01()1()1()1()(12111121----+-=+-=Φz z z f z z e
)
592.01()1()
587.01)(717.01(408.1)717.01(368.0)368.01)(1()()()(1)(1
211111111---------+--++--=ΦΦ?=z z z z z z z z z z z z G z D e
)
592.01)(1()587.01)(368.01(83.31
111----+---=z z z z 2121592.0408.01)
216.0955.01(83.3------+-=z z z z 2
121592.0408.01)
216.0955.01(83.3)()()(------+-==z
z z z z E z U z D {
)216.0955.01)((83.3)592.0408.01)((2121----+-=--?z z z E z z z U
)(827.0)(658.3)(83.3)(592.0)(408.0)(2121z E z z E z z E z U z z U z z U ----+-=--?
)2(827.0)1(658.3)(83.3)2(592.0)1(408.0)(-+--+-+-=?k e k e k e k u k u k u
18．设广义对象脉冲传递函数为)
286.01()1()2.01)(78.21(265.0)(1
21111
-------++=z z z z z z G ,采样周期T ＝1s 。
试设计在单位阶跃输入下的最少拍有波纹控制器，并导出控制量u(k)的递推算法. （会举一反三）
解：由对象广义脉冲传递函数得：
对象不含纯滞后环节，含有一个单位圆外的零点78.21-=b ，无单位圆外的极点但含有两个单位圆上的极点，所以得：2,1,0====j v u d 输入信号为单位阶跃输入，21=<=j q 因此：2,1===+=v n d u m 所以：2221
2121
111)(,1)(---+=+=z f z f z F z f z F
由无波纹设计原理得：
))(78.21()()1()(222121121
1
----=-++=-=Φ∏z f z f z z F z
b z
z u
i i
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)1()1()()1)(1()(111211111
-----=+-=--=Φ∏z f z z F z z a z j j
v i i e
因为)(1)(z z e Φ-=Φ，比较系数得方程
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??
-=+=-=-2211212211211178.278.2122f f f f f f f ，解方程得459.0,724.0,276.1222111-===f f f 由此得
)634.01)(78.21(724.0)459.0724.0)(78.21()(111211-------+=-+=Φz z z z z z z )276.11()1()1()1()(12111121----+-=+-=Φz z z f z z e
)
276.11()1()
634.01)(78.21(724.0)2.01)(78.21(265.0)286.01()1()()()(1)(121111111121----------+--+++--=
ΦΦ?=z z z z z z z z z z z z z G z D e
)
276.11)(2.01()634.01)(286.01(73.21
111----++--=z z z z 2121255.0476.11)
18.092.01(73.2----+++-=z z z z 2
121255.0476.11)
18.092.01(73.2)()()(----+++-==z z z z z E z U z D
)18.092.01)((73.2)()255.0476.11(2121----+-=++?z z z E z U z z
)2(49.0)1(51.2)(73.2)2(255.0)1(476.1)(-+--+----=?k e k e k e k u k u k u >