计算机控制系统课后习题答案

1-1 什么是计算机控制系统？画出一个实际计算机控制系统原理结构图，并说明一个计算机控制系统由哪些部分组成及各部分的作用。

利用计算机参与控制的系统称为计算机控制系统。

1-2 简述计算机控制系统的控制过程。

实时数据采样

实时计算控制量

实时控制

实时管理

1-3 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，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：生产过程和计算机系统直接连接，并接受计算机直接控制的方式称为在线或联机方式。

(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的方式叫做“脱机”方式或“离线”方式。

1-4 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？

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。

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。

(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)。

(4)生产过程装置

a.测量变送单元：为了测量各种参数而采用的相应检测元件及变送器。

b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构。

1.5 计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。

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。

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。

1-6 计算机控制系统有哪些特点？

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.控制规律的实现灵活、方便

b.控制精度高

c.控制效率高

d.可集中操作显示

e.可实现分级控制与整体优化

f.存在这着采样延时

1-7 计算机控制系统有哪些类型？

(1)操作指导控制系统

(2)直接数字控制系统(DDC系统)

(3)监督计算机控制系统(SCC系统)

(4)分布式控制系统（DCS系统）

2-3 什么是过程通道？过程通道分哪几类？

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。

信息传递的方向：输入过程通道和输出过程通道；

传递和交换的信息：数字量过程通道和模拟量过程通道。

2-4 数字量过程通道由哪几部分组成？个部分的作用是什么？

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。

2-6 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信号调理电路、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。

(1)信号调理电路：小信号放大、信号滤波和信号变化和整形。

(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。

(4)A/D转换器：将模拟量转换成数字量。

2-7 对理想多路开关的要求是什么？

开路电阻为无穷大，导通电阻为零，切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。

2-9 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，只有在信号变化频率较高而A/D 转换速度又不高，以致孔径误差影响转换精度时，或者要求同时进行多路采样的情况下，才需要设计采样保持电路。

2-10 设被测温度变化范围为0℃~1200℃，如果要求误差不超过0.4℃，应该用分辨率为多少位的A/D 转换器？ 选择依据：124.0120012log ≈⎪⎭⎫ ⎝

⎛+≥n 2-11 A/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？

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 低电平时,自动插入等待状态。直至EOC 高电平时，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 高电平时，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。 3-2 简述数字控制器的模拟化设计基本思想及设计步骤。

思想：将计算机控制系统看作是一个连续系统，采用连续系统设计方法设计出模拟控制器，在满足一定条件下，对其离散化处理，形成数字控制器。

S1：设计模拟控制器——D(s)

S2：选择合适的采样周期T

S3：模拟控制器D(s)的离散化

S4：仿真校验是否达到设计要求

S5：数值控制器的计算机实现

3-4 计算机控制系统中，采样周期的选择学要注意什么问题？

1.从被控对象的特性考虑：

（1）慢速的热工对象：T=Tp/(2~4)

（2）快速系统，T<1/10Tp ；

（3）纯滞后对象，T<（1/10~1/4) τ；

大纯滞后，T= τ

2.从控制系统的响应快速性和抗干扰性能方面考虑：

T 选择要小些

经验：在闭环响应的一个振荡周期内至少采样6~8次；

或者，在闭环阶跃响应的上升时间内至少采样2~4次；

3.从系统的控制品质方面考虑：

T 选择的越小，控制品质越高，在系统输出达到95%的过渡过程时间内，采样6~15次；

4.从计算机的工作量和回路成本方面考虑：

T 选择要大一些

T>=各个回路采样周期的和

5.从计算机及AD 、DA 转换器的特性方面考虑：

T 选择的过小，计算机的量化误差会使调节作用减弱。

6.从执行机构的响应速度方面考虑：