计算机控制技术及系统课程思考题及习题

《计算机控制技术与系统》课程

思考题与习题

第1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2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：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3章 理论基础

3.1求下图示离散系统脉冲传递函数G(z)

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。

3.3分析下图所示采样系统，当采样周期T=1，开环增益K=5时的稳定性。

3.4给定传递函数1

10+s K ，试以10倍的转角频率为近似的截止频率m ω，求满足采样定理的采样频率s ω和采样周期T 。

3.5证明离散系统脉冲响应的z 变换即为离散系统传递函数。

3.6设离散系统结构如下图所示，图中D(z)为数字PID 调节器，其差分方程为 试求当r(t)为单位阶跃输入时系统的稳态误差。

3.7试分析下列差分方程所描述系统的稳定性

3.8求下列x(t)信号的z 变换

第4章 控制算法

4.1计算机控制系统的常规设计方法是如何考虑的？

4.2写出PID 控制规律的离散位置式和增量式表达式，求出z 传递函数D(z)。

4.3 PID 算法的理想型和实际型的主要差别在哪里，为什么要提出实际型算式？

4.4 简述PID 算法的主要变形型式和特点。

4.5设计PID 算法控制程序时需考虑哪些问题？

4.6简述Smith 预估控制算法的设计思想，其主要特点是什么？

4.7某主汽温系统采用Smith 预估补偿控制，设包括零阶保持器在内的广义对象

s

T e k s e e s G s

Ts s 1101.1)(+-=---ττ 取整，T 为采样周期)， 阀门系数为2k ，控制器为PID 规律。求解问题：

1、画出主汽温系统Smith 预估补偿控制原理框图(不考虑扰动和测量环节)。

2、导出控制系统计算机实现过程和控制器位置式算式。

3、设计Smith预估控制程序框图。

4.8试说明扩充响应曲线法与扩充临界比例带法适用于何种对象。

4.9数字控制算法中引入非线性不灵敏环节的主要作用是什么，非线性环节实现

的形式主要有哪几种？非线性不灵敏区的设置原则是什么？

4.10在数字PID中，采样周期是如何确定的？它与哪些因素有关？采样周期的大小对调节品质有何影响？

4.11位置型PID和增量型PID有什么区别？它们各有什么优缺点？

4.12在自动控制系统中，正、反作用如何判定？在计算机控制系统中如何实现？

4.13在自动控制系统中，积分饱和现象是如何产生的？计算机控制系统中如何消除饱和？

4.14计算机控制系统中是否需要加手动后援，为什么？

第5章直接数字设计

5.1直接数字设计法的设计思想是什么？其设计控制系统的前提是什么？

5.2离散系统控制器的主要设计方法包括哪几种？最少拍和有限拍属于哪种类

型？

5.3设被控对象为一阶惯性加纯迟延，含零阶保持器的广义对象Z传递函数为根据达林算法期望的闭环响应传递函数为：

, )

证明由此设计的控制器D(z), 经消除振铃现象后为理想的PI控制器。

5.4设被控对象传递函数为

经采样(T=1)和零阶保持后，其对应的广义Z传递函数为：

试求：1、系统对于单位阶跃输入的最少拍无波纹稳定控制器D(z)；

2、控制量U(z)、系统输出Y(z)及在各采样点时刻上的值；

3、系统输出在几拍之后进入稳态。

5.5设跟踪系统如下图示，被控对象传递函数为

ZOH为零阶保持器，采样周期T=0.5S，试设计单位阶跃输入时的有限拍控制器Gc(z)。

5.6设跟踪系统如下图示，被控对象传递函数为

采样周期T=1S，试设计单位阶跃输入时的有限拍控制器Gc(z)。

第6章现代控制设计方法

6.1简述基于状态空间描述的离散系统控制器设计主要包括哪几种？

《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器

《计算机控制技术》课程设计--数字pid控制器华北水利水电大学路亚斌,201009532 《计算机控制技术》课程设计 姓名: 路亚斌 学号: 201009532 指导老师: 徐俊红 王亭岭 时间:2013年12月23日 ——2014年1 月3日 《计算机控制技术》课程设计 华北水利水电大学路亚斌,201009532 目录 第一章《计算机课程设计》任务书................................................................ 错误 ～未定义书签。 1.1 题目二:数字PID控制器设 计 ............................................................... 错误 ～未定义书签。 1.1.1设计位置式PID控制器和增量式PID控制 器 ............................. 错误～未定义书签。 1.1.2模拟PID控制器设 计 ...................................................................... 错误～未定义书签。

1.2 题目三:控制系统的状态空间设计...................................................................... . (1) 1.2.1 确定状态反馈阵 K ...................................................................... . (1) 1.2.2 确定一个全维状态观测器L........................................................... 错误～未定义书签。第二章位置式PID控制器设 计 ..................................................................... .. 错误～未定义书签。 2.1 位置式PID控制器算 法 ..................................................................... ...... 错误～未定义书签。 2.1.1 位置式PID控制算法表达 式 ......................................................... 错误～未定义书签。 2.1.2 位置式PID算法传递函 数 ............................................................. 错误～未定义书签。 2.2 位置式PID控制器simulink仿 真 ............................................................ 错误～未定义书签。

计算机控制技术课程设计报告

《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统

1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 （1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图，确定参数测围等； （2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路； （3）建立数学模型，确定控制算法； （4）设计功率驱动电路； （5）制作电路板，搭建系统，调试。 2.2.2 扩展设计要求 （1）在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上，通过串口与PC连接； （2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。

3方案比较 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案二：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案三：采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。用单片机控制电力电子器件使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电子器件的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调整围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。 4单闭环直流电机调速系统设计 4.1单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有： 常数Ke Ka 不变，Ra 比较小。 所以调节Ua 就能调节n 。 n n I K R K U K R I U n d d a e e d ?-=Φ -Φ=-=0φa a a U I U ≈-

计算机控制技术

大连大学 DA LIAN UNIVERSITY 题目:计算机控制技术的发展及应用 所在（院系）：信息工程学院 专业(班级)：自动092班 学生姓名：裴玉柱 学号：0942300 2

计算机控制技术的发展及应用 【摘要】随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。其应用遍及国防、航空航天、工业、农业、医学等多种领域。计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，利用计算机（通常称为工业控制计算机，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）和受控对象两大部分组成。本文将主要针对计算机控制技术的发展历史、当今现状以及计算机控制技术的发展趋势做一介绍，并结合它的具体实例介绍计算机控制技术的一些主要应用领域。 【关键词】计算机控制技术、系统、应用 1.计算机控制技术的发展概况及趋势 1.1计算机控制技术的发展概况 在生产过程中采用数字计算机的思想出现在20世纪50年代中期，1956年3月，美国TRW航空公司与美国德克萨斯州的一个炼油厂合作，进行计算机控制的研究，他们设计出了一个利用计算机控制实现反应器供料最佳分配，根据催化剂活性测量结果来控制热水的流量以及确定最优循环的系统。这项具有跨时代意义的工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术迅速发展，并被各行各业广泛应用。 伴随着计算机技术的飞速发展，计算机控制技术也紧随其后，迅猛的发展起来，其发展过程大致可以分为四个阶段。 1.1.1开创时期 这一时期从1955年~1962年，经历了前后大约七年的时间。早期的计算机使用电子管，体积庞大，价格昂贵，可靠性差，因此只能从事一些操作指导和设定值控制。过程控制向计算机提出了许多特殊的要求，需要计算机对各种过程命令做出迅速响应，中断技术应运而生，使计算机能够对更紧迫的过程任务做出反映。

计算机控制系统测试题

计算机控制系统试题 一、选择题（只有一个正确答案，每题2分，共40分） 1．劳斯稳定判据在离散系统中主要解决的是（ C ）。 A、S平面中系统的稳定性； B、Z平面中系统的稳定性； C、三阶以上特征方程稳定判据。 2．某系统的Z传递函数为 0.5(0.5) () ( 1.2)(0.5) z G z z z + = +- ，可知该系统是（B）。 A、稳定的； B、不稳定的；C 临界稳定的。 3、脉冲传递函数是表征（B）。 A、控制系统传递函数； B、计算机控制系统传递函数、 C、脉冲输入的传递函数。 4、有关PID控制算法，以下说法不正确的是（C） A、当系统有阶跃信号输入时，微分项剧增，易引起振荡； B、比例调节几乎贯穿整个控制过程； C、比例控制可以消除一切静差； D、一般来说，不使用纯微分控制。 5、下面关于标度变换的说法正确的是（C）。 A、标度变换就是把数字量转换成与工程量相关的模拟量； B、标度变换就是把模拟量转换成十进制工程量； C、标度变换就是把数字量转换成人们熟悉的十进制工程量； D、标度变换就是把模拟量转换成数字量。 6. 适用于某些生产过程对控制精度要求不是很高，但希望系统工作平稳，执行机构不要频繁动作的PID算法为（D ）。 A、积分分离PID； B、变速积分PID； C、不完全微分PID； D、带死区的PID。 7、下列计算机控制系统中，属于单闭环控制系统的是（B）。 A、操作指导控制系统； B、直接数字控制系统； C、监督计算机控制系统； D、现场总线控制系统。 8、增量式PID算法解决了位置式PID算法（A）的缺点。 A、计算复杂、手/自切换不便； B、不易实现编程； C、控制准确性差； D、

计算机控制系统课程设计

《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日

《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日

1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω=

（3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β=

微型计算机控制技术课程设计

微型计算机温度控制系统设计 1总体方案设计 温度控制是工业生产中经常碰到的过程控制问题之一。对温度准确的测量和 有效的控制是一些设备优质高产、低耗和安全生产的重要指标。当今计算机控制 技术在这方面的应用，已使温度控制系统达到自动化、智能化，比过去单纯采用 电子线路进行PID 调节的效果要好得多，可控性方面也有了很大提高[1]。 1.1设计要求 该系统为基于数字PID 的电加热炉温度控制系统。电加热炉用于合金钢产 品热力特性实验，迪娜加热炉用电炉丝提供功率，使其在在预定时间内江路内温 度稳定到给定的温度值。在本控制对象加热炉功率为8KW ，有220V 交流电源 供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温区进行温度控制，要求控制 温度范围50-350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。选择合适的传感器，计算机 输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。其对象温控 数学模型为 1)(+=-s K s G T e d s d τ （1.1） 其中：时间常数T d =350s 秒 放大系数K d =50 滞后时间τ=10秒 控制算法选用改进的PID 控制。 1.2方案设计 要想达到设计要求的内容,少不了以下几种器件：单片机、温度传感器、LCD 显示屏、直流电动机等。其中单片机用做主控制器，控制其它器件的工作和处理 数据；温度传感器用来检测环境中的实时温度，并将检测值送到单片机中惊醒数 值比较；LCD 显示屏用来显示温度数字值；直流电动机用来表示电加热炉的工 作情况，转动表示迪娜加热炉通电加热，停止转动表示电加热炉断电停止加热。 整体思路如下：首先我们通过按键设定所需要的温度，然后利用温度传感器

《计算机控制技术》课程教学大纲

《计算机控制技术》课程教学大纲 Computer Control Technology 课程编号：2000830 适用专业：电气工程及其自动化 学时数：32 学分数：2 执笔者：童亦斌编写日期：2002.5 一、课程的性质与目的 课程性质：本课程是电气工程及其自动化专业基础课程，属选修课。 主要任务：1．了解计算机控制系统的组成及应用领域； 2．熟悉计算机控制系统输入输出通道的工作及设计方法； 3．初步掌握数字滤波及数字PID的基本设计方法； 4．掌握计算机控制系统的抗干扰技术。 二、课程教学内容 第一章计算机控制系统概论 计算机控制的一般概念和计算机控制系统的组成。 要求学生了解计算机控制的一般概念以及它与传统控制系统的主要区别。 第二章基本输入输出接口技术 计算机通用输入输出接口。 要求学生了解计算机输入输出接口设计的一般原则。 第三章计算机控制系统输入输出通道 计算机控制系统模拟输入通道、数字输入通道、模拟输出通道和数字输出通道的设计原则。 重点：计算机控制系统输入输出通道的设计原则。 难点：计算机控制系统输入输出通道与计算机软件设计的配合。 第四章数字滤波 数字滤波的作用和基本方法。 要求学生了解数字滤波的作用与基本方法，掌握基本的数字滤波原理。 作业：参考教材第十章第3题。 第五章数字PID 数字PID设计的基本设计方法。 重点：数字PID的设计方法和基本步骤。 难点：数字PID的设计方法。 要求学生了解数字PID设计的基本方法，并掌握准连续PID控制算法和最少拍系统设计的方法和步骤。 作业：参考教材第六章习题与思考题第1、2、3题。 第六章计算机控制系统的抗干扰技术 干扰的形式、传播和作用方式，计算机控制系统的抗干扰技术。 重点：计算机控制系统的抗干扰技术。 要求学生理解干扰的产生、传播以及作用于系统的基本原理，掌握一些计算机控制系统的实用抗干扰方法。 三、课程教学的基本要求 本课程学时较短，相关内容比较多，课堂教学以重点内容和综合介绍设计方法为主。 1．课堂教学：讲授与讨论相结合。讲授采用板书，讨论以提问和安排思考题为主。

《计算机控制技术》题目(含答案)

《计算机控制技术》复习资料 一、填空题 1、计算机控制是自动控制发展中的（高级）阶段，是自动控制的（重要分支）。 2、计算机在信息处理、（逻辑分析）、决策判断、（输入输出）管理等各个方面显示出 突出的优点。 3、计算机控制系统利用计算机的（硬件）和（软件）代替自动控制系统的控制器。 4、自动控制是指在（没有人）直接参与的前提下，应用（控制装置）自动地、有目 的地控制或操纵机器设备或生产过程，使他们具备相应的功能。 5、在控制系统中如果给定值是（恒定不变）的，则此系统称为（定值）控制系统。 6、· 7、若系统控制（变量）的变化规律为已知函数，并被事先确定，则此类控制为（程序） 控制系统。 8、广义上说系统的给定信号和扰动都可以看作是系统外作用信号，给定信号（决定） 着系统输出量的变化；而扰动则（破坏）给定信号对系统输出量的控制。 9、计算机控制过程是在（外部）作用下使系统由一个平衡或稳定状态过渡到另一个 （平衡或稳定）状态的过程，称为瞬态过程或系统响应。 10、自动控制的瞬态过程有两种典型形式，一种是（收敛）的，对应的系统运行 是稳定的；另一种是（发散）的，对应的系统是不稳定的。 10、在计算机控制系统中为了达到控制目标，可以采用（模拟）化设计方法和（离散） 化设计方法来设计控制器。 11、工业控制计算机是一种面向工业控制、采用标准（总线）技术和开放式( 体系 )结构的计算机。 12、计算机各功能模板之间的内部总线可以分为：（数据）总线、( 地址 )总线、控制总线、电源总线。 ， 13、外部总线是计算机与计算机或计算机与其他（智能）设备之间进行( 通信 )的连线。 14、典型的工业控制计算机IPC应具备抗（电磁）干扰、防震、防潮、( 耐高温 )等性能。 15、可编程序控制器是（继电器）逻辑控制系统与( 微型 )计算机技术相结合的产物。 16、大多数PLC采用继电控制形式的（梯形图）编程方式，继承了传统(控制 )线路的 清晰直观容易掌握。 17、整体式的（PLC）把电源、CPU、内存、I/O系统都( 集成 )在一个小箱体内构成一台完整的PLC。 18、开关量的逻辑控制是PLC最（基本）的应用领域，可用于单机控制，也可用于( 多级 )群控。 19、PLC通过A/D和D/A转换（模块），从而实现对温度、压力、流量等参数的( 闭环 )

计算机控制系统试题及答案

计算机控制系统（试题）答案在后面 一、单选题(共126 题) 【 1 】. 不属于规程中关于“取源部件的检修”这一节内容的是______。 A.机械量传感器的检修与质量要求 B.取压部件的检修与质量要求 C.电接点筒的检修与质量要求 D.水位测量筒检修与质量要求 答案：（） 【 2 】. 检修后的机柜，应无裸露线头遗留；但因检修完工验收时的疏忽，机组启动后热工人员小王巡检到FSSS柜时，发现柜内有裸露线头遗留，此时小王______。 A.应先用绝缘物将裸露线包扎后放入接线槽中，待机组运行稳定后，再查明原因处理 B.为防止处理过程中发生异常，可暂不作任何处理，待机组运行稳定后，再查明原因处理 C.应先用绝缘物包扎裸露线，然后立即汇报，等待指示 D.应立即汇报，设备主人应立即查明原因予以恢复；若为无用线，及时用绝缘物将裸露线包扎后放入接线槽中 答案：（） 【 3 】. 关于测量管路，你认为下列说法正确的是______。 A.为避免测量管路排污时对测量造成影响，各测量导压管均应分隔保温 B.所有水位测量管路均应装设排污阀 C.水位、流量等差压测量管路的正负压导压管应尽量靠近敷设 D.所有测量管路均应装设二次阀 答案：（） 【 4 】. 对于-5V～+5V之间变化的模拟量信号进行数据采集，需采用______编码方式。 A.二进制编码 B.BCD编码 C.单极性编码 D.双极性编码 答案：（） 【 5 】. A/D转换器接受输入信号的时间间隔，称为______；A/D转换器的转换时间与______的大小有关。 A.孔径时间模拟输入电压值 B.采样时间模拟输入电流值 C.转换时间接受输入信号的时间间隔 D.采样周期量化误差 答案：（） 【 6 】. 关于计算机控制系统的总电源，下面说法不符合规程要求的是______。 A.应由来自二路不同的电源系统冗余供电，电源自动投入装置应切换可靠 B.正常运行时应由UPS提供，其容量应有大于40％的余量，质量符合要求 C.若采用隔离变压器进行电源隔离时，检查隔离变压器应无异常发热，二次侧接地应良好 D.供电回路中不应接有任何大功率用电设备，未经批准不得随意接入新负荷 答案：（）

计算机控制技术课后习题答案电子教案

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。 (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

计算机控制系统测试题

一、填空 1、计算机控制系统，从本质上看，它的控制过程可以归纳为 ，，和四个步骤。一个实时控制系统必定是一个在线系统，这里“在线”的含义是指 而“实时控制”的含义是指 。 2、A/D转换器的分辨率和精度是两个不同的概念。分辨率是指 ；而相对精度是指 ;一个10位A/D转换器，基准电源的信号电压为5.12V时，它的绝对精度是mv，它的相对精度为，它的分辨率为mv。 3、计算机控制系统中，直接数字控制（DDC）的含义是 。 4、过程通道包括、、和。 5、模拟量输入通道中，选用“采样保持器”的作用是 。 6、为了克服积分饱和作用，主要有，，三种方法。 二、简答题 1、什么是顺序控制？ 2、简述最少拍控制的具体要求。 3、简述模拟量输入通道的一般组成，并画出示意图。 4、什么是分布式控制系统。 三、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辩率为多少。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辩率，试问此时可采用几位的A/D变换器就可以了。

四、写出数字PID 控制算法的位置式和增量式两种标准算法并简要回答下列问 题： 1. 简述积分分离法克服位置式PID 积分饱和作用的原理。 2. PID 数字控制器参数整定的含义是什么？简述工程实现时，参数整定的 步骤。 五、已知系统方块图如图2所示（已知Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2） 1）若如果D(s)=K ＝2,试求使闭环系统稳定的T 取值范围。 2) 在闭环系统稳定的情况下，设计针对单位速度输入112()(1)W z Tz z --=-时，理想最少拍闭环传递函数为12()2M z z z --=-，试设计最少拍控制器D(z)。 测试（2） 一、名词解释 （1）DDC （2）DCS （3）PLC （4）直线插补 （5）最少拍控制 （6）联机控制 二、填空 （1）计算机控制系统由（ ）和（ ）两大部分组成。 （2）过程通道包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。

计算机控制技术课程设计任务书

计算机控制技术课程设计任务书 题目1：通用数字PID调节器设计 1、主要技术数据和设计要求 主要技术数据：8路模拟量输入：适配1～5V输入，量程自由设定；8路输出控制信号：1～5V标准电压输出；输入模拟量转换精度：0.1%；RS232串行通讯通口。 控制模型：数字PID控制算法；PID参数范围：比例带Kp：1-999.9%，积分时间Ti：1-9999秒（Ti=9999时积分切除），微分时间Td:：0-9999秒（Td=0时微分切除）。 调节控制器使用51内核的单片机，完成对8路模拟信号的切换、信号变换、A/D转换；单片机对数据处理后（含数字滤波、数值变换），送到显示和通讯部分，并经PID运算处理后通过D/A转换器输出。经信号变换和信号分配后输出8路控制信号。设计中应充分考虑干扰问题。 2、设计步骤 一、总体方案设计、控制系统的建模和数字控制器设计 二、硬件的设计和实现 1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）； 2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）； 3. 设计键盘、显示接口电路； 4. 设计8路模拟量输入输出通道； 5. 设计RS232串行通讯通口； *6. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）。 三、软件设计 1. 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 2. 编写数字PID调节器软件模块； 3. 编写数字滤波程序； *4. 编写A/D、D/A转换器处理程序模块； *5. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)。 四、编写课程设计报告，绘制完整的系统电路图。

计算机控制技术课程设计任务书 题目2：双闭环直流电动机数字调速系统设计 1、主要技术数据和设计要求 主要技术数据：直流电动机（对象）的主要技术参数如下：直流电动机Ped=3kW，Ued=220v ，ned=1500r/min，电枢回路总电阻R=2.50欧姆，电动机回路电磁时间常数TL=0.017s，机电时间常数TM=0.076s，电势常数Ce=0.1352V/r·min)，晶闸管装置放大倍数Ks=30，整流电路滞后时间Ts=0.0017s。 主要技术指标：速度调节范围0-1500r/min，速度控制精度0.1%（额定转速时），电流过载倍数为1.5倍。 主要要求：直流电动机的控制电源采用PWM控制方式，在其输入电压为0-5伏时可以输出0-264伏电压，为电机提供最大25安培输出电流。速度检测采用光电编码器，且假定其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辨向后获得每转1024个脉冲的角度分辨率和方向信号。电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为1000：1，额定电流为50安培。采用双闭环（速度和电流环）控制方式。 2、设计步骤 一、总体方案设计、控制系统的建模和数字控制器设计 二、硬件的设计和实现 1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）； 2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）； 3. 设计键盘、显示接口电路； 4. 设计输入输出通道（速度反馈、电流反馈电路、输出驱动电路等）； *5.它相关电路的设计或方案（电源、通信等）。 三、软件设计 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 2. 编写数字调节器软件模块； 3. 编写A/D转换器处理程序模块； *4.编写输出控制程序模块； *5.其它程序模块(数字滤波、显示与键盘等处理程序)。 四、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。

计算机控制技术的发展及趋势

计算机控制技术的发展及趋势 张赟枫 自动化1304 0901130425 一、计算机控制技术的发展 1、第一代工业计算机控制技术 第一代工控机技术起源于20世纪80年代初期，盛行于80 年代末和90年代初期，到90年代末期逐渐淡出工控机市场，其标志性产品是STD总线工控机。STD总线最早是由美国Pro-Log公司和Mostek公司作为工业标准而制定的8位工业I/O总线，随后发展成16位总线，统称为STD80，后被国际标准化组织吸收，成为IEEE961标准。国际上主要的STD总线工控机制造商有Pro- Log、Winsystems、Ziatech等，而国内企业主要有北京康拓公司和北京工业大学等。STD总线工控机是机笼式安装结构，具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特点，并且设计、开发、调试简单，得到了当时急需用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广泛欢迎和采用，国内的总安装容量接近20万套，在中国工控机发展史上留下了辉煌的一页。 2、第二代工业计算机控制技术 1981年8月12日IBM公司正式推出了IBM PC机，震动了世界，也获得了极大成功。随后PC机借助于规模化的硬件资源、丰富的商业化软件资源和普及化的人才资源，于80年代末期开始进军工业控制机市场。美国著名杂志《CONTROL ENGINERRING》在当时就预测“90年代是工业IPC的时代，全世界近65%的工业计算机将使用IPC，并继续以每年21%的速度增长”。历史的发展已经证明了这个论断的正确性。IPC在中国的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段是从20世纪80年代末到90年代初，这时市场上主要是国外品牌的昂贵产品。 90年代末期，ISA总线技术逐渐淘汰，PCI总线技术开始在IPC中占主导地位，使IPC工控机得以继续发展。但由于IPC工控机的结构和金手指连接器的 限制，使其难以从根本上解决散热和抗振动等恶劣环境适应性问题，IPC开始逐渐从高可靠性应用的工业过程控制、电力自动化系统以及电信等领域退出，向管理信息化领域转移，取而代之的是以CompactPCI总线工控机为核心的第三代工控机技术。值得一提的是，IPC工控机开创了一个崭新的PC-based时代，对工业自动化和信息化技术的发展产生了深远的影响。 3、迅速发展和普及的第三代工控机技术 PCI总线技术的发展、市场的需求以及IPC工控机的局限性，促进了新技术的诞生。作为新一代主流工控机技术，CompactPCI工控机标准于1997年发布之初就倍受业界瞩目。相对于以往的STD和IPC，它具有开放性、良好的散热性、高稳定性、高可靠性及可热插拔等特点，非常适合于工业现场和信息产业基础设备的应用，被众多业内人士认为是继STD和IPC之后的第三代工控机的技术标准。采用模块化的CompactPCI总线工控机技术开发产品，可以缩短开发时间、降低

计算机控制系统期末考试卷

计算机控制系统期 末考试卷

班号学号姓名成绩 《计算机控制系统》期末考试卷 注意事项：1)接听手机发送短信等视同作弊2)计算题不能只给结果,要有过程 题目： 一、填空……………………………………………………………( 30 分) 1．（4分）计算机控制系统主要是在时间和幅值上将连续系统离散的，影响系统的主要 因素是采样周期和计算机字长。 2．（2分）离散系统频率特性的主要特点是采样频率s 的周期函数。 3．（6分）计算机控制系统中，A/D ，D/A，乘法，右移，常数存储 可能产生量化，一个量化单位是1／2（b-1），b为计算机字长。

4．（3分）零阶保持器对系统频率特性有什么影响 引起 -T/2的 相位延迟 ， 在 采样周期大 ， 系统频带高 时不可忽略。 5．（2分）离散系统由于量化产生的极限环振荡与系统传递函数的 极点 有关； 产生的不灵敏区与系统传递函数的 零点 有关。 6．（4分）量化的非线性效应是由运算的量化误差引起的，形成的本质是由于 阶梯非线性特性 。 7．（2分）被控对象离散化应当采用 z 变换，在离散域实现连续控 制律一般应当采用 Tustin 或其它差分、零极匹配 变换。 8．（3分）选择计算机控制的动态范围时，应当考虑 被控对象动态 最大最小值 和 计算机数最大最小值 ，满足 计算机动态范围大于物理系统最大范围 的条件。 9．（2分）连续系统可控可观，采样系统依然可控可观的条件是 对于相异特征根si 和sj ，满足：si-sj j2k /T ，T 为采样周 期 。 10．（2分）在计算机中实现时，P z z a z a n n n ()=+++-11Λ中哪个系数

计算机控制系统课程设计

《计算机控制系统》课程设计 双容水箱串级PID控制系统的设计与仿真 姓名：江洁非 班级：电气111 学号：201110231018

双容水箱串级PID 控制系统的设计与仿真 电气111 ，201110231018 江洁非 1、前 言： 双容水箱系统是较强代表性的工业对象，具有非常重要的研究意义和价值，通过改变其阀门的关闭或打开状态可构成灵活多变的对象，如一阶对象、二阶对象等。同时也是典型的非线性、时延对象，通过其可进行非线性系统的辨识和控制等相关研究。可构成单回路控制系统、串级控制系统、复杂过程控制系统等，可为各种控制系统的研究提供参考依据。双容水箱系统的控制主要通过计算机来完成，可由计算机编程实现各种控制算法来对水箱系统进行控制，为控制算法的研究提供了良好的试验平台。可在控制过程中改变组合的状态，从而模拟故障，这也为故障诊断的研究提供了研究对象和试验平台。 2、研究的原理 2.1、双容水箱数学模型 双容水箱系统构成如右图所示，由上水箱、下水箱串联在一起，水首先进入上水箱，然后通过阀R1流入下水箱，再通过阀R2从下水箱中流出。流入量Q0由变频器控制泵来调节，流出量Q2由用户改变。被控量为下水箱的水位h2。由物料平衡方程可得： 上水箱：()1 01 11Q Q A dt dh -= 下水箱：()2 12 21Q Q A dt dh -= 其中A1、A2分别为上下两容器截面积，u Q k 0= ，,,2 22111R h Q R h Q ==R1、R2为两阀门线性化水阻。 整理上述各式得：() )()() () (d 222212 222 1t u kR t h dt t dh T T dt t h T T =+++ 其中：222111,R A T R A T == 两边作拉氏变换得： ()()11) ()s (212 2++= s T s T kR s U H

计算机控制技术课设

西安石油大学 课程设计 电子工程学院自动化专业自0802班题目《计算机控制技术》课程设计油库安全监控系统硬件设计六（采用板卡、模块方案）学生 指导老师徐竟天 二○一一年十二月

《计算机控制技术》 课程设计任务书 题目油库安全监控系统硬件设计六（采用板卡、模块方案）学生姓名学号专业班级 设计内容与要求 课程设计主要完成某油库安全监控系统硬件设计。要求运用已学过各类传感器、输入输出模块、工控计算机、现场总线等的知识，完成安全监控系统硬件方案、设备选型、总体设计等各功能的设计。 要求熟悉相关计算机安全监控系统的硬件组成与设计方案，学会计算机监控系统硬件设计的步骤和方法，具有初步设计小型计算机安全监控系统硬件方案的能力。 课程设计内容及基本要求如下： 1.熟悉油库工艺流程、监控目标及监控要求。 2.学会常用的监控系统I/O硬件（各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC等）参数及使用，了解其工作原理。 3.学会不同自动化设备厂家各类板卡、智能仪表、智能模块、PLC 等的选型，能用所选厂家硬件搭建符合工艺流程和监控目标的硬件系统。 4.完成监控系统硬件方案设计，画出原理图。 5.课程设计时间一周，完成课程设计报告。 起止时间2011年12月19日至2011年12月25日指导教师签名年月日 系（教研室）主 任签名 年月日学生签名年月日

目录 第1章绪论 (1) 1.1 油库的简介 (1) 1.1.1油库的工艺流程 (1) 1.1.2油库的监控目标及要求 (2) 第2章系统总体方案设计 (3) 2.1系统初步设计 (3) 2.2I/O点数统计 (3) 第3章硬件系统设备选型 (5) 3.1板卡选型 (5) 3.2模块选型 (5) 第4章监控系统方案详细设计 (6) 第5章结论 (8) 参考文献 (9)

《计算机控制技术》(3)

《计算机控制技术》模拟题 一、填空 1、8位A/D 转换器与CPU 的接口可以采用( )。 2、采样/保持器的作用是（ ）。 3、DDC 系统所采用的数字PID 算式有（ ）。 4、PID 控制中，引入积分的原因是（ ），引入微分的原因是（ ）。 5、常用的数字滤波方法有（ ）。 二、简答题 1、计算机控制系统有哪几部分组成？ 2、模拟量输入通道中为什么要对模拟量信号进行预处理？ 3、什么是PID 控制规律？用微分方程写出其控制规律，并说明P 、I 、D 的作用。 4、简述企业网络信息集成系统的层次结构。 5、抗串模干扰、抗共模干扰的措施有哪些? 参考答案： 1、计算机控制系统有哪几部分组成？ 答：计算机控制系统由计算机及其输入输出通道和工业生产对象（包括被控对象和工业自动化仪表）组成。 2、模拟量输入通道中为什么要对模拟量信号进行预处理？ 答：这是因为不同的模拟量有不同的量纲，首先要将他们转换为电压信号，然后经过A/D 转换，变成计算机可以接受的数字信号。 3、什么是PID 控制规律？用微分方程写出其控制规律，并说明P 、I 、D 的作用。 答：按照偏差的比例、积分、微分进行的控制是PID 控制。其控制规律的微分方程表示如下： P ：改善动态特性；I ：消除静差；D ：改善动态特性，加快调节速度。 4、简述企业网络信息集成系统的层次结构。 答：统一的企业网络信息集成系统有三层结构：过程控制层、制造执行层、企业资源规划层。其层次结构图如下： ]) ()(1)([)(dt t de T dt t e T t e K t u d i p ?++=

5、抗串模干扰、抗共模干扰的措施有哪些? 答：抗串模干扰的措施：光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、布线隔离、硬件滤波电路、过压保护电路等。 抗共模干扰的措施：平衡对称输入、选用高质量的差动放大器、控制系统的接地技术等。 三、计算 试写出加权平均滤波的算式，当n=16时，并用汇编语言编写出实现程序。 参考答案： 参考答案： 加权平均滤波算式： ，并且 均为常数项，是各次采 样值的系数，且满足 。 程序：首先把采样值存放在以SBUFFER 为首址的内存单元中，加权平均系数存放在以COEFF 滤为首址的内存单元，波后的结果存放在DBUFFER+2单元。具体程序清单如下： 互联网 Internet 内部网Intranet 现场总线控制网络 企业资源规划层ERP 制造执行层MES 过程控制层PCS ∑==n i i C 1 1n C C C ,...,,21

计算机控制系统设计性实验 (1)

《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下5个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图

四、设计题目： 1、瓦斯气体浓度控制系统： 要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 2、酒精浓度自动控制系统： 要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路。实现以下要求： 设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号； a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 3、恒温箱控制系统： 要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。

《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)复习课程

《计算机控制技术》 (机械工业出版社 范立南、李雪飞) 习题参考答案 第1章 1 ?填空题 (1) 闭环控制系统，开环控制系统 (2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出 (3) 计算机，生产过程 (4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道 (5) 系统软件，应用软件 2 ?选择题 (1) A (2) B (3) C (4) A (5) B 3 ?简答题 (1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替， 换 器、D/A 转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。 计算机控制系统由计算机(通常称为工业控制机)和生产过程两大部分组成。工业控制 机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机， 它包括硬件和软件两部分。 生产过程 包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 (2) 操作指导控制系统： 其优点是控制过程简单， 且安全可靠。适用于控制规律不是很清楚 的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。 其缺点是它是开环控制结构，需 要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。 直接数字控制系统： 设计灵活方便，经济可靠。能有效地实现较复杂的控制，如串级控 制、自适应控制等。 监督计算机控制系统： 它不仅可以进行给定值的控制， 还可以进行顺序控制、 最优控制、 自适应控制等。其中 SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了 原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。 SCC+DDC 的控制系统，更接近于生产实 际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。 集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、 数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平， 提高劳动生产率等优点。缺点是系统比较复杂。 计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务， 还能完成整个生产过 程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。但是计算机集成制造系统所要解决的不仅是局 部最优问给定值; 计算机 再加上A/D 转