第一章作业
课本题2．计算机控制系统由哪几部分组成请画出计算机控制系统的组成框图。
答：计算机控制系统由计算机主机系统、模拟量输入输出接口、数字量输入输出接口、键盘显示接口、打印接口和通信接口等部分组成。
课本题4. 实时、在线方式和离线方式的含义是什么
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的`方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机直接连接，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
所谓实时，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。实时地概念不能脱离具体的过程，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。
补充题1. 两种USB口的特点及区别通用指标，传输模式，USB器件，硬件接口。答：
两种USB的特点：
(1)USB接口支持设备的热插拔功能,采用菊花式的连接.
(2)USB有2电源线（5V）,2数据线,采用差分信号传输,可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电,最大可提供500mA的电流.
(3)一个USB控制器可以连接多达127个外设,而两个外设间的距离（线缆长度）可达5米.两种USB的区别:协议不同,传输速率是12Mbps,传输速率是480Mbps.
补充题2. 光驱、硬盘、软驱的总线形式。
答：
(1)光驱:IDE，ATA/ATAPI，SCSI，USB，内部并行总线.
(2)硬盘:IDE，SATA，SCSI，内部并行总线.
(3)软驱:软驱分内置和外置两种,内置软驱使用专用的FDD接口,而外置软驱一般用于笔记
本电脑,使用USB接口.
补充题3. I2C、SPI、SCI总线的特点
答：
(1)I2C总线由数据线SDA与时钟线SCL两条线构成通信线路，既可以发送数据也可以接收数据，在CUP与被控IC之间，IC与IC之间都可以进行双向传送，最高传输速度为400Kbps.
(2)SPI是一个环形总线结构,是一种标准的四线同步双向串行总线,在SCK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换,可以同时发出和接收串行数据.
(3)SCI是一种通用异步通信接口UART. SCI模块采用标准非归零（NRZ）数据格式,能够实现多CPU之间或同其他具有兼容数据格式SCI端口的外设进行数据通信.
第二章作业
PC总线
PC总线共有62条信号线，用双列插槽连接，分A面（元件面）和B面。PC总线实际上是8088CPU核心电路总线的扩充与重新驱动。
PC总线共有8条数据线、20条地址线（寻址空间为1MB）、总线时钟频率为4MHz、总线最大传输速率为4MB/s、最大负载能力为8个、采用半同步的工作方式。
CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：
1）速度不匹配。I/O设备速度一般比CPU慢许多，因种类不同，它们之间的速度差异很大，例如硬盘与打印机。
2）时序不匹配。各个I/O设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与CPU的时序取得统一。
3）信息格式不匹配。存储和处理信息的格式不同，如串行和并行、二进制、ASCII码和BCD 码等。
4）信息类型。信号类型不同，数字、模拟，处理不同。
因此I/O设备一般不和微机内部直接相连，必须通过I/O接口，解决计算机与外部设备连接时存在的各种矛盾。
补充题1. 指出RS-232、RS-485、USB等总线的特点。
答：
(1) RS-232的特点：全双工数据传输，单端输入输出,有地线、发送和接受三条线即可实现数据传输,传输速率20kb/s，传输距离限于15m,采用单端驱动和接收电路.采用负逻辑高电平为（-5--15v），低电平为(5-15v)，电源电压为+15v或+12v.
(2) RS-485的特点：半双工工作方式，差分信号传输，传输距离为几十米到上千米，速率10Mbit/s,采用屏蔽双绞线传输.可连接32个设备.电平逻辑“1”以两线间的电压差为(+2—6V)表示；逻辑“0”以两线间的电压差为(-2—6V)表示，外接电源电压一般为5v. (3) USB即插即用,菊花式连接,有2电源线（5V），2数据线，而两个外设间的距离（线缆长度）可达5米,差分信号传输, 可外接127个设备.
补充题2. 概要描述计算机系统如何通过PCI端口对外部设备进行控制，指出地址范围。
答：
信号输入时：首先外设作为中断源（int a# ～ int h#引脚是低电平有效的中断请求线）申请中断，在CLK的上升沿到来时，系统采样AD0～AD31，把信号送到微处理器，触发中断。接着C/BEJ~ C/BE0配置I/O读写，在FRAME低电平时，传送数据存储地址，FRAME高电平且TRDY低电平时，开始读取数据。
信号输出时：首先C/BEJ~ C/BE0配置存储器读及I/0写，接着FRAME高电平且IRDY低电平时，开始写数据。
I/O口地址空间分为两部分，把1024个端口的前246个（000H—0FFH）专用系统板上的I/O 接口芯片使用，后768个（100H—3FFH）为I/O接口扩展卡使用。
补充题3. 简要归纳ISA、PCI和STD三种端口的特点。
答：
ISA：有98根信号线，数据线宽16位，地址线宽24位，总线时钟8MHz，中断源为边沿触发，数据传输速度为16MB/S。
PCI：64位总线（）或者32位（5V），最高总线频率为66MHz，数据传输速度为80MB/S，（最高传输速度为133MB/S），支持10个外设。
STD：公共母板结构，56根信号线，是8/16位总线标准，有8/16条数据线，16/24地址线，22条控制线。
补充题4. ７４ＬＳ２４４与７４ＬＳ２７３的驱动是多少它们有什么不同的特点和应用答：74ls244是一个8个通道单向传输的三态门缓冲器，灌电流可以达到50mA 。按at89c51上拉电阻10K来计算，5/10000=，74ls244最多可以驱动100个I/O口。
74LS273是8通道单向的锁存器，不仅可以作为驱动器，还有存储的功能，灌电流可以达到25mA。
补充题5. 图２-16中的VＤ的作用是什么如果将K接在三极管e极有什么缺点
答①因继电器线圈呈电感性，为了克服三极管断开时继电器线圈反电势，所以线圈两端必须加装续流二极管D，以保护三极管。
②如将继电器线圈接在三极管e极的话，电路形成负反馈，使得线圈无法工作在最大导通电压状态；另外由于电路形成负反馈，会影响导通速度；
③如将继电器线圈接在三极管e极，反向冲击会影响到基极电流。
课本题2. 采用74ls244和74ls273与PC/ISA总线工业控制机接口，设计8路数字（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：利用74LS244作为开关量的输入，一端接外部开关量信号输入，一端接到PC的8位数据线，利用74LS273作为开关量的输出，一端接到PC的8位数据线，一端接开关量信号输出。片选端口地址为 port1，输出片选端口地址为 port2。
输入程序： MOV DX, port1
IN AL, DX
输出程序： MOV AL, DATA
MOV DX, port2
OUT DX, AL
课本题3. 用8位A/D转换器ADC0809与PC/ISA总线工业控制机接口，实现8位模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
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
这是一种不完全地址译码方式．如果增加地址译码器，将／A15线改为高位地址译码器的输出线，就可以形成完全译码。
图l 中的／A15线作为整个AI~0809芯片的片选线．当／A15=0时，或非门敞开，允许写信号通过，将单片机负的写脉冲转换为ADC0809所需要的正脉冲，以选中AI~0809某一通道并启动转换．
课本题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
答：（1）保存即将转换的信号，避免某些随时间变化较快的信号在转换时发生变化，提高转
换精度，或者模拟量输入信号的频率范围。
（2）不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器，当被测信号变化缓慢时，若A/D
转换器转换时间足够短，可以不加采样保持器。
课本题8. 一个8位A/D 转换器，孔径时间为100us ，如果要求转换误差在转换器的精度%,求允许转换的正弦模拟信号的最大频率是多少
答：
Hz t f D A 4.6100
1010014.324.010026/=????=??=-πσ
补充题6. 简述电气干扰信号的来源与传播途径，并说明常用抗干扰措施。
(1). 干扰的来源: 外部干扰环境: 主要是空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气象条件也是外来干扰。内部干扰：是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等。
(2). 干扰的传播途径：干扰传播的途径主要有三种：静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。
(3). 常用的抗干扰措施：
对串模干扰的抑制
输入低通滤波（滤除高频干扰）
双积分A/D 转换（尖峰型串模干扰，工频干扰 ）
隔离与前置放大（电磁感应 ）
阈值与频率特性等器件（采用高抗扰逻辑器件、通过高阈值电平）
双绞线（电磁感应 ）
共模干扰的抑制
变压器
光电隔离
屏蔽线浮地
仪表放大器
长线传输干扰的抑制
终端电阻匹配：R=R P
注意平衡高低电平的抗干扰能力
始端电阻匹配： R=R P －R 0；R 0 ： 门电路输出为低始的输出阻抗
双绞线：抗电磁干扰
课本题10. 采用DAC0832和与PC/ISA 总线工业控制机接口，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。
若DAC0832的CS 的口地址为BASE ，则7FH 转换为模拟电压的接口程序为：
DAOUT ：MOV DX ， BASE
MOV AL ，7FH
OUT DX ，AL
RET
课本题12. 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。
解：V out1为单极性输出，若D 为输入数字量，V ref 为基准参考电压，且为n 位D/A 转换器，则有：
)2
(1
n ref out D V V -= V out2为双极性输出，且可推导得到： )12
()(1123132
-=+-=-n ref out ref out D V V R R V R R V
第三章 作业
补充题1. 试叙步进电机的特点
答：1）步进电机的参数：用频率、力矩、步距角和齿距角、相电流等表示。
2）步进电机输入的是脉冲，输出的是位移，误差不累积，改变脉冲的频率，则改变速 度。改变各相导通顺序可以控制步进电机的方向。
3）一般步进电机的精度为步进角的3~5%，。
4）步进电机的力矩与其中的电流成正比，由于电感效应力矩会随转速的升高而下降。
5）步进电机高于一定的速度运行时，若电机转矩小于负载转矩时，会产生失步或睹转，
睹转不会烧毁电机，但伴有呼啸声。
补充题2. 试叙步进电机驱动器的种类和特点
答：步进电机驱动器的种类:
A ， 单电压驱动：简单、价格低廉。
B ， 高低压驱动：简单实用、较单电压驱动性能有一定提高，但是高压固定，不能兼顾
各种频率。
C ， 恒流崭波：采用较高的驱动电压，控制相电流快速导通和保持恒定，在一定频率范
围具有均匀的力矩，大大提高运行频率，但可能产生噪声，特别在一定频率范围产生震荡。
D ， 调频调压：采用可调的驱动电压，保证相电流快速导通和恒定，在一定频率范围具
有均匀的力矩，大大提高运行频率，不会产生噪声。
E ， 细分电路驱动：采用细分电路或者等分调节各相电流，将原来的一步细分为多步运
行，减少脉冲当量，提高精度。
第四章 作业
补充题3. 何时需要采用PID 位置算法何时需要采用PID 增量算法
答：PID 位置算法可以直观得到PID 参数，便于调整。要用到过去误差的所有累加值，计算工作量大；位置型算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响大。在控制系统中，如果执行机构采用调节阀，则控制量对应阀门的开度，表征了执行机构的位置，此时控制器应采用数字PID 位置式控制算法。
PID 增量算法容易计算，不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关；算法得出的是控制量的增量，计算误差对误动作影响小；算式中不出现 u 0 项，则易于实现手动到自动的无冲击切换。如执行机构采用步进电机，每个采样周期，控制器输出的控制量，是相对于上次控制量的增加，此时控制器应采用数字PID 增量式控制算法。
补充题4. 求惯性环节 的差分方程。 解：由 有 化成微分方程：
以采样周期离散上述微分方程得
即 用一阶后向差分近似代替得：
11)(1
+=s T s D 1
1)()()(1+==s T S E S U s D )()()1(1
s E s U s T =+)()()(1t e t u dt
t du T =+)()()(1kT e kT u kT u T =+&)
()()(1k e k u k u T =+&
代入上式得
整理得
课本题2. 某系统的连续控制器设计为： 试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(z),并分别
给出3种方法对应的递推控制算法。
)
1()2()1()2()2)(()2)(()
1()2()2)(()1()2()2)((21121122-----++=+--++=--++k u T T k e T T T T k e T T k u k e T T T T k e k u T T T T k u
课本题4.
课本题5.
课本题7.
T
k u k u t u )1()()(--≈&)()()]1()([1k e k u k u k u T T =+--)()1()(111k e T T T k u T T T k u ++-+=
课本题9.
课本题11.
被控对象的传递函数为
()s c e s s G -+=1
1 采样周期T=1s
，要求：
(1)采用Smith 补偿控制，求取控制器的输出()k u ；
(2)采用大林算法设计数字控制器()z D ，并求取()k u 的递推形式。
(1)采用Smith 补偿控制
广义对象的传递函数为
()()()()
()s P s s
s Ts C C e s HG e s s e s e s e s G s H s HG -----?=?+-=+?-==11110 ()()[]()()()()1111
11111-------=??????-?+-==z a z b z e s s e s D z D L s s τττZ Z
其中S T t L e b e e a T T 1,1,1,11111===-===---τ
则()()()()
12
13679.016321.0-----==z z z z E z U z D τ ()()()
()z E z z z U z z U 2116321.03697.0----=- ()()()()13679.026321.016321.0-+---=k u k e k e k u
(2)采用大林算法设计数字控制器
取T=1S,1=τ,K=1,T 1=1,L=T /τ=1,设期望闭环传递函数的惯性时间常数T 0=
则期望的闭环系统的脉冲传递函数为
()()212201111--------=??????+?-=e z e z s T e s
e z G LTs Ts B Z 广义被控对象的脉冲传递函数为
()()()111211*********--------=??????+--=??
????+?-=e z e z s s z z e s T K s e z HG --LTs sT C Z Z 则
()()()()[]()()()[]
()()()()[]
()()()()[]()()()()[]2
11
211
222112112221111
22
22221228647.01353.015033.03680.11353.011353.013679.011353.013679.0111111111111111---------------------------------=------=------=------=----=-=z z z z z z z e e z e e e z e z e z e z e z e z e z e z z HG e z z G z HG z G z D C B C B 又()()()
z E z U z D = 则()()()()()z E z z E z U z z U z z U 1215033.03680.18647.01353.0----=--
上式反变换到时域，则可得到
()()()()()28647.011353.015033.03680.1-+-+--=k u k u k e k e k u
第七章 作业
课本（）题3.
课本（）题4.
课本（）题5.
课本（）题6.
补充题1.还有其他方法可以代替A/D 吗
答：可以采用VF 转换的方法，就是电压频转换芯片，把电压模拟量转换成频率信号，然后通过检测，转换成数字信号输出。
16. 对７４ＬＳ２４４与７４ＬＳ２７３如何实现控制它们有什么不同的特点和应
用
答：（1）对生产过程进行控制，往往需要采集生产过程的状态信息，根据状态信息，再给出控制量，因此，可用三态门缓冲器７４ＬＳ２４４取得状态信息。如下图所示，经过端口地址译码，得到片选信号。当在执行IN指令周期时，产生I/O读信号，则被测的状态信息可通过三态门送到PC总线工业控制机的数据总线，然后装入AL寄存器。
答：（2）当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进行保持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存。如下图所示，用74LS273作8位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。由于PC总线工业控制机的I/O端口写总线周期时序关系中，总线数据D0～D7比I/O写前沿(下降沿)稍晚，因此利用I/O写的后沿产生的上升沿锁存数据。经过端口地址译码，得到片选信号，当在执行OUT指令周期时，产生I/O写信号。
一、]t b 填空题 1.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个组成部分。 2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。 3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。 5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 6.信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。 7.按极点配置设计的控制器通常有两部分组成，一部分是状态观测器，另一部分是控制规律。 8.模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。 9.线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来顺序存放数据元素。 10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。 二、名词解释 1.采样过程按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程 2.地线”是信号电流流回信号源的地阻抗路径 3.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制 4.数据是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合 5.积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作 三、选择题（合计15分，每题3分） 1.下列不属于数字控制方式的是（C ） A、点位控制 B、直线控制 C、网格控制 D、轮廓控制 2.8位的A/D转换器分辨率为（ C ） A、0.01587 B、0.007874 C、0.003922 D、0.0009775 3.专家控制系统大致可以分为（D ） ①专家自整定控制②专家自适应控制③专家监督控制④混合型专家控制⑤仿人智能控制 A、①②③⑤ B、②④⑤ C、②③④⑤ D、①③④⑤ 4.一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%)，孔径时间3.18μm，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（B ） A、5Hz B、50Hz C、100Hz D、500Hz 5.某热处理炉温度变化范围为0~1350℃，经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A，此时炉温为（C ） A、588.98℃ B、288.98℃ C、361.23℃ D、698.73℃ 四、简答题（合计20分，每题5分） 1.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。 答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 2.逐点比较法插补原理。 答：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这
计算机控制系统试卷四答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题3分，共30分） 1.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？ 答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。 2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。 答： 3.什么是信号重构？ 答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。 4.写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传 递函数的极点有何影响？ 答：零阶保持器的传递函数为 1e () Ts H s s - - =。零阶保持器的引入并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。 5.阶跃响应不变法的基本思想是什么？ 答：阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。 6.如何消除积分饱和现象？ 答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个PD调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振荡。只有当误差e在门限ε之内时，加入积分控制，相当于PID控制器，则可消除静差，提高控制精度。 7.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。 答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下： (1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数() Φz。 (2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程序。
8. 采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是什 么？ 答：采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是系统状态完全能控。 9. 说出实施信号隔离的主要方法。 答：信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适用于模拟信号隔离，光电隔离则特别适合数字信号的隔离。 10. 故障诊断中的状态估计方法的基本思想是什么？ 答：故障诊断中的状态估计方法的基本思想是：首先重构被控过程的状态，通过与可测变量比较构成残差序列，再构造适当的模型并用统计检验法，从残差序列中把故障诊断出来。因此，这就要求系统可观测或部分可观测，通常用各种状态观测器或滤波器进行状态估计。 二、已知系统框图如下所示：T =1s(15分) 试求闭环离散系统的闭环脉冲传递函数，并判别系统的稳定性。 解：广义对象脉冲传递函数为 系统闭环脉冲传递函数为 则闭环系统的特征方程为 由z 域直接判据 ①｜W (0)｜=0.632<1 ②W (1)=1-1+0.632>0 ③W (-1)=1+1+0.632>0 知闭环系统稳定。 三、已知某被控对象的传递函数为(15分) 要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为T ＝1s 。要求闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。 解：广义对象脉冲传递函数为 根据要求设定闭环脉冲传递函数为 r (t ) y (t ) -T
《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 ≈-
一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在相应位置处。答案错选或未选者，该题不得分。每小题2分，共30分。） 1、以下几项不属于微机控制系统硬件的是（）。 A、计算机 B、过程输入通道及接口 C、过程输出通道及接口 D、程序设计系统 2、DCS是指（）。 A、集散型控制系统 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 3、以下几项不属于微机控制系统发展方向的是（）。 A、集成化 B、单一化 C、小型化 D、智能化 4、模拟信号到采样信号的转换过程称为（）。 A、采样过程 B、量化过程 C、滤波过程 D、隔离过程 5、电路接到采样信号后，输出电压V o达到指定跟踪误差范围内所需的时间称为（）。 A、孔径时间 B、保持时间 C、捕捉时间 D、采样时间 6、下列几项不属于ADC0809的主要性能的是（）。 A、工作频率为500HZ B、分辨率为12位二进制数 C、模拟输入电压范围是0V—5V D、允许输入8路模拟电压 7、下列8155的引脚中，（）为8155片内I/O和RAM选择线。 A、ALE B、RESET C、CE D、IO/M 8、（）是一种把电脉冲信号转换成相应的直线位移或角位移的执行元件。
A、伺服电机 B、固态继电器 C、步进电机 D、变频器 9、由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（）转换。 A、A/D转换器 B、双向可控硅 C、D/A转换器 D、光电隔离器 10、下列不属于人机接口设备的是（）。 A、光盘 B、键盘 C、LED显示器 D、打印机 11、下列不属于数字PID控制器参数整定任务所确定内容的是（）。 A、Kp B、Ti C、Td D、Tm 12、下列不属于抑制干扰的措施是（）。 A、接地 B、屏蔽 C、断电 D、隔离 13、下列不属于共模干扰的抑制方法的是（）。 A、变压器隔离 B、滤波 C、浮地屏蔽 D、光电隔离 14、在计算机控制系统中，为了避免控制动作过于频繁，消除由于频繁动作所引起的系统振荡和设备磨损，对于一些精度要求不太高的场合，可以采用（）。 A、带死区的PID控制 B、常规PID控制 C、积分分离的 PID控制 D、微分分离的PID控制 15、对于失控的CPU，最简单的处理方法是（）。 A、设置软件陷阱 B、掉电保护 C、睡眠 D、人工复位 二、填空题（每空1分，共30分。） 1、模拟量输入通道中常用的放大器有、和 三种放大器。 2、采样保持器有和两种工作模式。 3、根据不同的用途，交流伺服电机可以采用以下三种控制方法____________ 、____________ 和。 4、所谓PID控制是指____________ 、____________ 和 控制。
计算机控制技术考试题及答案 西北工业大学考试题（A 卷） （考试时间120分钟） 学院： 专业： 姓名： 学号： 一． 填空题（共30分，每空1.5分） 1. 采样，是指按一定的时间间隔T 对时间连续的模拟信号)(t X 取值，得到) (t X *或),2,1,0,1,)(( -=n nT X 的过程。 P12 2. D/A 转换器的基本结构由电阻网络、基准电源、模拟切换开关和运算放大器所组成。 P21 3. 计算机控制系统中的I/O 接口用作主机与外部设备的连接界面。 P39 4. RS-232C 又称为通用串行通信接口，它是美国电子工业协会颁布的串行总线标准。P63 5. 大部分过程控制的目的之一就是抑制作用于过程的各种扰动，以维持过程输出为恒定值。P104 6. 中值滤波法是指在kT 采样时刻，按小采样周期1T 连续进行奇数次采样。P137 7. 基于观测状态反馈的伺服系统极点配置设计方法的设计参数，一是采样周期T 的选择，二是配置系统的极点参数。 P177 8. 伺服系统，指的就是系统输出必须准确跟随指令信号的控制系统。P199 9. DMC 算法的计算机实现，是由初始化程序和主程序两部分组成。P232 10. 啤酒发酵是一个复杂的微生物代谢过程，啤酒发酵罐内的发酵温度始终 是决定啤酒质量的关键所在。P267 二． 判断题（共10分，每题1分） 1. 对同一个FSR 的值,A/D 转换器的位数越多,q 所代表的量值就越小。P18（√） 2. 时钟周期宽度为D T ,则接收/发送数位的位宽度为D nT 2。P55 （×） 3. 当受控工业对象有大的时延时间环节时，不管选择的采样周期T 是否与时延时间τ成整数倍，系统都是较难按常规方法综合的。P91 （√） 4. 最好的离散化方法是双线性变换。P120 （√） 5. PID 算法中的微分项，虽能增大超调和缩短调节时间，但却易于引入高频干扰。P129 （×） 6. 只要选择采样周期T 足够小，最少拍系统的响应调整时间S t 也可以足够小。P158 （√） 7. 当对象的纯延迟时间θ与对象惯性时间常数m T 之比小于0.5时，采用常规PID 算法难以获得良好的系统性能。P171 （×）
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。
一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号 写在相应位置处。答案错选或未选者，该题不得分。每小题2分，共30分。） 以下几项不属于微机控制系统硬件的是（ 计算机 B 、 过程输出通道及接口 D 、 DCS 是指（）。 集散型控制系统 监督计算机控制系统 1、 A 、 C 、 2 、 A 、 C 、 3、 A 、 C 、 4、 A 、 C B 、 D 过程输入通道及接口 程序设计系统 直接数字控制系统 现场总线控制系统 以下几项不属于微机控制系统发展方向的是（）。 集成化 B 、 小型化 D 、 模拟信号到采样信号的转换过程称为（ 采样过程 B 、 滤波过程 D 、 单一化 智能化 ）o 量化过程 隔离过程 电路接到采样信号后，输出电压Vo 达到指定跟踪误差范围）。 孔径时间 B 、保持时间 捕捉时间 D 、采样时间 下列几项不属于ADC0809 的主要性能的是（）。 工作频率为500HZ B 、分辨率为12位二进制数 模拟输入电压范围是0V —5V D 、允许输入8路模拟电压 下列8155的引脚中，（）为8155片 B 、RESET CE D 、IO/M （）是一种把电脉冲信号转换成相应的直线位移或角位移的执行元件。 第1页共6页 A 、伺服电机 B 、固态继电器 C 、步进电机 D 、变频器 9、 由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ ） 转 换。 A 、A/D 转换器 B 、双向可控硅 C 、D/A 转换器 D 、光电隔离器 10、 下列不属于人机接口设备的是（）o A 、光盘 B 、键盘 C 、LE D 显示器 D 、打印机 11、 下列不属于数字PID 控制器参数整定任务所确定）。 A 、Kp B 、Ti
计算机控制系统试卷一答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。 答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答：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 指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样 如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样 若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量
振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。 答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K闭合，由A1、A3组成跟随器，并向C H端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。 5、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 6、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，
山东科技大学2010-2011学年第二学期《计算机控制技术》考试试卷 一、简答题（每题4分，共40分） 1、简述计算机控制的典型形式有几种。 2、简述接口和过程通道的定义。 3、绘制计算机控制系统框图。 4、简要说明PID控制器的P、I、D作用。 5、简述数字滤波方法的种类。 6、简要回答DDC的含义。 7、简单说明模数转换和数模转换的物理意义。 8、简要说明采样定理的物理意义。 9、简要介绍采样保持器的作用，举一个例子。 10、采样周期的选定应注意什么问题？ 二、计算题（每题10分，共10分） 利用后向差分法和双线性变换法将下式进行离散化。并写出差分方程和绘制程序流程图。 三、计算题（每题20分，共20分） 将离散化，求取位置算法和增量算法表达式，并绘制实时性较高的程序编写流程图。 四、计算题（每题10分，共10分） 若加工第一象限OA，起点O（0，0），终点A（11,7）。要求： （1）按逐点比较法插补进行列表计算； （2）做出走步轨迹图，并标明进给方向和参数。 五、设计题 假设ADC0809的端口地址经编译器译码得到为FOH，画出8051与ADC0809的连接器，并写出从IN7路采集信号的程序。 六、计算题（每题10分，共10分） 已知模拟调节器的传递函数，采用数字PID算式实现，试分别写出相应的连续位置型PID和增量型PID算式及其各自的离散化方程。设采用周期T=0.2s。
详细答案 一、 1、计算机控制系统的典型形式: (1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控 制多个对象。 （2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。 （3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。 （4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。 （5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构 2、接口定义：接口是连接通道与计算机的中间设备，经接口联系，通道便于接受微机的控制，使用它可 达到由微机从多个通道中选择特定通道的目的。 过程通道：过程通道是主机与工业生产过程之间信号的传递和转换的连接通道。 4、比例控制作用：对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控制作用的强弱取决于比例 系数；特点：它能迅速反应误差，从而减小误差，加快响应速度。 缺点：不能消除静态误差，过大甚至造成系统不稳定。 积分控制作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系统的负反馈作用减小偏差； 特点：与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间,积分控制将能够消除稳态误差。 缺点：不能及时地克服扰动的影响 微分控制作用：反应e(t) 变化的速度，在偏差刚刚出现时产生很大的控制作用，具有超前控制作用； 作用：有助于减小超调和调整时间，改善系统的动态品质; 缺点：不能消除系统的稳态误差。 5、数字滤波方法的种类： 1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法） 优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰 缺点：无法抑制那种周期性的干扰平滑度差 2、中位值滤波法 优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰；对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜 3、算术平均滤波法 优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动 缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM 4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法） 优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡的系统 缺点：灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合，比较浪费RAM 5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法） 优点：融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样，比较浪费RAM 6、限幅平均滤波法 优点：融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
西安交通大学现代远程教育考试卷 课 程：计算机控制技术 专业班号 考试日期 年 月 日 姓 名 学号 期中 期末 注：所有答题都写在答题纸上。 一、单项选择题（每题4分，共20分） 1．为了减少有限字长产生的量化误差，采样周期应（ ）。 A. 不变 B. 增大 C. 减少 D. 不确定 2. 已知离散系统脉冲传递函数为 0.5 ( 1.2)(0.8) z z z +-+，则该系统是（ ）的。 A. 稳定 B. 临界稳定 C. 稳定性不确定 D. 不稳定 3. 当系统中还有零阶保持器时，系统的稳态误差与采样周期（ ）。 A. 无关 B. 有关 C. 的关系不确定 D. 以上都不是 4. 字符C 的ASCII 码为43H ，字符c 的ASCII 码为（ ）。 A ．43H B. 63H C ．62H D. 61H 5. 一个有符号十进制正数13，在数据单元中的二进制表示为（ ）。 A ．00000011 B. 10000001 C. 00001110 D. 00001101 成绩 第 1 页 共 2 页 二、分析计算题 1．（20分）模拟PID 调节器的传递函数为1 ()(1)P D I D s K T s T s =+ +。当采样周期相当短时，用求和代替积分、用后向差分代替微分，试从模拟PID 推导出数字PID 的位置型及增量型控制算法。
解： PID 调节器的时域表达式为 1 ()()()+ ()t P D I de t u t K e t e t dt T T dt ?? =+???? ? 把上式变换为差分方程，可作如下近似 ()() k t i e t dt Te i =≈∑? ()()(1) de t e k e k dt T --≈ 式中，T 为采样周期，k 为采样序号。 由上述三式可得数字PID 的位置型控制算法 ()(1)()()+ ()k P D i I T e k e k u k K e k Te i T T T =?? --=+??? ? ∑ 在上式中令1k k =-，则得 1 (1)(2)(1)(1)+ ()k P D i I T e k e k u k K e k Te i T T T -=?? ----=-+??? ? ∑ 将上述2式相减，即得数字PID 的增量型控制算法 ()()(1)u k u k u k ?=-- [][] ()(1)()()2(1)(2)P I D K e k e k K e k K e k e k e k =--++--+- =Ae(k)+Be(k-1)+Ce(k-2) 其中：A=Kp+K I +K D B=-(Kp+2K D ) C=K D 其中， P K 为比例增益， I P I T K K T =为积分系数， D D P T K K T =为微分系数。 2．（20分）某炉温度变化范围为0~1500℃，要求分辨率为3℃，温度变送器输出范围为0~5V 。若A/D 转换器的输入范围也为0~5V ，则请在ADC0809和AD574A 之间选择A/D 转换器，要求写出计算过程。选定A/D 转换器后，通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到600℃，此时系统对炉温变化的分辨率为多少？ 解：分辨率为C ?3，分辨率也可定义为 002 .0015003 =-= D 则A/D 转换器的字长 501log )002.011(log )11(log 222=+=+ ≥D n 82256= 92512= 981<<∴n ∴在ADC0809(8位)与AD574A(12位)间选择AD574A 通过零点迁移将信号迁移到C ?600，则此时系统对炉温的变化分辨率为 C ?=--220.012600 150012 3．（20分）信号采集中，为什么要进行采样保持，对模拟量的采样频 率是依据什么来确定？
计算机控制系统试卷一答案 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答 (1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 5、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。
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。
1 《微机控制技术》复习题B 一、判断题 （ ）1、串行通信与串行D/A 转换是一回事，都是将并行数据串行输出。 （ ）2、一般来说，采用双端输入的差动运算放大器、或光耦器件有利于抑制共模干扰。 （ ）3、对于带纯滞后环节的控制系统，使用史密斯纯滞后补偿原理后，可以将纯滞后部分等效于反馈环之外，消除其纯滞后环节对系统稳定性的影响。 （ ）4、如果按大林提出的简单修正算法来消除振铃现象，则对系统的稳态输出无影 响，但对动态性能有影响。 （ ）5、模拟调节器相对于数字调节器更容易实现复杂控制规律。 （ ）6、逐次逼近式A/D 转换器与计数器式A/D 转换器相比，后者转换速度更快。 （ ）7、进入I/O 通道的干扰按其对电路的作用形式，通常可分为串模和共模干扰。 （ ）8、在选择PID 参数时，引出控制度的概念，当控制度等于“2”时，数字控制 器与模拟控制器的控制效果相当。 （ ）9、要使二阶系统输出获得理想动态品质，其闭环幅频满足的条件是()1,A ω=相 频满足的条件是()0o ωΦ=。 （ ）10、A/D 转换器的分辨率与转换精度是一回事，分辨率高，则转换精度也高。 （ ）11、对于斜坡输入信号设计的最小拍无差系统，对于其它输入信号仍然是最小拍无差的。 （ ）12、大林把控制量()u k 以二分之一的采样频率振荡的现象称为“振铃现象”。 （ ）13、最少拍有波纹系统的缺陷之一是输出在采样点上的值与输入不相等。 （ ）14、要实现最少拍无波纹控制，在被控对象()c G s 含有足够积分环节的前提下， ()z Φ还应包含()G z 的单位圆上和单位圆外的零点。 （ ）15、为了实现最少拍无差控制，)(Z e Φ的表达式中需含有()G Z 的全部极点。 二、填空题 1、常用的I/O 控制方式是 ， 、 。 2、微型计算机控制系统中解决中断优先级的办法是 ， ， 。 3、满足实时控制要求的使用条件是 。 4、最短响应时间是 。
题型：填空题、简答题、综合题 第一章 1.常规仪表组成的自动控制系统，一般分成闭环控制与开环控制两种结构形 式。 2.计算机控制系统的硬件一般是由主机、常规外部设备、过程输入/输出通道、 操作台和通信设备等组成。 3.软件通常分为系统软件和应用软件两大类。 4.计算机控制系统主要分为：数据采集系统、操作指导控制系统、直接数字控 制系统、监督计算机控制系统、分散控制系统、现场总线控制系统。 5.计算机控制装置主要分为：可编程控制器、可编程调节器、总线式工控机、 嵌入式计算机系统和其他控制装置。 第二章 1.DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及 输入控制电路四部分组成。 2.模拟量输出通道的任务：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或 电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。 3.模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成：一般是由接口电路、数/ 模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等组成。 4.模拟量输出通道基本结构：多D/A结构和共享D/A结构。 5.D/A转换器的性能指标有分辨率、转换精度、偏移量误差、线性误差、稳定 时间。 6.DAC0832的内部结构组成及其作用：DAC0832主要由8位输入寄存器、8 位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存；8位DAC 寄存器用于存放待转换的数字量；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。 7.结合图，计算DAC0832的地址，分析说明由DAC0832组成的接口电路的工 作过程，并编写完成一次D/A转换的接口程序。
计算机控制系统复习题及答案
《计算机控制系统》课程复习资料 一、简答题： 1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？各有什么作用。 2.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述保持器的特点? 4.简述PID 调节器的作用，有哪几种改进型数字PID 算法？ 5.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 6.简要说明什么是计算机控制系统？模拟调节器与数字调节器有何区别? 二、分析和计算题： 1.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 -2 0.1z Y(z)Gc(z)== 1-0.4z +0.8z R(z) ,其中输入为单 位阶跃信号,求输出y(KT)。 2.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 0.53+0.1z Gc(z)=1-0.37z 当输入为单位阶跃信号 时, 求输出y(KT)及y(∞)。 3.用长除法或Z 反变换法或迭代法求闭环系统2 z +0.5Gc(z)=8(z +0.1z -0.12) 的单位阶 跃响应。 4.已知低通数字滤波器0.5266z D(z)= z -0.4734 ,求D （z ）的带宽ωm;并求当输入E(z)为 阶跃信号时数字滤波器的控制算法。取采样周期T=2ms 。 5.设系统如图所示，试求: ①系统的闭环脉冲传递函数。
②判定系统的稳定性。 ③分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时的稳态误差。 _ 6.设函数的La 氏变换为2 5F(s)= s (s +4) ，试求它的Z 变换F(z)。 7.数字控制系统如图所示,求当K=10,T=1s,a=1时，分别求当输入为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时的稳态误差。 8.已知单位负反馈系统的开环脉冲传递函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K 为何值时系统稳定。 9.已知系统单位负反馈的开环传递函数为:z +0.8Gk(z)= z(z -1)(z -0.7) 问:K 为何值时系统稳定? 10.已知单位反馈系统的广义对象的Z 传递函数为: -1 -1 -1 -1 -1 0.26z (1+2.78z )(1+0.2z ) W1(z)= (1-z )(1-0.286z ) ,试按最少拍无波纹设计原则设计单位阶跃 输入时,计算机的调节模型D(z),并求其控制算法。 11.已知连续系统的传递函数G(s)=(s+1)/[s(s+2)]试用冲击不变法求其等效的Z 传递函数. 12.已知离散系统的Z 传递函数：22 z 2z 1Y(z) G(z)z 5z 6U(z) ++==++,试求离散系统的状态