計算機控制技術及應用課后答案

1、計算機控制技術及應用課后答案 計算機控制技術及應用課后答案 【篇一：計算機控制技術課后習題答案】 統(tǒng)由哪些部分組成？并畫出方框圖。 解： 若將自動控制系統(tǒng)中控制器的功能用計算機或數(shù)字控制裝置來實現(xiàn)，就構成了計算機控制系統(tǒng)，其基本框圖如圖1-1所示。因此，簡單說來，計算機控制系統(tǒng)就是由各種各樣的計算機參與控制的一類系統(tǒng)。 在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是用軟件實現(xiàn)的，計算機執(zhí)行預定的控制程序就能實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制?？刂破髋c執(zhí)行機構之間是da轉換器，負責將數(shù)字信號轉換成模擬信號；ad轉換器則相反將傳感器采集的模擬信號，轉換成數(shù)字信號送給控制器。 2計算機控制系統(tǒng)是怎樣分類的？按功能和控制規(guī)律可分為

2、幾類？ 解： 計算機控制系統(tǒng)與其所控制的對象、采取的控制方法密切相關。因此，計算機控制系統(tǒng)的分類方法很多，可以按照系統(tǒng)的功能、控制規(guī)律或控制方式等進行分類。 按功能及結構分類：操作指導控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、工業(yè)以太控制系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)。 按照控制規(guī)律分類：程序和順序控制、比例積分微分控制(簡稱pid控制)、最少拍控制、復雜規(guī)律的控制、智能控制。 3計算機控制系統(tǒng)的主要特點有哪些？ 解： 主要有以下特點： 1數(shù)字模擬混合的系統(tǒng)。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，各處的信號是連續(xù)模擬信號。而在計算機控制系統(tǒng)中，除仍有連續(xù)模擬信號外，還有離散信號、數(shù)字信號等多

3、種信號。因此，計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。 2靈活方便、適應性強。一般的模擬控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由硬件電路實現(xiàn)的，控制規(guī)律越復雜，所需要的模擬電路往往越多，如果要改變控制規(guī)律，一般就必須更改硬件電路。而在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由軟件實現(xiàn)的，計算機執(zhí)行預定的控制程序就能實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制，需要改變控制規(guī)律時，一般不對硬件電路作改動，只要改變控制程序就可以了。 3可實現(xiàn)復雜控制規(guī)律。計算機具有豐富的指令系統(tǒng)和很強的邏輯判斷功能，能夠實現(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復雜控制規(guī)律。 4離散控制。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，給定值與反饋值的比較是連續(xù)進行的，控制器對產生的偏差也是連續(xù)調節(jié)的。而在計算機控

4、制系統(tǒng)中，計算機每隔一定時間間隔，向a/d轉換器發(fā)出啟動轉換信號，并對連續(xù)信號進行采樣獲得離散時間信號，經過計算機處理后，產生的控制時間信號通過d/a將離散信號轉換成連續(xù)時間信號輸出，作用于被控對象。因此，計算機控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。 圖1-1 計算機控制系統(tǒng)基本原理圖 5可以采用分時控制。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，一般是一個控制器控制一個回路。而在計算機控制系統(tǒng)中，由于計算機具有高速的計算處理能力，一個數(shù)字控制器經?？梢圆捎梅謺r控制的方式，同時控制多個回路。 6易于實現(xiàn)管控一體化。采用計算機控制系統(tǒng)可實現(xiàn)控制信息的全數(shù)字化，易于建立集成企業(yè)經營管理、生產管理和過程控制于一體的管控

5、一體化系統(tǒng)。即建立集成了生產過程控制系統(tǒng)pcs、生產執(zhí)行系統(tǒng)mes和企業(yè)資源管理系統(tǒng)erp的綜合自動化系統(tǒng)。 4計算機控制系統(tǒng)的主要性能指標有哪些？ 解： 1穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)最重要的要求之一。一個控制系統(tǒng)只有穩(wěn)定，才有可能工作，也才能談得上控制性能的好壞與優(yōu)劣。因此，對于計算機控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性分析同樣是一個重要的方面。通常采用控制理論中的離散系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法（如變換域的勞斯判據(jù)）來分析計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，用穩(wěn)定裕量(即相角裕量和幅值裕量)來衡量計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。 2能控性與能觀性 能控性和能觀性是現(xiàn)代控制理論中兩個非常重要的概念，它們從控制系統(tǒng)狀態(tài)的控制能力和狀態(tài)的

6、觀測能力兩個方面揭示了控制系統(tǒng)的兩個基本問題。 3動態(tài)指標 動態(tài)指標能夠比較直觀地反映控制系統(tǒng)的動態(tài)過渡過程特性。在經典控制理論的時域分析中用時域指標來衡量控制系統(tǒng)動態(tài)性能的好壞，常用指標有：延遲時間td、上升時間tr、峰值時間tp、調節(jié)時 間ts、超調量?%。在實際應用中，常用的動態(tài)性能指標為上升時間、調節(jié)時間和超調量。通常用tr和tp評價系統(tǒng)的初始響應速度，用ts評價系統(tǒng)的總體響應速度和平穩(wěn)程度，用?%評價系統(tǒng)的平穩(wěn)性。 當利用頻率特性進行控制系統(tǒng)的分析和設計時，常用頻域指標來衡量控制系統(tǒng)動態(tài)性能的優(yōu)劣。在用開環(huán)對數(shù)頻率特性設計控制系統(tǒng)時，常用靜態(tài)速度誤差系數(shù)kv、相角裕量?、幅值裕量l和

7、開環(huán)截止頻率?c等指標；而用閉環(huán)頻率特性設計控制系統(tǒng)時，常采用靜態(tài)速度誤差系數(shù)kv、閉環(huán)諧振峰值mr、閉環(huán)諧振頻率?r和閉環(huán)頻帶寬度?b等指標。 4穩(wěn)態(tài)指標 穩(wěn)態(tài)指標是控制系統(tǒng)控制精度或抗干擾能力的一種度量，常用穩(wěn)態(tài)誤差ess來表征。通常在階躍函數(shù)、斜坡函數(shù)或加速度函數(shù)作用下進行測定或計算，ess表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出量y?與期望值y0之間的差值，是系統(tǒng)對于跟蹤給定信號準確性的定量描述。希望ess越小越好。 5積分型指標 在現(xiàn)代控制理論中，經常使用綜合性指標來衡量控制系統(tǒng)的性能。積分型指標是主要的綜合性指標之一，它主要以誤差e(t)對時間的不同積分來表征，有誤差平方的積分、時間乘誤差(或乘誤差絕對

8、值)平方的積分、時間平方乘誤差(或乘誤差絕對值)平方的積分、誤差絕對值的積分以及加權二次型性能指標等。 5控制對象對控制性能有何影響？ 解： 假設控制對象的特性歸結為對象放大系數(shù)km和擾動放大系數(shù)kn、慣性時間常數(shù)tm和tn、純滯后時間常數(shù)?和?n，而控制系統(tǒng)的性能采用超調量?%、調節(jié)時間ts、和穩(wěn)態(tài)誤差ess等來表征。根據(jù)控制理論知識可以得出如下結論： 1放大系數(shù)對控制性能的影響 擾動通道的放大系數(shù)kn越小，穩(wěn)態(tài)誤差ess也越小，控制精度就越高，故希望kn盡可能小；而由于km完全可以由數(shù)字調節(jié)器的比例系數(shù)kp來補償，所以km對系統(tǒng)的性能沒有影響。 2慣性時間常數(shù)對控制性能的影響 當tn加大或

9、慣性環(huán)節(jié)的階次增加時，可以減少超調量?%；而tm越小，系統(tǒng)的反應就越靈敏，控制也就越及時，控制性能就越好。 3純滯后時間對控制性能的影響 擾動通道的純滯后時間?n對控制系統(tǒng)的性能沒有影響，只是使輸出量yn(t)沿時間軸平移了?n；而控制通道的純滯后時間?使控制系統(tǒng)的超調量?%增大，調節(jié)時間ts延長，純滯后時間?越大，控制性能就越差。 6綜合自動化系統(tǒng)的體系結構？ 解： 綜合自動化系統(tǒng)是以經濟指標為目標，以生產過程優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理為核心技術，實現(xiàn)在線成本的預測、控制和反饋校正，以形成生產成本控制中心，保證生產過程的優(yōu)化運行；實施生產全過程的優(yōu)化調度、統(tǒng)一指揮，以形成生產指揮中心，保證

10、生產過程的優(yōu)化控制；實現(xiàn)生產過程的質量跟蹤、安全監(jiān)控，以形成質量管理體系和設備保證體系，保證生產過程的優(yōu)化管理。因此，綜合自動化系統(tǒng)一般來說是一個多層次遞階的集成控制系統(tǒng)，通常分為如圖1-2所示的erp/mes/pcs/三層模型結構，即劃分為考慮生產過程問題的生產過程控制系統(tǒng)pcs（process control system）；考慮企業(yè)層面經營管理問題的企業(yè)資源計劃erp（enterprise resource plal 知識層控制 知識層基礎 知識層圖1-3計算機控制技術所涉及的整個知識結構框架 8信息絡對控制絡的推動作用？ 9計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展動向主要表現(xiàn)在哪幾個方面？ 1結構絡化 以

11、絡為依托，采取縱向分層、橫向分散的策略，將控制區(qū)域內的各種設備連接在一起，使各組成部分協(xié)調工作，共同完成控制、管理和決策功能。 2控制分散化 將控制功能下放到現(xiàn)場設備，現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)的處理和管理，大大提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性。同時，通過絡將各個現(xiàn)場設備連接成一個有機的整體，又保證了上層決策系統(tǒng)可以得到大量豐富的現(xiàn) 場信息，便于進行適當而及時的決策，提高了系統(tǒng)的有效性和效率。 3節(jié)點智能化 控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行器等現(xiàn)場設備成為具有誤差補償、故障診斷、功能自治等特征的絡化智能節(jié)點，使控制系統(tǒng)具備遠程系統(tǒng)調試、在線設備管理、實時生產監(jiān)控、故障自動修復等能力，以適應降低控制系統(tǒng)使用和維護成本、提高系統(tǒng)可靠性和易用性的要求。 4系統(tǒng)集成化 每種現(xiàn)場總l 么是自動控制、控制系統(tǒng)、自動化和控制論？ 指導信息: 參見1.1自動控制的基本概念。 自動控制(autocontrol)：不用人力來實現(xiàn)的控制，通常可用機械、電氣等裝置來實現(xiàn)。通常相對手動控制而言。 控制系統(tǒng)(control system)：通過控制來實現(xiàn)特定功能目標的系統(tǒng)。而系統(tǒng)(sys