2022年計算機控制系統(tǒng)習題答案劉士榮

1、習題參考答案1-1 典型的計算機控制系統(tǒng)與常規(guī)控制系統(tǒng)之間有哪些區(qū)別？常規(guī)：由控制計算機系統(tǒng)與生產過程（被控對象、執(zhí)行機構、測量變送）組成，結構相對復雜，可靠性較低，成本稍高；典型：結構簡單、控制靈活、安全；但是需要人工操作，速度受限制，不能控制多個對象，實用性好。1-3 計算機控制系統(tǒng)結構有哪些分類？并指出主要的應用場合。1.操作指導控制系統(tǒng)2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)3.計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)4.集散控制系統(tǒng)操作管理功能的集中和控制功能的分散5.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)6.工業(yè)過程計算機系統(tǒng)集成制造系統(tǒng)綜合管理、指揮調度和經營管理2-3 信號調理單元的功能是什么？通常包括那些電路？放大、電平變換、電隔離、阻抗

2、變換、線性化和濾波，將傳感器輸出的電信號盡可能不失真地轉變?yōu)闃藴实碾娏骰螂妷盒盘枺ㄍǔ?20ma 、05v 等）。通常包括標度變換器、濾波電路、線性化處理及電參量間的轉換電路等。2-5 儀表放大器與普通運算放大器有何不同？其特點有哪些？對于輸出阻抗大，共模電壓高的輸入信號，需要用到高輸入阻抗和高共模抑制比的差動放大器，儀器放大器是專為這種應用場合設計的增益可調的放大器。如果由普通的運放構成增益可設定的差動放大器，因其輸入阻抗低，電阻參數(shù)對稱性調整復雜，共模抑制比低，故而不適合作為傳感器輸出信號的差動放大器。2-7 為何要使用i/v 變換電路？為了后續(xù)的檢測、放大、調理電路如果只是檢測變化緩慢

3、的電流大小，可以直接用電流檢測電路即可但是如果要檢測變化較快、幅值很小、存在干擾的電流信號呢，就要進行i/v 變換了。比如光電檢測中的光電二極管輸出即是電流信號，有的在ua 級，有的在ma級，你必須變換后進行放大、濾波等處理才能由ad 采樣。2-9 在模擬量輸入通道中，為何通常要使用可編程放大器？答：因為在模擬輸入通道中，多路被測信號常常共用一個測量放大器，而各路的輸入信號大小往往不同， 但都要放大到模數(shù)轉換器的同一量程范圍內獲取適合的分辨力，所以常要使用可編程放大器。2-11 采樣保持器的作用是什么？是否所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器？為什么？采樣保持器的作用是：在a/d 轉換期間保

4、持輸入模擬信號不變。并不是所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器，如被采樣的模擬信號的變化頻率相對于 a/d 轉換的轉換速度較低的話，可以不加采樣保持器。2-13 a/d 轉換器有哪些技術指標？(1) 分辨率通常用轉換后的數(shù)字量的位數(shù)表示，如8 位、 10 位、 12 位、 16 位等(2) 量程它是指所能轉換的電壓范圍。如5v、10v 等。(3) 轉換精度它是指轉換后所得結果相對于實際值的準確度。(4) 轉換時間它是指啟動a/d 到轉換結束所需的時間，即孔徑時間。精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 6 頁 - - - - -

5、 - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -0v413502c86104095d(5) 工作溫度范圍較好的 a/d 轉換器的工作溫度為-40 85，一般的為0 70。2-14 一個 12 位的 a/d 轉換器，孔徑時間為20 s，絕對精度為1lsb ，若不使用采樣保持器，為了確保轉換精度，則允許轉換的正弦波模擬信號的最大頻率是多少？/1002100a dmuftuq6/(1/ 4096)*1001.9hz21002 2010100a dft2-16 為什么模擬量輸出通道中要有零

6、階保持器？通常用何電路實現(xiàn)？計算機控制系統(tǒng)中通常采用零階保持器，即前一采樣時刻的輸出值原封不動的（理想化的）保持到下一采樣時刻到來。零階保持器通常用和模擬量輸入通道中的采樣保持器一樣的電容保持電路來實現(xiàn)。2-17.為何在模擬量輸出通道中通道中通常有v/i 轉換電路？答：這是因為在長距離傳輸信號時容易引入干擾，而電流傳輸具有較強的抗干擾能力。2-18 數(shù)字量輸入通道主要由哪些電路構成？答：數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調理電路、輸入地址譯碼電路等組成。2-19 數(shù)字量輸入通道中的調理電路通常哪幾種功能？電平轉換、濾波、隔離和過電壓保護2-25 某熱處理爐溫度變化的范圍為01350,經溫度變

7、送器變換為1 5v電壓輸入ad574a ， ad574a 的輸入范圍為010v。當 t=kt 時，ad574a 的轉換結果為56ah，問此時爐內的溫度為多少度？解1350 xac，00ac，5mn，01nv，561386ah1013863.3854095xvn0000()xxmmnnaaaann3.385 1(13500)08055 1c3-1 工業(yè)控制計算機有什么主要特點?有哪幾種主要類型? 工業(yè)控制計算機的主要特點工業(yè)控制計算機的主要類型(1) 通用型 ipc(2) 工業(yè)總線工控機(3) dcs現(xiàn)場控制站(4) 智能程控儀表和總線型測控儀表或解：56ah對應的電壓值為10563.38540

8、95vahv13500513.3851y805xac精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -( )( )0.5( )2( )du tde tu te tdtdt(1) 可靠性高(2) 實時性好(3) 環(huán)境適應能力強(4) 輸入和輸出模板配套好(5) 系統(tǒng)通信功能強(6) 系統(tǒng)開放性和擴充性好(7) 控制軟件包功能強(8) 后備措施齊全，具有冗余性

9、4-8 已知閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程，時判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并指出不穩(wěn)定的極點數(shù)。（2）z3-1.5z2-0.25z+0.4=05-2 已知模擬調節(jié)器的傳遞函數(shù)為sssesusd5.0121)()()(，試寫出相應數(shù)字控制器的位置型控制算式，設采樣周期st5.0解精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -5-3 試說明比列、積分、微分控制作用的物理意義？（

10、1）比例環(huán)節(jié)：成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減少偏差。（2） 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)，積分時間常數(shù)越大，積分作用越弱，反之則越強。（3） 微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。5-4 調節(jié)系統(tǒng)在純比例作用下已整定好，加入積分作用后，為保證原穩(wěn)定度，此時應將比例系數(shù)增大還是減?。拷鉁p小5-5 要消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，通常選用哪種調節(jié)規(guī)律？解pi 或 pid 思考題與習題6-1 最小拍設計的要求

11、是什么?在設計過程中怎樣滿足這些要求？它有什么局限性？6-2 系統(tǒng)如圖6-44 所示，求r(t)=t 時最小拍系統(tǒng)的d(z). ( )(10.5 )( )(12 )u sse ss( )(1)( )(1)0.5( )2( )u ku ke ke ku ke ktt( )0.5 (1)2.5 ( )2 (1)u ku ke ke k(0.5) ( )0.5 (1)(2) ( )2 (1)tu ku kte ke k精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - -

12、 - - - - - - - - - - - - 第 4 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -ttr)(21)1()(zze212)(1)(zzzze12011012111212115.01215.1)1(10)1(205.01025.110)1()20)(10(2000)1()105.0)(11.0(101)()()(zezezztzzsssszzssszzssssezsgsgzzgtttsoht=0.2 代入：)0183.01)(1354.01)(1(03977.08961.076165.015.01215.1)1(2)1()(111321141212111zzzzzzzez

13、ezzzzzg由于有)03977.08961.076165.0)(1()0183.01)(1354.01)(2()()()()(32111111zzzzzzzzzzgzzde6-16 什么叫模糊控制？模糊控制與pid 控制有什么區(qū)別？（1）模糊控制是模糊集合論，模糊言語變量和模糊邏輯推理為基礎的一類計算機控制算略，是一種非線性控制。（2）區(qū)別：模糊控制能對復雜的和難以建模的過程進行簡單有效的控制，但是不具有積分環(huán)節(jié)，因而很難消除穩(wěn)態(tài)誤差，常在平衡點附近產生小幅整蕩；而pid 控制是過程控制中應用最廣泛的一種基本控制規(guī)律，具有原理簡單、使用方便、穩(wěn)定性和魯棒性較好的特點。9-1 簡述計算機控制系

14、統(tǒng)的設計原則和步驟。系統(tǒng)設計的原則：1.安全可靠2.滿足工藝要求3.操作維護方便4.實時性強5 通用性好6.經濟效益高系統(tǒng)設計的步驟：1.工程項目與控制任務的確定階段1).甲方提出任務委托書2).乙方研究任務委托書3).雙方對委托書驚醒確認性修改4).乙方初步進行系統(tǒng)總體方案設計5)乙方進行方案可行性論證6).簽訂合同書2.工程項目的設計階段精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -精品學習資料 可選擇p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 頁，共 6 頁 - - - - - - - - -（1）組件項目研制小組（2）系統(tǒng)方案設計（3）方案論證與評審（4）硬件與軟件的細化設計（5）硬件與軟件的調試（6）系統(tǒng)的組裝3.離線方針和調試階段4.在線調試和運行階段. 9-2 在做計算機控制系統(tǒng)總體方案設計時，要考慮哪些問題？答：包括系統(tǒng)結構、組成方式、現(xiàn)場設備的選擇、硬件與軟件的功能劃分、控制策略和控制算法的確