計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)A卷答案

1、一、 填空（每空1分，共13分）1. 如果將連續(xù)控制系統(tǒng)的 控制器 用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 和 生產(chǎn)過程 兩大部分組成。2. 按所傳遞和交換的信息來分，過程通道又可分為 數(shù)字量過程通道 和 模擬量過程通道 。3. 總線是一組信號(hào)線的集合。這些線是系統(tǒng)的 各插件間 (或插件內(nèi)部芯片間)、 各系統(tǒng)之間 傳送規(guī)定信息的公共通道，有時(shí)也稱 數(shù)據(jù)公路 ，通過它們可以把各種數(shù)據(jù)和命令傳送到各自要去的地方。4. 線性離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)定義為零初始條件下，系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的 輸出采樣函數(shù)z變換 和 輸入采樣函數(shù)z變換 之比。5. 控制度以誤差平方積分作為評(píng)價(jià)函數(shù)，反映了 數(shù)

2、字控制 的控制效果對(duì) 模擬控制的控制效果的相當(dāng)程度。通常，當(dāng)控制度為 1.05 時(shí)，兩者的控制效果相當(dāng)。6. 最小拍控制是指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)（如階躍信號(hào)、速度信號(hào)、加速度信號(hào)等）作用下，經(jīng)過最少個(gè)采樣周期使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。因此，最小拍控制實(shí)際上是 時(shí)間最優(yōu)控制 。二、 簡(jiǎn)答題（8題，共40分）1、連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有哪些特點(diǎn)？ 答：與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。(2) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計(jì)算機(jī)通過程序?qū)崿F(xiàn)的（數(shù)字控制器），修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。(3)

3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律。(4) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。(5) 一個(gè)數(shù)字控制器經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式，同時(shí)控制多個(gè)回路。(6) 采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。 2. 簡(jiǎn)述典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中所包含的信號(hào)形式。 答：(1) 連續(xù)信號(hào)連續(xù)信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值可以是連續(xù) 的、 也可以是斷續(xù)的。 (2) 模擬信號(hào)模擬信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值在某一時(shí)間范圍內(nèi)是連 續(xù)的。模擬信號(hào)是連續(xù)信號(hào)的一個(gè)子集，在大多數(shù)場(chǎng)合

4、與很多文獻(xiàn)中，將二者等同起來，均指模擬信號(hào)。(3) 離散信號(hào) 離散信號(hào)是僅在各個(gè)離散時(shí)間瞬時(shí)上有定義的信號(hào)。(4) 采樣信號(hào) 采樣信號(hào)是離散信號(hào)的子集，在時(shí)間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。 在很多場(chǎng)合中，我們提及離散信號(hào)就是指采樣信號(hào)。(5) 數(shù)字信號(hào) 數(shù)字信號(hào)是幅值整量化的離散信號(hào)，它在時(shí)間上和幅值上均是離散的。3. 簡(jiǎn)述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的作用。答：(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對(duì)偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)KP。系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對(duì)象存在靜差。加大比例系數(shù)KP可以減小靜差，但是KP過大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出

5、量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，積分時(shí)間常數(shù)TI大，則積分作用弱，反之強(qiáng)。增大TI將減慢消除靜差的過程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。(3)微分調(diào)節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 4. 何為最少拍設(shè)計(jì)？答：最少拍設(shè)計(jì)，是指系統(tǒng)在典型輸入信號(hào)(如階躍信號(hào)，速度信號(hào)，加速度信號(hào)等)作用下，經(jīng)過最少拍(有限拍)，使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。5.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中主機(jī)有那些？答

6、：工業(yè)計(jì)算機(jī)，可編程序控制器，單片機(jī)，嵌入式控制器，數(shù)字信號(hào)處理器， ARM處理器 6.干擾的作用途徑是什么？ 答：無論是內(nèi)部干擾還是外部干擾，都是從以下幾個(gè)途徑作用于系統(tǒng)的。 1) 傳導(dǎo)耦合 2) 靜電耦合 3) 電磁耦合 4) 公共阻抗耦合 7.某加熱爐溫度變化范圍為01600，經(jīng)溫度變送器和調(diào)理電路輸出電壓為15V，再經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換（ADC0809的輸入范圍15V），使計(jì)算當(dāng)采樣數(shù)值為9BH時(shí)，所對(duì)應(yīng)的加熱爐溫度是多少？(6分)解：FFH=（255）109BH=（155）10 8. 某加熱爐溫度變化范圍為01600，經(jīng)溫度變送器和調(diào)理電路輸出電壓為15V，再經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換（A

7、DC0809的輸入范圍15V），使計(jì)算當(dāng)采樣數(shù)值為9BH時(shí)，所對(duì)應(yīng)的加熱爐溫度是多少？(6分)解：FFH=（255）109BH=（155）10 三、 計(jì)算題（4題，30分）1. 用雙線性變換法求模擬控制器等效的數(shù)字控制器，設(shè)采樣周期T=0.5s。（5分）解：2. 設(shè)被測(cè)溫度變化范圍為0oC1200oC,如果要求誤差不超過0.4oC,應(yīng)選用分辨為多少位的A/D轉(zhuǎn)換器？（5分）解： 2. 已知系統(tǒng)的差分方程為 輸入信號(hào)是 初始條件為，試寫出輸出脈沖序列 解： 3. 已知 ，寫出等效的增量型數(shù)字PID控制器的差分形式。解：4. 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 采樣周期T=1s，采用零階保持器，針對(duì)單位速度輸入

8、函數(shù)，設(shè)計(jì)： (1)最少拍控制器；（6分） (2)畫出采樣瞬間數(shù)字控制器的輸出和系統(tǒng)的輸出曲線。（6分） 解：(1)最少拍控制器可以寫出系統(tǒng)的廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)將T=1S代入，有由于輸入r(t)=t，則(2)系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)則當(dāng)輸入為單位速度信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)輸出序列Z變換為y(0)=0,y(1)=0,y(2)=2T,y(3)=3T,四、 說明題（17分）如下圖所示，為A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的原理框圖請(qǐng)說明：1）該轉(zhuǎn)換器是多少位的轉(zhuǎn)換器？2）其實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法是什么？3）說明各引腳功能。答：1）該轉(zhuǎn)換器是8位的轉(zhuǎn)換器2）逐次逼近法3） IN7一IN0：8個(gè)模擬量輸入端。 START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 OE：輸出允許信號(hào)。 CLOCK