計算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題答案

1、文檔編碼 : CT5R6T9T3W9 HZ2I7I4D5Z3 ZX10B2S6U2O9- -第一章 1運(yùn)算機(jī)系統(tǒng)由哪些局部組成？并畫出方框圖；解：假設(shè)將自動把握系統(tǒng)中把握器的功能用運(yùn)算機(jī)或數(shù)字把握裝置來實(shí)現(xiàn),就構(gòu)成了運(yùn)算機(jī)把握 系統(tǒng),其根本框圖如圖 1-1所示；因此,簡潔說來,運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)就是由各種各樣的運(yùn)算 機(jī)參與把握的一類系統(tǒng)；運(yùn)算機(jī)r - 把握器D/A 執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象被控量給定值在運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)中,A/D傳感器圖 1-1 運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)根本原理圖把握規(guī)律是用軟件實(shí)現(xiàn)的,運(yùn)算機(jī)執(zhí)行預(yù)定的把握程序就能實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的把握；把握器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間是DA 轉(zhuǎn)換器,負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；

2、AD 轉(zhuǎn)換器那么相反將傳感器采集的模擬信號,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給把握器；2運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)是怎樣分類的？按功能和把握規(guī)律可分為幾類？解：運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)與其所把握的對象、實(shí)行的把握方法親熱相關(guān)；因此, 運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)的分類方法很多,可以依據(jù)系統(tǒng)的功能、把握規(guī)律或把握方式等進(jìn)展分類；按功能及構(gòu)造分類：操作指導(dǎo)把握系統(tǒng)、直接數(shù)字把握系統(tǒng)、監(jiān)視把握系統(tǒng)、集散把握系統(tǒng)、現(xiàn)場總線把握系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)把握系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)；依據(jù)把握規(guī)律分類：程序和次序把握、 比例積分微分把握簡稱 PID 把握 、最少拍把握、復(fù)雜規(guī)律的把握、智能把握；3運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有哪些？解：主要有以下特點(diǎn)：1數(shù)字模擬混合的系統(tǒng)；

3、在連續(xù)把握系統(tǒng)中,各處的信號是連續(xù)模擬信號；而在運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)中,除仍有連續(xù)模擬信號外,仍有離散信號、數(shù)字信號等多種信號；因此,運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)；2靈敏便利、適應(yīng)性強(qiáng)；一般的模擬把握系統(tǒng)中,把握規(guī)律是由硬件電路實(shí)現(xiàn)的,控制規(guī)律越復(fù)雜, 所需要的模擬電路往往越多,假如要轉(zhuǎn)變把握規(guī)律,一般就必需更換硬件電路；而在運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)中,把握規(guī)律是由軟件實(shí)現(xiàn)的,運(yùn)算機(jī)執(zhí)行預(yù)定的把握程序就能實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的把握,需要轉(zhuǎn)變把握規(guī)律時,一般不對硬件電路作改動,只要轉(zhuǎn)變把握程序就可以了；3可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜把握規(guī)律；運(yùn)算機(jī)具有豐富的指令系統(tǒng)和很強(qiáng)的規(guī)律判定功能,能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜把握規(guī)律；

4、4離散把握；在連續(xù)把握系統(tǒng)中,給定值與反響值的比擬是連續(xù)進(jìn)展的,把握器對產(chǎn)生的偏差也是連續(xù)調(diào)劑的；而在運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)中,運(yùn)算機(jī)每隔確定時間間隔,向 A/D 轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號,并對連續(xù)信號進(jìn)展采樣獲得離散時間信號,經(jīng)過運(yùn)算機(jī)處理后,產(chǎn)- word.zl.- -生的把握時間信號通過D/A將離散信號轉(zhuǎn)換成連續(xù)時間信號輸出,作用于被控對象； 因此,運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)并不是連續(xù)把握的,而是離散把握的；5可以接受分時把握；在連續(xù)把握系統(tǒng)中,一般是一個把握器把握一個回路；而在計算機(jī)把握系統(tǒng)中, 由于運(yùn)算機(jī)具有高速的運(yùn)算處理才能,把握的方式,同時把握多個回路；一個數(shù)字把握器經(jīng)常可以接受分時6易于實(shí)現(xiàn)管控一體

5、化；接受運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)把握信息的全數(shù)字化,易于建立集成企業(yè)經(jīng)營治理、 生產(chǎn)治理和過程把握于一體的管控一體化系統(tǒng)；即建立集成了生產(chǎn)過程把握系統(tǒng) PCS、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng) MES 和企業(yè)資源治理系統(tǒng) ERP 的綜合自動化系統(tǒng)；4運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有哪些？解：1穩(wěn)固性穩(wěn)固性是對把握系統(tǒng)最重要的要求之一；一個把握系統(tǒng)只有穩(wěn)固,才有可能工作, 也才能談得上把握性能的好壞與優(yōu)劣；因此, 對于運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)來說,穩(wěn)固性分析同樣是一個重要的方面； 通常接受把握理論中的離散系統(tǒng)穩(wěn)固性分析方法如變換域的勞斯判據(jù)來分析計算機(jī)把握系統(tǒng)的穩(wěn)固性,用穩(wěn)固裕量 即相角裕量和幅值裕量 來衡量運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)的穩(wěn)固程

6、度；2能控性與能觀性能控性和能觀性是現(xiàn)代把握理論中兩個特殊重要的概念,它們從把握系統(tǒng)狀態(tài)的把握才能和狀態(tài)的觀測才能兩個方面提示了把握系統(tǒng)的兩個根本問題；3動態(tài)指標(biāo)動態(tài)指標(biāo)能夠比擬直觀地反映把握系統(tǒng)的動態(tài)過渡過程特性；在經(jīng)典把握理論的時域分析中用時域指標(biāo)來衡量把握系統(tǒng)動態(tài)性能的好壞,常用指標(biāo)有：推遲時間 dt 、上升時間 rt 、峰值時間 pt 、調(diào)劑時間 st 、超調(diào)量 % ；在實(shí)際應(yīng)用中,常用的動態(tài)性能指標(biāo)為上升時間、調(diào)劑時間和超調(diào)量；通常用 rt 和 pt 評判系統(tǒng)的初始響應(yīng)速度,用 st 評判系統(tǒng)的總體響應(yīng)速度和平穩(wěn)程度,用 % 評判系統(tǒng)的平穩(wěn)性；當(dāng)利用頻率特性進(jìn)展把握系統(tǒng)的分析和設(shè)計時

7、,常用頻域指標(biāo)來衡量把握系統(tǒng)動態(tài)性能的優(yōu)劣；在用開環(huán)對數(shù)頻率特性設(shè)計把握系統(tǒng)時,常用靜態(tài)速度誤差系數(shù) K 、相角裕量、幅值裕量 l 和開環(huán)截止頻率 C等指標(biāo)；而用閉環(huán)頻率特性設(shè)計把握系統(tǒng)時,常接受靜態(tài)速度誤差系數(shù) K 、閉環(huán)諧振峰值 M r、閉環(huán)諧振頻率 r和閉環(huán)頻帶寬度 b等指標(biāo)；4穩(wěn)態(tài)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)是把握系統(tǒng)把握精度或抗干擾才能的一種度量,常用穩(wěn)態(tài)誤差 e 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(jìn)展測定或運(yùn)算,e 表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出量 y 與期望值 y 之間的差值,是系統(tǒng)對于跟蹤給定信號精確性的定量描述；期望 e 越小越好；5積分型指標(biāo)在現(xiàn)代把握理論中,經(jīng)常使用綜合性指標(biāo)來衡量

8、把握系統(tǒng)的性能；積分型指標(biāo)是主要的綜合性指標(biāo)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 或乘誤差確定值 平方的積分、時間平方乘誤差 或乘誤差確定值 平方的積分、誤差絕對值的積分以及加權(quán)二次型性能指標(biāo)等；5把握對象對把握性能有何影響？解：- word.zl.- -假設(shè)把握對象的特性歸結(jié)為對象放大系數(shù) K m 和擾動放大系數(shù) K n、慣性時間常數(shù) T m 和 T 、純滯后時間常數(shù) 和 n,而把握系統(tǒng)的性能接受超調(diào)量 % 、調(diào)劑時間 st 、和穩(wěn)態(tài)誤差 e ss等來表征；依據(jù)把握理論學(xué)問可以得出如下結(jié)論：1放大系數(shù)對把握性能的影響擾動通道的放大系數(shù) K 越小,

9、 穩(wěn)態(tài)誤差 e 也越小, 把握精度就越高, 故期望 K 盡可能??；而由于 K m 完全可以由數(shù)字調(diào)劑器的比例系數(shù) K p 來補(bǔ)償,所以 K m 對系統(tǒng)的性能沒有影響；2慣性時間常數(shù)對把握性能的影響當(dāng)T 加大或慣性環(huán)節(jié)的階次增加時,可以削減超調(diào)量 n% ；而T 越小,系統(tǒng)的反響就越靈 m敏,把握也就越準(zhǔn)時,把握性能就越好；3純滯后時間對把握性能的影響擾動通道的純滯后時間n對把握系統(tǒng)的性能沒有影響,只是使輸出量ynt沿時間軸平移了n；而把握通道的純滯后時間使把握系統(tǒng)的超調(diào)量% 增大,調(diào)劑時間st 延長,純滯后時間越大,把握性能就越差；6綜合自動化系統(tǒng)的體系構(gòu)造？解：綜合自動化系統(tǒng)是以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)

10、,以生產(chǎn)過程優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化把握與優(yōu)化治理為核心技術(shù),實(shí)現(xiàn)在線本錢的推測、把握和反響校正,化運(yùn)行；實(shí)施生產(chǎn)全過程的優(yōu)化調(diào)度、統(tǒng)一指揮,以形成生產(chǎn)本錢把握中心,保證生產(chǎn)過程的優(yōu) 以形成生產(chǎn)指揮中心,保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化把握；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的質(zhì)量跟蹤、平安監(jiān)控,以形成質(zhì)量治理體系和設(shè)備保證體系,保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化治理；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把握系統(tǒng),通常分為如圖 1-2 所示的 ERP/MES/PCS/ 三層模型構(gòu)造, 即劃分為考慮生產(chǎn)過程問題的生產(chǎn)過程把握系統(tǒng) PCSProcess Control System；考慮企業(yè)層面經(jīng)營治理問題的企業(yè)資源方案ERPEnterpris

11、e Resource Planning系統(tǒng)以及同時考慮生產(chǎn)與治理結(jié)合問題的中間層生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng) MESManufacturing Execution System,又稱制造執(zhí)行系統(tǒng)三個層次；企業(yè)資源方案 ERPEnterprise Resource Planning生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng) MESManufacturing Execution System過程把握系統(tǒng) PCSProcess Control System圖 1-2 綜合自動化系統(tǒng)分層模型7運(yùn)算機(jī)把握技術(shù)所涉及的整個學(xué)問構(gòu)造框架？- word.zl.- -學(xué)問領(lǐng)域：系統(tǒng)與工程系統(tǒng)學(xué)問單元：多變量系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、分布參數(shù)系統(tǒng)、離散大事 系統(tǒng)、大

12、系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)、運(yùn)動把握系統(tǒng)、繼承自動化系統(tǒng)、管 理信息系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、運(yùn)籌學(xué)、最優(yōu)化、智能系統(tǒng)、機(jī)器人系學(xué)問層統(tǒng)、多智能體等等控制+_把握與智能通執(zhí)行與驅(qū)動模型與仿真信與學(xué)問層網(wǎng)運(yùn)算與處理絡(luò)傳感與檢測學(xué)問領(lǐng)域：數(shù)理與機(jī)電基礎(chǔ)基礎(chǔ)學(xué)問單元：數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理、化學(xué)、現(xiàn)代生物學(xué)、生命科學(xué)、腦科學(xué)、思維科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、治理科學(xué)、電工電子基礎(chǔ)、機(jī)械 基礎(chǔ)、運(yùn)算機(jī)原理、運(yùn)算機(jī)語言、微機(jī)原理等等學(xué)問層圖1-3 運(yùn)算機(jī)把握技術(shù)所涉及的整個學(xué)問結(jié)構(gòu)框架8信息網(wǎng)絡(luò)對把握網(wǎng)絡(luò)的推動作用？9運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)的開展動向主要表現(xiàn)在哪幾個方面？1構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)化 以網(wǎng)絡(luò)為依靠,實(shí)行縱向分層、橫向分散的策略,將把握區(qū)域的各種設(shè)備連

13、接在一起,使各組成局部和諧工作,共同完成把握、治理和決策功能；2把握分散化將把握功能下放到現(xiàn)場設(shè)備,現(xiàn)場進(jìn)展數(shù)據(jù)的處理和治理,大大提高了系統(tǒng)的實(shí)時性和牢靠性；同時,通過網(wǎng)絡(luò)將各個現(xiàn)場設(shè)備連接成一個有機(jī)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(jìn)展適當(dāng)而準(zhǔn)時的決策,提高了系統(tǒng)的有效性和效率；3節(jié)點(diǎn)智能化 把握器、傳感器、變送器、執(zhí)行器等現(xiàn)場設(shè)備成為具有誤差補(bǔ)償、故障診斷、功能自治等特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化智能節(jié)點(diǎn),使把握系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程系統(tǒng)調(diào)試、在線設(shè)備治理、實(shí)時生產(chǎn)監(jiān)控、故障自動修復(fù)等才能,以適應(yīng)降低把握系統(tǒng)使用和愛護(hù)本錢、提高系統(tǒng)牢靠性和易用性的要求；4系統(tǒng)集成化每種現(xiàn)場總線往往有自己的技

14、術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域,2022 年 10 月各國 IEC 委員會投票通過的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158 第四版中納入了18 種總線類型,多種總線共存已經(jīng)成為不爭- word.zl.- -的事實(shí)； 從系統(tǒng)構(gòu)造來看,實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常集成多種現(xiàn)場總線、工業(yè)無線技術(shù)共同構(gòu)建把握系統(tǒng)； 從系統(tǒng)組成來看,經(jīng)常接受集成生產(chǎn)過程把握系統(tǒng)、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)、企業(yè)資源方案系統(tǒng)的多層次遞階把握系統(tǒng)；習(xí)題二1運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分為幾類？解：運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)的描述方法可分為：一是將連續(xù)的被控對象離散化等效的離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型, 然后在離散系統(tǒng)的疇分析整個閉環(huán)系統(tǒng)；二是將數(shù)字把握器等效為一個連續(xù)環(huán)節(jié),然后接受連續(xù)系統(tǒng)的

15、方法來分析與設(shè)計整個把握系統(tǒng)；一般來說,前一種方法使用較為普遍；本章即依據(jù)前一種方法,介紹運(yùn)算機(jī)把握系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述的建立過程；至于后一種方法可參考連續(xù)系統(tǒng)把握理論的建立過程；2采樣信號的物理意義是什么？解：對連續(xù)時間信號采樣的物理意義可以有兩種說明；其一為連續(xù)時間信號被單位脈沖序列作了離散時間調(diào)制；其二為單位脈沖序列被連續(xù)時間信號作了幅值加權(quán)；這兩種說明是等價的,如圖 2-1所示；0 xtt+1Ttt=0 xnTt0連續(xù)時間信號被單位脈沖序列作了離散時間調(diào)制1Ttt+0 xtt=0 xnTt0單位脈沖序列被連續(xù)時間信號進(jìn)行了幅值加權(quán)圖 2-1 采樣信號的物理意義3采樣定理與信號復(fù)現(xiàn)的關(guān)系是什么？

16、解：采樣定理從理論上指明白從采樣信號x* t中復(fù)原原連續(xù)時間信號xt 的條件,可以留意到,信號的復(fù)現(xiàn)需要通過一個理想的低通濾波器才可以實(shí)現(xiàn)；同時,對于頻譜豐富的時間信號,頻譜成分的上限頻率是不存在的；而工程上接受的將采樣信號復(fù)原為連續(xù)信號的裝置稱為保持器； 所以,保持器是可以起到近似低通濾波器作用的工程器件；實(shí)現(xiàn)信號復(fù)原與保持所依據(jù)的是信號定值外推理論；- word.zl.- -4設(shè)采樣周期為 1 2 3 T,試求以下連續(xù)時間系統(tǒng)被控對象的脈沖傳遞函數(shù)；Ks saKsasb1eTsKssasb解： 1、5Z Gs,G2z s sKaaK 1eaTzaT和中間有采樣開a z1zeG 1s 1s

17、sa,試分別求出他們中間沒有采樣開關(guān)隔開時,s關(guān)隔開時的脈沖傳遞函數(shù)；解：有采樣開關(guān)：G ZZ 1 s saa11e1111Z1ZeaT無采樣開關(guān)：G ZZ 1aaz zaT1aTs sze6設(shè)有閉環(huán)采樣把握系統(tǒng)如圖2-27 所示,試求出該系統(tǒng)閉脈沖傳遞函數(shù)；rtG1sG2sYt圖 2-27 閉環(huán)采樣把握系統(tǒng)構(gòu)造圖解：G ZG Z G Z 1 2ZG Z G Z 1 21G Z G Z 1 27設(shè)采樣把握系統(tǒng)的特點(diǎn)方程如下所示,試確定相應(yīng)系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)固性；1 z35 z223 z20102z49 z33 z39 z103z31.5z2 z1304z41.55z30.5z20.5z5z42 z3z22 z10解：- word.zl.- -8設(shè)采樣把握系統(tǒng)的特點(diǎn)方程為z32 kz5.1 kz k10,試準(zhǔn)備為保證系統(tǒng)穩(wěn)固k的取值圍；解：W3 w w13K w121.5K w1K10.5001w1w112.5K w 33k0.5K w 232.5K wK1+2.5K 3-2.5K W2 3-0.5K - -0.5K 17 kk912.5k5 k2W1 30.5k2 0.5=330.5W0 -0.5k 所以： -0.4K0 9爭辯系統(tǒng) Y z G z b n zn n b n 1 zn n1 1b 1 z b 0,假設(shè) r k 輸入序列是有界R z