計算機控制技術(shù)第二課后習題包括王建華主編

計算機控制技術(shù)第二版課后習題包含王建華主編計算機控制技術(shù)第二版課后習題包含王建華主編11/11計算機控制技術(shù)第二版課后習題包含王建華主編計算機控制技術(shù)課后習題答案第一章緒論1.計算機控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟：P2實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬市價進行檢測和輸入實時決策：對采集到的被控量進行解析和辦理，并按預定的控制規(guī)律，決定將要采用的控制策略。實時控制：依照控制決策，合時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務。2.計算機控制系統(tǒng)是由哪幾部分組成？畫出方塊圖并說明各部分的作用。P3答：（1）計算機控制系統(tǒng)是由工業(yè)控制機、過程輸入輸出設備和生產(chǎn)過程三部組成。（2）方塊圖以以下圖1.1所示：CPU/MEM模擬量輸入（AI）通道測量變送人-機接口內(nèi)模擬量輸出（AO）通道執(zhí)行機構(gòu)被部控系統(tǒng)支持總數(shù)字量輸入（DI）通道電氣開關(guān)對線象版磁盤合適數(shù)字量輸出（DO）通道電氣開關(guān)器工業(yè)計算機PIO設備生產(chǎn)過程圖計算機控制系統(tǒng)的組成框圖作用：①工業(yè)控制機軟件由系統(tǒng)軟件、支持軟件和應用軟件組成。其中系統(tǒng)軟件包含操作系統(tǒng)、引導程序、調(diào)換執(zhí)行程序，它是支持軟件及各種應用軟件的最基礎的運行平臺；支持軟件用于開發(fā)應用軟件；應用軟件是控制和管理程序；②過程輸入輸出設備是計算機與生產(chǎn)過程之間信息傳達的紐帶和橋梁。③生產(chǎn)過程包含被控對象、測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。計算機控制系統(tǒng)的實時性、在線方式、與離線方式的含義是什么？為什么在計算機控制系統(tǒng)中要考慮實時性？P2實時性是指工業(yè)控制計算機系統(tǒng)應該擁有的能夠在限準時間內(nèi)對外來事件做出反響的特點；在線方式是生產(chǎn)過程和計算機直接相連，并受計算機控制的方式；離線方式是生產(chǎn)過程不和計算機相連，其實不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并作相應操作的方式。(2)在計算機控制系統(tǒng)中要考慮實時性，因為依照工業(yè)生產(chǎn)過程出現(xiàn)的事件能夠保持多長的時間；該事件要求計算機在多長的時間以內(nèi)必定作出反響，否則，將對—生產(chǎn)過程造成影響甚至造成損害。4.計算機控制系統(tǒng)有哪幾種典型形式？各有什么主要特點？P4~7（1）操作指導系統(tǒng)（OIS）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、控制靈便和安全。弊端：由人工控制，速度碰到限制，不能夠控制多個對象。（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)優(yōu)點：實時性好、可靠性高和適應性強。（3）督查控制系統(tǒng)（SCC）優(yōu)點：生產(chǎn)過程向來處于最有工況。（4）集散控制系統(tǒng)DCS是積木式結(jié)構(gòu)，優(yōu)點：分別控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。組成靈便；易于擴展；系統(tǒng)的可靠性高；操作、督查方便；辦理信息量大；與計算機集中控制方式對照，電纜和敷纜成本較低，便于施工。（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)優(yōu)點：FCS用二層結(jié)構(gòu)完成了DCS中的三層結(jié)構(gòu)功能，降低了成本，提高了可靠性，國際標準一致后，可實現(xiàn)真切的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。（6）PLC+上位系統(tǒng)優(yōu)點：經(jīng)過起初編制控制程序?qū)崿F(xiàn)序次控制，用PLC代替電器邏輯，提高了控制是現(xiàn)代靈便性、功能及可靠性。2章什么是工業(yè)控制計算機？它們有哪些特點？P10~11工業(yè)控制計算機是“應用在公民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設的各個領域，擁有惡劣環(huán)境適應能力，能長遠牢固牢固工作的加固型計算機”.其特點是：①可靠性高②實時性好③環(huán)境適應性強④模塊化設計，完滿的I∕O通道⑤系統(tǒng)擴大性好⑥系統(tǒng)開放性好⑦控制軟件包功能強?？偩€（BUS）：是功能部件之間實現(xiàn)互連的一組公共信號線，用作相互間信息交換的公共信道。P12總線分為內(nèi)部總線和外面總線。P13外面總線：串行總線、并行總線內(nèi)部總線:1.數(shù)據(jù)總線2.地址總線3.控制總線4.電源線與地線工業(yè)控制機分類P14①.PC總線工控機②.STD總線工控機③.VME總線工控機④.多總線工控機總線標準P15㈠①.STD總線②.ISA總線③.PCI總線④.PC/104總線㈡國際上總線標準主要有：VME總線、MultiBus總線、STD總線、PC總線及PCI總線等3章A/D變換的主要性能指標:：變換時間、分辨率、線性誤差、量程、對基準電源的要求等。P32模擬量輸入通道一般由I/V變換、多路變換器、程控放大器、采樣/保持器、A/D變換器、接口及控制邏輯電路組成。(P39圖3.4)2—一個10位A/D變換器（量化精度0.1%），孔徑時間為10us，若是要求變換誤差在變換器的變換精度內(nèi)，則贊同變換的正弦波模擬信號的最大頻率為P43f0.116Hz210106102s一個8位A/D變換器，孔徑時間為100us，若是要求變換誤差在A/D變換器的變換精度（0.4%）內(nèi)，求贊同變換的正弦波模擬信號的最大頻率是多少？P85f0.4626Hz21001010s4.隔斷方式：變壓器隔斷、繼電器隔斷和光電隔斷。P46~48常用的隔斷放大器：1.變壓器耦合隔斷放大器光耦合隔斷放大器2.數(shù)字量光耦合隔斷放大器模擬量輸入通道的隔斷主要有模擬隔斷和數(shù)字隔斷P49D／A性能的主要參數(shù)：1.分辨率2.變換時間3.精度4.線性度P51模擬量輸出通道由接口電路、D/A變換器、U/I變換等組成。P57開關(guān)量:按種類分有電平式和觸點式兩種.P61按電源分有有源和無源兩種.9.無論是A/D變換還D/A變換其分辨率可表示為D=1/（2n－1）P71若所要求的分辨率為D,則字長nlog2(11)DEg:某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為0~600℃，要求分辨率為℃，求出A/D變換器字長：nlog2(11)log2(1600)D因此，取A/D變換器字長為12bit。10.為了防備低電平模擬信號傳輸帶來的麻煩，進場要將測量元件的輸出信號經(jīng)變送器變送器，如：溫度變送器、壓力變送器、流量變送器等，將溫度、壓力、流量的電信號變成0~10mA或4~20mA的一致信號，爾后經(jīng)過模擬量輸入通道來處理。P3811、數(shù)字量輸入（DI）通道中，信號調(diào)整電路的功能有兩個，一是戰(zhàn)勝開關(guān)或觸點通斷是的抖動；二是進行信號隔斷。12、信號調(diào)理是指將現(xiàn)場輸入信號經(jīng)過隔斷放大，成為工控機能夠接收到的一致信號電平以及將計算機輸出信號經(jīng)過放大、隔斷變換成工業(yè)現(xiàn)場所需的信號電平的辦理過程。P693—4章1.數(shù)字濾波P86`901.程序判斷法(限幅濾波)yn|ynyn1|ynynynyn1(4—1)其中，yn-1和yn第n,第n-1次采樣值經(jīng)濾波后的輸出,yn和yn-1是比較相鄰(n和n-1時辰)的兩個采樣值，α表示相鄰兩個采樣值之差的最大可能變化范圍。α值的選擇:按參數(shù)最大變化速度vmax及采樣周期T決定α值。對隨機攪亂，十分有效。②中位值濾波法中位值濾波就是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次(一般n取奇數(shù))，爾后把n次采樣值按大小排隊，取中間值為本次采樣值。若是，采樣值是：y1、y2、y3，且有y1y2≤y3，則y2作為本次采樣的有效信號。中位值濾波能有效地戰(zhàn)勝脈沖攪亂,對緩慢變化的過程有優(yōu)異的收效。3.算術(shù)平均濾波法y1N(4—2)ynNi1i合用于對擁有隨機攪亂的信號進行濾波。當N較大時，圓滑度高，但矯捷度N低較；小當時，圓滑度低，但矯捷度高。④遞推平均濾波法N個采樣數(shù)據(jù)看作一個隊列，長度固定為N，每次采樣，把采樣結(jié)果放入隊尾，扔落后首的數(shù)據(jù)，把隊列中的N個數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均其數(shù)學表達式為:yn

1

N1yniNi0式中，n——第n次采樣值經(jīng)濾波后的輸出；yn-i——未經(jīng)濾波的第n-i次采樣值；——遞推平均項數(shù)。4—周期性干有優(yōu)異的控制作用，圓滑度高，矯捷度低；不易除掉脈沖干，而合用于高振的系。⑤加權(quán)遞推平均濾波法加推平均波算法；不同樣刻的數(shù)據(jù)加以不同樣的，平時越湊近刻的數(shù)據(jù)；獲取越大,N加推平均波算法N1ynCiynii0式中，C0,C,??，CN-1常數(shù)，且足以下條件1C十C+??+CN-1＝1并C＞C＞??＞CN-1＞00101常系數(shù)C0，C1，??，CN-1取有多種方法，其中最常用的是加系數(shù)法。τ象的滯后，且R＝1+e-τ+e-2τ+??+e-(N-1)τC01e-e-（N1）,C1,，CN1RRRτ越大，R越小，予新的采的系數(shù)就越大，提高新的采在平均程中的比重。合用于有大滯后常數(shù)的象和采周期短的系。⑥一階慣性濾波法一階慣性濾波算法為yn(1)ynyn1TfTTf式中：yn——未經(jīng)濾波的第n次采樣值；Tf——濾波時間常數(shù)；——采樣周期。依照一階慣性濾波的頻率特點，若濾波系數(shù)α越大，則帶寬越窄，濾波頻率也越低。2.標度變換P91線性參數(shù)的標度變換：一次儀表測量值與A／D變換結(jié)果擁有線性關(guān)系標度變換公式為：AXNx(AmA)A0Nm0式中：5—A0——一次測量儀表的下限；Am——一次測量儀表的上限；Ax——實質(zhì)測量值（工程量）；N0——儀表下限對應的數(shù)字量；Nm——儀表上限對應的數(shù)字量，Nx——測量值所對應的數(shù)字量。其中A0，Am，N0，Nm對于某一個固定的被測參數(shù)來說是常數(shù)，Eg1：某熱辦理爐溫度測量儀表的量程為200～800℃,在某一時辰計算機采樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量為0CDH求.此時溫度值為多少？(設儀表量程為線性,A/D變換8位)解：已知A0＝200℃，Am＝800℃，Nx＝0CDH＝205，Nm＝0FFH＝255，依照式(4.10)，此時溫度為:AXNx(AA)A205(800200)200C682CNmm00255Eg2：某熱辦理爐溫度變化的范圍為0～1350℃,在某一時辰計算機采樣并經(jīng)AD574A變換后的數(shù)字量為56AH.求此時爐內(nèi)的溫度值為多少？(設儀表量程為線性的）P36解：已知A0＝0℃，Am＝1350℃，Nx＝56AH＝1386，Nm＝FFFH＝4095，則此時溫度為:AXNx(AmA0)A01386Nm1350C457C4095積分飽和控制常用的方法是積分分別PID控制和抗積分飽和算法。P95~96差異：積分分別算法進行分其他依照是PID控制器的輸入誤差e（k),而抗積分飽和算法的抗積分飽和依照是抗積分飽和算法系統(tǒng)最后的控制輸出u（k）。“大誤差時不積分（積分分別），輸出超限時也不積分（抗飽和）”。4.控制規(guī)律的選擇P113~114對于特點為一階慣性純滯后、二階慣性純滯后的控制對象，PID控制是一種最優(yōu)的控制算法。依照解析能夠得出以下幾點結(jié)論：一階對象，負荷變化不大，工藝要求不高，可采用P控制；如，壓力、液位、串級副回路等。一階與純滯后串通的對象，負荷變化不大，要求精度較高,可采用PI控制。如，壓力、流量、液位控制。純滯后時間τ較大，負荷變化也較大，控制要求高的場合，可采用PID控制。如，過熱蒸汽溫度控制，PH值控制。對象為高階(二階以上)又有純滯后特點，負荷變化較大，控制要求也高時，應采用串級控制，前饋一反響、前饋一串級或純滯后補償控制。6—u(k)KpTke(k)TIj05.PID歸一參數(shù)的整定法是一種簡單的整定法。地址式PID算法：u(k)Kpe(k)Kde(k)設PID的增量算式為

e(j)TDe(k)e(k1)TP116e(k1)Kie(k)2e(k1)e(k2)式中KP為比率系數(shù)；T為采樣周期；Ti為積分時間常數(shù)；TD為微分時間常;Ki=KP/Ti為積分系數(shù)；KD=KP*TD為微分系數(shù)。據(jù)上表的Ziegler-Nichols整定式可得：T≈0．1TsTi≈0．5TsTd≈0．125Ts式中Ts是純比率控制時的臨界振蕩周期。則有:u(k)Kp2.45e(k)3.5e(k1)1.25e(k2)5章攪亂信號的本源：P138工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的攪亂能夠分為三類，即:電源攪亂、空間攪亂、設備攪亂。①電源攪亂主要有：浪涌、尖峰、噪聲和斷電。②空間攪亂：靜電和電場的攪亂、磁場攪亂、電磁輻射攪亂。③設備攪亂：工模攪亂或差模攪亂。攪亂信號的耦合方式：P139①、靜電耦合方式；其作用機理是一根導線在另一根導線的靜電場中時，必然碰到該電場的影響。②、電磁耦合方式；在設備外面，當兩根導線在較長的距離內(nèi)敷設或架設時，將會生產(chǎn)電磁耦合攪亂。③、共阻抗耦合方式；當兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路在該阻抗上所產(chǎn)生的電壓降會影響到另一個電路，該種耦合方式稱為公共耦合方式。④、電磁場輻射耦合方式；電磁場輻射攪亂是一種無規(guī)則的攪亂，它極易經(jīng)過電源而耦合到系統(tǒng)中來。其他，過長的信號輸入線和輸出線以及控制線擁有天線效應，她們既能接收攪亂波，又能輻射攪亂波。7—空間抗攪亂的措施：P141①空間隔斷：使敏感設備或信號線遠離攪亂源。②障蔽：對敏感電路加障蔽盒或?qū)π盘柤诱媳螌?。③電氣布線：合理選擇信號線，并在實質(zhì)施工中正確地敷設信號線來控制攪亂。過程通道的攪亂時如何產(chǎn)生的？如何對它們控制？）強烈的攪亂經(jīng)常沿著過程通道進入計算機，其主要原因是過程通道與計算機之間存在公共地線。）攪亂的作用方式，一般可分為串模攪亂和共模攪亂。P146~149控制串模攪亂的主要措施：①采用輸入濾波器②進行電磁障蔽和優(yōu)異的接地③選擇合適的A/D變換器④使用電流信號傳輸控制共模攪亂的主要措施：①采用差分放大器作信號前置放大②采用隔斷技術(shù)將地電位分開③利用浮地障蔽什么是系統(tǒng)的可靠性，提高計算機控制系統(tǒng)的可靠性有哪些主要路子？可靠性是指機器、部件或系統(tǒng)，在規(guī)定的工作條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)擁有正常工作性能的能力。狹義的可靠性是指一次性使用的機器、部件或系統(tǒng)的使用壽命。計算機控制系統(tǒng)的可靠性是指廣義的可靠性。它是可修復的機器、部件或系統(tǒng)，在使用中不發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障又易于修復，使之擁有經(jīng)常使用的性能。P157提高計算機控制系統(tǒng)硬件可靠性的措施：P160~161(1)冗余結(jié)構(gòu)設計不易發(fā)生故障的硬件設計：①對元部件進行嚴格精選，使用可靠的單個元件，并對元件進行多道老化和嚴格檢驗,按可靠性標準檢查全部元器件；②充分重視元部件安裝的機械強度，以使機械運動(如振動)不會引起導線或焊接區(qū)的斷裂。其他，對必要的元部件應機械加固；③對組件采用涂漆和澆注辦理可進一步提高機械緊固性；④插座是發(fā)生故障的最常有因素，因此，應盡量少用插座，并采用大的插座；⑤抗溫升保護，多數(shù)電子器件對溫度變化比較敏感，設計足夠的通風系統(tǒng)和采用溫度補償措施。2.提高計算機控制系統(tǒng)軟件可靠性的措施：P161~163(1）分別結(jié)構(gòu)設計；（2）容錯技術(shù)。實現(xiàn)軟件容錯的基本活動有四個：故障檢測、損壞估計、故障恢復和弊端辦理。（3）指令亢余：是利用耗資時間資源來達到對系統(tǒng)的容錯目的。（4）信息亢余（5）標準化：采用標準化軟件能夠提高軟件運行的可靠性。ujwMI式中j為虛數(shù)單位；ω=2πf；M為互感系數(shù)；Ing為回路感覺電流I=P/UEg：某信號線與電壓為220V、負荷為10kV·A的輸電線的距離為，并平行走線10m，8—連線之間互感為3.6μH，計算出信號線上感覺的攪亂電壓un為un2503.610610000V51.38mV220第6章控制網(wǎng)絡與IT網(wǎng)絡的差異：P1681）控制網(wǎng)絡的實時性：IT網(wǎng)絡不考慮實時性，但在控制網(wǎng)絡中實時性是基本的要求；2）網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)線狀化：IT網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡狀的，從一點到其他一點的通信路徑能夠是不固定的但在大多數(shù)控制網(wǎng)絡中，從一點到其他一點的通信路徑大多是固定的。3）工業(yè)環(huán)境使用途合：IT網(wǎng)絡一般在辦公室、家庭等環(huán)境特別好的場所使用，而控制網(wǎng)絡是在環(huán)境惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用的。4）控制網(wǎng)絡的技術(shù)特點：控制網(wǎng)絡與IT網(wǎng)絡比較還擁有以下技術(shù)特點：①優(yōu)異的實時性與時間確實性。②轉(zhuǎn)送信息多為短幀信息，且信息交換頻頻。③容錯能力強，可靠性、安全性好。④控制網(wǎng)絡協(xié)議簡單合用，工作效率高。⑤控制網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)擁有高度分別性。⑥控制設備的智能化與控制功能的自治性。⑦與信息網(wǎng)絡之間有高效率的通信，易于實現(xiàn)與信息系統(tǒng)的集成。計算機網(wǎng)絡的基本功能：①數(shù)據(jù)通信②資源共享③增加系統(tǒng)的可