计算机控制技术大作业

计算机控制技术大作业

题目:基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究

系别：电气工程及其自动化

班级：09 级电气（2）班

姓名：

学号：

指导老师：梁绒香

目录

一、PID算法的设计及分析 ......................................................................... - 3 -

1.1、PID控制算法简介.................................................................................................................... - 3 -1.2、基于MATLAB仿真被控对象..................................................................................................... - 4 -

1.3、PID控制器参数确定................................................................................................................ - 4 -

二、SMITH预估控制算法设计及分析 ......................................................... - 5 -

2.1 Smith算法简介.......................................................................................................................... - 5 -2.2、数字Smith预估控制系统....................................................................................................... - 6 -

2.3采用Matlab系统仿真................................................................................................................ - 7 -

三、达林算法设计及分析 ............................................................................ - 8 -

3.1达林算法简介.............................................................................................................................. - 8 -3.2确定期望闭环传递函数.............................................................................................................. - 9 -

3.3 基于MATLAB仿真被控对象..................................................................................................... - 10 -

四、PID算法、数字SMITH预估控制算法、达林算法三种算法比较 ......... - 11 -

五、参考文献 ............................................................................................ - 13 -

研究对象的分析

该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。炉温变换范围为0~500℃，炉温变化曲线要求参数：过渡时间

t≤80s；超调量p ≤10℅；静态误差v e≤2℃。

s

该系统利用单片机可以方便地实现对各参数的选择与设定，实现工业过程中控制。它采用温度传感器热电偶将检测到的实际炉温进行A/D转换，再送入计算机中，与设定值进行比较，得出偏差。对此偏差进行调整，得出对应的控制量来控制驱动电路，调节电炉的加热功率，从而实现对炉温的控制。利用单片机实现温度智能控制，能自动完成数据采集、处理、转换、并进行控制和键盘终端处理（各参数数值的修正）及显示。在设计中应该注意，采样周期不能太短，否则会使调节过程过于频繁，这样不但执行机构不能反应，而且计算机的利用率也大为降低；采样周期不能太长，否则会使干扰无法及时消除，使调节品质下降。

一、PID算法的设计及分析

1.1、PID控制算法简介

在一个控制系统中，将偏差的比例（P），积分（I）和微分（D）的增益通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，成为PID控制。PID控制是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID控制，而且可以根据系统的要求，采用各种PID的变型，如PI、PD控制及改进的PID控制等。它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控制对象来说，数字PID 完全可以代替模拟PID调节器，应用更加灵活，使用性更强。所以该系统采用PID控制算法。系统的结构框图如图1-1所示.

图1-1系统的结构框图

控制的作用是：只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累，输

出控制量以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全

消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；

微分控制可以使减小超调量，克服振荡，提高系统的稳定性，同时加

快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

将P 、I 、D 三种调节规律结合在一起，可以使系统既快速敏捷，又平

稳准确，只要三者强度配合适当，便可获得满意的调节效果。

1.2、基于MATLAB 仿真被控对象

采用simulink 仿真，通过simulink 模块实现积分分离PID 控制算

法。设采样时间Ts=100s ，被控对象为：

s e s G s

101)(3+=-

Simulink 仿真图如图1-2所示。

图1-2 Simulink 仿真图

1.3、PID 控制器参数确定

各参数对系统性能的影响：

增大比例系数Kp ，一般将加快系统的响应，有利于减小静差，

但过大的Kp 会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。

增大积分时间Ti ，有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳

定，但系统静差的消除将随之减慢。

增大微分时间Td ，有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定

性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。

根据PID 控制器的参数Kp,Ki,和Kd 分别会对系统性能产生不同

的影响，因此通过“凑试法”反复调节才能使控制达到最佳状态，经

过调节Kp,Ki 和Kd ，得到一组较优参数：Kp=1.75,Ki=0.11,Kd=0，

在该组参数控制下，最大超调量p ≤10%，调节时间S t ≤80s ，稳定误

差v e ≤2℃，综合性能较好，满足被控要求。

图1-3 MATLAB 仿真波形

二、Smith 预估控制算法设计及分析

2.1 Smith 算法简介

已知纯滞后负反馈控制系统

其中D(s)为调节器传递函数，s e

s G s +=-110)(1.0为对象传递函数，其

中G 0(s)e -0.1s 包含纯滞后特性,纯滞后时间常数τ=0.1。

系统的特征方程为：

0.1101()()1()01s

e D s G s D s s

-+=+=+ 由于闭环特征方程中含有0.1s e -项，产生纯滞后现象，有超调或震

荡，使系统的稳定性降低，甚至使系统不稳定。

为了改善系统特性，引入Smith 预估器，使得闭环系统的特征方

程中不含有0.1s e -项。

Smith 纯滞后补偿的计算机控制系统为:

图2-1 Smith 纯滞后补偿的计算机控制系统

上图所示ZOH 为零阶保持器，传递函数：1()Ts h e G s s

--= 并且有：lT τ=（l 为大于1的整数，T 为采样周期）。

针对纯滞后系统闭环特征方程含的影响系统控制品质的纯滞后

问题，1957年Smith 提出了一种预估补偿控制方案，即在PID 反馈

控制基础上，引入一个预估补偿环节，使闭环特征方程不含有纯滞后

项，以提高控制质量。

2.2、数字Smith 预估控制系统

数字Sminth 预估控制系统框图如图3-1所示。图中反馈控制器

采用数字PID 控制器。数字PID 控制算法和数字Smith 预估器算法均

由计算机实现。

图2-2 数字Smith 预估控制系统框图

2.3采用Matlab 系统仿真

本系统采用PI 控制算法，用matlab 下的Simulink 工具箱搭建闭

环系统结构，加以500的阶跃信号，PI 控制器系数11.0,75.1==Ti Kp ，

取反馈系数为1，使用Smith 预估补偿器的仿真结构和输出曲线分别

如图2-3,2-4所示：

系统框图为：

图2-3 Smith预估补偿器的仿真结构图

图2-3 输出曲线

三、达林算法设计及分析

3.1达林算法简介

一般的，当对象的滞后时间 与对象的惯性时间常数Tm之比超过0.5时，采用常规的控制算法很难获得良好的控制性能。因此，具有纯滞后特性对象属于比较难以控制的一类对象，对其控制需要采用

特殊的处理方法。因此，对于滞后被控对象的控制问题一直是自控领域比较关注的问题。1968年美国IBM 公司的达林针对被控对象具有纯滞后特性的一类对象提出了达林算法这一控制算法。

达林算法要求在选择闭环Z 传递函数时，采用相当于连续一节惯性环节的W （z ）来代替最少拍多项式。如果对象含有纯滞后，W （z ）还应包含有同样纯滞后环节（即要求闭环控制系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间）。

图3-1 钟罩式电阻炉的控制系统

对一阶惯性对象，达林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节的串联，其中纯滞后环节的滞后时间与被控对象的纯滞后时间完全相同，这样就能保证使系统不产生很小的超调，同时保证其稳定性。整个闭环系统的传函为： 1

)(+=-s e s W NT τ 3.2确定期望闭环传递函数

本设计中系统中采用的保持器为零阶保持器，采用加零阶保持器的Z 变换，则与W （s ）相对应的整个闭环系统的闭环Z 传递函数为： 1

1)1(]11[)(/)1(/---=+-Z =-+----z e z e s e s e s W T N T NTs

Ts τττ

由此，可得出达林算法所设计的控制器D （z ）为： )

(])1(1[)1()()](1[)()()1(/1/)1(/z G z e z e z e z G z W z W z D N T T N T +----+------=-=τττ 其中 )](1[)(0s G s

e z G Ts

--Z = 又因为 1

/)1(/101)1(])1()1([)](1[)(--+-------=+-Z =-Z =z e z e k s s e e k s G s e z G T N T NTs Ts Ts τττ 于是得到数字控制器为 )

()](1[)()(z G z W z W z D -= )

z (G ]z )e 1(z e 1[z )e -1)1N (/T 1/T )1N (/T +----+-----=τττ（ )1N (/T 1/T /T 1/T /T z

)e 1(z e 1)[e 1(k )z e 1)(e 1(11+--------------=τττττ 根据以上计算公式和被控对象的控制模型以及被控要求，经计算

得到达林数字控制器为=)(z D 21118.082.01035.0-----z

z z 3.3 基于MATLAB 仿真被控对象

Simulink 仿真图如图2-1示。

图 3-1 Simulink仿真图

输出曲线如图3-2所示。

图3-2 MATLAB仿真曲线

四、PID算法、数字Smith预估控制算法、达林算法三种算法比较

PID算法：

PID控制多年来受到广泛的的应用，PID在解决快速性、稳态误差、超调量等问题上具有很好的应用。PID的调整时间，动态性能都

很好。但是PID也有需要改进的地方。

改进：1、积分项的改进在PID控制中，积分作用是消除稳态误差，提高控制精度。但是很多时候积分作用又会对系统的动态响应造成不良影响，是系统产生大的超调或时间震荡。具体的改进有（1）积分项的改进有积分分离法抗积分饱和法（2）微分项的改进有不完全微分PID控制算法微分先行PID控制算法

达林算法：

适合用于没有超调或较小的超调，而对快速性要求不高的场合。

需要消除振铃现象

Smith预估控制算法：

适合用于较大纯滞后系统的控制

总结：

经过对以上三种算法得到的Matlab仿真波形图可以看出大林算法和数字Smith预估控制算法基本没有超调，而且Smith预估控制算法几乎没有静态误差，故对此被控对象的控制采用Smith预估控制算法较为合适。

五、参考文献

1、夏扬.计算机控制技术【M】.北京：机械工业出版社，2004

2、张德喜赵磊.MATLAB语言程序设计教程（第二版）【M】.北京：中国铁道出版社，2010

3、王划一杨西侠.自动控制原理（第二版）【M】.北京：国防工业出版社，2010

4、梁慧冰孙炳达.现代控制理论基础(第二版) 【M】.北京：机械工业出版社，2007

5、王锦标.计算机控制系统【M】.北京：清华大学出版社，2008

计算机控制技术复习大作业及答案

《计算机控制技术》复习大作业及参考答案 ========================================================== 一、选择题(共20题) 1、由于计算机只能接收数字量,所以在模拟量输入时需经( A )转换。 A.A/D转换器 B.双向可控硅 C.D/A转换器 D.光电隔离器 2、若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构,需要接入( D )器件完成控制量的切换工作。 A.锁存器锁存 B.多路开关 C.A/D转换器转换 D.反多路开关 3、某控制系统中,希望快速采样,保持器的保持电容CH应取值( A )。 A. 比较小 B.比较大 C.取零值 D.取负值 4、在LED显示系统中,若采用共阳极显示器,则将段选模型送至( B )。 A. 阳极 B. 阴极 C.阴极或阳极 D.先送阴极再送阳极 5、电机控制意味着对其转向与转速的控制,微型机控制系统的作法就是通过( B )实现的。 A.改变定子的通电方向与通电占空比 B.改变转子的通电方向与通电占空比 C.改变定子的通电电压幅值 D.改变转子的通电电压幅值 6、计算机监督系统(SCC)中,SCC计算机的作用就是( B ) A.接收测量值与管理命令并提供给DDC计算机 B.按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C.当DDC计算机出现故障时,SCC计算机也无法工作 D.SCC计算机与控制无关 7、键盘锁定技术可以通过( C )实现。 A.设置标志位 B.控制键值锁存器的选通信号 C.A与B都行 D.定时读键值 8、RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平就是(C)。 A.0.3 伏以下 B.0.7伏以上 C.-3伏以下 D.+3伏以上 9、在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号,( D )提高信/躁比。 A.只能通过模拟滤波电路 B、只能通过数字滤波程序 C、可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D、可以通过数字滤波程序与模拟滤波电路 10.步进电机常被用于准确定位系统,在下列说法中错误的就是( B )。 A.步进电机可以直接接受数字量 B.步进电机可以直接接受模拟量 C.步进电机可实现转角与直线定位 D.步进电机可实现顺时针、逆时针转动

《计算机控制系统》第二次作业答案

《计算机控制系统》第二次作业答案 一、单项选择题。本大题共16个小题，每小题3.0 分，共48.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.（）是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置。 ( A ) A.传感器 B.A/D转换器 C.D/A转换器 D.互感器 2.在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道是（）。( B ) A.接口 B.过程通道 C.模拟量输入通道 D.开关量输入通道 3.所谓量化，就是采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为（）。 ( B ) A.模拟信号 B.数字信号 C.程序代码 D.量化代码 4.数控系统一般由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成，这些功能 都由（）来完成。 ( C ) A.人 B.生产过程 C.计算机 D.实时计算 5.外界干扰的扰动频率越低，进行信号采集的采样周期应该越（）。 ( A ) A.长 B.短 C.简单 D.复杂 6.数字PID控制器是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律，其中能迅速反应误差， 从而减小误差，但不能消除稳态误差的是（）。 ( C ) A.微分控制 B.积分控制 C.比例控制 D.差分控制 7.在计算机控制系统中，PID控制规律的实现必须采用数值逼近的方法。当采样周期 短时，用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟PID离散化变为（）。 ( B )

A.微分方程 B.差分方程 C.积分方程 D.离散方程 8.香农采样定理给出了采样周期的上限，采样周期的下限为计算机执行控制程序和 （）所耗费的时间，系统的采样周期只能在Tmin和Tmax之间选择。 ( A ) A.输入输出 B.A/D采样时间 C.D/A转换时间 D.计算时间 9.在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象有可能影响到系统的（）。 ( B ) A.可靠性 B.稳定性 C.经济性 D.通用性 10.在实际生产过程中，因为前馈控制是一个（），因此，很少只采用前馈控制的方案， 常常采用前馈－反馈控制相结合的方案。 ( A ) A.开环系统 B.闭环系统 C.稳定系统 D.不稳定系统 11.软件是工业控制机的程序系统；其中面向控制系统本身的程序，并根据系统的具体 要求，由用户自己设计的软件称作（）。 ( B ) A.系统软件 B.应用软件 C.支持软件 D.控制软件 12.在程序设计的过程中，程序设计人员选取一种适当地高级（或汇编）语言，书写程 序的步骤叫做（）。 ( D ) A.编译 B.程序设计 C.调试 D.编码 13.一个12位的A/D转换器，其量化精度约为0.02%，若其孔径时间为10微妙，如 果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正旋波模拟信号的最大频率为（）。 ( C ) A.2HZ B.3HZ C.4HZ

基于热敏电阻的数字温度计

微型计算机控制技术大作业 设计题目：基于热敏电阻的数字温度计 院系：计算机科学与信息工程学院 学生姓名：丁宏盟 学号：201103010029 专业班级：计算机科学与技术(嵌入式方向)11-1 指导教师：赵凯 2014.06.07

目录 1、概述 (1) 2、设计要求 (1) 3、课程设计目的： (2) 4、性能指标： (2) 5、原理框图 (2) 6.1热敏电阻温度转换原理 (3) 6.2 热敏电阻仿真电路图： (4) 6.3 热敏电阻程序代码： (4) 7、实验总结及心得体会 (10) 6、参考文献 (11)

基于热敏电阻的数字温度计 1、概述 随着以知识经济为特征的信息化时代的到来人们对仪器仪表的认识更加深入，温度作为一个重要的物理量，是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度的测量的要求也越来越高，而且测量的范围也越来越广，对温度的检测技术的要求也越来越高，因此，温度测量及其测量技术的研究也是一个很重要的课题。目前温度计按测使用的温度计种类繁多，应用范围也比较广泛，大致可以包括以下几种方法：1，利用物体热胀冷缩原理制成的温度计2，利用热电效应技术制成的温度检测元件3，利用热阻效应技术制成的温度计4，利用热辐射原理制成的高温计5，利用声学原理进行温度测量本系统的温度测量采用的就是热阻效应。温度测量模块主要为温度测量电桥，当温度发生变化时，电桥失去平衡，从而在电桥输出端有电压输出，但该电压很小。将输出的微弱电压信号通过OP07放大，将放大后的信号输入AD转换芯片，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来。 2、设计要求 使用热敏电阻类的温度传感器件利用其感温效应，将随被测温度变化的电压或电流用单片机采集下来，将被测温度在显示器上显示出来： ●测量温度范围?50℃～110℃。 ●精度误差小于0.5℃。 ●LED数码直读显示。 本题目使用铂热电阻PT100，其阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。厂家提供有PT100在各温度下电阻值值的分度表，在此可以近似取电阻变化率为 0.385Ω/℃。向PT100输入稳恒电流，再通过A/D转换后测PT100两端电压，即得到PT100的电阻值，进而算出当前的温度值。 采用2.55mA的电流源对PT100进行供电，然后用运算放大器LM324搭建的同相放大电路将其电压信号放大10倍后输入到AD0804中。利用电阻变化率0.385Ω/℃的特性，计算出当前温度值。

计算机控制技术复习大作业及答案

2014年上学期《计算机控制技术》复习大作业及参考答案========================================================== 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（ D ）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（ A ）。 A．比较小B．比较大C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（ B ）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（C）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（B ）。 A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动

计算机控制作业答案

1两种 USB口的特点及区别？通用指标，传输模式，U SB 器件，硬件接口。 答： 两种 USB的特点： (1)USB 接口支持设备的热插拔功能 , 采用菊花式的连接 . (2)USB 有2电源线(5V),2 数据线 ,采用差分信号传输 ,可为连接在其上的设备提供 5V 电压 /100mA电流的供电 ,最大可提供 500mA的电流 . (3)一个 USB控制器可以连接多达 127个外设 ,而两个外设间的距离(线缆长度)可达 5 米. 两种 USB的区别 : 协议不同 ,USB1.1 传输速率是 12Mbps,USB2.0 传输速率是 480Mbps. 2光驱、硬盘、软驱的总线形式。 答： (1)光驱 :IDE ATA/ATAPI ，内部并行总线 . (2)硬盘:IDE SATA ，内部并行总线 . (3)软驱:软驱分内置和外置两种 ,内置软驱使用专用的 FDD接口 ,而外置软驱一般用于笔 记本电脑 , 使用 USB接口 . 3I2C、 SPI、SCI 总线的特点？ 答： (1)I2C 总线由数据线 SDA与时钟线 SCL两条线构成通信线路，既可以发送数据也可以接收数据，在 CUP与被控 IC 之间，IC 与 IC 之间都可以进行双向传送，最高传输速度为 400Kbps. (2)S PI 是一个环形总线结构 , 是一种标准的四线同步双向串行总线 , 在 SCK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换 , 可以同时发出和接收串行数据 . (3)S CI 是一种通用异步通信接口 UART. SCI 模块采用标准非归零( NRZ)数据格式 ,能够实现多 CPU之间或同其他具有兼容数据格式 SCI 端口的外设进行数据通信 . 4指出 RS-232、RS-485、 USB等总线的特点及发展趋势。 答： (1)RS-232 的特点：全双工数据传输，单端输入输出 , 有地线、发送和接受三条线即可实现数据传输 , 传输速率 20kb/s ，传输距离限于 15m,采用单端驱动和接收电路 . 采用负逻辑高电平为( -5--15v )，低电平为 (5-15v) ，电源电压为 +15v 或 +12v. (2)R S-485 的特点：半双工工作方式，差分信号传输，传输距离为几十米到上千米，速率 10Mbit/s, 采用屏蔽双绞线传输 . 可连接 32 个设备 . 电平逻辑“ 1”以两线间的电压差为 (+2 — 6V)表示；逻辑“ 0”以两线间的电压差为 (-2 —6V)表示，外接电源电压一般为 5v. (3)USB 即插即用 ,菊花式连接 ,有 2电源线( 5V)，2数据线，而两个外设间的距离(线缆长度)可达 5米,差分信号传输 , 可外接 127 个设备. 5、简要归纳 ISA、 PCI 和 STD三种端口的特点。 答： ISA：有 98 根信号线，数据线宽 16 位，地址线宽 24 位，总线时钟 8MHz，中断源为边沿触发，数据传输速度为 16MB/S。 PCI：64 位总线( 3.3V )或者 32 位( 5V)，最高总线频率为 33.3MHz/66MHz，数据传输速度为 80MB/S，(最高传输速度为 133MB/S)，支持 10 个外设。

计算机控制技术课后习题答案

第一章 1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称PID控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？ 解： 主要有以下特点： 1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过D/A将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。

计算机控制作业4

《计算机控制技术》2009级期末考查大作业 系别：电子电气工程系 班级：09级电气（2）班 姓名： 学号： 指导教师：梁绒香

目录 一、PID算法的设计及分析 (2) 1.1 PID控制算法简介 (2) 1.2基于MATLAB仿真被控对象 (3) 二、大林算法 (5) 2.1大林算法简介 (5) 2.2确定期望闭环传递函数 (6) 2.3 基于MATLAB仿真被控对象 (7) 3.1 Smith算法简介 (9) 3.2 数字Smith预估控制系统 (10) 3.3采用Matlab系统仿真 (11) 四、PID算法、大林算法、数字Smith预估控制算法三种算法比较 (12) 五、参考文献 (14)

基于MATLAB 的电炉温度控制算法比较及仿真研究 一、PID 算法的设计及分析 1.1 PID 控制算法简介 PID 调节是连续系统中技术最成熟的、应用最广泛的一种控制算方法。它结构灵活，不仅可以用常规的PID 调节，而且可以根据系统的要求，采用各种PID 的变型，如PI 、PD 控制及改进的PID 控制等。它具有许多特点，如不需要求出数学模型、控制效果好等，特别是在微机控制系统中，对于时间常数比较大的被控制对象来说，数字PID 完全可以代替模拟PID 调节器，应用更加灵活，使用性更强。所以该系统采用PID 控制算法。系统的结构框图如图1-1所示： 图1-1 系统结构框图 具有一阶惯性纯滞后特性的电阻炉系统，其数学模型可表示为： 1()1s Ke G s T s τ-= + （1-1） 在PID 调节中，比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，p K 的加大，会引起系统的不稳定；积分

计算机控制作业及答案

.计算机控制系统是由哪级部分组成的各部分作用硬件组成：微控制器或微处理器、ROM、RAM、外部设备、网络通信接口、实时时钟、电源。软件组成：系统软件和应用软件。作用：硬件中有A/D 称为模拟数字转换器，它包括采样保持和量化，其输出为数字形式，何时采样由计算机控制。 D/A称为数字模拟转换器，它是将数字信号转换成模拟信号形成控制量。应用软件根据要解决的问题而编写的各种程序，系统软件包括 操作系统，开发系统。 .为适应控制现场的工作环境，对工业控制机有何要求 （1）适应性（2）可靠性（3）实时性（4）扩展性 结构：（1）基于通用计算机的结构（2）基于嵌入式系统的结构 . PCI总线，CPCI总线，PC/104总线以及RS232,RS422,RS485有何特点，电平特性，适用场合 .何谓IO接口在计算机控制系统中为什么要有IO接口 （1）解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题 （2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题 （3）解决CPU的负载能力和外围设备端口的选择问题 .计算机与外围设备交互信息有哪几种控制方式各有何优缺点 （1）并行通信。优点：传送速度快、信息率高。缺点：传输线多，成本高（2）串行通信。全双工方式RS-422 ,RS-232。半双工方式RS-485 （3）同步通信。要求收发双方具有同频同相的同步时钟信号，每帧信息开始加特定的同步字符，不允许有间隙

（4）异步通信。开始位，停止位，发送的字符间允许有间隙 .模拟输入通道中为何要加采样保持器，采样保持器的组成及要求是什么（1）用采样保持电路使得在A/D转换期间保持输入模拟信号不变 （2）孔径时间：AD转换器完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。 孔径误差：在孔径时间ta/d内，由于输入信号x(t)的变化所引起的误差称为孔径误差δ。 以ta/d＝10μs的10位ADC芯片为例： 为保证不低于%的转换精度 的主要性能指标有哪些10V8位的ADC转换精度如何计算 (1). 接口特性(2). 量程(3). 分辨率(4). 误差和精度(5). 转换速率(6). A/D转换的方法 一个8位A/D转换器，孔径时间为100。如果要求转换误差在A/D转换精度（%）内，求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少 f=(2*pi*100*10^(-6)*100)= 请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推出输出电压与输入数字量之间的关系式。 微机p328 什么是数字PID位置控制算法和增量型控制算法试比较它们的优缺点。 已知模拟调节器的传递函数为： ，试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算法，设采样周期T=

计算机控制技术课后习题答案

第一章 1.计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控 制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2?计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统 的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制（简称PID控制）、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3.计算机控制系统的主要特点有哪些？解： 主要有以下特点： 1.数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2?灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电 路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实 现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序 就可以了。 3?可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4.离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转 换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产

计控第二次大作业-氧化炉

宁波大学答题纸 （20 12 —20 13 学年第 1 学期） 课号： 103Z01A07 课程名称：计算机控制技术改卷教师： 学号：姓名：得分： 大作业（二） 下图为氧化炉对象，工艺要求氧化炉内的反应温度恒定，一般通过氧化炉的氨气和氧气比恒定来实现，但氨管压力波动会影响氨气流量变化，空气含氧量会随环境发生变化。被控量为氧化炉温度，调节量为氨气管道阀门。 绪论 在硝酸铵生产过程中，氨氧化炉是关键设备。其工艺流程：氨气和空气混合气体进入氧化炉，在铂金触煤的作用下进行氧化反应，生成所需要的一氧化氮，这是一个多种参数相互制约的复杂过程，工艺控制指标的好坏关系到生产能否稳定运行，生产效益以及设备安全问题。 氨氧化法制硝酸是硝酸生产中比较普遍的方法，氨气和空气混合气体经静化后，进入氧化炉，在铂金网的作用下，在绝压0．45 MPa，温度850℃的条件下，将氨氧化成一氧化氮气体，影响氧化反应过程的因素有氨的体积分数，压力，氧化率，反应温度，混合气流量，铂网活性等，氧化率是氧化反应的指标，但目前没有有效的检测手段。在一定条件下，氧化率正比于反应温度，而氨气是氧化反应的主要成分，反应的温度取决于气体中氨的体积分数，而氨的体积分数又无法测量，只有氧化炉温度能间接反应出氧化率。为了获得更高的氧化率，氧化炉温度与氨的体积分数均控制在极值，而炉温超到1100℃会烧毁价值昂贵的铂金网，氨的体积分数超过14％会引起恶性爆炸事故毁坏生产设备，必需加设联锁保护系统，氧化炉温度及氨空比是最关键的控制参数，对仪表精度要求极高。因此氨氧化反应对氧化炉内的氨空流量比和炉温的要求非常严格，所以，氨空比与炉温的实时检测与稳定控制是氧化炉控制的关键。

北航计算机控制系统大作业

北航计算机控制系统大作业

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计算机控制系统 大作业 姓名：陈启航 学号： 教师:周锐 日期:2016年6月1日

综合习题1 已知: 4 4)(+= s s D , 1） 试用 Z 变换、一阶向后差分、向前差分、零极点匹配、Tus ｔｉn 变换和预修正的Tus ｔin （设关键频率＝4）变换等方法将D （s)离散化，采样周期分别取为０.１s 和 0.4s; ２） 将 Ｄ（z ）的零极点标在Z 平面图上 3） 计算D （j ω)和各个Ｄ(e j ωT )的幅频和相频特性并绘图,ｗ由０~ 20r ad ，计算40 个点,应包括=4 点,每个T 绘一张图（Z 变换方法单画) 4） 计算 D(s)及T=0．1,T=０.4 时D （z ）的单位脉冲响应，运行时间为4 秒 5) 结合所得的结果讨论分析各种离散化方法的特点 6) 写出报告，附上结果。 解： （1） Z 变换法: a.离散化： T =0.1s 时， D (z )= 4z z ?0.6703； T =0.4s 时, D (z )= 4z z ?0.2019 ； ｂ.D (z )的零极点 c. D (jω)和D(e jωT )幅频相频特性曲线 连续系统: -1 -0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 零点 T=0.1s 时极点T=0.4s 时极点

T=0.1s时 T=0.4s时

计算机控制系统作业参考答案

《计算机控制系统》作业参考答案 作业一 第一章 1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。 答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控 制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。 1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。 答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型： ①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。 ②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID 调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。 ③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC 计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC 计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC 计算机提供最佳给定值和最优控制量等。 ④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT 操作站相连。 1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与 控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。 与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点： (1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标. (3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。 (5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。 (6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度. (7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。 图1.3-2 典型的数字控制系统 给定

计算机控制技术课后习题答案

| 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么 由四部分组成。 图微机控制系统组成框图 (1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控 参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。 — (4)检测与执行机构 a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。 b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元 件等进行控制。 第二章输入输出过程通道 习题及参考答案 2.数字量过程通道由哪些部分组成各部分的作用是什么

济南大学-微型计算机控制技术大作业

智能循迹小车——微型计算机控制技术考查作业 自动化与电气工程学院

随着现代化的不断发展，自动化越来越普及，对传感器的应用越来越多，要求精度越来越搞高，本设计面向机械自动化发展，采用了AT89S52单片机作为控制核心，利用红外对管传感器检测黑线达到循迹目的，以及自动停车，自动寻迹，整体系统的电路结构简单，可靠性能高。 采用技术主要有： （1）AT89S52单片机应用； （2）L298电机驱动及PWN电机调速； （3）传感器的有效应用； （4）程序算法的应用。 1、系统方案的选择 1.1 智能循迹小车的主控芯片的选择 方案一：采用Atmel公司的AT89S52单片机作为智能小车的主控芯片，AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，工作电压为5V，32个I/O 口，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。该芯片价格便宜，应用广泛，操作简单，硬件与软件设计相对简单。大学生广泛用于单片机学习与创作。资源足够用于智能小车的设计。因此，本设计选择了此芯片。 方案二：采用德州仪器公司生产的F系列单片机MSP430F1611作为智能小车的主控芯片，MSP430F1611是一款超低功耗单片机，工作电压范围为1.8V-3.6V,48 位I/O 口线，16-Bit RISC架构，但相应硬件复杂，软件编写相对难度大，而且价格昂贵，用于智能小车资源过剩，造成浪费。经过讨论，我们放弃了此方案。 1.2智能循迹小车电源模块的选择 方案一：直接用直流电源供电。采用LM7812和LM7805稳压后产生12V和5V的直流电压，供给系统各个模块用。虽然直接用直流电源供电，功率大，但由于有电源供电线的限制，这样就会对小车的行动造成诸多不便，为了能使小车能够简便地行驶，只能放弃这一方案。

2017测控专业《计算机控制技术》复习大作业资料

2017年上学期《计算机控制技术》复习大作业 ===================================================== 复习内容一：本学期每章节布置做过的习题 复习内容二：如下整理的各题型 一、选择题（共20题） 1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（）转换。 A．A/D转换器B．双向可控硅 C．D/A转换器D．光电隔离器 2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（）器件完成控制量的切换工作。 A．锁存器锁存B．多路开关 C．A/D转换器转换D．反多路开关 3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CH应取值（）。 A．比较小B．比较大 C．取零值D．取负值 4. 在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（）。 A．阳极B．阴极 C．阴极或阳极D．先送阴极再送阳极 5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（）实现的。 A．改变定子的通电方向和通电占空比 B．改变转子的通电方向和通电占空比 C．改变定子的通电电压幅值 D．改变转子的通电电压幅值 6.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（） A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 7. 键盘锁定技术可以通过（）实现。 A．设置标志位 B．控制键值锁存器的选通信号 C．A和B都行 D．定时读键值 8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（）。 A．0．3 伏以下B．0．7伏以上 C．-3伏以下D．+3伏以上 9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（）提高信/躁比。 A．只能通过模拟滤波电路 B.只能通过数字滤波程序 C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路 10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（）。 A．步进电机可以直接接受数字量

计算机控制作业

水温控制系统 一,任务 设计并制作一个水温自动控制系统,控制对象为1升净水,容器为搪瓷器皿.水温可以在一定范围内由人工设定,并能在环境温度降低时实现自动控制,以保持设定的温度基本不变. 二,要求 1.基本要求 (1)温度设定范围为40～90℃,最小区分度为1℃,标定温度≤1℃. (2)环境温度降低时(例如用电风扇降温)温度控制的静态误差≤1℃. (3)用十进制数码管显示水的实际温度. 2.发挥部分 (1)采用适当的控制方法,当设定温度突变(由40℃提高到60℃)时, 减小系统的调节时间和超调量. (2)温度控制的静态误差≤0.2℃. (3)在设定温度发生突变(由40℃提高到60℃)时,自动打印水温随时间变化的曲线. 设计 一,方案设计与论证 本题目要求:能在40 ℃至90 ℃范围内设定控制水温, 静态控制精度为0.2 ℃.并具有快速性与较小的超调,以及十进制数码管显示,温度曲线打印.

测量部分 采用温度传感器铂电阻Pt1000.铂热电阻的物理化学 性能在高温和氧化性介质中很稳定,线性较好.在0—100 ℃时,最大非线性偏差小于0.5 ℃.铂热电阻与温度关系 是:Rt = R0(1+At+Bt*t) 其中Rt 是温度为t 时电阻; R0是温度为0 ℃时电阻; A,B 为温度系数. 驱动控制部分 此方案采用SPCE061A 单片机实现,此单片机内置8路 ADC,2路DAC.另外,该芯片内置JTAG 在线仿 真,编程接口,可以方便实现在线调试. 二,系统硬件电路设计 2.1 电路方框图及说明 方框图说明 键盘设定 数据采集 SPCE061A 数据显示 串口接口--pc-- 打印 继电器 热电炉 语音提示

计算机控制技术课后习题答案

第一章计算机控制系统概述 习题及参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。

图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。 (4)检测与执行机构 a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。 b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位

计算机控制系统(大作业) (2)

一问答题 (共6题，总分值60) 1. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？（10 分） 答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样指相邻 两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样如果一个系统中有多个 采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步 采样。 (4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样 的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样若相邻两次采样的时 间间隔不相等，则称为随机采样。 2. 简述线性定常离散系统的能控性定义。（10 分） 答：若对某个初始状态X（0），存在控制作用序列{u（0），u（1），…，u（n-1）}，使系统在第n步上达到到原点，即X（n）=0，则称状态X（0）能控。 3. 简述积分调节的作用（10 分） 4. 简述现场总线控制系统的基本组成。（10 分） 答：现场总线控制系统的基本组成主要表现在6个方面： 1、现场通信网络 2、现场设备互联 3、互操作性 4、分散功能快 5、通信线供电 6、开放式互联网络 5. 等效离散化设计方法存在哪些缺陷？（10 分） 答：等效离散化设计方法存在以下缺陷： (1) 必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要求。 (2) 没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大，除有可能造成控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的调节品质变坏。 (3) 等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系统(只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称为近似设计。 6. 列举三种以上电源抗扰措施。（10 分） 答：(1)采用交流稳压器。当电网电压波动范围较大时，应使用交流稳压器。若采用磁饱和式交流稳压器，对来自电源的噪声干扰也有很好的抑制作用。 （2）电源滤波器。交流电源引线上的滤波器可以抑制输入端的瞬态干扰。直流电源的输出也接入电容滤波器，以使输出电压的纹波限制在一定范围内，并能抑制数字信号产生的脉冲干扰。

计算机控制作业及答案

计算机控制系统是由哪级部分组成的？各部分作用 硬件组成：微控制器或微处理器、ROM RAM外部设备、网络通信接口、实时时 钟、电源。软件组成：系统软件和应用软件。作用：硬件中有A/D 称为模拟数字转换器，它包括采样保持和量化，其输出为数字形式，何时采样由计算机控制。 D/A 称为数字模拟转换器，它是将数字信号转换成模拟信号形成控制量。应用软件根据要解决的问题而编写的各种程序，系统软件包括 操作系统，开发系统。 . 为适应控制现场的工作环境，对工业控制机有何要求？ （1）适应性（2）可靠性（3）实时性（4）扩展性 结构：（1）基于通用计算机的结构（2）基于嵌入式系统的结构 .PCI总线，CPCI总线，PC/104总线以及RS232,RS422,RS485有何特点，电平特性，适用场合？ . 何谓IO 接口？在计算机控制系统中为什么要有IO 接口？ （1）解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题 （2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题 （3）解决CPU的负载能力和外围设备端口的选择问题 . 计算机与外围设备交互信息有哪几种控制方式？各有何优缺点？ （1）并行通信。优点：传送速度快、信息率高。缺点：传输线多，成本高 （2）串行通信。全双工方式RS-422 ,RS-232 。半双工方式RS-485 （3）同步通信。要求收发双方具有同频同相的同步时钟信号，每帧信息开始加特定的同步字符，不允许有间隙

4）异步通信。开始位，停止位，发送的字符间允许有间隙 .模拟输入通道中为何要加采样保持器，采样保持器的组成及要求是什么? (1)用采样保持电路使得在A/D转换期间保持输入模拟信号不变 (2)孔径时间：AD转换器完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。 孔径误差：在孔径时间ta/d内，由于输入信号x(t)的变化所引起的误差称为孔径误差3。 以ta/d = 10 口s的10位ADC芯片为例： 为保证不低于％勺转换精度 的主要性能指标有哪些？10V8位的ADC转换精度如何计算？ (1).接口特性(2).量程(3).分辨率(4).误差和精度(5).转换速率(6). A/D 转换的方法 一个8位A/D转换器，孔径时间为100，。如果要求转换误差在A/D转换精度(% 内，求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少？ f=(2*pi*100*10A(-6)*100)= 请分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推出输出电压与输入数字量之间的关系式。 微机p328 什么是数字PID位置控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点。 已知模拟调节器的传递函数为： EG、1 + 0 085v，试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算法，设采 样周期T= 数字控制器的模拟化设计步骤是什么? 第二步：正确地选择米样周期