计算机自动控制的原理

计算机自动控制的原理
计算机自动控制的原理

计算机在自动控制的应用

一)计算机自动控制的原理

所谓的计算机自动控制是指在传递函数的基础上,对单一输入和输出等线性常数等内容进行分析。对于一个比较复杂的对象来说,要想实现对其控制首先要设定与被控对象的关联方式,这个关联方式就是自动控制系统。自动控制系统中最重要的物理量是被控对象的输出量,对于控制对象来说,则有反馈装置来进行信息反馈。控制装置是根据反馈装置提供的信息来调整控制量的输出,保证控制的准确度。

二)计算机自动控制的特点

随着信息时代的到来,自动控制无论是对于工业生产还是日常生活,都具有重要的创新意义。计算机能够同时储存大量的数据并且快速处理数据,因此在设备自动化和智能化发展的过程中,利用计算机来代替人工控制是非常正确的选择。计算机控制有着明显的优势,首先计算机控制不存在固定的模式和规律,具有较强的多样性,其次计算机不仅能够实现对设备的控制,还能够通过实时信息进行优质管理,进一步提高了工作效率;再者计算机控制能够节约管理成本,并且提高经济收益;最后一点就是计算机能够灵活的根据设备现场的工作状态,灵活调整设备的工作参数,最大程度的保证设备能够处于设备处于最佳的工作状态。

三)计算机自动控制的意义

设备装置的进步,有力促进了我国诸多行业的发展,在当代设备日渐智能化和系统化的发展趋势下,自动化控制设备的可靠性成为设备生产商和用户最为关注的问题。由于电子自动化控制设备在实际应用中面临多样性的工作环境,因此控制设备必须具备一定程度的可靠性。就自动化控制设备中的自动控制开关分析,由于开关通常被用于车载和军事,因此开关在工作中必定会面临高湿度,低温以及撞击等问题的考验,为保障自动化控制设备的正常运行,开关必须具备高水平的可靠性。自动化控制设备在过程中,由于无法开展设备的深度检修,只能进行简要的部件维护,因此提高设备的可靠性是十分必要的。

四)计算机自动控制概述

计算机自动控制一般的机器是由人控制的,人给机器一个指令,机器就完,成一个操作。计算机的操作也是受人控制的,但由于计算机具有内部存储能力,可以将指令事先输入到计算机存储起来,在计算机开始工作以后,从存储单元中依次去取指令,用来控制计算机的操作,从而使人们可以不必干预计算机的工作,实现操作的自动化。

五)计算机控制的系统特点

自动控制对于我国工业、农业和科学技术的发展有着越来越重要的地位。

不仅在宇航导弹制导系统中、核技术以及火器控制等军事方面有着紧密的联系,逐渐已经密不可分,在金属冶炼、仪器制造和一般工业生产方面都有着相关的影响,为实现工业的自动化控制、改善劳动条件、提供经济建设等方面都贡献着自身价值。计算机本身有着较大的存储功能,较强的逻辑判断能力及较快的运算速度,计算机控制可以帮助自动控制中实际的困难,解决相关的问题瓶颈,可以提升自动控制的性能指标。

六)计算机控制系统的应用类型

数据采集系统在这种应用中,计算机只承担数据的采集跟处理工作,而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警,同时对这些变量进行累计分析和实时分析,得出各种趋势分析,为操作人员提供参考。

《计算机控制系统》课后题答案-刘建昌等科学出版社

第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统?计算机控制系统较模拟系统有何优点?举例说明。 解答:由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统,被称为计算机控制系统。与模拟系统相比,计算机控制系统具有设计和控制灵活,能实现集中监视和操作,能实现综合控制,可靠性高,抗干扰能力强等优点。例如,典型的电阻炉炉温计算机控制系统,如下图所示: 炉温计算机控制系统工作过程如下:电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后,变成电信号(毫伏级),再经变送器变成标准信号(1-5V或4-20mA)从现场进入控制室;经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机,与计算机内部的温度给定比较,得到偏差信号,该信号经过计算机内部的应用软件,即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量,再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量;控制信号模拟量作用于执行机构触发器,进而控制双向晶闸管对交流电压(220V)进行PWM调制,达到控制加热电阻两端电压的目的;电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小,从而调节炉温变化,最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中,数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的,所以很容易实现多种控制算法,修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化,这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能,可以监视几个或成十上百个的控制量,把生产过程的各个被控对象都管理起来,组成一个统一的控制系统,便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律,而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能,可以综合生产的各方面情况,在环境与参数变化时,能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制,必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预,这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中,可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能,使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面,计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的,程序代码存储于计算机中,一般情况下不会因外部干扰而改变,因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此,计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成?各部分的作用如何? 解答:计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号(1-5V或4-20mA);再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机,计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量,再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量;控制信号模拟量作用于执行机构触发器,进而控制被控对象的物理量,实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。

《计算机控制技术》教材习题解答1

《计算机控制技术》习题解答 第一章 什么是计算机控制系统计算机控制系统由哪几部分组成 答:计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机,简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。 计算机控制系统的组成:计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分组成。 、微型计算机控制系统的特点是什么 微机控制系统与常规的自动控制系统相比,具有如下特点: a.控制规律灵活多样,改动方便 b.控制精度高,抑制扰动能力强,能实现最优控制 c.能够实现数据统计和工况显示,控制效率高 d.控制与管理一体化,进一步提高自动化程度 计算机控制系统结构有哪些分类指出这些分类的结构特点和主要应用场合。

答: (1)操作指导控制系统 优点:结构简单,控制灵活,安全。 缺点:由人工操作,速度受到限制,不能控制多个对象。(2)直接数字控制系统(DDS) 优点:实时性好,可靠性高,适应性强。 (3)监督控制系统(SCC) 优点:生产过程始终处于最优工况。 (4)分散控制系统(DCS) 优点:分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。(5)现场总线控制系统(FCS) 优点:与DCS相比,降低了成本,提高了可靠性。国际标准统一后,可实现真正的开放式互联系统结构。 .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。 .实时、在线方式和离线方式的含义是什么 答:所谓实时,是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去了意义。 在计算机控制系统中,生产过程和计算机直接连接,并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式;生产过程不和计算机相连,且不受计算机控制,而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。 操作指导、DDC和SCC系统的工作原理如何它们之间有何区别和联系 (1)操作指导控制系统:在操作指导控制系统中,计算机的输出不直接作用于生产对象,属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理,计算出各控制量应有的较合适或最优的数值,供操作员参考,这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图所示。

计算机控制理论答案

第一讲 1、什么是计算机数字控制系统?一般由哪几部分组成?请用框图形式给出实例,并简单说明其工作原理。 计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统;一般由计算机和生产过程两部分组成; 计算机控制系统由工业控制计算机主体(包括硬件、软件与网格结构)和生产过程两大部分组长。其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成; 三个步骤原理: ①实时数据采集:对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输 入。 ②实时控制决策:对采集到的被控量进行分析和处理,并按已定的控制 规律,决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出:根据控制决策,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、离线方式的含义是什么? 实时:指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去了意义。 在线方式:在线方式亦称为联机方式,是指生产过程和计算机直接连接,并受计算机控制的方式称为。

离线方式:离线方式亦称为脱机方式,是指生产过程不和计算机相连,且不受计算机控制,而是靠人进行联系并做相应操作的方式。 3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。 计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。 第二讲 1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。 数字量输入通道:接受外部装置或产生过程的状态信号,同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号; 数字量输出通道:把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号; 模拟量输入通道:把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号; 模拟量输出通道:把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号,去驱动相应的执行器,从而达到控制的目的。 2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。 克服干扰的措施主要有:硬件措施、软件措施和软硬结合的措施。 其中硬件抗干扰措施包含:①过程通道抗干扰技术;②CPU抗干扰技术;③系统供电与接地技术。针对不同的干扰采用不用的抗干扰技术: ①过程通道抗干扰技术:针对串模干扰,采用滤波器、双积分式A/D转换器、双绞线作信号引线等方法来抑制;针对共模干扰,采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比等方式;针对长线传输干扰可采用双绞线与同轴电缆进行传输; ②CPU抗干扰技术:使用Watchdog(俗称看门狗)、电源监控(掉电检测及保护)、复位等;

计算机的基本组成及工作原理

计算机的基本组成及工作原理(初中信息技术七年级) 讲课:教技12江旭美【教学设计学科名称】 计算机的基本组成及工作原理是广西教育出版社出版的初中 信息技术七年级教材第一册模块二<计算机的发展》第二节教学内容。 【学情分析】 初一新生刚入学,对信息技术硬件方面的知识知道可能不多,对硬件普遍 有一种神秘感,觉得计算机高深莫测,本节课就是要对电脑软硬件进行深入 “解剖”,并对工作原理做讲解,让学生了解电脑各组成部分,更好的使用 电脑。 【教材内容分析】 本节内容是广西教育出版社初中信息技术七年级第一册模块 二《计算机的发展》第二节教学内容。本节主要让学生掌握计算机的组成, 理解计算机系统中信息的表示,了解计算机的基本工作原理。本节内容以感 性认识为主,增强学生的计算机应用意识,通过大量举例及用眼睛看、用手摸、 用脑想,对计算机的基本组成、软硬件常识、发展有一定了解和比较清晰的认 识。通过学生亲手触摸计算机组件和教师运行自主制作的多媒体课件进行教 学,打破学生对计算机的“神秘感”,觉得计算机并不难学,而且非常实际,认 识到计算机只是普通技能,提高学生学习兴趣。 【教学目标】 知识与技能:掌握计算机的组成,理解计算机系统中信息的表示,了解 计算机的基本工作原理。 过程与方法:向学生展示拆卸的旧电脑部件及未装任何系统的电脑,通过 实际观察加教师讲授的方法完成本节内容。 情感态度与价值观:培养学生的科学态度,激发学生的想象能力和探索精 神。 【教学重难点分析】 教学重点:计算机的组成,计算机系统中信息的表示。 教学难点:计算机的基本工作原理。 【教学课时】 2课时 【教学过程】 图片图片 师:观察图片结合实物并思考:从外观上来看,计算机广.般由哪些部分组成? 生:讨论、思考、回答 [设计意图】通过图片的展示,同学们对计算机的硬件有了直观的印象, 初步的了解。 (二)自主学习,探究新知 1、先请同学们自己看书P17-P20内容,边看书边思考: ①完整的计算机系统由哪两部分组成?

计算机控制原理实验报告详解

计算机控制原理实验报告 姓名: 学号: 班级: 指导教师: 完成时间:

实验一 二阶系统闭环参数n ω和ξ对时域响应的影响 一、实验目的 1.研究二阶系统闭环参数n ω和ξ对时域响应的影响 2.研究二阶系统不同阻尼比下的响应曲线及系统的稳定性。 二、实验要求 1. 从help 菜单或其它方式,理解程序的每个语句和函数的含义; 2.分析ξ对时域响应的影响,观察典型二阶系统阻尼系数ξ在一般工程系统中的选择范围; 三、实验内容 1、如图1所示的典型二阶系统,其开环传递函数为) 2s(s G(S)2n n ξωω+=,其中,无阻尼自然震荡角频率n ω=1,ξ为阻尼比,试绘制ξ分别为0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5时,其单位负反馈系统的单位阶跃响应曲线(绘制在同一张图上)。 图1 典型二阶系统方框图 2、程序代码 wn=1; sigma=[0,0.2,0.4,0.6,0.9,1.2,1.5];(1) num=wn*wn; t=linspace(0,20,200)';(2) for j=1:7(3) den=conv([1,0],[1,2*wn*sigma(j)]);(4) s1=tf(num,den);(5) sys=feedback(s1,1)(6);

y(:,j)=step(sys,t);(7) end plot(t,y(:,1:7));(8) grid;(9) gtext('sigma=0');(10) gtext('sigma=0.2'); gtext('sigma=0.4'); gtext('sigma=0.6'); gtext('sigma=0.9'); gtext('sigma=1.2'); gtext('sigma=1.5'); 3、代码函数理解分析 (1)给ξ赋值。 (2)用于创建向量。linspace是Matlab中的一个指令,用于产生x1,x2之间的N点行矢量。其中x1、x2、N分别为起始值、终止值、元素个数。若缺省N,默认点数为100。 (3)给j赋值1至7。 ω),并赋值给den。 (4)做多项式的乘积(卷积),用来表示s(s+2ξ n (5)定义开环传递函数,num做分子,den做分母。 (6)ys=feedback(sys1,sys2),其中sys1是对象,sys2代表负反馈线路中的传递函数,也就是后所sys = feedback(sys1,2)意思是指对sys1系统进行负反馈,负反馈增益为2,sys = feedback(sys1,1)意思是对sys1进行单位负反馈。 (7)求系统在时间t内的单位阶跃响应。 (8)作图,以t为横坐标,y为纵坐标做7条曲线。 (9)网格显示。 (10)点击显示sigma的值。 4、曲线图

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。

《自动控制原理及应用》

中国农业大学继续教育学院《自动控制原理及其应用》试卷 专业 姓名 成绩 一.填空题(每空0.5分,共25分) 1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式:即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。 3、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+,则该系统的传递函数G(s)为 。 4、根轨迹起始于 ,终止于 。 5、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--,则该系统的开环传递函数为 。 6、PI 控制器的输入-输出关系的时域表达式是 ,其相应的传递函数为 ,由于积分环节的引入,可以改善系统的 性能。 7、在水箱水温控制系统中,受控对象为 ,被控量为 。 8、自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为 ;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为 ;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于 。 9、稳定是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统 。判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用 ;在频域分析中采用 。 10、传递函数是指在 初始条件下、线性定常控制系统的 与 之比。 11、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标 ,它们反映了系统动态过程的 。 12、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即: 、快速性和 。 13、控制系统的 称为传递函数。一阶系统传函标准是 ,二阶系统传函标准形式是 。 14、在经典控制理论中,可采用 、根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。 15、控制系统的数学模型,取决于系统 和 , 与外作用及初始条件无关。 16、线性系统的对数幅频特性,纵坐标取值为 ,横坐标为 。 17、在二阶系统的单位阶跃响应图中,s t 定义为 。%σ是 。 18、PI 控制规律的时域表达式是 。P I D 控制规律的传递函数表达式是 。 19、对于自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面,即: 、 和 ,其中最基本的要求是 。 20、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ,则该系统的开环传递函数为 。 21、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法,叫系统的数学模型,在古典控制理论中系统数学模型有 、 等。 22、判断一个闭环线性控制系统是否稳定,可采用 、 、 等方法。 23、PID 控制器的输入-输出关系的时域表达式是 ,其相应的传递函数为 。 24、最小相位系统是指 。 二. 选择题(每题1分,共22分) 1、采用负反馈形式连接后,则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定; B 、系统动态性能一定会提高; C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小,最后完全消除; D 、需要调整系统的结构参数,才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点; B 、在积分环节外加单位负反馈; C 、增加开环零点; D 、引入串联超前校正装置。 3、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( ) A 、主反馈口符号为“-” ; B 、除r K 外的其他参数变化时; C 、非单位反馈系统; D 、根轨迹方程(标准形式)为1)()(+=s H s G 。 4、开环频域性能指标中的相角裕度γ对应时域性能指标( ) 。 A 、超调%σ B 、稳态误差ss e C 、调整时间s t D 、峰值时间p t 5、已知开环幅频特性如图2所示, 则图中不稳定的系统是( )。 系统① 系统② 系统③ A 、系 统 ① B 、系统② C 、系统③ D 、都不稳定 6、若某最小相位系统的相角裕度 γ >,则下列说法正确的是 ( )。 A 、不稳定; B 、只有当幅值裕度 1 g k >时才稳定; C 、稳定; D 、不能判用相角裕度判断系统的稳定性。

计算机控制(完整版)

第一章绪论 1.计算机控制系统工作原理(图:P2 1-1b)A/D装置将模拟量转换为数字量后送入计算机处理,D/A装置将其转换为模拟量,输送到执行机构。采样器与保持器等与A/D、D/A一起构成计算机与生产过程中之间的接口。若被控量不是模拟量而是开关量(数字量),计算机控制系统中也需要用开关量输入输出接口进行信号的传输,而不能将过程与计算机相连。 2.计算机在控制系统中三个基本作用:实时数据处理、实施监督决策、实时控制及输出。 3.计算机控制系统的工作方式:①在线方式与离线方式生产过程和计算机系统直接相连,并接受计算机直接控制称为在线或联机方式;反之,若不相连或虽相连但过程不受计算机控制,而是靠人工进行联系并做相应操作称为离线或脱机方式。②实时性指信号的输入、计算和输出都必须限制在一定时间范围内完成,即计算机对输入信息要以足够快的速度进行处理。 4.计算机控制系统组成功能、作用(图:P3 1-2)①主机由CPU、ROM、RAM组成,是计算机控制系统的核心。②外设常用外部设备按功能分成输入设备、输出设备和外存储器。 ③过程输入/输出接口包括模拟量和开关量两大类,是计算机与生产过程之间信息交换的桥梁。④人机接口设备包括显示器、键盘、专用的操作显示面板或操作显示台等,供操作员与计算机进行信息交换。 ⑤通信设备通过通信设备,不同地理位置、不同功能的计算机之间或计算机与设备之间可以进行信息交换。⑥现场仪表包括检测变送仪表、执行机构等。前者将生产过程中各种物理量转换成电信号,后者完成计算机输出控制的执行任务。 ⑦系统总线分内部总线与外部总线。内部总线在计算机各内部模块之间传送各种控制、地址与数据信号,并为各模块提供统一的电源;外部总线为计算机系统之间或计算机系统与设备之间提供数字通信。 ⑧系统软件它管理计算机的内存、 外设等硬件设备。⑨应用软件是系 统设计人员针对具体生产过程编制 的控制和管理程序,是控制计算机 在特定环境中完成某种控制功能所 必需的软件。 5.计算机控制系统的分类(图:P4~8 1-3~1-7根据框图说原理)①计算 机巡回监测和操作指导系统一种 开环系统。过程参数经测量变送器、 过程输出通道,定时送入计算机, 计算机进行分析和处理后进行综 合,通过显示器或打印机输出操作 指导信息。②计算机直接数字控制 系统DDC 计算机通过过程输入通道 对多个被控生产过程进行巡回检 测,根据给定值、测量值及控制规 律计算出控制指令,经过程输出通 道(AO或DO)直接控制执行机构, 使得各被控参数保持在其给定值附 近。③计算机监督控制系统SCC 通 常采用两级控制形式,分处两层的 计算机分别称为上位机与下位机。 上位机根据原始的生产工艺数据和 现场采集到的工况信息,一方面按 照描述被控过程的数学模型和某种 最优目标函数,计算出被控过程的 最优设定值。输出给下一级的DDC 系统或模拟调节器;另一方面对生 产状况进行分析,作出故障的诊断 与预报。④计算机集散控制系统DCS 有多个相关联可以共同承担工作的 微处理器为核心,一起组成可以运 行多项任务的系统,实现地理上和 功能上的控制,同时通过高速数据 通道把各个分散点的信息集中起 来,进行集中的监视和操作,实现 复杂的控制和优化。⑤现场总线控 制系统FCS 核心是现场总线,与 Internet网互联构成不同层次的复 杂网络,降低了系统成本,提高了 可靠性,且在统一的国际标准下可 实现真正的开放式互联系统结构。 ⑥工业过程的计算机集成制造系统 (流程CIMS)将需要的函数块放在 图纸上,然后把它们连接起来,以 便处理输入和输出。过程操作员根 据各种动态画面来监视和控制过 程。动态测量值和状态指示则显示 了当前的生产情况。从过程控制器、 信息管理站和外部计算机那里获得 信息后,操作人员可以进行授权范 围内的任意操作。 第二章计算机控制系统基础 1.信号形式(图:P13 2-1)连续模 拟信号、离散模拟信号、连续数字 信号、离散数字信号 2.信号采样(图:P14 2-2)把时间 和量值上均连续的模拟信号按采样 周期T转变位置在瞬时才有脉冲输 出信号的过程。 3.信号的保持(图:P15 2-3)保持 其的原理是根据现在或过去时刻的 采样值,用常数、线性函数和抛物 线函数等去逼近两个采样时刻之间 的原信号。零阶保持器是最常用的 一种信号保持器。 第三章计算机控制系统基础中的 总线技术 1.总线标准分为两类:一类是由国 际权威机构制定的;另一类是由某 厂家设计而广泛流行的。后者得到 业界承认之后,往往也会被权威机 构收为标准。 2.内部总线:又称系统总线,即通 常说的各种不同标准的计算机总 线,用于计算机内部模块(板)之 间的通信。工业过程常用PC总线、 STD总线、VME、MULTIBUS总线等。 外部总线:又称通信总线,完成计 算机系统之间或计算机与设备之间 的通信任务,如IEEE-488总线、 RS-232和RS-485等。 3.并行总线:每个信号都有自己独 立的信号线,一组信号并行输出, 传输快,接口简单,缺点是电缆线 数多。串行总线:所有信号复用一 对信号线,并依次按顺序串行输出, 电缆线数少,便于远距离传送,缺 点是信号传输慢,接口复杂。 4.内部总线通常都是并行总线,外 部总线分为并行总线和串行总线两 种。IEEE-488并行,RS-485串行。 5.总线裁决方式①串行链接式总 线裁决(图:P37 3-6)各部件的请 求信号经一条公共请求线向控制器 发出,总线空闲时控制器发出总线

计算机控制原理复习题

精品文档新建试卷20180629110657 一、单选题(共48题,48分) 1、已知偏差e(k),积分分离阈值β,以下正确的是() A、 B、 C、 D、 2、已知离散系统脉冲传递函数为:G(Z)=(Z+0.5)/(Z-0.5+j0.5)^2 ,可知该系统是() A、 稳定的 B、 不稳定的 C、 中性稳定的 D、

精品文档以上答案都不对 3、 A、 也是稳定的 B、 是不稳定的 C、 稳定性不一定 4、8位的A/D转换器分辨率为() A、 0.01587 B、 0.007874 C、 0.003922 D、 0.0009775

5、一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%),孔径时间3.18μm,如果要求转换误差在转换精度内,则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为 ()。 A、 5Hz B、 50Hz C、 100Hz D、 500Hz 6、某热处理炉温度变化范围为0~1350℃,经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809,ADC0809的输入范围为0~5V,当t=KT时,ADC0809的转换结果为6A,此时炉温为() A、 588.98℃ B、 288.98℃ C、 361.23℃

698.73℃ 7、如果模拟信号频谱的最高频率为fmax,只要按照采样频率()进行采样,那么采样信号就能唯一的复观。 A、 B、 C、 D、 8、一个10位的A/D转换器(量化精度0.1%),孔径时间10μs,如果要求转换误差在转换精度类,则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为()。 A、 15Hz B、 16H C、 17Hz

14Hz 9、如图1所示,V out为8位D/A转换器的双极性输出端,若输入数字量 D=11100000(B),基准参考电V REF=5V,则V out为:() A、 4.375V B、 -4.375V C、 3.75V D、 -3.75V 10、q=20mV时,量化误差为±10mV,0.990~1.009V范围内的采样值,其量化结果都是:()。

计算机控制系统课后答案全解

第1章习题 B 习题 B1-1 举例说明2-3个你熟悉的计算机控制系统,并说明与常规连续模拟控制系统相比的优点。 B1-2 利用计算机及接口技术的知识,提出一个用同一台计算机控制多个被控参量的分时巡回控制方案。 B1-3 题图B1-3是一典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图。由雷达测出目标的高低角、方位角和斜距,信号经滤波后,由模拟式计算机计算出伺服系统高低角和方位角的控制指令,分别加到炮身的高低角和方位角伺服系统,使炮身跟踪指令信号。为了改善系统的动态和稳态特性,高低角和方位角伺服系统各自采用了有源串联校正网络和测速反馈校正,同时利用逻辑电路实现系统工作状态的控制(如偏差过大时可断开主反馈,实现最大速度控制,当偏差小于一定值后实现精确位置控制)。试将其改造为计算机控制系统,画出系统原理结构图。 题图B1-3典型模拟式火炮位置控制系统的原理结构图B1-4水位高度控制系统如题图所示。水箱水位高度指令由W1 电位计指令电压u r确定,水位实际高度h由浮子测量,并转换为电位计W2 的输出电压u h。用水量Q1 为系统干扰。当指令高度给定后,系统保持给定水位,如打开放水管路后,水位下降,系统将控制电机,打开进水阀门,向水箱供水,

最终保持水箱水位为指令水位。试把该系统改造为计算机控制系统。画出原理示意图及系统结构图。 题图B1-4 水箱水位控制系统原理示意图 B1-5 题图B1-5为一机械手控制系统示意图。将其控制器改造为计算机实现,试画出系统示意图及控制系统结构图。 题图B1-5机械手控制系统示意图 B1-6题图B1-6为仓库大门自动控制系统示意图。试将其改造为计算机控制系统,画出系统示意图。 题图B1-6 仓库大门自动控制系统示意图

《计算机控制系统》课程教学大纲

《计算机控制系统》课程教学大纲 课程名称:计算机控制系统课程代码:ELEA3042 英文名称:Computer Control System 课程性质:专业学位课程学分/学时:4学分/72学时(54+18) 开课学期:第7学期 适用专业:电气工程及其自动化 先修课程:复变函数与积分变换、信号与系统、自动控制原理 后续课程:无 开课单位:机电工程学院课程负责人:杨歆豪 大纲执笔人:杨歆豪大纲审核人:余雷 一、课程性质和教学目标(在人才培养中的地位与性质及主要内容,指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平) 课程性质:计算机控制系统是电气工程及其自动化专业的一门专业学位课程。本课程针对电气工程及其自动化专业的特点,以离散控制理论等基础知识为主,同时结合自动控制理论、现代控制理论和复变函数等概念,并且以实际应用为导向,培养学生熟练的运算能力及进行科学分析、归纳和总结的能力,提高分析问题和解决问题的能力,从而为以后的从事实际工作和科学研究奠定一定的基础。 教学目标:计算机控制系统就是将计算机作为系统的控制器,从而实现对生产对象的有效控制,所以在本质上计算机控制讨论的就是系统的离散控制。本课程的主要内容包括:信号的离散和恢复,Z变换与Z反变换,差分方程及其求解,离散系统的传递函数、状态方程,系统的稳定性、过渡过程和稳态误差,系统的离散化设计和模拟化设计,数字PID技术和改进,离散系统的能控性和可测性。通过本课程的学习,要使学生了解和掌握计算机控制的基本概念、工作原理、初步分析、具有实用价值的设计方法,培养学生完成简单计算机控制系统构成、实时软件编制以及系统调试维护的基本能力,为毕业后参与计算机控制系统开发、调试和维护打下初步基础。 本课程的具体教学目标如下: 1.了解计算机控制系统的定义、分类、结构和组成,较好的掌握香农采样定理和零阶保持器,理解计算机控制系统的本质是离散控制系统,从而掌握线性离散系统的数学描述(差分方程、Z传递函数)和分析方法(Z变换、Z反变换); 2.领会S平面与Z平面的映射关系,掌握线性离散系统的稳定域,熟练灵活运用线性离散系统的稳定性判据,能够利用Z传递函数分析离散系统的过渡过程特性和离散系统的误差特性,能够利用系统的离散状态方程和输出方程分析系统的能控性和可测性;

自动控制原理及其应用

AI&Robots Ins. (Institute of Artificial Intelligence and Robots),即人工智能与机器人研究所,是隶属 于北京工业大学控制科学与工程学科的研究机构, 自然地,其所致力于研究的,是人工智能(Artificial Intelligence)和机器人(Robot)。 Robot是大家熟悉的一个英文名词,常常被译作 “机器人”。然而,无论就其形态或结构,还是就其运 动方式或行为方式,多数Robot 不象人。准确地说, Robot是一种自动机器,一种仿生的自动机器,具有 类似生命的特征,具有类似生物的行为,甚至具有 类似生物的智慧。 《控制论》之父Wiener有一句名言: “就其控制行为而言,所有的技术系统都是模仿生物系统的,然而,决没有哪一种生物系统 是模仿技术系统的。” Wiener 所说的“技术系统”(Technical System)就是人造系统,就是机器,准确地说,就是自动 机器。 AI&Robots 旨在研究具有智能的自动机器,并努力使机器具有生命特征和生物行为,具有感 知能力和认知能力,包括记忆和学习的行为能力。 实际上,AI&Robots 的研究领域是综合而宽广的,是一个多学科融合的科学研究领域,其中: ?控制论(Cybernetics) ?人工智能(Artificial Intelligence) ?机器人学(Robotics)

扮演着重要角色。在AI&Robots 的标识中,黄色代表着“控制论”,红色代表着“人工智能”,蓝色 代表着“机器人学”。 AI&Robots渗透着《控制论》的思想。 1948年,美国科学家Norbert Wiener 将机器与动物类比,将计算机与人脑类比,创立了《控 制论》。 Wiener 是一个天才,8 岁上中学,11 岁上大学,14 岁大学毕业,18岁获得博士学位,其后,师从英国数学 家和哲学家Rosu。虽然主修数学和哲学,Wiener 却始 终思索着动物和机器的辨证关系。Wiener 的《控制论》 是关于动物和机器共性的科学,是关于动物和机器同一 性和统一性的科学。Wiener 兴趣广泛,在理论物理学、 生物学、神经生理学和心理学、哲学、文学等领域都有 涉猎和建树。正是Wiener 广博的知识,使《控制论》成 为科学融合的艺术。 正如Wiener 在《控制论》中所指出: “我们正研究这样一种自动机器,它不仅通过能量流 动和新陈代谢,而且通过信息流动和传递信号,引起动作流动,并和外界有效地联系起来。自动 机器接收信息的装置相当于人和动物的感觉器官;相当于动作器官的可以是电动机或其它不同性 质的工具。自动机器接收到的信息不一定立即使用,可以储存起来以备未来之需,这与记忆相似 。自动机器运转时,其操作规则会依历史数据产生变化,这就象是学习的过程。” 在《控制论》中,Wiener虚拟设计了一个机器蠕虫,模拟蠕虫的负趋光行为,以阐明动物和 机器的共性。 Wiener的机器蠕虫具有类似动物神经的反射弧结构: 感觉器官:一对左右对称的光电管

计算机控制技术课后习题答案教学文稿

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。

计算机的基本工作原理

计算机的基本工作原理 计算机的工作原理 1、冯诺依曼原理 “存储程序控制”原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的,所以又称为“冯诺依曼原理”。该原理确立了现代计算机的基本组成的工作方式,直到现在,计算机的设计与制造依然沿着“冯诺依曼”体系结构。 2、“存储程序控制”原理的基本内容 ①采用二进制形式表示数据和指令。 ②将程序(数据和指令序列)预先存放在主存储器中(程序存储),使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令,并加以执行(程序控制)。 ③由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件组成计算机硬件体系结构。 3、计算机工作过程 第一步:将程序和数据通过输入设备送入存储器。 第二步:启动运行后,计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别,分析该指令要做什么事。 第三步:控制器根据指令的含义发出相应的命令(如加法、减法),将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算,再把运算结果送回存储器指定的单元中。 第四步:当运算任务完成后,就可以根据指令将结果通过输出设备输出。 计算机的软件分类 计算机软件是指计算机运行、管理、应用和维护所需的各种程序、数据及其有关技术文档资料。只有硬件没有软件的计算机称为“裸机”,裸机只能运行由 0 和1 组成的机器语言程序,没有软件系统的计算机几乎是没有用的。通常人们使用的计算机是经过软件“包装”的计算机,计算机的功能不仅仅取决于硬件系统,更大程度上由所安装的软件系统来决定。 软件种类繁多,通常根据软件用途可将其分为系统软件和应用软件。系统软件是用于管理、控制和维护计算机系统资源的软件,主要包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务程序等。应用软件是针对某一应用而开发的软件,可分为通用应用软件和专用应用软件。 1.2.4 计算机系统的层次结构 在一个完整的计算机系统中,计算机硬件和软件之间是有一定的层次关系的,如图 1-3 所示。计算机硬件位于是最低层,是计算机系统的基础。操作系统位于硬件之上,而操作系统的上一层为其他系统软件和应用软件,最高层是用户程序或文档。 用户程序或文档

计算机控制理论答案

第一讲 1、什么就是计算机数字控制系统?一般由哪几部分组成?请用框图形式给出实例,并简单说明其工作原理。 计算机控制系统就就是利用计算机(通常称为工业控制机)来实现生产过程自动控制得系统;一般由计算机与生产过程两部分组成; 计算机控制系统由工业控制计算机主体(包括硬件、软件与网格结构)与生产过程两大部分组长。其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成; 三个步骤原理: ①实时数据采集:对来自测量变送装置得被控量得瞬时值进行检测与输 入。 ②实时控制决策:对采集到得被控量进行分析与处理,并按已定得控制规 律,决定将要采取得控制行为。 ③实时控制输出:根据控制决策,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、离线方式得含义就是什么? 实时:指信号得输入、计算与输出都要在一定得时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快得速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制得时机,控制也就失去了意义。 在线方式:在线方式亦称为联机方式,就是指生产过程与计算机直接连接,并受计算机控制得方式称为、 离线方式:离线方式亦称为脱机方式,就是指生产过程不与计算机相连,且不受计算机控制,而就是靠人进行联系并做相应操作得方式、

3、简述计算机数字控制系统得发展趋势。 计算机数值控制系统得发展趋势有控制系统得网络化、扁平化、只能化、综合化。 第二讲 1、简述计算机控制系统中过程通道得基本类型及其作用。 数字量输入通道:接受外部装置或产生过程得状态信号,同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收得逻辑信号; 数字量输出通道:把计算机输出得微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制得数字驱动信号; 模拟量输入通道:把被控对象得过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收得数字量信号; 模拟量输出通道:把计算机处理后得数字量信号转换成模拟量电压或电流信号,去驱动相应得执行器,从而达到控制得目得。 2、简述计算机控制系统抗干扰技术得基本措施。 克服干扰得措施主要有:硬件措施、软件措施与软硬结合得措施。 其中硬件抗干扰措施包含:①过程通道抗干扰技术;②CPU抗干扰技术;③系统供电与接地技术、针对不同得干扰采用不用得抗干扰技术: ①过程通道抗干扰技术:针对串模干扰,采用滤波器、双积分式A/D转换器、双绞线作信号引线等方法来抑制;针对共模干扰,采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比等方式;针对长线传输干扰可采用双绞线与同轴电缆进行传输; ②CPU抗干扰技术:使用Watchdog(俗称瞧门狗)、电源监控(掉电检测及保护)、复位等; ③系统供电与接地技术:对于系统供电添加电源异常保护措施;对于接地技术有单点接地、低频接地技术、通道馈线接地技术、主机外壳接地但机芯浮空、多机系统得接地等。 3、什么就是采样过程、量化误差、孔径时间?

(完整版)计算机控制技术--B--答案

南阳理工学院课程考试 参考答案与评分标准 考试课程:计算机控制技术学年学期:2011-2012-2 试卷类型:B 考试时间:2012-06-07 一、填空题:(每空1分,共20分) 1.典型的工业生产过程分为三种:连续过程、离散过程和批量过程。 2.计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。 3.DDC系统即是直接数字控制系统。 4.以微处理器为核心,总线可以分为内部总线和外部总线,而内部总线又可分为片级总线和系统总线。 5.通常认为:I/O总线的速度应为外设速度的3-5倍。 6.全译码法是所有地址线都参与译码,每个芯片的地址范围是唯一的,且地址信息连续,但译码电路较复杂。 7.数字量输入通道的结构包括:输入调理电路、输入缓冲器、输入口地址译码电路等。 8.模拟信号一般不直接送A/D转换器,而加保持器作信号保持。但是,当A/D转换速度很快且输入信号变化缓慢时可 不加(加/不加)保持器。 9.DAC0832常用三种工作方式:直通工作方式、单缓冲方式和双缓冲方式。 10.智能远程I/O模块是传感器和执行机构与计算机之间的多功能远程I/O单元,专为恶劣环境下的可靠操作而设计。 11.数字程序控制系统由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。 12.直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近,也就是由此定出中间点连接起来的折线,并不是真正 的直线。 13.步进电机总移动步数决定于指令脉冲的总数,移动的方向则取决于指令脉冲的相序。 14.步进电机有三相、四相、五相、六相之分,三相步进电机的工作方式主要有:单三拍、双三拍和三相六拍,其三相 绕组的通电顺序是:A→AB→B→BC→C→CA→A。 15.数字控制器的连续化设计技术的弊端是:要求相当短的采样周期,因此只能实现较简单的控制算法。 16.所谓最少拍控制就是要求闭环系统对于某种典型输入在最少的采样周期(拍)内达到在采样点上无静差的稳态。 17.有纹波控制系统纹波产生的原因主要是控制量u(t)波动不稳定。 二、判断题:(每题2分,共10分)(说明:认为陈述正确的在括号内打“√”;否则在括号内打“×”) (×)1.在线系统一定是实时系统,实时系统也一定是在线系统。 (×)2.RS-232总线采取平衡传输方式,其传输距离最大约为15M。 (×)3.对某一典型输入的响应为最少拍的控制器,对于其它典型输入也一定为最少拍。 (×)4.在计算机控制系统中,通常是只有数字信号的单一系统。 (√)5.闭环系统的脉冲传递函数不能简单地从连续系统的闭环传递函数求z变换得来。 三、单选题:(每题2分,共10分)(说明:将认为正确答案的字母填写在每小题的括号内) ( A )1.关于ADC0809中EOC信号的描述,正确的说法是_______。 A. AD转换结束时,EOC信号由低电平变为高电平,通知CPU读结果。 B. AD转换结束时,EOC信号由高电平变为低电平,通知CPU读结果。 C. EOC为低电平时,输出AD转换结果。 D. EOC为高电平时,输出AD转换结果。

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