机电一体化技术-机电一体化技术-31 机电一体化的计算机控制技术-1

流程工业综合自动化系统的仿真技术及其应用

流程工业综合自动化系统的仿真技术及其应用 作者：章建栋，冯毅萍，荣冈来源：互联网2010-06-29 0人 分享此文 分析了该集成仿真技术面临的关键问题，包括多分辨率建模技术，分布式集成仿真技术标准和集成仿真平台，以及可视化仿真技术等，最后探讨了仿真技术未来的发展方向。 0 引言 面对全球激烈的商业竞争，流程工业企业纷纷通过提高产品质量、降低运营成本和缩短交货期等手段来提升自己的竞争力。在这个过程中，计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)受到高度重视，不少学术机构对此进行了研究，并提出了不同的CIMS体系结构，比较典型的有：欧共体EsPRIT的计算机集成制造开放系统体系结构(Computer Integrated Manufacturing Open System Archltecture，CIM-OSA)、普渡大学的普渡企业参考体系结构(Purdue Enterprise Reference Archltecture，PERA)，以及美国先进制造研究中心(Advanced Manufacturing Research，AMR)的企业资源规划(Enterprise Resource Planning，ERP)／制造执行系统(Manufacturing Executive System，MES)／过程控制系统(Process Control system，PCS)三层企业集成体系结构(如图1)。其中，AMR的三层企业集成体系结构已成为当今西方先进工业国家流程工业综合自动化系统理论和产品的主流框架，并在实际应用中取得了显著的效益。 在ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构中，PCS层通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic controllcr，PLC)、集散控制系统(Dlstributed Control system，DCS)或现场总线控制系统，负责对生产设备进行自动控制，对生产过程实时监控；MES层通过生产调度、生产统计、成本控制、物料平衡和能源管理等应用系统来组织生产，并对PCS 层和ERP层的信息进行采集、传递和加工处理；ERP层主要根据企业的人、财、物的总结状况和产、供、销各环节的信息，对生产进行合理有效的计划和组织，使生产经营协调有序进行，并对企业战略计划进行决策。在对上述各层次应用的研究中，仿真技术发挥了巨大的 作用。 事实上，随着现代流程工业日趋大型化、复杂化和自动化，系统的模型化与仿真已成为过程系统工程领域的重要研究内容，并成为进行设备参数设定、控制系统设计、生产预测分析、决策支持优化，以及员工培训等活动不可或缺的一门技术，而计算机技术的不断发展，更是推动了仿真技术的广泛应用。现在，企业迫切需要通过仿真技术来提高自身的竞争能力，能否有效应用仿真，将成为决定企业成败的关键因素之一。 从AMR对各层次的定义可以看出，每一层的研究对象有着很大的差异，PCS层关注生产设备，MES层着眼于生产过程，而ERP则考虑制造企业的整个产供销过程。这造成了不同层次的应用研究对仿真的需求各不相同，并使得仿真技术在不同层次的表现形式也有所差别。本文以ERP／MES／PCS三层企业集成体系结构为基础，对典型的流程工业企业——石化生产企业在这三个层次中的仿真应用，以及ERP／MES／PCS一层集成仿真技术进行总结和综述，指出流程r业仿真应用的发展方向。 1 过程控制系统层中的仿真

机电一体化技术—考试题库及答案

------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分.

收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A.

《计算机仿真技术》试题(含完整答案)

、数值计算，编程完成以下各题(共20分，每小题5 分) 1、脉冲宽度为d，周期为T的矩形脉冲的傅里叶级数如下式描述: d［i.^= sin(^d/T)cos(^：n.) T n」n rd /T 当n =150，d..「T =1；4，- 1/2 ：：：.：：： 1/2，绘制出函数f(.)的图形。 解： syms n t; f=((si n(n *pi/4))/( n*pi/4))*cos(2*pi* n*t); s=symsum(f, n,1,150); y=(1+2*s)/4; x=-0.5:0.01:0.5; Y=subs(y,'t',x); plot(x,Y) 2 0 05x2 5 ■ 5 2、画出函数f (x)二(sin 5x) e .- 5x cos1.5x 1.5x 5.5 x 在区间［3, 5］的图形，求出该函数在区间［3, 5］中的最小值点X min和函数的最小值f min . 解：程序如下 x=3:0.05:5; y=(si n(5*x).A2).*exp(0.05*x.A2)-5*(x.A5).*cos(1.5*x)+1.5*abs(x+5.5)+x.A2.5; mix_where=fi nd(y==mi n(y)); xmin=x(mix_where); hold on; plot(x,y); plot(xmi n,min (y),'go','li newidth',5); str=strcat('(' ,nu m2str(xmi n),',' ,nu m2str(mi n(y)),')'); text(xmi n,min (y),str);

Ylabel('f(x)') 经过运行后得到的图像截图如下： 运行后的最小值点X min =4.6 , f m in = -8337.8625 3、画出函数f (x) = cos2x「e^'x — 2.5 X在口，3]区间的图形, 解该非线 并用编程求性方程 f (x) = 0的一个根，设初始点为X o = 2 . 解： x=1:0.02:3; x0=2; y=@(x)(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x); fplot(y,[1,3]); Xlabel('x') Ylabel('f(x)') X仁fzero('(cos(x).A2).*exp(-0.3*x)-2.5*abs(x)',x0) 运行后求得该方程的一个根为z=0.3256 。 4、已知非线性方程组如下，编程求方程组的解，设初始点为[1 0.5 -1].

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

液压机械系统建模仿真软件AMESim及其应用

液压机械系统建模仿真软件AMESim及其应用

液压仿真软件AMESim及其应用 在现代工业中，随着对液压机械设备的性能要求以及机电液一体化程度的不断提高，对液压传动与控制系统的性能和控制精度等提出了更高的要求，传统的以完成设备工作循环和满足静态特性为目的的液压系统设计方法已不能适应现代产品的设计和性能要求。如果要对液压机械系统进行动态特性分析和采用动态设计方法，就需要运用计算机仿真技术，它是利用计算机技术研究液压机械系统动态特性的一种新方法。计算机仿真技术不仅可以在设计中预测系统性能，缩短设计周期，降低成本，还可以通过仿真对所涉及的系统进行整体分析和评估，从而达到优化设计，提高系统稳定性及可靠性的目的。 仿真首要任务就是建立数学模型，重点和难点也是进行建模，然后才可能进行计算机仿真研究，而建模是一件相当复杂的工作。目前常用的建模方法有传递函数法、状态空间法、功率键合图法等。模型建立的好坏直接关系到仿真的结果，不恰当的模型有可能得出相反的结论。目前

绝大多数软件采用状态方程建模，这些对一般的液压工作者来说，要求较高，有相当的难度。 1建模仿真软件——AMESim 基于建模过程的复杂性以及给仿真研究带来的不便，近几年来国外尤其是欧洲陆续研制出一些更为实用的液压机械仿真软件，并获得了成功的应用。AMESim就是其中杰出的代表。它是法国IMAGINE公司于1995年推出基于键合图的液压/机械系统建模仿真及动力学分析软件。它由一系列软件构成，其中包括AMESim、AMESet、A MECustom和AMERun。这4部分有其各自的用途和特性。 (1)AMESim——图形化工程系统建模、仿真和动态性能分析工具 AMESim是一个图形化的开发环境，用于工程系统建模、仿真和动态性能分析。使用者完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统，所有的模型都经过严格的测试和实验验证。AMESim不仅可以令使用者迅速达到建模仿真的最终目标，而且还可以分析和优化设计。A MESim使得工程师从繁琐的数学建模中解放出

机电一体化控制技术与系统期末复习

机电一体化复习提纲 1. 机械系统和微电子系统有机结合，从而产生新功能和新性能的新产品是机电一体 化产品。机电一体化系统的基本结构要素有机械本体、执行与驱动、检测传感器、信息处理、动力。机电一体化系统中的机械系统通常由由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等组成。机电一体化系统的基本组成是能量流、物料流、信息流。机电一体化系统的信息特征（微型化、嵌入式、实时性、分布化）、动力特征（结构分散化、功能智能化）、结构特征（模块化、简单化、高刚度、高精度）。机电一体化的技术基础有机械设计与制造技术、微电子技术、传感器技术、软件技术、通信技术、驱动技术、自动控制技术、系统技术。 2. 机电一体化对机械系统的基本要求是（快、准、稳）：快速响应、高精度、良 好的稳定性。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中常提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。为达到上述要求，主要从a、采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；b、缩短传动链，简化主传动系统的机械结构；c、提高传动与 支撑刚度；d、选用最佳传动比，尽可能提高加速能力；e、缩小反向死 区误差；f、改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声这几个方面采取措施。机电一体化系统中的机械系统通常由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等几个部分组成。 3. 机电一体化系统中的传动系统应满足足够的刚度、惯性小、阻尼适中等性能要 求。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中需满足无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比，为达到这些要求，主要采取

①采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件② 缩短传动链，简化传动系统的机 械结构③提高传动与支撑刚度④选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力⑤缩小反向死区误差 ⑥改进支撑及架体的结构设计以提高刚性、减少震动、降低噪声。 4. 滚珠丝杠螺母副中滚珠循环装置有外循环，内循环。滚珠丝杠支承方式有单推- 单推式、双推-双推式、双推-简支式、双推-自由式。具有最大刚度的的支承方式是双推-双推式。 5. 滚珠丝杠螺母副中按照滚珠循环方式划分外循环，内循环。滚珠丝杠螺母副中 调整间隙和预紧的方法有垫片调整式（调整垫片来改变轴向力）、双螺母调节式（调整螺母来消除间隙或预紧）齿差调节式（左右螺母外端凸缘制成齿数差1 的直齿圆柱齿轮）,原理是什么？滚珠丝杠副的安装方式有单推-单推式（轴向刚度较高、预紧力较大、轴承寿命比双推-双推式低）、双推-双推式（刚度最高、易造成预紧力不对称）、双推-简支式（轴向刚度不太高、预紧力小、轴承寿命较长、适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统）、双推-自由式（轴向刚度和承载能力低、多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统），特点分别是什么？滚珠丝杠副的选择方法是结构的选择、结构尺寸的选择（公称直径和基本导出的选择）。 6. 直齿圆柱齿轮侧隙的调整方法有中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向 垫片调整法。要消除齿轮副间隙是因为侧隙会产生齿间冲击，影响传动平稳性、若出现在闭环系统中、则可能导致系统不稳定、使系统产生低频振荡，常用中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向

计算机控制与仿真复习大纲答案整理

计算机控制与仿真总复习大纲 第一章 计算机控制系统的组成与分类。 组成：控制器，D/A转换，D/A转换，执行机构，被控对象。 分类：按功能分为：数据处理系统，直接数字控制系统，监督控制系统，分级计算机控制系统，集散控制系统 按控制规律分为：程序和顺序控制系，比例积分微分控制（PID控制），最少拍控制，复杂规律的控制，智能控制。 第二章 采样的定义，离散系统的定义； 采样：把时间上连续的信号变成时间上离散的采样信号或数字信号的过程。离散系统：当系统各个物理量随时间变化的规律不能用连续函数描述时，而只在离散的瞬间给出数值，这种系统称为离散系统。 采样周期的定义，周期采样、同步周期采样、多速率采样、随机采样的定义；相邻两次闭合瞬间的时间间隔T成为采样周期。 如果在采样过程中，采样周期T保持不变，则称为周期采样。 若整个计算机控制系统有多个采样开关，这些开关的采样周期都为相等的常数，并且所有的开关都同时开闭，则称为同步周期采样。 若各采样开关以各自不同的采样周期进行采样，则称为多速率采样。 采样间隔大小随机变换的采样称为随机采样 香农定理的内容、意义及确定ωs≥2ωmax的依据； 内容：若f（t）是一个带宽为2ωmax的有限带宽信号，则由采样信号（t）能够无失真地恢复到原信号f（t）的条件为ωs≥2ωmax。其中ωs=为采样 频率。 意义：给出了采样后的离散信号能保持原连续信号全部特征所需的最低采样频率； 依据：离散信号（采样信号）频谱的主频谱和辅频谱互相分离，不产生频谱混叠； 保持器的定义、作用，采样周期的选择原则及需考虑的因素。 保持器：将离散的采样信号恢复到原连续信号的装置。 保持器的作用：将模拟信号在t=KT时刻的采样值保持到A/D转换结束，减少转换误差。 Z变换及Z反变换，要求熟记公式1～5、10、18； Z变换的方法有：级数求和法（直接定义法）、查表法 Z反变换的方法有：长除法（要变成Z-1的形式）、部分分式法（F(z)/z）+查表； 初值定理及终值定理的应用，用Z变换求解差分方程。

计算机控制技术(第二版)课后习题答案(王建华主编)

计算机控制技术课后习题答案 第一章绪论 1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2 (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)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将 要采取的控制策略。 (3)实时控制：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 .计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。P3 答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。 （2）方块图如下图1.1所示： 图1.1 计算机控制系统的组成框图 作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。其中系统软件 包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基 础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序； ②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。 ③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计 算机控制系统中要考虑实时性？P2 (1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做 出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并 作相应操作的方式。 (2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保 持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，将对

现代仿真技术的应用及其发展

东华理工大学信息工程学院 课程论文 课程：计算机仿真技术基础 题目：仿真技术的应用与发展 学生姓名： 学号： 班级：10204102 专业：计算机科学与技术 指导教师：谢小林 二零一三年六月四日

摘要 作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。 本文系统全面地介绍了计算机仿真技术，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术的研究热点，即计算机仿真技术在社会各个领域中的应用：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。 关键词：计算机仿真、发展、应用、模拟

目录 摘要 (2) 第一章前言 (4) 第二章计算机仿真技术概述 (4) 2.1计算机仿真技术简介 (4) 2.2计算机仿真技术原理 (5) 2.2.1模型的建立 (6) 2.2.2模型的转换 (6) 2.2.3模型的仿真实验 (6) 第三章计算机仿真技术发展 (6) 3.1发展趋势 (7) 3.2 现代仿真技术 (8) 3.3计算机仿真技术发展方向 (10) 3.3.1．网络化仿真 (10) 3.3.2．虚拟制造技术 (10) 第四章计算机仿真技术的应用 (11) 4.1.交通领域 (11) 4.2.制造领域 (11) 4.3.教育领域 (12) 结语 (13) 参考文献 (14)

计算机控制技术与系统仿真答案

第一章绪论 1.什么是计算机控制系统？它主要有哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 计算机控制系统是利用计算机（包括其他多种控制器）来实现生产过程或运动对象自动控制的系统。 计算机控制系统主要由控制系统和被控生产过程对象两大部分组成。控制系统又包括硬件和所匹配的软件。 2.简述计算机控制系统的控制过程。 实时数据采集：利用检测、变送装置，实时地对被控制量的瞬时值进行采集和输入。 实时控制决策：对采集、输入的数据进行比较、分析和处理，并按照预定的控制策略（算法）进行运算，产生决策信号。 实时控制输出：根据决策信号实时控制执行机构，实现对被控制对象的控制任务。 3.计算机控制系统的典型形式有几种？各有什么特点？ (1)操作指导控制系统QICS:优点:结构简单、控制灵活和安全。缺点:由人工控制,速度受到限制，不能控制对象。(2)直接数字控制系统DDCS：优点:实时性好、可靠性高和适应性强。(3)监督控制系统SCCS：优点：生产过程始终处于最有工况。(4)集散控制系统: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:优点:与DOS相比降低了成本,提高了可靠性。(6)计算机集成制造系统 4.试列举计算机控制系统的最新发展趋势，说明研究计算机控制系统的重要性。 大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性价比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛，并逐渐向智能化、网络化和集成化的方向发展。 5.略 6.略 第三章硬件设计基础 1.请说出计算机控制系统常用的主控制器有哪些？各有什么特点？ 在计算机控制系统中，常用主控制器包括：工业控制计算机（IPC）、可编程序控制器（PLC）、智能工业调节器、数字信号处理器（DSP）、单片机（MCU)、ARM处理器等。IPC:性能可靠、软件丰富、价格低廉。PLC:可靠性高，抗干扰嫩力强，硬件配套齐全，功能完善，易学易用：系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低。智能工业调节器：测控精度高，抗干扰性能强，功能完备，操作简单。数字信号处理器DSP；单片机；ARM处理器：性能高、成本低、耗能省 2.总线可分为哪几类？分别用于什么场合？试各举几个。 总线按功能和规范可分为三大类型：片总线、内总线和外总线。 片总线：是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块的信息传输通路。 内总线：是微机系统中各插件之间的信息传输通路。 外总线：是微机系统之间或微机系统与其他系统之间信息传输的通路，它用于设备一级的互联。 3.计算机控制系统的开关量输出信号分别用于控制什么对象？试举例说明。 控制开关器件的闭合、断开、亮灭等，如指示灯、继电器等。 4.试用AEN(DMA地址使用信号，高电平有效)信号、地址信号A0~A9、74HCT138芯片，以及其他门电路，搭建一个地址译码电路，可寻址的地址分别为3A0H~3A7H. 5.试用PCI-1710HG总线工业板卡实现模拟量采集。画出接口电路原理图，并画出A/D转换程序。

计算机控制技术

《计算机控制技术》课程教学大纲 课程名称：计算机控制技术 英文名称：The Technology of Control Based On The Computer 课程类型：专业基础选修课 总学时：48 讲课学时：40 实验学时：8 学时：48 学分：3 适用对象：自动化专业、测控技术与仪器 先修课程：自动控制原理、现代控制理论、微机原理及应用、单片机原理及应用 一、课程性质、目的和任务 《计算机控制技术》是自动化专业的一门重要的专业基础课。课程的教学目的在于使学生掌握通过计算机来实现自动控制的工作原理和一般的方法，掌握计算机控制系统的分析和设计的基本理论和方法。在本课程的教学过程中，着重突出阐述基本的数字控制器的设计方法，针对计算机控制系统的特点，介绍具体的数字控制器的设计技术。最后，通过对目前国内典型的计算机控制系统的举例及分析，使学生能够更加具体地了解以数字控制器为核心的计算机控制系统的一般设计过程和在控制方法上的特点。通过课程学习，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的动手能力，为进一步学习专业知识以及毕业后从事专业工作打下必要的基础。 二、教学基本要求 本课程主要以线性离散控制系统为研究对象，进行系统的分析与设计。学完本课程应达到以下基本要求： 1．了解计算机控制系统的组成、特点及分类，典型的计算机控制系统和计算机控制系的发展方向。 2．了解计算机控制系统基本的输入输出接口技术和输入输出通道的组成及其作用。 3．掌握线性离散系统的基本理论和分析方法。 4．掌握数字PID控制算法，并在此基础上能进行计算机控制系统的模拟化设计。 5．熟练掌握计算机控制系统的直接设计方法。 6．了解纯滞后对象的特点及其控制算法——大林算法。 三、教学内容及要求 1．绪论 ①理解计算机控制系统的组成及特点； ②理解计算机控制系统的分类； ③了解典型的计算机控制系统； ④了解机控制系统的发展方向。 2．输入输出接口和通道 ①了解I/O接口与I/O控制方式； ②了解I/O通道的组成、分类及其作用；

计算机控制技术与系统思考题与习题

《计算机控制技术与系统》课程 思考题与习题 第一章绪论 简述计算机控制技术发展史。 简述计算机控制系统的类型、结构和特点。 计算机控制与常规控制主要不同点在哪里 典型计算机控制系统有哪几部分组成，画出方框图。 什么叫做动态系统 对计算机控制系统的基本要求是什么 简述调节系统与跟踪系统（随动系统）的特点。 典型计算机集成制造系统（CIMS）有哪四个功能系统和两个支持系统 第二章过程通道 采样定理对于采样周期的选取有什么意义 写出采样过程的数学描述形式。 影响采样周期选择的因素主要有哪些 多路采样装置的主要作用是什么，常用采样器包括哪些 过程通道的采样周期T是否越小越好，为什么 A转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 2.7A/D转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 简述模入通道结构与各组成部分功能。 简述过程通道的类型和基本功能。 简述开关量通道的基本构成形式和主要作用。 简述开关量通道的抗干扰措施有哪些。 模出通道的类型主要有哪几种，各有什么特点 保持器在过程通道中的作用是什么，举例分析。 某热工过程有16点温度信号，变化范围: 150--850 C, 采用微机监测。

求解问题： 1、 若经A/D 转换后的数字量每个脉冲对应的实际温度小于等于 C , 则A/D 分辨率至少为多少才能保证该精度 2、写出A/D 转换后的数字量与被测点实际温度间关系式。 3、该处理方式零点迁移量为多少 第三章 理论基础 求下图示离散系统脉冲传递函数G(z) 已知采样系统如下图所示，求下图示离散系统脉冲传递函数G(z)和当闭环系统稳定时K 的取值范围。 分析下图所示采样系统，当采样周期T=1，开环增益K=5时的稳定性。 给定传递函数 1 10+s K ，试以10倍的转角频率为近似的截止频率m ω，求满足采样定理的采样频率s ω和采样周期T 。 证明离散系统脉冲响应的z 变换即为离散系统传递函数。 设离散系统结构如下图所示，图中D(z)为数字PID 调节器，其差分方程为 )]2()1(2)([)()]1()([)(-+--++--=k e k e k e K k e K k e k e K k u d i p

虚拟仿真技术及其军事应用

虚拟仿真技术及其军事应用 作者 摘要：虚拟仿真技术是近年来系统仿真领域研究的热．氛问题，而且在军事领域有了广泛的应用。本文以庄拟现实技术为基础，具体讨论了虚拟现实技术在作战仿真中的应用，对虚拟作战仿真的研究进行了探讨。 关键词：虚拟仿真技术虚拟现实技术虚拟作战仿真 1. 引言 自从世界上出现第一台训练仿真系统（以1929 年美国空军飞机练习器-林克机为代表）以来，经过了以机电解算装置为主的仿真系统，以模拟计算机为主的仿真系统，以数字计算机为主的仿真系统等几个阶段，系统仿真技术得到逐步发展。特别是近十几年来，随着计算机技术的发展，系统仿真技术的发展也更加迅猛，而且在军事领域中的应用也越来越广泛。 虚拟现实（Virtual Reality 简记VR）技术是近年来系统仿真领域研究的热点，并且在很多行业开始有了实际应用。在军事领域，美国最早将虚拟现实技术应用于作战仿真。其研究人员在虚拟现实技术构造的数字化地形、地貌和敌情数据库上进行作战仿真和武器装备性能的评估。由于虚拟现实技术在军事领域有着广泛的应用前景，因此，美国军方始终把虚拟现实技术的研究与应用列于《国防部关键技术计划》中，并将虚拟现实技术视为建设21 世纪军队和培训21世纪人才以及发展新一代信息化战争武器装备的“革命性”手段。 目前，我军对作战仿真的研究日趋深人，但与先进的军事大国相比，仍存在不少差距。由于虚拟现实技术的出现极有可能为未来军事领域带来革命性的影响，因此我军应积极研究虚拟现实技术在作战仿真中的应用。本文以虚拟现实技术为基础，具体讨论虚拟作战仿真及其军事应用。2. 虚拟现实技术简介 2.1 虚拟现实技术的内涵 虚拟现实技术是80年代提出的一种新兴技术，它是将计算机技术、自动控制技术、系统工程方法、人工智能、仿真技术、多媒体技术、信息融合技术、立体影像技术、光电技术以及神经生物学、心理学和行为科学等诸多科学技术成果融合一体的崭新的人工合成的“虚拟环境”。 2.2虚拟现实技术的特征 虚拟现实技术创造的人机和谐仿真环境具有“沉浸-交互-构思”的基本特征。它利用并集成高性能的计算机系统和各类传感器，在多维信息空间创造一个使研究者处于具有身临其境的沉浸感，具有完善的交互作用能力，能帮助和启发构思的仿真信息环境。VR 的主要特征为： (1)多媒体感知性 在虚拟现实系统中，用户将感觉不到身体所处的外部环境而“融合”到虚拟世界中去，即指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。 (2)交互性 用户可以通过三维交互设备直接控制虚拟世界中的对象，并从虚拟环境中得到反馈信息。 (3）自主性 指虚拟现实系统中的物体可按各自的模型和规则自主运动，即指虚拟环境中物体依据客观规律动作的程度。 2.3 虚拟现实系统的分类 依据交互界面的不同，可将VR 系统分为下几种类型： （1）世界之窗（Window on World

机电一体化技术基础

机电一体化技术基础 “机电一体化”是机械技术、电子技术和信息技术等相关技术有机结合的一个新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。 第一章概论 1、机电一体化的定义 机电一体化乃是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2、机电一体化系统的基本构成 一般而言，一个较完善的机电一体化系统包括以下几个基本要素： 机械本体、检测传感部分、电子控制单元（ECU）、执行器和动力源，各要素之间通过接口相互联系。 3、机电一体化的相关技术 （1）机械技术 （2）信息处理技术 （3）系统技术 （4）自动控制技术 （5）传感检测技术 （6）伺服驱动技术 4、机电一体化系统的分类 从控制的角度，机电一体化系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制机电一体化系统的优点是结构简单、成本低、维修方便，缺点是精度较低，对输出和干扰没有诊断能力。 闭环控制的机电一体化系统的优点是高精度、动态性能好、抗干扰能力强，缺点是结构复杂、成本高、维修难度较大。 5、机电一体化系统开发的类型 机电一体化系统开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性，可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 （1）开发性设计： 是一种独创性的设计方式、在没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理论分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利范畴。 （2）适应性设计： 适应性设计是在参考同类产品的基础上，主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过技术更新和局部结构调整使产品的性能、质量提高或成本降低的产品开发方式。这一类设计属于实用新型专利范畴。 （3）变参数设计： 变参数设计是在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。 6、机电一体化系统设计方案的常用方法 （1）取代法： 就是用电气控制取代原系统中机械控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产品或对原系统进行技术改造常用的方法。 （2）整体设计法：

《计算机控制仿真与应用(Multisim)》模拟题目

一．填空（20分） 1.电子设计技术的核心就是技术，它是以计算机为工作平台，融合电子技术、计 算机技术等方面最新成果而研制的通用软件。他主要能辅助集成电路设计和电子电路设计。 2．Multisim是一个优秀的电子技术训练工具，是能够替代电子实验室中的多种传统仪器的虚拟电子实验室，具有、、等特点，Multisim的前身是加拿大IIT公司推出的用于的虚拟电子工作台软件。Multisim还将最新的测试仪器引入了虚拟仪器中，这些优良的测试仪器是其他仿真软件所没有的。加拿大IIT公司还向用户提供了PCB软件。PCB中文含意是。 3．目前美国国家仪器公司NI发布的Multisim11电路仿真软件和LabVIEW测量软件相集成，需要设计制作自定义PCB的工程师能够非常方便地比较仿真数据和真实数据，规避了设计上的反复，减少了原型错误。 4、Multisim11的基本操作界面包括：、、、 、、等，这个基本操作界面就相当于一个虚拟。 5、Place菜单提供绘制仿真电路所需的元器件、、，各种连接接口，以及文本框、标题栏等文字内容。 6、Transfer传送菜单提供仿真电路的各种数据与的数据相互传送的功能。 7、Tools菜单主要提供各种常用电路如：放大电路、、的快速创建向导。 8、选择元器件时，首先应确定某一数据库，然后确定，接着确定某种。二．画图 下图是通过Multisim实现的半波整流电路、全波整流电路和电容滤波电路，请根据仪表设置情况将示波器各自的波形图画完整，并说明你的理解。（20分）

半波整流电路 全波整流电路 电容滤波电路

三．简答题 1、列举你所知道的电路制图软件，并简要说出他们的特点和区别。（10分） 2、请说出Multisim10所能实现的虚拟仪器种类，至少说出十种。（10分） 3、请说出Multisim10仿真元件库包含的种类，至少5种，并请详细说明其中的一种。（10分）

《计算机控制技术》 习题1

第三、四、六、七章复习题 一、选择题 1.欲使具有最高频率为ωmax的连续信号经采样后仍能恢复出原信号，必须使采样频率ωs满足（） A. ωs＜2ω max B.ωs≥2ω max C.ω s 任意 D. ωs＝ω max 2.零阶保持器的传递函数为（） A. H(s)= 1T s e s - B. H(s)= s e Ts - - 1 C. H(s)= s e Ts - - -1 D. H(s)= s e Ts - -1 3.计算机控制系统消除积分不灵敏区的措施是（） A. 减小计算机字长的限制 B. 降低运算精度 C. 增加AD转换位数 D. 丢弃偏差过小的值 4.稳定的连续系统采用一阶前向差分方法离散化，所得D(z) 的稳定性与采样周期T 的关系（） A．有关 B.不定 C.无关 D.视周期大小 5.当采样周期T过大时，计算机控制系统的稳定性通常将要（） A.变差 B.变好 C.不定 D.不变 6.在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将（） A．增大 B．减小 C．不变 D.无法确定 7.对于大的随机干扰或采样器不稳定引起的干扰信号，常常采用（）抗干扰。 A. 加权平均值滤波 B. 平均值滤波 C.中值滤波和程序判断滤 D.限幅滤波 8.题4图所示有源RC网络是一种（） 题4图 A．积分环节 B．微分环节 C．惯性环节 D．比例环节 9.在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应（）传感器的精度。 A.高于 B.小于 C.等于 D.不等于 10.对于控制精度要求不太高，不希望控制作用频繁动作而控制过程要求平稳的场合。常采用（）PID 控制算法。 A.不完全微分 B.积分分离 C.带有死区的 D. 微分先行 11.若计算机控制系统中执行机构动作惯性增大，则采样周期（） A.应增大 B.应减小 C.可以不变 D.可增大也可减小 12.为了减少有限字长产生的量化误差，采样周期（） A.应增大 B.应减小 C.可以不变 D.可增大也可减小 13.在计算机控制系统里，当采样周期T增大时，系统的稳态精度（）

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。

机电一体化试题及答案

填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动

四种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。 14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作

《计算机控制技术》课程中控制算法仿真平台设计

《计算机控制技术》课程中控制算法仿真平台设计 【摘要】本文基于MATLAB建立了《计算机控制技术》课程控制算法仿真平台，通过友好的人机交互界面，实现控制算法的选择、参数的设置、动态仿真以及算法改进前后的控制效果对比等。将抽象的理论知识变成直观的感性认识，使学生能更直观、高效地理解和掌握所学内容，培养学习兴趣和能力，取得了良好的教学效果。 【关键词】控制；算法；仿真 0 引言 《计算机控制技术》是工业电气自动化、自动控制、计算机应用等专业的主要专业课程之一[1]。具有实践性和综合性强、课程抽象、学习难度大等特点。尤其是其中的控制算法，既是计算机控制系统的核心，也是整个计算机控制系统设计中的难点，并且由于控制算法数量多，理论性强，采用常规的讲授方法，学生不易理解，教学效果不是很理想。基于此，本文以MATLAB为工具，通过编写M文件、构建SIMULINK框图对主要算法进行仿真实现，并通过GUI （图形用户界面）设计友好的人机交互界面，实现控制算法的选择、参数的设置、动态仿真以及不同算法的控制效果对比等。在建模仿真的过程中将抽象的理论知识变成直观的感性认识，使学生可以更直观、高效地理解和掌握所学知识，培养学生的学习兴趣和能力，提高教学质量。 1 仿真平台规划 MATLAB是目前应用最广泛的科学工程运算软件，内嵌的SIMULINK是MATLAB的重要组件之一，无需大量的程序代码，只需建立仿真框图即可实现对复杂系统的交互式动态建模、仿真以及综合分析，令繁琐的仿真实现过程变得清晰可见。MATLAB的M文件工作方式，可以将MATLAB的语言代码全部写在一个文本文件——M文件中运行，用户还可以根据需要自编一些函数，方便程序的修改与维护，提高代码的可重用性。MATLAB GUI是MATLAB的图形用户界面开发环境[2]，使用它，用户无需了解图形实现的细节内容，便可以绘制复杂的图形以及设计出美观、方便的菜单化和控件式的人机交互界面。本文使用SIMULINK、M文件以及GUI实现《计算机控制技术》课程中的控制算法仿真平台设计。 2 控制算法的M文件仿真 《计算机控制技术》课程中的控制算法主要有数字PID的各类控制算法、Smith补偿算法、最少拍控制器的设计方法、大林算法以及滞后过程的预估控制算法等。数字PID控制算法有常规算法和改进算法两大类，常规算法分为位置型和增量型，改进算法主要有积分分离PID算法、抗积分饱和PID算法、变速积分PID算法等，这部分使用M文件进行仿真。M文件仿真时，首先新建一个