《计算机控制专业技术》复习
计算机控制原理与技术复习重点
计算机控制是自动控制理论和计算机技术相结合的产物。
自动控制就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
由控制器、执行机构、被控对象等部件，为了一定的目的有机的联结成的一个进行自动控制的总体，称为自动控制系统。
计算机控制系统是将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，也就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
闭环控制系统与开环控制系统的根本区别。
闭环控制系统有一条从系统输出端经过测量元件到输入端的反馈通路。
计算机监督控制系统两种结构形式。
监督系统简称SCC，SCC系统有两种不同的结构，一种是SCC＋模拟调节器，另一种是SCC＋DDC系统。
（1）SCC＋模拟调节器：系统中SCC计算机根据采集到的参数，控制系统的数学模型进行计算，得到优化的设定值，送给模拟调节器，使系统保持最优工况。
（2）SCC＋DDC系统：此系统实际上是一个二级控制系统。
DDC计算机承担直接控制任务，SCC计算机完成高一级的最优分析和计算任务，计算出最优设定值，将此值传送给DDC计算机，执行控制任务。
控制系统稳定的概念，掌握系统稳定性的判断的方法（即会判断系统是否稳定）。
如果系统受外界或内部的扰动（包括给定值的变化），偏离了原平衡状态，而当扰动消失后（包括给定值恢复到原状态），系统的输出仍能逐渐恢复到原状态，则称系统是稳定的或具有稳定性。
稳定性是控制系统的重要性能，是系统正常工作的首要条件。
分析系统的稳定性是控制系统设计的基本任务之一。
系统稳定的数学条件为：闭环系统所有特征根均具有负实部（或所有特征根均位于s左半平面），即：Resi < 0 (i = 1，2，⋯，n）系统的稳定性只取决于自身而与扰动及其形式以及初始条件无关。
代数稳定判据可采用一种不必解出特征根，而直接判别特征根是否满足Resi < 0的代数方法，称为代数稳定判据结构不稳定的概念，改变结构不稳定的方法。
仅靠调整各元部件参数无法保证稳定的系统，称结构不稳定系统（1）.改变1/s环节的性质（减少闭合回路积分环节的数目）（2）.引入比例—微分控制典型环节的传递函数。
计算机控制技术复习总结
计算机控制技术复习总结
一、计算机控制技术
计算机控制技术是处理自动化控制系统的一种技术，它可以控制外部设备、测量参数和控制变量，从而实现设计目标。
计算机控制技术主要涉及到对自动化控制系统的模型及结构、系统设计、信号处理、计算机控制算法和硬件技术等多个方面。
1、模型及结构
2、系统设计
系统设计是指选择适当的控制系统以及其组件，组成系统，达到设计要求。
系统设计需要考虑的因素有系统的实验数据、实际控制要求、安全性、精度等。
3、信号处理
信号处理指通过信号极化、误差补偿、延迟、非线性处理等方法，使控制系统的信号在到达控制端时，达到最佳控制效果。
4、计算机控制算法
5、硬件技术
硬件是指控制系统的硬件组件，合理组合各种硬件组件，形成安全可靠的自动控制系统是所有计算机控制技术的重要基础。
二、应用。
计算机控制技术复习共62页文档
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
计算机控制技术基础知识复习
计算机控制技术基础知识复习第一章绪论自动控制系统：在没有人参与的状况下，经过控制器使消费进程自动地依照预定规律运转的系统。
开环控制系统：指无被控量反应的控制系统，即需求控制的是被控对象的某一量，而测量的只是给定信号，被控量关于控制造用没有任何影响的系统。
闭环控制系统：指有被被控量反应的控制系统，即系统的输入信号沿反应通道又回到系统的输入端，构成闭合通道的系统。
典型工业消费进程：延续进程〔流体〕、团圆进程〔固体〕、批量进程〔延续进程和团圆进程交替停止〕。
计算机控制系统：应用计算机〔通常称为工业控制计算机，简称工业控制机〕来完成消费进程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机〔工业控制机〕和消费进程。
工业控制机是指按消费进程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件。
硬件包括主机板、外部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通讯接口、输入输入通道。
软件包括系统软件和运用软件，系统软件包括实时多义务操作系统、引导顺序、调度执行顺序，运用软件是系统设计人员针对某个消费进程而编制的控制和管理顺序，包括进程输入顺序、进程控制顺序、进程输入顺序、人机接口顺序、打印显示顺序和公共子顺序等。
消费进程包括被控对象和测质变送、执行机构、电气开关等装置。
计算机控制系统的任务原理：①实时数据采集：对来自测质变送装置的被控量的瞬时值停止检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量停止剖析和处置，并按已定的控制规律，决议将要采取的控制行为。
③实时控制输入：依据控制决策，适时地对执行机构收回控制信号，完成控制义务。
计算机控制系统的任务进程：测量、计算、控制、管理。
在线方式：消费进程和计算机直接衔接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；离线方式：消费进程和睦计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人停止联络并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
实时：指信号的输入、计算和输入都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度停止控制，超出了这个时间，就失掉了控制的机遇，控制也就失掉了意义。
计算机控制复习笔记
第一章：绪论1)计算机控制系统典型结构：2)计算机控制系统的控制过程三个骤：（1）数据采集（2）计算控制量（3）输出控制信号3)计算机控制的特点：（1）控制规律的实现灵活、方便。
（2）控制精度高。
（3）控制效率高。
（4）可集中操作显示。
（5）可实现分级控制与整体优化。
（6）存在着采样延迟。
4)计算机控制系统的分类：一、操作指导控制系统二、直接数字控制系统三、监督计算机控制系统四、分布式控制系统5)计算机控制系统的控制器是由计算机承担的，控制规律是计算机通过软件来实现的。
计算机控制系统的核心部分是数字控制器，控制性能的优劣主要由计算机控制器的设计决定。
由计算机控制系统包含数字信号也包含连续信号第二章：计算机控制系统的设计1)计算机设计方法两种：1、基于连续系统设计方法的模拟化2、基于离散系统设计方法的直接数字化 2) 信号类型：按时间分：连续时间信号、离散时间信号 按幅值分：模拟量：时间、幅值都连续 离散量：时间轴离散，幅值连续数字量：时间离散，幅值离散（用二进制编码表示） 3) 采样：把时间和幅值上均连续的模拟信号，按一定的时间间隔 （采样周期T ）转变为只在瞬时才有脉冲输出信号4) 保持：在满足采样定理的条件下，采用保持器将计算机输出的离散信号恢复为被控对象能够接受的连续模拟信号。
5) 脉冲传递函数定义：在初始条件为零时，系统输出量的Z 变换与输入量的Z 变换之比6) 控制系统的差分方程一般表示为:7) 两者可以互换：ay(k-i) 的Z 变换为a*（z 的﹣i 次方）*Y(z) 8) S 平面到Z 平面的映射 :单位圆内部对应左半s 平面 9) 计算机控制系统的设计步骤： 1．设计模拟控制器 2．选择合适的采样周期)()()(z R z Y z G =)()2()1()()()2()1()(21021m k r b k r b k r b k r b n k y a k y a k y a k y m n -+-+-+=-++-+-+3．模拟控制器的离散化 4．仿真校验是否达到设计要求 5．数字控制器的计算机实现 10) 模拟控制器离散化方法（计数）1．后向差分法：2．双线性变换法：3．加零阶保持器的Z 变换方法(可能不考):11) 直接数字化设计步骤：(书P26)1．求系统广义脉冲传递函数 G(Z) ，即对带有零阶保持器的被控对象传递函数进行 Z 变换。
计算机控制基础复习题简答题汇总
复习题汇总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（以与为什么强调实时性）：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.计算机控制技术的工作方式有哪几种？答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.4.什么是香农采样定理？香农采样定理:如果模拟信号(包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为fmax,只要按照采样频率f>=2fmax进行采样,那么采样信号就能惟一地复现.5.什么是量化误差？量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程是一个小数归整过程,因而存在量化误差,量化误差为(+_1/2)q.6.什么是积分饱和现象？积分分离算法的工作原理是什么？所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。
此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。
一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。
计算机控制复习(打印版)
计算机控制系统复习摘要第一章绪论根据系统的应用及结构特点，可分为：计算机巡回检测和操作指导系统，计算机直接数字控制系统,计算机监督控制系统，计算机集散控制系统，现场总线控制系统，工业过程计算机集成制造系统（流程C I M S）•计算机控制系统分析和设计的方法基于连续系统进行分析与设计和基于离散系统进行分析与设计第二章计算机总线技术•总线：一组进行互连和传输信息的信号线。
好比是连接计算机系统各个部件之间的桥梁。
•总线的定义：一组公用信号线的集合，规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性，为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路(起到桥梁作用)。
•根据总线的功能和应用场合，总线有内部总线（Internal Bus）：用于计算机内部模块（板）之间通信和外部总线（External Bus）：又称通讯总线，用于计算机之间或计算机与设备之间通信。
内部总线：又称系统总线，有数据总线D，地址总线A，控制总线C，电源总线P四组构成。
•外部总线，如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等第三章计算机的输入输出接口技术A/D的工作原理有逐位逼近式，双积分式和Σ-Δ型•多通道切换技术–选用多通道A/D器件，如ADC0809、ADC0816–若对转换精度要求较高，可增加模拟开关的办法来实现多通道的A/D转换对于输入模拟信号变化很快的系统，或者几个模拟信号要求在同一时刻采用的（同步）系统，在CH1、CH2、……，CH8前面必须再加装采样保持电路。
第四章计算机控制系统中的数据通信技术数据通信－计算机与计算机之间，计算机与仪器设备之间的数据交换。
•模拟通信–以模拟信号作为载体来传输信息•数字通信–以数字信号作为载体来传输信息称为数字通信数据传输方式•基带传输与频带传输•串行传输与并行传输•同步传输和异步传输R S232与R S485的区别：R S232采用E I A电平，非平衡连接及公用地线，用于数据中断设备D T E和数据通信设备D C E之间的串行异步数据通信，还可作为计算机与计算机，计算机与外设之间的连接标准，通信方式即可全双工，也可半双工，R S485采用差分驱动电路平衡方式，采用T T L电平，多个发送器，多个接收器，可采用总线方式通信，也可以采用环路方式，只能工作在半双工方式。
计算机控制基础复习题1..(1)
_)(s R )(s C 图 111 s s10)(s N 计算机控制技术试题(2)一、填空题（每空2分，共20分）1．闭环控制系统是使被控量有较高的 精度 。
2．控制系统常常按其开环传送函数中所含 积分 环节个数来分类，分为“0”型，“I ”型系统等。
3．在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母 相同 4、按照微机的应用方式，计算机控制系统可分为：操作指导控制系统 直接数字控制系统，监督计算机控制系统，分级计算机控制系统。
5．系统的稳态误差与 系统本身的结构和参数有关，而且与输入序列和幅值有关，此外还与采样周期的选取有关 。
6．在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中 采样，量化，零阶保持器 等三种信号变换最重要。
二、简答题（每题6分，共30分）1．已知闭环系统如图1所示，试问：1）若R(s)为单位斜坡函数时，其稳态误差为多少？2）若N(s)为单位阶跃函数时，其稳态误差为多少？3）R(s)、 N(s)同时作用时，总误差为多少？ （不必进行具体计算） 答案0．1； 0； 0．12．已知A 点信号如图2所示，试画出B 点、C 点的信号图形，设采样周期T=/2。
答案t)(t x oCππ2t)(t c oBππ24．已知如下两种串联环节，试写出其输出与输入之间的传递函数G(z)。
（已知 Z[1/s]=)1z (z- Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2）答案22)1(1)(-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=z Tz s Z z G （2）22)1()1()1(11)(-=-⋅-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡=z z z z z z s Z s Z z G ， 5．已知x(t)=(0.5+5sin3t) 采样周期T=2/3，试求采样信号x *(t)。
答案∑∑∑∞=∞=∞=-=-⋅+=-=000*)(5.0)()]323sin(55.0[)()()(k k k kT t kT t k kT t k x t x δδπδ 五、（13分）若已知计算机控制系统结构如图6所示1）试确定使系统稳定的K 的范围；1/s1/sG(z ）TT c *(t)r(t)1/sTc *(t)1/sT r(t)G(z ）KZOH1s 1+ c *(t)c (t)T=1秒-TTr (t)2）若将该系统改为连续系统（即取消采样开关及ZOH ），试问使系统稳定的K 值范围。
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《计算机控制技术》复习作者: 日期:第4---5章习题课一、填空题1•采样周期T与采样角频率s的关系是____________________ 。
( s=2 n /T)2•若连续信号的最高频率为max,按采样定理要求采样频率s应大于________________ 。
如不满足采样定理，一个高频连续信号采样后将会变成____________ 。
( s>2 max , T< n / max), (低频信号)3•离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的有关。
(采样周期T)4•在采样系统里，由于_________________ 位置不同，所得闭环脉冲传递函数也不同。
(采样开关)二、单项选择题1•一个连续系统改造为计算机控制系统后，当系统的控制算法及参数都保持不变时，与原连续系统相比，计算机控制系统的稳定性将___________________ 。
A 变好；B 变坏；C保持不变。
2 •连续系统传递函数的一个极点P=-5, Z变换后将映射到Z平面的__________ 。
A 单位园外；B单位园上；C单位园里。
三、简答题1 •如图所示，已知A点信号x(t)=sin(t),试画出A、B、C点的信号图形，设采样周期T= /2。
解x(kT)=s in (kT)=s in (k /2)图12.若上图1A点信号为x(t)=cos(2t)，采样周期T=，试画出A、B、C点的波形图, 并讨论说明之。
解x(kT)=cos(2kT)=cos(2k )=1信号的最大频率max=2rad/s,采样频率s=2 /T=2，所以不满足采样定理，采样信号x(kT)=cos(2kT)=1，不能反映连续信号x(t)=cos(2t)的特征。
——►C3已知x(t)=(0.5+5sin3t)，采样周期T=2 /3，试求采样信号x(k)=(0.5+5si n3kT)=0.5+5si n3kX (t)=0.5(t kT)k 04试简述零阶保持器的时域响应和频域响应的特点。
解时域响应特点：输出呈阶梯特性，响应有时间延迟。
频域响应的特点：与低通滤波器特性类似。
但幅频特性仍允许高频分量通过，但 幅值是振荡衰减。
相频特性是滞后的，其相位滞后与频率及采样周期呈正比。
5已知系统方块图如图2所示。
试写出G(z)的表达式。
解 1)G(z)=Z[1/s]*Z[1/s]=[z/(z-1)][z/(z-1)]=z2/(z-i)22) G(z)=Z[1/s 2]=Tz/(z-1) 2r(t)T-更 -T i 1/sI T- C*(t)-- 1/s卜4— C*(t)6已知系统方块图如图 3所示，试求它的静态位置误差系数和速度误差系数。
若n(t)=1(t)时，它能引起多大误差(不必计算)。
解 从系统结构图可知，系统含有一个积分环节，为I 型系统，K P = x, K V =2。
c(t)图37 .已知系统开环传递函数G c (z)G(z)= 0.75 K (z+0.72) / z(z-1)若要求速度误差系数 K V > 4,试确定K 值。
设T=0.2秒。
x *(t)。
*2 /3=0.5+5sin2k =0.5若干扰n(t)=1(t),系统结构图分析中，可知e ss =-1/2=-0.5。
r(t)解K v=[lim(z 1)G c(z)G(z) 1lim (z 1) 0.75K(z 4T z 1 T z 1 z(z 1)由此可得0.75K(1+0.72) > 4*0.2=0.8 所以K > 0.62四、计算题1.已知采样周期T=0.25秒，试求在3 c =4rad/s处，零阶保持器产生的相移0 h( 3 c) =?若使该相移o h( 3 c) =-100，试问应取多大的采样周期T。
解1)因为 $ h( 3 )=- 3 T/2(rad), 所以，© h( 3 c) =-4*0.25/2=-0.5rad=-28.52)因为要求 $ h( 3 c)= - 3 c T/2(rad)=10 °/57.3 ,所以，T=2*10/4*57.3=0.0873 秒2.已知连续信号x(t)=sin(2t) , y(t)=sin(8t)，若采样频率s =6rad/s，试分别写出x(kT)及y(kT)的最终表达式，并讨论所得结果。
解1) x(kT)=sin(2kT)=sin(2k*2 /6)=sin(2k /3)。
由于采样频率s=6，大于 2 倍信号频率1=2，满足采样定理，信号不失真。
2) y(kT)=sin(8kT)=sin(8k*2 /6)=sin(8k /3)=sin(2k +2k /3)= sin(2k /3)。
与x(k)信号相同。
由于s=6<2 2=18,且2- 1= s ,所以高频信号,采样后折叠为低频信号3.已知图4所示系统，求系统开环及闭环传递函数，并求误差传递函数E(z)/R(z)。
设T=1 秒，K=1。
解开环传递函数G(z)=(1-z-1)Z[K/s 2(s+1)]=K (1 z 1)Z(1 e T)zTzG)2 (z 1)(z e T)因T=1 秒，K=1, 所以(z 1)(0.368z 0.264)(z 1)(z 0.368 (z 1)( z 0.368)0.632闭环传递函数(z) G(z)1 G(z) (z0.632( z 0.717)1)( z 0.368) (0.368 z 0.264) z2 z 0.632(0.368z 0.264)误差闭环传递函数e(z) 1-e 1 G(z)2(z 1)(z 0.368) z2 1.368z 0.368z2 z 0.632z2z 0.632说明采样周期对稳定性的影响。
解 1)T=1 秒时 G(z)=K (0.368z 0.264)(z 1)(z0.368)所以，特征方程 △ (Z )=(Z 2-1.368Z +0.368)+K(0.368Z +0.264)=0=Z 2-(1.368-0.368)Z +(0.368+0.264K)=0依稳定性代数判据：△ (0)=| 0.368+0.264| <1△ (1)= (1-(1.368-0.368K)+(0.368+0.264K))>0 △ (-1)=(1+(1.368-0.368K)+(0.368+0.264K))>0由第1式可得-1<(0.368+0.264K)<1由 (0.368+0.264K)<1 可得 K<2.4(0. 368+0.264K)>-1 可得 K>-5.18由第2式可得 (0.368K+0.264K)>0 可得K>0由第 3 式可得 (1.368+1.368-0.104K)>0 可得 K<26.4由上述各式所得 K 值，取其共集，所以取0<K<2.4所以，特征方程 △ (Z )=Z 2-(1.609-0.1065K)Z +(0.609+0.09K)=0 依同样的计算，可得 0<K<17.8上述计算结果说明，在采样周期较小时，采用较大的放大系数K ，可以保证系统稳定。
反之，在采样周期较大时，为了保证系统稳定只能取较小放大系数 K ，这说明T 影响稳定性，减小T ,通常可以增强稳定性。
5 已知上图4所示系统，设T=1秒，K=1，输入r(t)=t ，试用终值定理求稳态误差。
解 终值定理要求， R(z)=Z[r(t)]=Z[t]=Tz/(z-1) 2 ,稳定性检查，依第 4题可知，系统稳定。
e ss = lim (z 1) e (z)R(z) lim(z 1) 03翌z2z 1z 2z 0.632 (z 1)26 .已知系统如图5所示，G h (s)零阶保持器传递函数， G 0(s)=1/s, G c (s)=K 。
2) T=0.5 秒类似可得 G(z)=K0.1065z 0.09 z 21.609z 0.609又知e (z)1 1 G(z)(z 1)(z 0.368)z 2 z 0.632所以1)试确定使系统稳定的K的范围；2)若将该系统改为连续系统(取消采样开关及ZOH );试问使系统稳定的K值范围。
比较两个K值，得出结论。
图5解1)依图得G(z)=(1-z-1)Z[K/s 2]=KT/(Z-1)特征方程厶(z)=1+G(z)=z-1+KT=0依稳定性要求，△(0)= | (-1+KT) |<1所以，(-1+KT)<1 K<2/T ; (-1+KT)>-1 K>00<K<2/T可见，当采样周期T增大时，临界放大系数将减少。
2)要改造为连续系统，则G(S)=K/S,所以特征方程为△ (s)=1+G(s)=s+K=0系统稳定，要求K>0即可。
3)比较可见，计算机控制系统稳定性比连续系统差，对放大系数限制较严。