测控系统原理第4章习题解答
测控课后习题答案
1-2．典型检测仪表控制系统的结构式怎么样的？各单元主要起什么作用？（1）被控对象：是控制系统的核心、它是以单输入单输出、也可以是多输入多输出（2）检测单元：是控制系统实现控制调节的基础、它完成对所有被控变量的直接测量同时也可实现某些参数的间接测量（3）变送单元完成对被测变量信号的转换和传输、其转换结果符合国际标准的符号制式（4）显示单元：是控制系统的附属单元、它将检测单元获得的有关参数、通过适当方式显示操作人员（5）调节单元：完成调节控制规律的运算、它将变送器传输出来的测量信号与给定值进行比较、并对比较结果进行调节运算、以输出作为控制信号（6）执行单元：是控制系统实施控制策略的执行机构它负责将调节器的控制输出信号按执行机构的需要产生出相应信号、以驱动执行机构实现对被控变量的调节作用1-6.什么是仪表的灵敏度和分辨率？两者间存在什么联系？灵敏度是仪表对被控参数变化的灵敏程度、分辨率是输出能相应和分辨率的最小输入量分辨率是灵敏度的一种一般来说仪表的灵敏度越高分辨率也越高1-7.仪表的精度是如何确定的？是用允许的最大引用误差去掉百分号后的数字来衡量的1、被检测物理模型的前提条件属理想条件、与实际检测条件有出入2、测量器件的材料性能或制作方法不佳使检测特性随时间而发生劣化3、电气、空气压、油压等动力源的噪音及容量的影响4、检测线路接头之间存在接触电势或接触电阻5、检测系统的惯性即延迟传递特性不符合检测的目的要求、因此要同时考虑系统静态特性和动态特性6、检测环境的影响、包括温度、气压、振动、辐射7、不同采样所得测量值的差异造成的误差8、人为的疏忽造成误差、包括个人读表偏差、知识经验的深浅、体力及精神状态等9、测量器件进入被测对象、破坏了所要测量的原有状态10、被测对象本身变动大、易受外界干扰以至测量值不稳定。
3-2.说明锁定放大原理在检测系统中的作用？检测埋没在噪声中的微弱信号时、可以主动调制信号、抑制噪声、专门提取微弱信号幅值和相位等有效信息3-3.利用检测方程式说明补偿结构的特点。
测控原理习题答案
测控原理习题答案测控原理习题答案测控原理是现代工程中非常重要的一门学科，它涉及到各种各样的测量和控制技术。
在学习这门学科的过程中，习题是非常重要的一部分，通过解答习题，可以更好地理解和掌握测控原理的基本原理和方法。
下面，我将为大家提供一些测控原理习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是测控原理？测控原理是一门研究测量和控制技术的学科，它主要研究如何通过各种手段对物理量进行测量，并根据测量结果进行控制。
测控原理涉及到传感器、信号处理、数据采集、控制系统等多个方面的知识。
2. 什么是传感器？传感器是测控系统中非常重要的组成部分，它能够将被测量的物理量转化为电信号或其他形式的信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据被测量的物理量以及测量的要求来确定。
3. 什么是信号处理？信号处理是指对传感器输出的信号进行处理和分析的过程。
信号处理可以包括滤波、放大、采样、数字化等一系列操作。
通过信号处理，可以提取出有用的信息，并将其用于后续的控制或分析。
4. 什么是数据采集？数据采集是指将传感器采集到的信号进行采样、存储和传输的过程。
数据采集系统由模拟信号采集模块、模数转换器、存储器、数据传输接口等组成。
数据采集的目的是获取到准确的测量数据，为后续的分析和控制提供基础。
5. 什么是控制系统？控制系统是指根据测量结果对被控对象进行控制的系统。
控制系统可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据预先设定的控制规律对被控对象进行控制，而闭环控制是在测量结果的基础上进行反馈调整的控制方式。
6. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的闭环控制器，它通过比较被控对象的测量值与设定值的差异，计算出一个控制量，并通过调节执行机构来实现对被控对象的控制。
PID控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，通过调节这三个环节的参数，可以实现对被控对象的精确控制。
7. 什么是反馈控制？反馈控制是指根据被控对象的测量结果对控制器进行调整的控制方式。
自动控制原理第4章课后习题答案
第4章4-1 已知系统的开环传函如下,试绘制系统参数K 从0→∞时系统的根轨迹图,对特殊点要加以简单说明. (1) ()()(4)(1)(2)K s G s H s s s s +=++ (2) ()()2(4)(420)KG s H s s s s s =+++ 解:(1)有3个开环几点,1个开环零点,固有3条根轨迹分别始于0,-1,-2; 1条根轨迹终于-4,另外2条根轨迹趋于无穷远处 实轴上的根轨迹分布在-1~0之间及-4~-2之间 渐近线条数为n-m=3-1=2 渐进线的交点12041312σ++-=-=-渐近线的倾角90θ︒=±分离点22[()()]02152480d G s H s s s s ds =⇒+++= 解得: 12s =- 其它舍去求与虚轴交点:令s j ω=代入特征方程(1)(2)(4)0s s s K s ++++=中得(1)(2)(4)0j j j K j ωωωω++++= 令上式两边实部和虚部分别相等,有226430(2)0 2.83K K K ωωωω⎧=⎧-=⎪⎪⇒⎨⎨+-==±=±⎪⎪⎩⎩绘制系统根轨迹,如图4-1(1)(2)有4个开环几点,无开环零点,有4条根轨迹,分别起始于0,-4, 24j -±终于无穷远处 实轴上的根轨迹分布在-4~0之间; 渐近线条数为n-m=4-0=4 渐进线的交点04242424j j σ++++-=-=-渐近线的倾角45,135θ︒︒=±±分离点22[()()]042472800d G s H s s s s ds=⇒+++=解得: 2s =-由()()1G s H s =得21224(2)4220K=--+--⨯+, K=64绘制系统根轨迹,如图4-1(2)图4-1(1)图4-1(2)4-2 已知系统的开环传函为(2)(3)()()(1)K s s G s H s s s ++=+(1) 试绘制系统参数K 从0→∞时系统的根轨迹图,求取分离点和会和点 (2) 试证明系统的轨迹为圆的一部分解:有2个开环极点,2个开环零点,有2条根轨迹,分别起始于0,-1; 终于-2,-3;实轴上的根轨迹分布在-3~-2之间及-1~0之间分离会和点2221,2,321[()()]02401,12123(2)()()()[()()]0[2(6)4]0203602,18()()[()()]00020,d G s H s s ds KK K s G s H s s s a d G s H s s s a s a dsa a a a s KG s H s sd G s H s s ds a s s =⇒+===-+⨯-++=+=⇒+++=⇒-+≥⇒≤≥===⇒=≤≤=23s ==解得:当10.634s =-时 由()()1G s H s =得(0.6342)(0.6343)10.070.6340.6341K K -+-+=⇒=-⨯-+当2 2.366s =-时 同理 K=13.9 绘制系统根轨迹 如图4-2证明:如果用s j αβ=+代入特征方程1()()0G s H s +=中,并经整理可得到以下方程式:2233()24αβ++=(注:实部虚部相等后消K 可得)显然,这是个圆的方程式,其圆心坐标为3(,0)2-,半径为2图4-24-3 已知系统的开环传函()()(1)(3)KG s H s s s =++(1) 试绘制系统参数K 从0→∞时系统的根轨迹图(2) 为了使系统的阶跃响应呈现衰减振荡形式,试确定K 的范围 解:有2个开环极点,无开环零点,有2条根轨迹,分别起始于-1,-3; 终于无穷远处;实轴上的根轨迹分布-3~-1之间; 渐近线条数2; 渐近线的交点13022σ+-=-=- 渐近线的倾角90θ︒=± 分离会和点[()()]0240d G s H s s ds=⇒+=解:S=-2由()()1G s H s =得1,12123KK ==-+⨯-+绘制系统根轨迹图4-3由图知 当1<K<+∞时系统的响应呈现衰减振荡形式4-4 设负反馈控制系统的开环传函为2(2)()()()K s G s H s s s a +=+试分别确定使系统根轨迹有一个,两个和三个实数分离点的a 值,分别画出图形 解:求分离点2[()()]0[2(6)4]0d G s H s s s a s a ds=⇒+++=解得s=0,或分离点为实数2203602a a a ⇒-+≥⇒≤或18a ≥当a=18时 实数分离点只有s=0 如图4-4(1)当a>18时 实数分离点有三个,分别为1,2,3(6)0,4a s -+=如图4-4(2)当a=2时2()()K G s H s s =分离点[()()]00d G s H s s ds=⇒= 即分离点只有一个s=0 如图4-4(3) 当02a ≤≤分离点有一个s=0 如图4-4(4) 当a<0时 分离点有1230,s s s ===(舍去)如图4-4(5)综上所述：当a=18,0≤a ≤2时，系统有一个分离点 当a ＞18时，系统有三个实数分离点 当a ＜0时，系统有两个分离点a=18图4-4(1) a=2图4-4(2)图4-4(3) a=1图4-4(4)图4-4(5)4-65 已知系统的开环传递函数为3(1)(3)()()K S S G S H S S++=（1）绘制系统的根轨迹。
《测控系统原理与设计》第3版习题解答
分布式的特点是每一路信号都有一个S／H和A/D,因而也不再需要模拟多路切换器MUＸ。每一个S/H和A/Ｄ只对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按一定顺序或随机地输入计算机。
答:
据题知， ， ,代入公式(2－１－38）计算得该地震仪的A/D转换器的转换周期为 ,为提高勘探分辨率欲将采样周期改为1ms,则信号道数应减小为 ，否则Ａ/D转换器就转换不过来。
据题知, , ,代入公式(2-1－17）计算得C=5，将C=5和ＴS=１mｓ代入公式(2-１－1７）计算得,抗混叠滤波器截止频率应减小为 ，将 代入公式(2-1-１8)计算得 ，这将使地震仪可记录的最高地震信号频率达到２50Hz,因而,可使地震仪的勘探分辨率提高一倍。如果只是减少采样周期而不改变抗混叠滤波器截止频率,将 代入公式(2-1-1８）计算得 ,使地震仪可记录的最高地震信号频率仍然被限制在１25Ｈｚ，因而地震仪的勘探分辨率仍然不能提高,这就使减少采样周期的优越性发挥不出来。
①减小Ｒi,为此模拟多路切换器MＵX前级应采用电压跟随器；
②MUX选用Roｎ极小、Rｏｆf极大的开关管;
③选用寄生电容小的MUX。
④据公式(2-1-５1）,减少MＵX输入端并联的开关数N,可减小串音。若采用分布式数据采集,则可从根本上消除串音干扰。因N＝１代入公式(2－1-51)计算得 。
6、主放大器与前置放大器有什么区别?设置不设置主放大器、设置哪种主放大器依据是什么？
3、图2-1-14（a)所示采集电路结构只适合于什么情况？为什么？
答:
图2-1-１4(a) 所示采集电路仅由A/Ｄ转换器和前面的模拟多路切换器MUＸ构成,只适合于测量恒定的各点基本相同的信号。因为恒定信号不随时间变化,无须设置S／H, 各点基本相同的信号无需设置PＧA。
(完整版)测控电路课后习题答案
第一章绪论1- 1 测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。
在整个测控系统中，电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。
测控电路在整个测控系统中起着十分关键的作用，测控系统、乃至整个机器和生产系统的性能在很大程度是取决于测控电路。
1- 2 影响测控电路精度的主要因素有哪些，而其中哪几个因素又是最基本的，需要特别注意？影响测控电路精度的主要因素有：（1）噪声与干扰；（2）失调与漂移，主要是温漂；（3）线性度与保真度；（4 ）输入与输出阻抗的影响。
其中噪声与干扰，失调与漂移（含温漂）是最主要的，需要特别注意。
1- 3 为什么说测控电路是测控系统中最灵活的环节，它体现在哪些方面？为了适应在各种情况下测量与控制的需要，要求测控系统具有选取所需的信号、灵活地进行各种变换和对信号进行各种处理与运算的能力，这些工作通常由测控电路完成。
它包括：（1）模数转换与数模转换；（2）直流与交流、电压与电流信号之间的转换。
幅值、相位、频率与脉宽信号等之间的转换；（3）量程的变换；（4）选取所需的信号的能力，信号与噪声的分离，不同频率信号的分离等；（5）对信号进行处理与运算，如求平均值、差值、峰值、绝对值，求导数、积分等、非线性环节的线性化处理、逻辑判断等。
1- 4 测量电路的输入信号类型对其电路组成有何影响？试述模拟式测量电路与增量码数字式测量电路的基本组成及各组成部分的作用。
随着传感器类型的不同，输入信号的类型也随之而异。
主要可分为模拟式信号与数字式信号。
随着输入信号的不同，测量电路的组成也不同。
图X1-1 是模拟式测量电路的基本组成。
传感器包括它的基本转换电路，如电桥，传感器的输出已是电量（电压或电流）。
测控电路第五版李醒飞第4章习题答案
第四章信号分离电路4-1简述滤波器功能，按照功能要求，滤波器可分为几种类型？滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，即对不同频率信号的幅值有不同的增益，并对其相位有不同的移相作用。
按照其功能要求，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻与全通五种类型。
4-2按照电路结构，常用的二阶有源滤波电路有几种类型？特点是什么？常用的二阶有源滤波电路有三种：压控电压源型滤波电路、无限增益多路反馈型滤波电路和双二阶环型滤波电路。
压控电压源型滤波电路使用元件数目较少，对有源器件特性理想程度要求较低，结构简单，调整方便，对于一般应用场合性能比较优良，应用十分普遍。
但压控电压源电路利用正反馈补偿RC网络中能量损耗，反馈过强将降低电路稳定性，因为在这类电路中，Q值表达式均包含-Kf项，表明Kf过大，可能会使Q 值变负，导致电路自激振荡。
此外这种电路Q值灵敏度较高，且均与Q成正比，如果电路Q值较高，外界条件变化将会使电路性能发生较大变化，如果电路在临界稳定条件下工作，也会导致自激振荡。
无限增益多路反馈型滤波电路与压控电压源滤波电路使用元件数目相近，由于没有正反馈，稳定性很高。
其不足之处是对有源器件特性要求较高，而且调整不如压控电压源滤波电路方便。
对于低通与高通滤波电路，二者Q值灵敏度相近，但对于图4-17c所示的带通滤波电路，其Q值相对R，C变化的灵敏度不超过1，因而可实现更高的品质因数。
双二阶环型滤波电路灵敏度很低，可以利用不同端输出，或改变元件参数，获得各种不同性质的滤波电路。
与此同时调整方便，各个特征参数可以独立调整。
适合于构成集成电路。
但利用分立器件组成双二阶环电路，用元件数目比较多，电路结构比较复杂，成本高。
4-3测控系统中常用的滤波器特性逼近的方式有几种类型？简述这些逼近方式的特点。
测控系统中常用的滤波器特性逼近的方式可分为巴特沃斯逼近、切比雪夫逼近与贝赛尔逼近三种类型。
巴特沃斯逼近的基本原则是在保持幅频特性单调变化的前提下，通带内最为平坦。
测控系统习题解答
第一章绪论1.为什么说仪器技术是信息的源头技术？仪器是一种信息的工具，起着不可或缺的信息源的作用。
仪器是信息时代的信息获取→处理→传输的链条中的源头技术。
如果没有仪器，就不能获取生产、科学、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的。
钱学森院士对新技术革命的论述中说：“新技术革命的关键技术是信息技术”。
信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。
测量技术则是关键和基础。
现在提到信息技术通常想到的只是计算机技术和通讯技术，而关键的基础性的测量技术却往往被人们忽视了。
从上所述可以看出仪器技术是信息的源头技术。
仪器工业是信息工业的重要组成部分。
2.为什么现代测控系统一般都要微机化？随着计算机技术的迅速发展，使得传统的测控系统发生了根本性变革，即采用微型计算机作为测控系统的主体和核心，代替传统测控系统的常规电子线路，从而成为新一代的微机化测控系统。
将微型计算机技术引入测控系统中，不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度，而且可以缩短系统研制周期、降低成本，易于升级换代等。
因此，现代测控系统设计，特别是高精度、高性能、多功能的测控系统，目前已很少有不采用计算机技术的了。
3.微机化测控系统有哪几种类型？画出它们的组成框图。
三种类型：微机化检测系统、微机化控制系统、微机化测控系统。
1第2章 习题解答1、模拟输入通道有哪几种类型?各有何特点?答：按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为集中采集式(简称集中式)和分散采集式(简称分布式)两大类型。
集中式的特点是多路信号共同使用一个S/H 和A/D 电路，模拟多路切换器MUX 对多路信号分时切换、轮流选通到S/H 和A/D 进行数据采集。
分布式的特点是每一路信号都有一个S/H 和A/D ，因而也不再需要模拟多路切换器MUX 。
测控电路 课后答案 第四章
第四章 信号分离电路4-1 简述滤波器功能、分类及主要特性参数。
滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。
按所处理信号形式不同，滤波器可分为模拟滤波器与数字滤波器两类；按功能滤波器可分为低通、高通、带通与带阻四类。
滤波器主要特性参数包括：1) 特征频率 滤波器的频率参数主要有：①通带截频π2/p p ω=f 为通带与过渡带的边界点，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。
②阻带截频π2/r r ω=f 为阻带与过渡带的边界点，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一个人为规定的下限。
③转折频率π2/c c ω=f 为信号功率衰减到12/(约3dB)时的频率，在很多情况下，也常以c f 作为通带或阻带截频。
④当电路没有损耗时，固有频率π2/00ω=f ，就是其谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。
2)增益与衰耗 滤波器在通带内的增益并非常数。
①对低通滤波器通带增益P K 一般指ω=0时的增益；高通指ω→∞时的增益；带通则指中心频率处的增益。
②对带阻滤波器，应给出阻带衰耗，衰耗定义为增益的倒数。
③通带增益变化量p K ∆指通带内各点增益的最大变化量，如果p K ∆以dB 为单位，则指增益dB 值的变化量。
3） 阻尼系数与品质因数 阻尼系数α是表征滤波器对角频率为ω0信号的阻尼作用，是滤波器中表示能量衰耗的一项指标，它是与传递函数的极点实部大小相关的一项系数。
它可由式（4-3）所示的传递函数的分母多项式系数求得:21ωαj j a a =α的倒数α1/=Q 称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标，Q 为：ωω∆=Q 式中的ω∆为带通或带阻滤波器的3dB 带宽，0ω为中心频率，在很多情况下中心频率与固有频率ω0相等。
4）灵敏度 滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。
滤波器某一性能指标y 对某一元件参数x 变化的灵敏度记作S x y ，定义为：xx yy S y x d d =灵敏度是滤波电路设计中的一个重要参数，可以用来分析元件实际值偏离设计值时，电路实际性能与设计性能的偏离；也可以用来估计在使用过程中元件参数值变化时，电路性能变化情况。
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第4章 习题解答
1、试述零位误差和灵敏度误差的校正方法
答：零位误差的硬件校正方法是设置调零电位器和调零电路，常见的调零电路有：传感器调零电路、电桥调零电路、放大器输入偏移调零电路、A/D 转换器调零电路；灵敏度误差的硬件校正方法是调整传感器灵敏度、放大器放大倍数、A/D 转换器的基准电压等主要参数，但最常见的灵敏度调整方法还是调整决定放大器增益的电阻值。
线性测试系统零位误差和灵敏度误差的软件校正方法是按照误差校正公式1
2121)(x x y y x x y y ---+=编写专门的计算子程序，将最近执行“误差校准”操作获得的最新的校准数据（x 1、y 1）、(x 2、y 2)存入内存，每次测量后就调用该计算子程序，从输出读数x 计算出被测量y 。
2、为什么要切换量程?怎样实现量程切换?
答：为了扩大测量范围并保持一定的测量精度，检测系统大多设置多个量程。
普通测量仪表是用手动换档开关来切换量程，微机化测控系统应能自动进行量程切换。
量程自动切换是实现自动测量的重要组成部分，它使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上，这样既能防止数据溢出和系统过载，又能保证一定的测量精度。
根据量程（上限）值的计算公式 SK
E x =max 要改变量程值，可以有改变传感器灵敏度为S 、从传感器到A/D 间信号输入通道的总增益(即各放大器放大倍数及衰减器衰减系数的连乘积)为K 、A/D 转换器满度输入电压为E 三种方法，其中改变总增益K 的方法最常用。
3、在图4-4-1(d)中，什么情况下，A/D 转换数据可以直接送去显示?什么情况下不可以?为什么?
答：只要适当选择和调整放大器增益K 使它满足以下条件：
1/0=FS
D E SK x 就可使A/D 转换结果D i 与被测量x i 的数值N i 相等，在这种情况下才可将A/D 转换结果作为被测量的数值去显示或打印。
如果上述条件不满足，A/D 转换结果D i 与被测量x i 的数值N i 不相等，不可以直接作为被测量x i 的数值送去显示。
4、试采用应变电桥、放大器、BCD 码A/D 与LED 显示器设计一个电子秤，使显示器上能直接显示公斤数。
答：见【例4—1】。
5、图4-4-1(d)中采用线性传感器和采用非线性传感器两种情况下，从A/D 转换数据计算出显示数据的方法一样吗?为什么?
答：不一样。
图4-4-1(d)中采用线性传感器的情况下，测量通道一般也是线性的，可以采用线性通道的标度变换方法，从A/D 转换数据计算出显示数据。
图4-4-1(d)中采用非线性
传感器的情况下，测量通道就不是线性的，在这种情况下测量通道的A/D转换结果Di与被测量xi也就不成线性关系，因此就不能再用上述线性通道的标度变换方法，应该采用非线性通道的标度变换方法。
6、与硬件滤波器相比较，采用数字滤波方法来克服随机误差有何优点?
答：与硬件滤波器相比较，采用数字滤波克服干扰，具有如下优点：节省硬件成本、可靠稳定、功能强、方便灵活，而且不会丢失原始数据。
在模拟信号输入通道中使用的频率滤波难免滤去频率与干扰相同的有用信号，使这部分有用信号不能被转换成数据而存储或记录下来，即在原始数据记录上永久消失。
由于数字滤波只是把已采集存储到存储器中的数据读出来进行数字滤波，只“读”不“写”就不会破坏采集得到的原始数据。