计算机控制系统课后习题参考答案(刘士荣版)--第6章
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。
计算机控制系统课后习题答案1
第一章课后参考答案1-1简述计算机控制系统的控制过程。
计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤：1)实时数据采集：对被控量进行采样测量，形成反馈信号；2)实时控制计算：根据反馈信号和给定信号，按一定的控制规律，计算出控制量；3）实时控制输出，向执行机构发出控制信号，实现控制作用。
1-2什么是实时性？有哪些因素影响系统的实时性？硬件：1）控制器计算速度2）传感器采集速度3）执行器反应时间4）A/D、D/A转换速度软件：1）操作系统调度2）中断响应处理方式（包括定时器）3）延时函数的设置实时性：即信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内即时完成的，超出这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
1-3计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。
主机：主机是计算系统的核心，通过接口向系统的各个部分发出各种指令，对被控对象进行检测和控制。
输入输出通道：输入输出通道是计算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计算机可以接收的数字信号，过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据，转化成可以对生产对象进行控制的的信号。
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。
外部设备：外部设备是实现计算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，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，还应有按键或开关，完成系统的启、停等功；操作台还要保证操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
1-4计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机控制系统软件分为系统软件、应用软件及数据库。
系统软件是有计算机生产厂家提供的专门用来使用和管理计算机的程序。
对用户来说，系统软件只是用来开发应用软件的工具，不需要自己设计。
计算机控制系统课后习题参考答案（刘士荣版）--第6章
思考题与习题6-6 具有纯滞后补偿的控制系统如图6-12所示，采样周期1T s =，对象为221()1s sG s e e s --=+， 求Smith 预估器的控制算式)(k y τ。
解则预估器的传递函数为21()()(1)(1)1s s G s G s e e s ττ--=-=-+ 2()1()(1)()1s sTsY s e G s e U s e s ττ----=-=+ ()()()(3)dy t y t u t T u t T dtττ+=--- ()(1)()(1)(3)y k y k y k u k u k Tτττ--+=---()0.5(1)0.5(1)0.5(3)y k y k u k u k ττ=+---－6-12 前馈控制结构图如图6-18，设被控对象的干扰通道和控制通道的传递函数分别为s n e s s G 4191)(-+=s e s s G 21301)(-+= 采样周期T =1s 。
试推导完全补偿前馈控制器()n D z 输出()n u k 。
解()Y s图6-12 具有纯滞后补偿的控制系统sssn n n e s s e s e s s G s G s N s U s D 224191301301191)()()()()(---++-=++-=-==相应的微分方程为：)]2()2(30[)()(9-+--=+t n dtt dn t u dt t du n n对上式进行离散化，得：)]2()12()2(30[)()1()(9Tk n T T k n T k n k u T k u k u n n n -+-----=+--s T 1= ∴ 上式为： )2()]3()2([30)()]1()([9------=+--k n k n k n k u k u k u n n n )3(30)2(31)1(9)(10-+---=k n k n k u k u n n即 )3(3)2(1.3)1(9.0)(-+---=k n k n k u k u n n此式即为完全补偿前馈控制器的控制算法。
(完整版)计算机控制系统课后习题答案
1-1 什么是计算机控制系统？画出一个实际计算机控制系统原理结构图，并说明一个计算机控制系统由哪些部分组成及各部分的作用。
利用计算机参与控制的系统称为计算机控制系统。
1-2 简述计算机控制系统的控制过程。
实时数据采样实时计算控制量实时控制实时管理1-3 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，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：生产过程和计算机系统直接连接，并接受计算机直接控制的方式称为在线或联机方式。
(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的方式叫做“脱机”方式或“离线”方式。
1-4 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？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。
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。
(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)。
(4)生产过程装置a.测量变送单元：为了测量各种参数而采用的相应检测元件及变送器。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构。
1.5 计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。
系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。
系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。
计算机控制系统课后答案
计算机控制系统课后答案1. 概述计算机控制系统是指利用计算机进行控制的系统，它采用计算机硬件和软件的协同作用，对被控对象进行监测、测量、判断以及控制操作的任务。
本文将回答计算机控制系统课后习题，以帮助读者加深对该课程的理解。
2. 习题答案2.1 什么是计算机控制系统？计算机控制系统是指利用计算机硬件和软件的协同作用，对被控对象进行监测、测量、判断以及控制操作的系统。
其核心是计算机的控制程序，通过对输入信号的处理和对输出信号的控制，实现对被控对象的精准控制。
2.2 计算机控制系统的组成计算机控制系统主要由以下几个组成部分构成：•输入设备：用于采集被控对象的状态信息，将其转化为数字信号输入到计算机中。
•输出设备：将计算机产生的控制信号转化为可被被控对象接受的信号。
•中央处理单元（CPU）：负责执行控制程序，对输入信号进行处理和判断，并产生相应的控制信号。
•存储器：用于存储控制程序和控制数据。
•总线：用于传输控制信号和数据，连接CPU、存储器和输入输出设备。
2.3 计算机控制系统的特点•精确性：计算机控制系统能够对被控对象进行精确的控制，实时调整控制参数，确保控制过程的稳定性和准确性。
•灵活性：通过编写不同的控制程序，可以实现对不同对象的控制，具有很高的灵活性。
•可靠性：计算机控制系统具有自主诊断和故障处理能力，当出现故障时，能够自动检测、定位和修复错误，提高了系统的可靠性。
•扩展性：计算机控制系统可以根据需要增加或替换硬件设备，增加系统的功能和性能。
•可维护性：计算机控制系统通常使用模块化设计，方便对系统进行维护和升级。
2.4 计算机控制系统的应用领域计算机控制系统广泛应用于工业自动化领域，例如：•工业生产线控制：计算机控制系统可以对生产线上的各个环节进行监控和控制，提高生产效率和产品质量。
•交通信号控制：计算机控制系统可以对交通信号灯进行精确控制，实现交通流量的调度和优化。
•智能家居系统：计算机控制系统可以对家庭设备进行智能控制，实现远程操控和自动化管理。
(完整word版)《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。
计算机控制系统刘士荣课后答案
计算机控制系统刘士荣课后答案【篇一：计算机化学学习心得】结合化学专业中常用的数学方法和部分化学应用软件，综述计算机在化学中的理论与实际应用，解决化学领域中的实际问题以及建立简单的化学模型，同时介绍origin、chemwindow 和化学品电子手册等软件，并且能够利用互联网进行化学文献检索及其它相关化学信息的搜索与利用。
关键词: 计算机; 化学; 仪器; 软件一．引言eico clementi 教授是计算化学领域的开创者。
20 世纪60 年代初，他在美国san jose 建立了ibm计算化学实验室，吸引了世界上一大批年轻学者，他们后来都成为了世界各地的计算化学学术带头人。
clementi 是国际上最早的几个量子化学程序编制者，其中metecc系列开源计算程序得到广泛的应用。
他在1963 年提出了密度泛函近似( dfa) ，这是最早的量子化学密度泛函研究。
近几年，他与giorgina，corongiu 提出了一种新的量子化学波函数方法: hf-hl，即将分子轨道理论与价键理论这两种截然不同的途径进行了杂化组合运算，并从中发展出“化学轨道”的概念[1]。
随着计算机在化学化工中应用水平的提高，出现了一系列带有边缘性的，并具有独立特征的研究领域[2]。
如：计算方法，模型化方法，模拟技术，物质共性规律，结构和性质的关系研究，数据库技术，化学信息和化学结构的描述，处理，解析，分子图形技术，化工冶金系统流程模拟及计算机辅助设计（cad)技术，化学化工中的人工智能和专家系统等。
这些新兴领域就大体上形成了化学化工中的一个新的学科分支——计算机化学。
计算机化学是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。
以计算机为技术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法，认识物质、改造物质、创造新物质和认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。
目前其覆盖的领域主要有：(1)化学数据挖掘(data mining)；(2)化学结构与化学反应的计算机处理技术；(3)计算机辅助分子设计；(4)计算机辅助合成路线设计；(5)计算机辅助化学过程综合与开发；(6)化学中的人工智能方法等[3]。
计算机控制系统习题参考答案
习题参考答案2-3 信号调理单元的功能是什么 通常包括哪些电路放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波;将传感器输出的电信号尽可能不失真地转变为标准的电流或电压信号通常为4～20mA 、0～5V 等..通常包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等..2-5 仪表放大器与普通运算放大器有何不同 其特点有哪些对于输出阻抗大;共模电压高的输入信号;需要用到高输入阻抗和高共模抑制比的差动放大器;仪器放大器是专为这种应用场合设计的增益可调的放大器..如果由普通的运放构成增益可设定的差动放大器;因其输入阻抗低;电阻参数对称性调整复杂;共模抑制比低;故而不适合作为传感器输出信号的差动放大器..2-11 采样保持器的作用是什么 是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器 为什么采样保持器的作用是：在A/D 转换期间保持输入模拟信号不变..并不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器;如被采样的模拟信号的变化频率相对于A/D 转换的转换速度较低的话;可以不加采样保持器..2-13 A/D 转换器有哪些技术指标1 分辨率 通常用转换后的数字量的位数表示;如8位、10位、12位、16位等2 量程 它是指所能转换的电压范围..如5V 、10V 等..3 转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确度..A/D 转换器的转换精度取决于量化误差q 、微分线性度误差DNLE 和积分线性度误差INLE..通常用绝对精度和相对精度两种表示方法..绝对精度常用数字量的位数表示法;如绝对精度为±1/2LSB..;相对精度用相对于满量程的百分比表示..如满量程为10V 的8位A ／D 转换器;其绝对精度为81/210/219.5mV ⨯=±;而8位A ／D 的相对精度为%59.0%1002/)2/1(8=⨯FSR..精度和分辨率不能混淆..即使分辨率很高;但温度漂移、线性不良等原因可能造成精度不是很高..4 转换时间 它是指启动A/D 到转换结束所需的时间;即孔径时间..5 工作温度范围 较好的A/D 转换器的工作温度为-40～85℃;一般的为0～70℃..2-14 一个12位的A/D 转换器;孔径时间为20μs;绝对精度为±1LSB ;若不使用采样保持器;为了确保转换精度;则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少2-16 为什么模拟量输出通道中要有零阶保持器 通常用何电路实现模拟量输出通道中要有输出保持器;这是因为计算机控制是分时的;每个输出回路只能周期地在一个时间片上得到输出信号;即这时执行部件得到的是时间上离散的模拟信号;而实际的执行部件却要求连续的模拟信号;因此为了使执行部件在两个输出信号的间隔时间内仍然能得到输出信号;就必须有输出保持器;通过它将前一采样控制时刻的输出信号保持下来;直到下一个采样控制时刻到来;重新得到新的输出信号计算机控制系统中通常采用零阶保持器;即前一采样时刻的输出值原封不动的理想化的保持到下一采样时刻到来..零阶保持器通常用和模拟量输入通道中的采样保持器一样的电容保持电路来实现.. 2-19 数字量输入通道中的调理电路通常哪几种功能电平转换、滤波、隔离和过电压保护2-24 常用数字滤波有几种方法 各有何特点何用途限幅滤波、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法、加权递推平均滤波法和一阶惯性滤波法..平均值滤波法适用于周期性干扰;中位值滤波法和限幅滤波法适用于偶然的脉冲干扰;惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号;加权平均值滤波法适用于纯迟延较大的被控制对象..如果同时采用几种滤波方法;一般先用中位值滤波法或限幅滤波法;然后再用平均值滤波法..2-25某热处理炉温度变化的范围为0～1350℃;经温度变送器变换为1～5V 电压输入AD574A;AD574A 的输入范围为0～10V..当t=KT 时; AD574A 的转换结果为56AH;问此时炉内的温度为多少度解 1350x A C =︒;00A C =︒;5m N =;01N V =;或解：56AH 对应的电压值为1056 3.3854095V AH V ⨯= 1350051 3.3851Y -=-- 805x A C =︒。
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思考题与习题
6-6 具有纯滞后补偿的控制系统如图6-12所示，采样周期1T s =，对象为
221()1
s s
G s e e s --=
+， 求Smith 预估器的控制算式)(k y τ。
解
则预估器的传递函数为
21
()()(1)(1)1
s s G s G s e e s ττ--=-=
-+ 2()1()(1)()1
s s
Ts
Y s e G s e U s e s ττ----=-=+ ()
()()(3)dy t y t u t T u t T dt
ττ+=--- ()(1)
()(1)(3)y k y k y k u k u k T τττ--+=---
()0.5(1)0.5(1)0.5(3)y k y k u k u k ττ=+---－
6-12 前馈控制结构图如图6-18，设被控对象的干扰通道和控制通道的传递函数分别为
s n e s s G 4191)(-+=
s e s s G 21
301
)(-+= 采样周期T =1s 。
试推导完全补偿前馈控制器()n D z 输出()n u k 。
解
()
Y s
图6-12 具有纯滞后补偿的控制系统
s
s
s
n n n e s s e s e s s G s G s N s U s D 2241
91301
301191
)()()()()(---++-=++-=-==
相应的微分方程为：
)]2()
2(30[)()(9
-+--=+t n dt
t dn t u dt t du n n
对上式进行离散化，得：
)]2()
12
()2(30[)()1()(9T
k n T T k n T k n k u T k u k u n n n -+-----=+--
s T 1=
∴ 上式为： )2()]3()2([30)()]1()([9------=+--k n k n k n k u k u k u n n n )3(30)2(31)1(9)(10-+---=k n k n k u k u n n
即 )3(3)2(1.3)1(9.0)(-+---=k n k n k u k u n n
此式即为完全补偿前馈控制器的控制算法。
注意：1、除了上面的2道题外，第6章要求过的还有： 6-2 ：参考课本内容及例题
6-3（包括响应曲线）：参考课本内容及例题 6-11：参考课本图6-17和图6-22 第6章这些题要求全面掌握！ 2、理解：
下图是一个简单的水位控制系统。
⑴试说明它的工作原理。
⑵指出系统的被控对象、被控量、给定量（输入信号）。
⑶画出系统工作原理的方框图。
进水
出水
h
水位
高度
答：⑴这个简单的水位控制系统是通过浮球和杠杆来实现的。
浮球可以检测水位的高低，这个信息通过杠杆来调节进水阀门来实现对水位的调节，控制。
这个调节作用也是一个负反馈过程，当水位升高时，浮球位置上移，从而使阀门下移，减小进水量，使水位不再上升。
当水位下降时，浮球位置下移，从而使阀门上移，增加进水量，使水位不再下降。
⑵图中输入信号是浮球的理想位置，被控对象是进水阀门、被控量是水
池的水位。
可以看出，浮球的实际位置是水位的检测信号。
⑶
浮球理想
一定要明白什么是控制系统的控制量和被控量！
又如可控硅（交流调压）电炉温度控制系统中：控制量是电压，被控量是炉温！。