机电系统计算机控制复习题.
机电系统计算机控制题库
一、 概念题（每小题 5 分，共 20 分）
1、单位阶跃序列的z 变换：
Y(z)=
1
z z
2、最少拍系统：
使系统的调节时间最短（使用最少几个采样周期就能完成过渡过程）的控制系统。
3、有限拍无纹波设计与有限拍有纹波设计唯一不同之处：有限拍无纹波要求G c （z ）的零点包含HG(z)的全部零点 (有纹波：只要求包含HG(z)单位圆上/圆外零点)
4、振铃现象：（虽然闭环系统输出较快地趋向于稳态值）数字调节器输出u(kT)以2T 为周期上下摆动。
二、计算题（每小题10 分，共30分）
1. 1. 试求下列函数的z 变换:
e
at
t f 5)(=
2. 试求下列函数的z 反变换:(若用长除法,取前5项)
F(z)=)
5.0)(1(5.0--z z z
三、分析题。（每小题 10分，共30分）
1、 如何采用扩充临界比例度法整定PID 参数？ 步骤：
⑴ 选合适的采样周期，调节器只用比例K p
⑵ K p 由小到大直到出现等幅振荡，记下临界振荡周期T s 和此时临界振荡增益K s
⑶ 选择控制度
模拟仪表
数字调节器（计算机）
控制度][min ][min 0
20
2??∞
∞
=
dt e dt e
控制度=1.05 两者相等
控制度=2.0 数字调节器要差一些
⑷ 按 “扩充临界比例度法PID 参数计算公式”(P165表5.2)，选择T, K p , T i , T d 。
⑸ 投运并微调一下。
2、 采样周期过大、过小分别有什么不利影响？
采样周期过大：信号的保真性下降，系统稳定性会变糟，快速性也自然会变坏。 采样周期过小：调节过程非线性加大。
3、 积分分离PID 算法有何优点?如何实现? 优点：既保持了积分作用，又减小了超调量。 利用一个系数K l 乘到积分项上： 偏差较小时：K=1有积分 偏差较大时：K=0无积分
[]
)
375()()()()()(0
---++=∑=T kT e kT e K jT e K K kT e K kT u d k
j i l p
)385()(,0)(,10
-??
??
?>≤=E kT e E kT e K l
四、综合题（每小题 10分，共20分）
用计算机过程控制系统设计一单闭环原料油加热炉出口温度控制系统，参考图4-1。图4-1是用温度调节器实现的温度控制系统。要求回答以下问题：
1、画出计算机控制系统框图(包括采样保持)，简述系统工作原理。
2、简述：整定PID参数时，稳定裕量为什么不能过大过小？
答：稳定裕量过大，系统响应会出现缓慢爬升并且有较大的稳态误差，从而影响系统快速性和准确性；
稳定裕量过小，系统响应会出现较长时间、较剧烈的衰减振荡，这样不光超调量大而且回到稳态的时间变长，从而也会影响系统快速性和准确性。
计算机控制系统试卷一答案
一、简答题（每小题5分，共50分）
1、画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下：
2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？
答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。
(1) 周期采样
指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。
(2) 同步采样
如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。
(3) 非同步采样
如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。
(4) 多速采样
如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。
(5) 随机采样
若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。
3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。
答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P 过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。
(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。
(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。
4、系统稳定的充要条件是什么？
答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。
5、 为什么会出现比例和微分饱和现象？
答：当给定值发生很大跃变时，在PID 增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。 6、 什么是振铃现象？如何消除振铃现象？
答：所谓振铃(Ringing)现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。有两种方法可用来消除振铃现象。第一种方法是先找出D (z )中引起振铃现象的因子(z=-1附近的极点)，然后令其中的z=1，根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T 及系统闭环时间常数T c ，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象。 二、已知系统的差分方程为 （10分）
)2()1()(-=-+k r k y k y
输入信号是
???<≥=0
00
1)(k k k r
初始条件为1)0(=y ，试写出输出脉冲序列()y k 。 解：1)0(=y
1)0()1()1(-=--=y r y
2)1()0()2(=-=y r y 1)2()1()3(-=-=y r y 2)3()2()4(=-=y r y
1)4()3()5(-=-=y r y
…
三、设被控对象传递函数为)
1()(+=
s s K
s G p ，在对象前接有零阶保持器，试求广义对象的脉冲传递函数。 （10分）
解：广义对象传递函数
)
1(1)(+-=
-s s K
s
e s G Ts
对应的脉冲传递函数为
[])
1)(1(111)1( 1111)
1()1()1(1)1( )1(1)()(1111
11211
1
21-------------------??????-+-+--+=
??????-+----=??????+-=??
????+-==z e z z T e e Te z T e K z e z z Tz z K s s Z z K s s K
s e Z s G Z z G T T
T
T T T Ts 四、已知被控对象传递函数为
)
11.0)(18(20
)(++=s s s G
试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器G c (s )，并用后向差分法给出等效的数字控制器形式。（10分） 解：经动态校正后系统的开环传递函数为
)
11.0)(18(20
)()()()(0++==Φs s s G s G s G s c c
应选择G c (s)为PI 控制器，其基本形式为
s
T s s G I c 1
)(+=τ
为使PI 控制器能抵消被控对象中较大的时间常数，可选择
8=τ
则有
)11.0(20
1
)
11.0)(18(201
8)()()(0+=+++=
=Φs s T s s s
T s s G s G s I I c 根据二阶工程最佳设计法则，应有
????
?==22
22
11.0220T T T I
解之得
4
=I T
于是得到模拟控制器的传递函数为
)81
1(2)11(418)(s
s K K s s s G I P c +=+=+=
对以上的模拟PI 控制器，根据后向差分近似的等效变换方法，得等效的数字控制器：
1
1
)8
1(2
)()(1
1--+
==--=z z T
s G z D T
z
s c
五、已知广义被控对象:)
1(1
1)(+-=-s s s e s G Ts ,
给定T=1s (20分)
针对单位斜坡输入设计最小拍有纹波控制系统, 并画出系统的输出波形图。 解：由已知条件，被控对象含有一个积分环节，有能力产生单位斜坡响应。
求广义对象脉冲传递函数为
[])
368.01)(1()718.01(368.0 1111)1()1()1(1)1( )1(11)()(1111111211121
--------------+=
??
????-+----=??????+-=?
?
?
???+-==z z z z z e z z z z s s Z z s s s e Z s G Z z G Ts
可以看出，G(z)的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内)，故u=0,v=0(单位圆上除外),m=1。根据稳定性要求，G(z)中z=1的极点应包含在Φe (z)的零点中，由于系统针对等速输入进行设计，故p=2。为满足准确性条件另有Φe (z)=(1-z -1)2F 1(z),显然准确性条件中已满足了稳定性要求，于是可设
)()(1101--+=Φz c c z z 0
2)1(1
)1(110=+=Φ'=+=Φc c c c
解得 1,210-==c c 。 闭环脉冲传递函数为
2
12111)
1()(1)(2)2()(------=Φ-=Φ-=-=Φz z z z z z z z e
则
)
718.01)(1()
368.01)(5.01(435.5)()()()(1
111----+---=ΦΦ=z z z z z G z z z D e 112234
12
()()()(2)234(1)
z Y z R z z z z z z z z -------=Φ=-=+++- （图略）。
计算机控制系统试卷二答案
班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、 简答题（每小题4分，共40分）
二、已知系统框图如下所示： T=1s (15分)
试确定闭环系统稳定时K 的取值范围。 解：广义对象传递函数
)
1(1)(+-=
-s s K
s e s G Ts 对应的脉冲传递函数为
[]368
.0368.1264.0368.0)368.01)(1()718.01(368.0 1111)1()1()1(1)1( )1(1)()(21111111211121
+-+=--+=??
????-+----=??????+-=?
??
???+-==------------z z z K
z z z Kz z e z z z z K s s Z z K s s K s
e Z s G Z z G Ts 此时系统的特征方程为
368
.0368.1)
624.0368.0(1)(12
+-++
=+z z z K z G
采用双线性变换w
w w
T w T z 5.015.01)2/(1)2/(1-+=-+=
可得等效的特征方程为
0924.0)386.0924.0()0381.01(2
=+-+-K w K w K
此时，劳斯表为
w 2
（1-0.0381K ） 0.924K → K < 26.2 w 1 0.924-0.386K → K < 2.39 w 0 0.924K → K > 0 故K 的变化范围为 0< K < 2.39。
三、已知某连续控制器的传递函数为 （10分）
2
2
2
2)(n
n n s s s D ωξωω++= 试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数)(z D ，并给出控制器的差分形式。其中s T 1=。
解：令 1
1
11112112112----+-=+-=+-=z z z z T z z T s 11
222122
2
2212
12
1(21)
()
()()2(44)(28)44
n n z n n
n n n n n s z z z U z D z E z s s z z ωωωξωωωξωωωξ-------=+++===++-++-+++控制器的差分形式为
222
2222844()(1)(2)(()2(1)(2))
444444
n n n n
n n n n n n u k u k u k e k e k e k ωωωξωωωξωωξωωξ--++-+-=+-+-++++++
四、已知离散控制系统的结构如下所示，采样周期s T 2.0=，输入信号
21
()12
r t t t =++，求该系统的稳态误差。 （10
分）
解：系统开环脉冲传递函数为
[]211111312131112
110(0.51)()()5100.4(1) (1)(1)(1)2(1)(0.8 1.2)
(1)Ts e s G z Z G s Z s s s z z z z Z z s z z z z z -----------??
-+==??
??
??++??=-=--????--????-=
- 则误差脉冲传递函数为
12
12
()1(1)()()1()1 1.20.2e E z z z R z G z z z ----Φ===
+--
11112
11213
13
10.20.04(1) 1.02 1.780.8()1(1)2(1)(1)z z z z z R z z z z z ---------+-+=++=----
稳态误差为
11
()lim(1)()()()0.1e z e z E z z R z -→∞=-=Φ=
五、已知广义被控对象为 （15分）
s
Ts e s s e s G 21
11)(--+-=
其中，T =1s 。期望的闭环脉冲传递函数中的时间常数取为T c =0.5s ,应用史密斯预估器方法确定数字控制器。 解：不含纯滞后的广义对象脉冲传递函数为
[]0011
1
11()()110.632 (1)(1)10.368Ts e G z Z G s Z s s z z Z s s z
----??
-==??+??
??=-=??+-??
广义对象脉冲传递函数为
5
4
01
0.632()()10.368z G z G z z
z ---==
-
不考虑纯滞后，闭环系统理想脉冲传递函数为
01()0.51s s Φ=+，进而1
01
110.865()0.5110.135Ts e z z Z s s z ---??-Φ==??+-??
求得1
001
00()10.368() 1.369
[1()]()1z z D z z G z z --Φ-==-Φ-
于是得史密斯预估器如下
1
015
00()10.368() 1.369
1(1)()()10.1350.865N D z z D z z D z G z z z -----==+---
（图略）
计算机控制系统试卷三答案
班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、 简答题 （每小题4分，共40分）
3、 什么是采样或采样过程？ 答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。
4、 线性离散系统的脉冲传递函数的定义是什么？
答：线性离散系统的脉冲传递函数定义为零初始条件下，系统或环节的输出采样函数z 变换和输入采样函数z 变换之比。 5、 何为积分饱和现象？
答：在标准PID 位置算法中，控制系统在启动、停止或者大幅度提降给定值等情况下，系统输出会出现较大的偏差，这种较大偏差，不可能在短时间内消除，经过积分项累积后，可能会使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构的极限u max 。另外，当负误差的绝对值较大时，也会出现u
答：等效离散化设计方法存在以下缺陷：
(1) 必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要求。
(2) 没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大，除有可能造成控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的调节品质变坏。
(3) 等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系统(只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称之为近似设计。 7、 何为最少拍设计？
答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。
二、已知系统框图如下所示： T=1s (15分)
试写出离散系统的动态方程。 解：所给系统的脉冲传递函数为
[]11
12121111112
11
12
()
11()()()(1)111 (1)(1)(1)(1)110.368(10.718)0.3680.264 (1)(10.368)1 1.3680.368Ts
Y z e G z Z G s Z R z s
s s z z Z z s s z z
e z z z z z z z z z ----------------??
-=
==??+??
????=-=--+????+---????++==---+ 令12
()
()1 1.3680.368U z X z z z --=
-+进而12() 1.368()0.368()()X z z X z z X z U z ---+=
则12()(0.3680.264)()Y z z z X z --=+ 取
21121()()()()()
X z z X z X z z X z zX z --===于是得如下状态方程 1221212(1)()
(1)0.368() 1.368()()()0.264()0.368()
x k x k x k x k x k u k y k x k x k +=??
+=-++??=+?
写成矩阵形式为
1122(1)()0
10()(1)()0.368 1.3681x k x k u k x k x k +????????=+????????+-????????
[]12()()0.2640.368()x k y k x k ??
=????
三、已知广义被控对象为 （15分）
s Ts e s s e s G 2)
1(11)(--+-=
其中，T =1s 。期望的闭环脉冲传递函数中的时间常数取为T c =0.5s ,应用大林算法确定数字控制器。 解：广义对象脉冲传递函数为
[]45
141
11()()110.632 (1)(1)10.368Ts Ts e G z Z G s Z e s s z
z z Z s s z
------??
-==??
+??
??=-=??+-?? 闭环系统理想脉冲传递函数为
45
1
10.865()0.5110.135Ts Ts e e z z Z s s z
----??-Φ==??+-?? 得大林控制器如下
1
15
()10.368() 1.369
[1()]()10.1350.865z z D z z G z z z ---Φ-==-Φ--
五、已知某系统连续控制器的传递函数 （15分）
)
2)(1(2
)(++=
s s s D
试分别用阶跃响应和脉冲响应不变法求)(s D 的等效数字控制器，并写出相应的差分方程表达式。其中采样周期s T 1=。
解：1、阶跃响应不变法
11
1121-1
2
-123
112121()[()](1)(1)(2)1110.399z 0.148 =
1-1.503z 0.5530.05Ts e D z Z D s z Z s s s s z e z e z z
z z ----------??-??
==-=-+ ???++---????++-由
()
()()
U z D z E z =
可推得数字控制器的差分方程形式如下 () 1.503(1)0.553(2)0.05(3)0.399(1)0.148(2)u k u k u k u k e k e k =---+-+-+-
2、脉冲响应不变法
11
21-1
-12
211()[()](1)(2)110.233z
=
1-0.503z 0.05D z TZ D s Z s s e z e z z -----????
===- ???++--????+
由()()()
U z D z E z =可推得数字控制器的差分方程形式如下
()0.503(1)0.05(2)0.233(1)u k u k u k e k =---+-
计算机控制系统试卷四答案
班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、 简答题 （每小题3分，共30分） 1、
写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传递函
数的极点有何影响？
答：零阶保持器的传递函数为s
e s H Ts
--=
1)(0。零阶保持器的引入并不影响
开环系统脉冲传递函数的极点。 2、
阶跃响应不变法的基本思想是什么？
答：阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。 3、
如何消除积分饱和现象？
答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID 控制器相当于一个PD 调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振荡。只有当误差e 在门限ε之内时，加入积分控制，相当于PID 控制器，则可消除静差，提高控制精度。 4、
给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。 答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下：
(1) 根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数)(z Φ；
(2) 确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程序。
5、 说出实施信号隔离的主要方法。
答：信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适用于模拟信号隔离，光电隔离则特别适合数字信号的隔离。
二、已知系统框图如下所示： T=1s (15分)
试求闭环离散系统的闭环脉冲传递函数，并判别系统的稳定性。
解：广义对象脉冲传递函数为
[])
368.01)(1()718.01(368.0 1111)
1()1()1(1)1( )1(11)()(1111111211121
--------------+=
??????-+----=??????+-=?
?
?
???+-==z z z z z e z z z z s s Z z s s s e Z s G Z z G Ts 系统闭环脉冲传递函数为
12
12
()0.3680.632()1()10.632G z z z z G z z z ----+Φ==
+-+
则闭环系统的特征方程为
2()0.6320W z z z =-+=
由z 域直接判据
① ｜W (0)｜=0.632<1 ② W (1)=1-1+0.632>0 ③ W (-1)=1+1+0.632>0
知闭环系统稳定。
三、已知某被控对象的传递函数为 (15分)
)
1(1
)(+=
s s s G p 要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为T ＝1s 。要求闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。
错误!
解：广义对象脉冲传递函数为
[])
368.01)(1()718.01(368.0 1111)
1()1()1(1)1( )1(11)()(1111111211121
--------------+=
??????-+----=??????+-=?
??
???+-==z z z z z e z z z z s s Z z s s s
e Z s G Z z G Ts 根据要求设定闭环脉冲传递函数为
2
111()(0.4)(0.6)(10.4)(10.6)z z z z z z ---Φ==
---- 111121
() 2.718(1)(10.368)
()(1())()(10.76)(10.718)
z z z z D z z G z z z z ------Φ--==-Φ--+ 四、已知控制系统的被控对象的传递函数为()(21)(1)
s
e
G s s s -=
++，采样
周期T ＝1s ，若选闭环系统的时间常数0.5T s τ=，试用大林算法设计数字控制器()D z 。若出现振铃现象，修正数字控制器，消除振铃现象。（20分）
解：采样周期T =1s ，期望闭环脉冲传递函数为
2()0.512
s s
e e s s s --Φ==++
进而
2
1
120.865()210.368s s e e z z Z s s z
----??-Φ==??+-?? 被控装置广义脉冲传递函数
2111
10.154(10.610)
()[](21)(1)(10.368)(10.607)
Ts s e e z z G z Z s s s z z -------+==++-- 则
111121
1
1111() 5.617(10.368)(10.607)
()()1()(10.610)(10.3680.865)
5.617(10.368)(10.607)(10.610)(10.763)(1 1.131)
z z z D z G z z z z z z z z z z ----------Φ--==
-Φ+----=
++-
由振铃现象产生的原理知，用常规大林算法设计的被控对象为二阶的系统必产生振铃现象。在D(z)中的靠近z ＝－1的两个因子中令z ＝1来消除振铃现象，即
1111
1
1
1() 5.617(10.368)(10.607)
()()1()(10.610)(10.763)(1 1.131)
1.979(10.368)(10.607)
1 1.131z z z D z G z z z z z z ------Φ--==
-Φ++---=
-
一、 简答题（每小题4分，共40分）
1. 简述采样定理的基本内容。
答：采样定理: 如果连续信号)(t f 具有有限频谱，其最高频率为max ω,
则对)(t f 进行周期采样且采样角频率s max 2ωω≥时，连续信号)(t f 可以由采样信号)(*t f 唯一确定，亦即可以从)(*t f 无失真地恢复)(t f 。
2. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？
答：线性离散控制系统稳定的充要条件是： 闭环系统特征方程的所有根的模｜z i ｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z 平面的单位圆内。
3. 脉冲响应不变法的基本思想是什么？
答：脉冲响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的脉冲响应g D (kT )是模拟控制器的脉冲响应采样值g (kT )的T 倍。
4. 写出增量型PID 的差分控制算式。
答：增量型PID 控制算式可以写为
D 1P 112I [(2)]i i i i i i i i T T
u u K e e e e e e T T ----=+-++-+
5. 如何消除比例和微分饱和现象？
答：“积分补偿法”。其中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。这样，动态过程也得到了加速。即，一旦u ?超限，则多余的未执行的控制增量将存储在累加器中；当控制量脱离了饱和区，则累加器中的量将全部或部分地加到计算出的控制增量上，以补充由于限制而未能执行的控制。 二、已知 )
5(1)(+=s s s F ，求)(z F 。 （10分） 解：
[]1515-1
1511111()()(5)511e 0.2(1-e ) =
(1)(1e )
T T T F z F s s s z
z z
z z -------????
===-????+--????--Z Z 三、已知系统框图如下所示： T =1s (10分)
判别系统稳定性。
解：系统开环传递函数为
[]1
1111
1112
1()()(1)111 (1)11e 0.6320.632 (1)(10.368)1 1.3680.368G z G s s s s s z
z z z z z z z ---------??
==??
+??
????
==-????+--????==
---+Z Z Z
系统闭环特征方程
21()0.7360.3680G z z z +=-+=
采用双线性变换11w
z w
+=
-得w 平面特征方程为
22.104 1.2640.6320w w ++=
建立劳斯表
w 2 2.104 0.632
w 1 1.264 w 0 0.632 由劳斯判据可知系统稳定。
四、用后向差分法求下列模拟滤波器D (s )的等效数字滤波器，并给出差分递推算式，设T =1s, (10分)
2()(1)(2)
D s s s =++
解：使用后项差分离散化方法，令1
1z s T
--=
，则
121
1()2
()()()56
s z U z D z D s E z z z ---=-===-+ 可得其差分递推算式为
511
()(1)(2)()663
u k u k u k e k =
---+ 五、已知广义被控对象:1e 1
()1
Ts G s s s --=+,
给定T =1s (20分)
针对单位阶跃输入设计最小拍无纹波控制系统, 并画出系统的输出
波形图。
解：广义对象脉冲传递函数为
[]11
1
1e 1()()110.632 (1)(1)10.368Ts G z G s s s z z s s z
----??
-==??+??
??=-=??+-??Z Z Z
可以看出，G (z )的零点为-0.718(单位圆内)、极点为1(单位圆上)、0.368(单位圆内)，故w =0,v =0(单位圆上除外), m =1。针对阶跃输入进行设计，故p =1。于是可设
10()Φz z c -= 0(1)1Φc ==
解得 01c =。
闭环脉冲传递函数为
1
1
e ()()1()1Φz z Φz Φz z
--==-=-
则
1
1e ()10.368()()()0.632(1)
Φz z D z Φz G z z ---==
- 1123
1
()()()1z Y z R z Φz z z z z
-----===+++-
计算机控制技术试卷及答案
一、]t b 填空题 1.工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。 2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。 3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。 5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 6.信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。 7.按极点配置设计的控制器通常有两部分组成，一部分是状态观测器，另一部分是控制规律。 8.模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。 9.线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来顺序存放数据元素。 10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。 二、名词解释 1.采样过程按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程 2.地线”是信号电流流回信号源的地阻抗路径 3.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制 4.数据是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合 5.积分饱和如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作 三、选择题（合计15分，每题3分） 1.下列不属于数字控制方式的是（C ） A、点位控制 B、直线控制 C、网格控制 D、轮廓控制 2.8位的A/D转换器分辨率为（ C ） A、0.01587 B、0.007874 C、0.003922 D、0.0009775 3.专家控制系统大致可以分为（D ） ①专家自整定控制②专家自适应控制③专家监督控制④混合型专家控制⑤仿人智能控制 A、①②③⑤ B、②④⑤ C、②③④⑤ D、①③④⑤ 4.一个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（B ） A、5Hz B、50Hz C、100Hz D、500Hz 5.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（C ） A、588.98℃ B、288.98℃ C、361.23℃ D、698.73℃ 四、简答题（合计20分，每题5分） 1.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。 答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 2.逐点比较法插补原理。 答：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这
计算机控制系统试卷四答案
计算机控制系统试卷四答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题3分，共30分） 1.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？ 答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。 2.给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。 答： 3.什么是信号重构？ 答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。 4.写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传 递函数的极点有何影响？ 答：零阶保持器的传递函数为 1e () Ts H s s - - =。零阶保持器的引入并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。 5.阶跃响应不变法的基本思想是什么？ 答：阶跃响应不变法的基本思想是：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。 6.如何消除积分饱和现象？ 答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个PD调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振荡。只有当误差e在门限ε之内时，加入积分控制，相当于PID控制器，则可消除静差，提高控制精度。 7.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。 答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下： (1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数() Φz。 (2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程序。
8. 采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是什 么？ 答：采用状态反馈任意配置闭环系统极点的充分必要条件是系统状态完全能控。 9. 说出实施信号隔离的主要方法。 答：信号隔离方法主要有变压器隔离和光电隔离，变压器隔离适用于模拟信号隔离，光电隔离则特别适合数字信号的隔离。 10. 故障诊断中的状态估计方法的基本思想是什么？ 答：故障诊断中的状态估计方法的基本思想是：首先重构被控过程的状态，通过与可测变量比较构成残差序列，再构造适当的模型并用统计检验法，从残差序列中把故障诊断出来。因此，这就要求系统可观测或部分可观测，通常用各种状态观测器或滤波器进行状态估计。 二、已知系统框图如下所示：T =1s(15分) 试求闭环离散系统的闭环脉冲传递函数，并判别系统的稳定性。 解：广义对象脉冲传递函数为 系统闭环脉冲传递函数为 则闭环系统的特征方程为 由z 域直接判据 ①｜W (0)｜=0.632<1 ②W (1)=1-1+0.632>0 ③W (-1)=1+1+0.632>0 知闭环系统稳定。 三、已知某被控对象的传递函数为(15分) 要求设计成单位反馈计算机控制系统，结构如下图所示。采样周期为T ＝1s 。要求闭环特征根为0.4和0.6。试求数字控制器。 解：广义对象脉冲传递函数为 根据要求设定闭环脉冲传递函数为 r (t ) y (t ) -T
重庆邮电大学机电系统计算机控制 (20)
重庆邮电大学2018年攻读硕士学位研究生入学考试试题 机密★启用前 重庆邮电大学 2018年攻读硕士学位研究生入学考试试题 科目名称：机电系统计算机控制 科目代码：804 考生注意事项 1、答题前，考生必须在答题纸指定位置上填写考生姓名、报考 单位和考生编号。 2、所有答案必须写在答题纸上，写在其他地方无效。 3、填（书）写必须使用0.5mm黑色签字笔。 4、考试结束，将答题纸和试题一并装入试卷袋中交回。 5、本试题满分150分，考试时间3小时。
注：所有答案必须写在答题纸上，试卷上作答无效！第1页（共8页）
重庆邮电大学2018年攻读硕士学位研究生入学考试试题 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） （1）时间上和数值上都离散的信号指的是：（） A、连续信号； B、离散信号； C、模拟信号； D、数字信号。 （2）若已知某传感器输出电压范围为0～25mV（对应于0～450物理量范围），如果采集系统需分辨0.1个单位的物理量，则选择的A/D转换器位数应不 小于：（）。 A、8位； B、12位； C、13位； D、16位。 （3）C NC机床按照刀具相对工件移动的轨迹可将其控制方式分为：（） A、点位控制和连续路径控制； B、直线控制和圆弧控制； C、阶跃控制和平滑控制； D、位移控制和直线控制。 （4）数字随动系统设计中常用的最少拍控制性能指标是指：（） A、超调量最大； B、上升时间最短； C、调节时间无限； D、调节时间最短。 （5）计算机作控制器的机电控制系统和连续控制系统类似，其性能的优劣可用稳定裕度、（）来衡量。 A、稳态指标和动态指标； B、静态指标和稳态指标； C、快速指标和动态指标； D、系统指标和动态指标。
计算机控制系统设计性实验
计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:
设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
计算机控制系统试题一答案
计算机控制系统试卷一答案 班级：姓名：学号：成绩： 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。 答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样 指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样 如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样 若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量
振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。 答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K闭合，由A1、A3组成跟随器，并向C H端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。 5、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 6、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，
计算机控制系统测试题
计算机控制系统试题 一、选择题（只有一个正确答案，每题2分，共40分） 1．劳斯稳定判据在离散系统中主要解决的是（ C ）。 A、S平面中系统的稳定性； B、Z平面中系统的稳定性； C、三阶以上特征方程稳定判据。 2．某系统的Z传递函数为 0.5(0.5) () ( 1.2)(0.5) z G z z z + = +- ，可知该系统是（B）。 A、稳定的； B、不稳定的；C 临界稳定的。 3、脉冲传递函数是表征（B）。 A、控制系统传递函数； B、计算机控制系统传递函数、 C、脉冲输入的传递函数。 4、有关PID控制算法，以下说法不正确的是（C） A、当系统有阶跃信号输入时，微分项剧增，易引起振荡； B、比例调节几乎贯穿整个控制过程； C、比例控制可以消除一切静差； D、一般来说，不使用纯微分控制。 5、下面关于标度变换的说法正确的是（C）。 A、标度变换就是把数字量转换成与工程量相关的模拟量； B、标度变换就是把模拟量转换成十进制工程量； C、标度变换就是把数字量转换成人们熟悉的十进制工程量； D、标度变换就是把模拟量转换成数字量。 6. 适用于某些生产过程对控制精度要求不是很高，但希望系统工作平稳，执行机构不要频繁动作的PID算法为（D ）。 A、积分分离PID； B、变速积分PID； C、不完全微分PID； D、带死区的PID。 7、下列计算机控制系统中，属于单闭环控制系统的是（B）。 A、操作指导控制系统； B、直接数字控制系统； C、监督计算机控制系统； D、现场总线控制系统。 8、增量式PID算法解决了位置式PID算法（A）的缺点。 A、计算复杂、手/自切换不便； B、不易实现编程； C、控制准确性差； D、
机械系统计算机控制考试试题
武汉理工大学考试试题纸（A卷）课程名称：机械系统计算机控制专业班级机械制造及自动化2002级 备注：学生不得在试题纸上答题（含填空题、选择题等客观题） 一．填空题（每空0.5分，共20分） 1．8086CPU被复位后，以下各寄存器的内容是Flag：（1）；IP：（2）；CS （3）；系统将从存储器的（4）地址处取指令执行。 2．在数字逻辑电路中，逻辑是指（5），组合逻辑电路的特点是（6），时序逻辑电路的特点是（7）。 3．微型计算机硬件通常由五个基本部分组成，它们分别是（8），（9），（10），（11）和（12）。 4．88086/8088在最小方式下有关总线请求的信号引线是（13）和（14）。 5．8086宏汇编语言中的伪指令可以组成多种伪指令语句，符号定义伪指令的形式为（15），分段定义伪指令的形式为（16），指定起始地址伪指令的形式为（17）。 6．汇编语言编写的源程序是结构化形式的程序，它有四种基本结构形式，它们是（18），（19），（20）和（21）。 7．8086/8088在满足（22）和（23）的条件下可以响应一个外部INTR中断请求；8086/8088的中断向量表在存储器的（24）地址至（25）地址的区域中；向量表的内容是（26）。
8．当一片存储器芯片的容量不能满足系统要求时，需要用多片组合来扩充存储器，扩充的方法有（27）和（28）两种。 9．在计算机系统中，如果存储器芯片的地址线少于系统中所具有的地址线，一般将低位地址线与存储器地址线直接相连，高位地址线有三种译码方式，它们是（29），（30）和（31）。 10．中断处理的过程一般可分为保存断点，（32），（33），（34）和（35）。 11．8086微机系统中，堆栈区内数据存储的规则是（36），堆栈区数据存储单元的地址由（37）和（38）两个寄存器提供起逻辑地址，堆栈操作的指令有（39）和（40）。 两条。 二．问答题（每小题5分，共20分） 1．8086与8088这两个微处理器在结构上有何相同点，有何主要区别？ 2．简述CPU和外设信息交换的各种方式及其特点。 3．8086如何响应一个外部的INTR中断请求? 4．8086执行了一个总线周期”是指8086做了哪些可能的操作？基本总线周期如何组成？在一个典型的读存储器总线周期中，地址信号、ALE信号、RD#信号、数据信号分别何时产生？三．计算和画图题（每小题5分，共15分） 1．8位二进制补码完成–85 + 60 计算，并判断结果是否有溢出。 2．个有32个字的数据区，它的起始地址为80A0：CDF6，算出这个数据区首、末字单元的物理地址。 3．图示说明数据定义伪指令语句 VAR DB 12，–12H，3DUP（0，FFH）实现的内存分配和预置数据。 四．指令和程序题（共20分） 1．指出下列指令中源操作数和目标操作数的寻址方式。（5分） （1）MOV SI，2100H（2）AND AX，ES:[BX] （3）ADC AX，[BX][SI] 2．请写出下列指令单独执行后，有关寄存器及存储单元的内容。（5分） 假设指令执行前(DS)=(ES)=3000H，(AX)=2000H，(BX)=1200H，(SI)=2， (31200H)=2400H，(31202H)=90F7H （1）ADD ES：[BX]，900H （2）MUL WORD PTR [BX+SI] 3．请把下列程序中所缺语句补充完整，并回答问题：（10分） TITLE EXAMPLE.ASM DATA SEGMENT A DW 0 B DW 0 C DW 230，20，54 __________________________ CODE SEGMENT ASSUME ______________________________ PROG PROC FAR START: PUSH DS MOV AX.0 _______________ MOV AX，DATA ________________
计算机控制系统实验报告
南京理工大学 动力工程学院 实验报告 实验名称最少拍 课程名称计算机控制技术及系统专业热能与动力工程 姓名学号 成绩教师任登凤
计算机控制技术及系统 一、 实验目的及内容 通过对最少拍数字控制器的设计与仿真，让自己对最少拍数字控制器有更好的理解与认识，分清最少拍有纹波与无纹波控制系统的优缺点，熟练掌握最少拍数字控制器的设计方法、步骤，并能灵巧地应用MATLAB 平台对最少拍控制器进行系统仿真。 （1） 设计数字调节器D(Z)，构成最少拍随动控制系统，并观察系统 的输出响应曲线； （2） 学习最少拍有纹波系统和无纹波系统，比较两系统的控制品质。 二、实验方案 最少拍控制器的设计理论 r (t ) c(t ) e*(t) D (z) E (z) u*(t) U (z) H 0(s )C (z) Gc (s ) Φ(z) G(z) R(z) 图1 数字控制系统原理图 如图1 的数字离散控制系统中，G C (S)为被控对象，其中 H(S)= (1-e -TS )/S 代表零阶保持器，D(Z)代表被设计的数字控制器，D(Z)的输入输出均为离散信号。 设计步骤:根据以上分析 1）求出广义被控对象的脉冲传递函数G (z ) 2）根据输入信号类型以及被控对象G (z )特点确定参数q, d, u, v, j, m, n 3）根据2）求得参数确定)(z e Φ和)(z Φ 4）根据 )(1) ()(1)(z z z G z D Φ-Φ= 求控制器D (z ) 对于给定一阶惯性加积分环节，时间常数为1S ，增益为10，采样周期T 为1S 的对象，其传递函数为：G C (S) =10/S(S+1)。 广义传递函数： G(z)=Z [])()(s G s H c ?=Z ?? ?????--)(1s G s e c Ts =10(1-z -1 )Z ??????+)1(12s s =3.68×) 368.01)(1() 717.01(1 111------+z z z z
计算机控制系统试题及答案
计算机控制系统试卷一答案 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答 (1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P可以减小静差，但是K P过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数T I大，则积分作用弱，反之强。增大T I将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 5、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。
PLC机械手操作控制系统
摘要 在现代工业中 , 生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展，自动化已经成为现代企业中的重要支柱，无人车间、无人生产流水线等等。已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有 毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这写恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工 业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动 化实践相结合的产物。并以为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械 手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和身效益的有效手段之一。尤 其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国， 近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。 机械手是在自动化生产过程中发展起来的一种新装置。广泛应用于工业生产和其他领域。PLC已在工业生产过程中得到广泛应用，应用 PLC控制机械手能实现各种规定工序动作，对生产过程有着十分重要的意义。论文以介绍 PLC在机械手搬运控制中的应用，设计了一套可行的机械手控制系统，并给出了详细的 PLC程序。设计完成的机械手可以在空间抓放、搬运物体等，动作灵活多样。 整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。关键词：可编程控制器 ,PLC, 机械手操作控制系统 .
目录 第一章概述 (1) 1.1 PLC 控制系统 (1) 1.1.1PLC 的产生 (1) 1.1.2PLC 的特点及应用 (2) 1.2选题背景 (3) 1.2.1机械手简介 (3) 第二章PLC 控制系统设计 (6) 2.1总体设计 (6) 2.1.1制定控制方案 (6) 2.1.2系统配置 (6) 2.1.3控制要求 (9) 2.1.4控制面板 (12) 2.1.5 外部接线图 (13) 2.2.2手动方式状态 (16) 2.2.3回原点状态转移图： (19) 2.2.4自动方式状态 (19) 第三章控制系统内部软组件 (21) 3.1 内部软组件的概述 (21) 3.1.1输入继电器 (21) 3.1.2输出继电器 (21) 3.1.3辅助继电器 (22) 3.1.4状态组件 (23) 3.1.5定时器 (23) 错误！未定义书签。致谢 ........................................................................................................... 参考文献 (24)
计算机控制技术实验报告
精品文档
精品文档 实验一过程通道和数据采集处理 为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按 要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产 过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连 接通道，该通道称为过程通道。它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量 输入通道、数字量输出通道。 模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信 号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和 A/D 转换器等组成。模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信 号，主要有 D/A 转换器和输出保持器组成。 数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的 信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。 数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号 ( 如步进电机 ) ，计算机 可以通过 I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。 输入与输出通道 本实验教程主要介绍以 A/D 和 D/A 为主的模拟量输入输出通道， A/D 和D/A的 芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的 ADC0809和 TLC7528。 一、实验目的 1．学习 A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用 2．学习 D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用 二、实验内容 1．编写实验程序，将－ 5V ~ +5V 的电压作为 ADC0809的模拟量输入，将 转换所得的 8 位数字量保存于变量中。 2．编写实验程序，实现 D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。 三、实验设备 + PC 机一台， TD-ACC实验系统一套， i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 1．A/D 转换实验 ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和 A/D 转换器两部分，其主要特点为：单 电源供电、工作时钟 CLOCK最高可达到 1200KHz 、8 位分辨率， 8 +个单端模拟输 入端， TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。 TD-ACC教学系统中的 ADC0809芯片，其输出八位数据线以及 CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK(1MHz) 上。其它控制线根据实验要求可另外连接(A 、B、C、STR、/OE、EOC、IN0～ IN7) 。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图 1.1-1 所示 的实验线路图。
计算机控制系统复习题及答案
计算机控制系统复习题及答案
《计算机控制系统》课程复习资料 一、简答题： 1.什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？各有什么作用。 2.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述保持器的特点? 4.简述PID 调节器的作用，有哪几种改进型数字PID 算法？ 5.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 6.简要说明什么是计算机控制系统？模拟调节器与数字调节器有何区别? 二、分析和计算题： 1.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 -2 0.1z Y(z)Gc(z)== 1-0.4z +0.8z R(z) ,其中输入为单 位阶跃信号,求输出y(KT)。 2.已知一系统的闭环脉冲传递函数为-1 -1 0.53+0.1z Gc(z)=1-0.37z 当输入为单位阶跃信号 时, 求输出y(KT)及y(∞)。 3.用长除法或Z 反变换法或迭代法求闭环系统2 z +0.5Gc(z)=8(z +0.1z -0.12) 的单位阶 跃响应。 4.已知低通数字滤波器0.5266z D(z)= z -0.4734 ,求D （z ）的带宽ωm;并求当输入E(z)为 阶跃信号时数字滤波器的控制算法。取采样周期T=2ms 。 5.设系统如图所示，试求: ①系统的闭环脉冲传递函数。
②判定系统的稳定性。 ③分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时的稳态误差。 _ 6.设函数的La 氏变换为2 5F(s)= s (s +4) ，试求它的Z 变换F(z)。 7.数字控制系统如图所示,求当K=10,T=1s,a=1时，分别求当输入为单位阶跃、单位斜单位抛物线函数时的稳态误差。 8.已知单位负反馈系统的开环脉冲传递函数为 Gk(z)=K(0.1z+0.08)/[(z-1)(z-0.7)],问当K 为何值时系统稳定。 9.已知系统单位负反馈的开环传递函数为:z +0.8Gk(z)= z(z -1)(z -0.7) 问:K 为何值时系统稳定? 10.已知单位反馈系统的广义对象的Z 传递函数为: -1 -1 -1 -1 -1 0.26z (1+2.78z )(1+0.2z ) W1(z)= (1-z )(1-0.286z ) ,试按最少拍无波纹设计原则设计单位阶跃 输入时,计算机的调节模型D(z),并求其控制算法。 11.已知连续系统的传递函数G(s)=(s+1)/[s(s+2)]试用冲击不变法求其等效的Z 传递函数. 12.已知离散系统的Z 传递函数：22 z 2z 1Y(z) G(z)z 5z 6U(z) ++==++,试求离散系统的状态
计算机控制系统实验报告2
江南大学物联网工程学院 《计算机控制系统》 实验报告 实验名称实验二微分与平滑仿真实验 实验时间2017.10.31 专业班级 姓名学号 指导教师陈珺实验成绩
一、实验目的与要求 1、了解微分对采样噪音的灵敏响应。 2、了解平滑算法抑制噪音的作用。 3、进一步学习MATLAB 及其仿真环境SIMULINK 的使用。 二、仿真软硬件环境 PC 机，MATLAB R2012b 。 三、实验原理 如图微分加在正反馈输入端，计算机用D(Z)式进行微分运算。R 为阶跃输入信号，C 为系统输出。由于微分是正反馈，当取合适的微分时间常数时，会使系统响应加快。若微分时间常数过大，则会影响系统稳定性。 四、D(Z)设计 1、未平滑时的D(Z) 用一阶差分代替微分运算： )1()()()(1--==Z T T Z X Z Y Z D D 式中T Ｄ为微分时间常数，T 为计算机采样周期。 2、平滑后的D(Z) 微分平滑运算原理如图： 取Y ＊(k)为四个点的微分均值，有 )331(6)()()( )33(6 )5 .15.05.05.1(4)( 321321221*-----------+==∴--+=-+-+-+-= Z Z Z T T Z X Z Y Z D X X X X T T X X X X X X X X T T K Y D K K K K D K K K K D x t + ○R
五、SIMULINK仿真结构图 七、思考题 1、微分噪音与采样噪音和采样周期T有什么关系?与微分时间常数有什么关系? 2、平滑后系统输出有无改善?是否一定需要平滑?
机械系统计算机控制考试试题(doc 8页)
机械系统计算机控制考试试题(doc 8页)
武汉理工大学考试试题纸（A卷）课程名称：机械系统计算机控制专业班级机械制造及自动化2002级 题号一二三四五六七八九十总分 题分 备注：学生不得在试题纸上答题（含填空 题、选择题等客观题） 一．填空题（每空0.5分，共20分）
1．8086CPU被复位后，以下各寄存器的内容是Flag：（1）；IP：（2）；CS （3）；系统将从存储器的（4）地址处取指令执行。2．在数字逻辑电路中，逻辑是指（5），组合逻辑电路的特点是（6），时序逻辑电路的特点是（7）。 3．微型计算机硬件通常由五个基本部分组成，它们分别是（8），（9），（10），（11）和（12）。 4．88086/8088在最小方式下有关总线请求的信号引线是（13）和（14）。 5．8086宏汇编语言中的伪指令可以组成多种伪指令语句，符号定义伪指令的形式为（15），分段定义伪指令的形式为（16），指定起始地址伪指令的形式为（17）。 6．汇编语言编写的源程序是结构化形式的程序，它有四种基本结构形式，它们是（18），（19），（20）和（21）。 7．8086/8088在满足（22）和（23）的条
件下可以响应一个外部INTR中断请求； 8086/8088的中断向量表在存储器的（24）地 址至（25）地址的区域中；向量表的内容是 （26）。 8．当一片存储器芯片的容量不能满足系统要 求时，需要用多片组合来扩充存储器，扩充的 方法有（27）和（28）两种。 9．在计算机系统中，如果存储器芯片的地址 线少于系统中所具有的地址线，一般将低位地 址线与存储器地址线直接相连，高位地址线有 三种译码方式，它们是（29），（30）和 （31）。 10．中断处理的过程一般可分为保存断点，（32），（33），（34）和（35）。11．8086微机系统中，堆栈区内数据存储的规则是（36），堆栈区数据存储单元的地址 由（37）和（38）两个寄存器提供起逻 辑地址，堆栈操作的指令有（39）和（40）。 两条。
《计算机控制系统》实验手册
《计算机控制系统》实验手册 上海海事大学电气自动化系施伟锋 上海海事大学电气自动化实验中心李妮娜 目录 1《计算机控制系统》实验指导(Matlaｂ版) (2) 实验一数字PID参数的整定 (3) 实验二Ｓmith算法的运用..........................................５实验三二阶对象数字控制系统设计..............................７实验四达林控制算法的运用 (9) 2 《计算机控制系统》实验指导(DSP版） (11) 实验一实验系统介绍与CＣS软件使用入门 (11) 实验二数字I/O实验—交通灯实验 (26) 实验三PWM输出实验１——直流电机控制实验 (30) 3 《计算机控制系统》课程设计指导（Ｍatlab版）………3３ 4 《计算机控制系统》课程设计指导（DSＰ版) (35) 5 《计算机控制系统》课程设计报告或小论文格式 (40)
《计算机控制系统》实验指导 （Ｍaｔlab 版) 一、实验课程教学目的与任务 通过实验设计或计算机仿真设计，使学生了解和掌握数字ＰＩD控制算法的特点、了解系统PID参数整定和数字控制系统的直接设计的基本方法,了解不同的控制算法对被控对象的控制特性，加深对计算机控制系统理论的认识，掌握计算机控制系统的整定技术，对系统整体设计有一个初步的了解。 根据各个实验项目,完成实验报告(用实验报告专用纸)。 二、实验要求 学生在熟悉ＰC机的基础上，熟悉ＭAＴLAＢ软件的操作，熟悉Ｓiｍuli ｎk工具箱的软件编程。通过编程完成系统的设计与仿真实验，逐步学习控制系统的设计,学习控制系统方案的评估与系统指标评估的方法。 计算机控制系统主要技术指标和要求: 根据被控对象的特性,从自动控制系统的静态和动态质量指标要求出发对调节器进行系统设计，整体上要求系统必须有良好的稳定性、准确性和快速性。一般要求系统在振荡２~3次左右进入稳定;系统静差小于3％~5%的稳定值（或系统的静态误差足够小）；系统超调量小于３0％~５0%的稳定值;动态过渡过程时间在3~5倍的被控对象时间常数值。 系统整定的一般原则: 将比例度置于交大值,使系统稳定运行。根据要求,逐渐减小比例度,使系统的衰减比趋向于４：１或10：1。若要改善系统的静态特性,要使系统的静差为零,加入积分环节,积分时间由大向小进行调节。若要改善系统的动态特性,增加系统的灵敏度,克服被控对象的惯性,可以加入微分环节,微分时间由小到大进行调节。PID控制的三个特性参数在调节时会产生相互的影响，整定时必需综合考虑。系统的整定过程是一个反复进行的过程，需反复进行。
最新计算机控制系统试题
计算机控制系统试题（A卷） 分析说明或计算下列各题： 1.画出计算机控制系统的方框图，并分别说明各单元的作用。(15 分) 2.写出数字PID位置型和增量型控制算法的计算式，并比较两种算 法的优缺点。(15分) 3.在数字PID中，采样周期T的选择需要考虑哪些因素？(15分) 4.已知被控对象的传递函数，采样周期T=0.1s， 采用零阶保持器，单位负反馈系统。要求针对单位阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的，并计算输出响应和控制信号 序列。（0.368）(15分) 5.被控对象的脉冲传函，采样周期 T=1s，试用达林算法设计τ＝2s的，对于单位阶跃输入的数字控 制器D(z)，并计算输出响应和控制信号序列。（ 0.607）(15分) 6.动态矩阵控制算法为何只能适用于渐近稳定的对象？对模型时 域长度N有什么要求？若N取得太小会有什么问题？(10分) 7.说明计算机控制网络的特点以及控制网络与信息网络的区别。 (15分) 附录常用Z变换表
计算机控制系统试题答案（A卷） 1．答： 计算机控制系统的基本框图如下： （8分） ①测量变送器：测量被控对象的控制参数，并变换成一定形式的电信 号；（1分）
②A/D转换器：将电信号转换成数字信号反馈给计算 机；（1分） ③控制器：将反馈信号与给定值信号进行比较，得到的偏差信号按照一定 的控制算法输出数字控制信 号； （2分） ④D/A转换器：将数字控制信号转换为模拟控制信号驱动执行 器；（1分） ⑤执行机构：接受模拟控制信号，改变被控对象的控制参数 值；（1分） ⑥被控对象：工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器 等。（1分） 2．答： 位置型PID算法： （3分） 增量型PID算法： （ 3 分 ）
计算机控制系统测试题
一、填空 1、计算机控制系统，从本质上看，它的控制过程可以归纳为 ，，和四个步骤。一个实时控制系统必定是一个在线系统，这里“在线”的含义是指 而“实时控制”的含义是指 。 2、A/D转换器的分辨率和精度是两个不同的概念。分辨率是指 ；而相对精度是指 ;一个10位A/D转换器，基准电源的信号电压为5.12V时，它的绝对精度是mv，它的相对精度为，它的分辨率为mv。 3、计算机控制系统中，直接数字控制（DDC）的含义是 。 4、过程通道包括、、和。 5、模拟量输入通道中，选用“采样保持器”的作用是 。 6、为了克服积分饱和作用，主要有，，三种方法。 二、简答题 1、什么是顺序控制？ 2、简述最少拍控制的具体要求。 3、简述模拟量输入通道的一般组成，并画出示意图。 4、什么是分布式控制系统。 三、现已知某炉温变化范围为0~1000℃，测试时，采用9位的A/D变换器(带符号位)，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。若测试时，通过变送器将测试起点迁移到500℃，保持同样的系统对炉温变化的分辩率，试问此时可采用几位的A/D变换器就可以了。
四、写出数字PID 控制算法的位置式和增量式两种标准算法并简要回答下列问 题： 1. 简述积分分离法克服位置式PID 积分饱和作用的原理。 2. PID 数字控制器参数整定的含义是什么？简述工程实现时，参数整定的 步骤。 五、已知系统方块图如图2所示（已知Z[1/s 2]=Tz/(z-1)2） 1）若如果D(s)=K ＝2,试求使闭环系统稳定的T 取值范围。 2) 在闭环系统稳定的情况下，设计针对单位速度输入112()(1)W z Tz z --=-时，理想最少拍闭环传递函数为12()2M z z z --=-，试设计最少拍控制器D(z)。 测试（2） 一、名词解释 （1）DDC （2）DCS （3）PLC （4）直线插补 （5）最少拍控制 （6）联机控制 二、填空 （1）计算机控制系统由（ ）和（ ）两大部分组成。 （2）过程通道包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。
计算机控制系统设计性实验 (1)
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下5个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
四、设计题目： 1、瓦斯气体浓度控制系统： 要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 2、酒精浓度自动控制系统： 要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路。实现以下要求： 设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号； a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 3、恒温箱控制系统： 要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。