最新计算机控制技术课后习题答案解析.docx

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。 ?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。 .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。 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。 5?可以采用分时控制。在连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。而在计 算机控制系统中，由于计算机具有高速的计算处理能力， 一个数字控制器经常可以采用分时 控制的方式，同时控制多个回路。 6?易于实现管控一体化。采用计算机控制系统可实现控制信息的全数字化，易于建立 集成企业经营管理、生产管理和过程控制于一体的管控一体化系统。 即建立集成了生产过程 控制系统PCS、生产执行系统 MES和企业资源管理系统 ERP的综合自动化系统。 .计算机控制系统的主要性能指标有哪些？ 解： 1.稳定性 稳定性是对控制系统最重要的要求之一。 一个控制系统只有稳定， 才有可能工作，也才 能谈得上控制性能的好坏与优劣。 因此，对于计算机控制系统来说， 稳定性分析同样是一个 重要的方面。通常采用控制理论中的离散系统稳定性分析方法 （如变换域的劳斯判据）来分 析计算机控制系统的稳定性，用稳定裕量 （即相角裕量和幅值裕量）来衡量计算机控制系统的 稳定程度。 ?能控性与能观性 能控性和能观性是现代控制理论中两个非常重要的概念， 它们从控制系统状态的控制能 力和状态的观测能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。 动态指标 动态指标能够比较直观地反映控制系统的动态过渡过程特性。 在经典控制理论的时域分 析中用时域指标来衡量控制系统动态性能的好坏，常用指标有：延迟时间 td、上升时间tr、 峰值时间tp、调节时间ts、超调量 %。在实际应用中，常用的动态性能指标为上升时间、 调节时间和超调量。通常用 tr和tp评价系统的初始响应速度，用 ts评价系统的总体响应速 度和平稳程度，用 %评价系统的平稳性。 当利用频率特性进行控制系统的分析和设计时， 常用频域指标来衡量控制系统动态性能 的优劣。在用开环对数频率特性设计控制系统时， 常用静态速度误差系数 Kv、相角裕量 、 幅值裕量I和开环截止频率 c等指标；而用闭环频率特性设计控制系统时，常采用静态速 度误差系数Kv、闭环谐振峰值 Mr、闭环谐振频率 r和闭环频带宽度 b等指标。 稳态指标 稳态指标是控制系统控制精度或抗干扰能力的一种度量，常用稳态误差 ess来表征。通 常在阶跃函数、斜坡函数或加速度函数作用下进行测定或计算， ess表示系统的稳态输出量 y