1.1什么是计即机控制系统？它由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过穆控制的系统八计笄机控制系统由「•业控制机和生产过程两个大部分组成。

匸业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计57机，它包括便件和软件两部分。

生产过程包括被控对徐、测讯变送、执行机构、电气开关装匿.1.2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。

⑶“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。

1・3操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，屈于开坏控制结构。

计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。

其原理框图如图所示。

图操作指导控制系统原理框图(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结杲与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。

DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程屮最普遍的一种应用形式。

其原理框图如图所7J\ ©控制台(3) 计算机监督控制系统(SCC 系统):SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC 系 统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC 系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系 统不能运行在最佳状态，而SCC 系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、 最优控制以及自适应控制等。

SCC 系统的原理框图如图所示。

SCC 系统原理框图SCC 是操作指导控制系统和DDC 系统的综合与发展。

1.4 T.业控制机由哪儿部分细成？并部分的巫要作用是什么？ T 业控制机的特点是什 么？ 答：丁业控制机主要由以下几部分组成:1、硬件细成：（1）主机板：进彳J 必要的数值计算，逻辑判断，数据处理。

<2）内部总线：内部并部分进行信息传递的公共通逍，是一纽信号线的集合。

<3）外部总线：与只他汁笄机和智能设备进行信息传送的公共通道。

（4） 人一机接口 （5） 系统支持功能：监控定时器、电源掉电检测、保护用要数据的麻台存储器体、实时I 」历时钟、磁盘系统、通信接口、输入输出通道。

2、软件组成：（1）系统软件：实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序。

生产过程检 测 元 件执行机构模拟駅或开关帚输入通道模拟量或开关量输出通道微机多路开关<2）支持软件:汇編语言、奇级语言、编译程序.编辑程序、调试程序、诊断稈序。

（3）hV用软件：过稈输入稈序、过稈控制程序、过稈输出稈序、人一机接口出稈序。

工业控制机的特点如下：（1）可篠性高和克维修性好（2）环境适应性强（3）控制的实时性好（4）晚介的输入输岀通道（5）丰富的软件（6）适岂的计算耕度和运算速度2.1什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接II和输出接II。

按口技术址研究计刀机与外部设备Z间如何交换信息的技术。

过稈通道是计侨机与生产过稈Z间设置的信息传送和转换的连接通道。

2.2采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设i十X路数字炽（开关址）输入接口和8路数字常输出接口。

请倆出接口电路原理图，并分别编写数字讹输入与输出程序。

2.3用8位A/D转换器ADC0809通过8255A与PC总线匸业控制接口,实现8路模拟fit的采集，请曲出接口原理图，并设计出8路模拟讯的数据釆集程序。

2.5请分别呦出一个有源I/V变换电路和一个无源I/V变换电路图。

并分别说明各个滦件的作用。

2.7采样保持器的作用是什么？是占所有的模拟常输入通道屮都需要采样保持器？为什么？答：为了提高模拟M输入信号的频率范I札以适应某些師时间变化较快的信号的要求，可以采用带冇保持器电路的釆样器。

当被测信号变化很慢时，若A/D转换器时间足够短，可以不加采样保持器。

2.9试用8255A. AD574、LF398、CD4051和PC总线工业控制机接口设计出8路模拟量采集系统，请呦出接口电路原理图，并编吗相应8路模拟星数据采集稈序。

2.1（）采用DACO832和PC总线丁业控制机接口，请倆出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。

4.1数字控制器的连续化设计步骤是什么？答：1、设计家乡的连续控制器D(S)2、选择采样周期T3、将D(S)离散化为D (Z)4、设计由计算机实现的控制口法5、校验4.2某系统的连续控制器设计为= = =甲E(s) 1 + 7；5试用双线形变换法、前向莱分法、麻向差分法分别求出数字控制器D (Z),并分别给出三种方法对W的递推控制算法。

答：双线形变换法：由5 = - —带入D (s)表达式中得到：T z + lT z-\门。

二 *弓而二]+ 2三Ml "(r + 27；) + (T-27；)r l进一步利用0（沪器得到:U（z）（T + 27；） +（r-2T2）Z~'U（Z） = E（z）（T + 27；） + （T - 27；）Z“E（z）丽亓［⑺+ :⑺貞灯+⑺- 27；）心-1）-7 - 27＞伙一1）］前向寿分法：将s =—代入D （s）中得到:TD（・）=G +T =£+7_刁）2“J T2Z^T-T2T2^（T-T2）Z1所以：u伙）=丄⑺幺伙） + （T-了）£伙一1）一（卩一耳加伙一1）］后向差分济将"誓代入D®中得珈所以：u（k） = ----- ［T2u（k-1） + （7+7；）e伙）一心伙一I）］■4.3什么是数字PID位買控制毎法和増讯世控制口法？试比较它们的优缺点。

答：数字PID位置控制算法的数学表达式为：“伙）= K」e伙）+令£e伙）+ 7/伙）二;伙二"］数字PID增“型控制算法的数学表达式为：z , ］、I /71、’ 厂 4 / \ 1 丁心一1）一0伙一2）U伙一l） = Kp"伙一1） + 产5幺（"+ 7； --- ----------- 1△”（R） = u（R）-“ 伙一1）这种数字PID貝法的比较如下：（1）增轼型算法不需要做累加，控制朮增城的确定仅与般近儿次谋寿采样值有关，计算谋并对控制讯的汁算妙响较小。

而位置型的算法要用到过去的決并的累加值，容易产生大的累加误寿。

（2）增肚型•口法紂出的是控制ht的增hh而位咒型笄法得到的控制两的全肚输出，误动作影响很大。

（3）采用增怙熨算法，易于实现F动到白动的无冲击切换。

4.4已知模拟调节器的传递函数为：所以：u（k） =如=空—试吗出柑应数字控制器的位置型和增城型控制矣法，设采样周 E(s) 1+0.085$ 期T=0.2S 并以C 语言实现。

答：根ft ；D (5)= —= -1^°-175-,得到 0.085+ w(r) = 0.17- + e(t)E(s) 1 + O.O85.V dtdt0.085"伙)~；伙-I )+ “(jfc) = 0.17 *伙)_；伙 + e(R),⑺=0.2s]令：m=().()85”亘讥+ 如心-2)5m +1 5m +1 5m +1吨)*i —為吨7“-2)] +屠应*(—2)卜鹊迅I)所以：u(k ) = 0.298[u(A:-1)-u(it-2)] +1,298[e(il)+e(k -2)] +1.895e(ik-1)4.6釆样周期的选择需要考虔什么因素？答：(I)根执:芥农定律可以汁帀出采样周期的上限，兀下限为计灯机执行控制稈序和输入和 输出及A/D.D/A 转换时间。

(2) 给定值的变化频率。

(3) 被控对象的特性。

(4) 执行机构的特性. (5) 控制即法的类型。

(6) 控制的冋路数。

4.7试叙述试凑法，扩充临界比力度法，扩充响W 曲线法整定PID 参数的步骤。

4.8数字控制器的离散化设汁步骤是什么？答:（I ）根据系统性能的指林要求和兀他约束条件确定所需的闭”、脉冲传递函数GU ）（2）根据式G （z ）=— =ZIM5）G5）］=4^：£-G V ）］求出广义对象的脉冲传递函数Az ） $（3）根据式吩右鳥求得数字控制那脉冲传递函数（4）根据求取控制器帀法的递推形式〃⑵=*zU-》qZ ‘“⑵M) 日 炳 “粼)=习很lc-i) -牙"R -。

M)"伙)= 5m5m +1 u 伙一 l) + 1(加 + 1 5m +1 e(k)- l()/n5m +1 £伙一 1)4.9己知被控对彖的传递函数为q（$）=&）；冷,采样周期为T=lv,采用零阶保持器。

要求:（I）针对单位速度输入信号设汁眾小拍无纹波系统的口汰并计貝输出响应）伙人控制信号粼）■误差粼）序列.価出它们对时间的波形•（2）针对单位阶跃输入信号设计址小拍有纹波系统的口门・并计灯输出响应）伙八控制信 弓瓜灯、误并HR ）序列，蝴出它们对対间的波形。

解：（I ）广义对象传递函数:1（）! F1（） 1_9Z "+Z J_F （9+F ）=1-旷_ “ J=Qi/=av=l,；=L<7=l〃i=“+d=（）”=v_j+g=]〜 7z"* z 1对于单位速度输入信号W ）n=>Rz ）二花二甲二眉甲e.⑵=I -e (z )=[Y[ I -y' ](i- z" r 厅(乙)i«l4>(z) = I _y z) = z 1 - fz\Z・・・$] =l,<J>(z) = z" 1 0( Z) _ 1 - z"z"•••D (Z )= G(zj 1 -<^(z) ~ z'1 (9+z5 I - z'11=9+戶k =0丄2,…选择:y （z ）=R （：）e （z ）C/(Z )=E(Z )D(Z ) = ^T [对时间的波形见下图:T(9+Z 7)1-Fd = ()* == (),q = 2 J = 1m = w + d = 1〃=v-J+g=2对于单位阶跃信^J r(r) =T ⑴=> R(z)=二］一®(z) = (l - M* (z) = 1-^(2)=> f 2l = 2.f 22 =-l =>4>(z) = 2z-|-z"2° 12 3 4I2-z-1(1-以)(9 + 2为E⑵就3⑵希e(k) = 3(k— I)Y(z) = /?(z)0(z) = lz2 +3h +4严 + …^)=uR=O,1k = 2,3,...[7(z) = E(z)D(z) ="伙)=0」*T(jl-l)-l.l*(--y0 12 3 40 12 3 4 D(z) =G(z) I-⑦U) 广(9 + 丁)d-z"1)25. 1若加工第二象限直线0A,起点0 (0, 0),终点A (-6, 6)o 要求： (1) 按逐点比较法插补进行列表计算； (2) 作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。