18秋西南大学1084《计算机控制技术》作业答案.docx
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18秋西南大学1084《计算机控制技术》作业答案
主观题
1、实现A/D转换的方法很多，常用的有逐次逼近法、 及电压频率转换法等。
参考答案：
双积分法
2、模拟量输出通道一般由接口电路、 、数/模转换器和电压/电流（v/I）变换器构成。
参考答案：
控制电路
3、DAC0832是 位数模转换器。
参考答案：
8
4、USB总线系统中的设备可以分为三种类型：
USB主机、USB集线器、 。
参考答案：
USB总线设备
<\/p>
5、RS-485是一种多发送器的电路标准，它是RS-422A性能的扩展，是真正意义上的总线标准。
它允许在两根导线（总线）上挂接 台RS-485负载设备。
参考答案：
32
6、针对设备对系统资源需求的不同，在USB规范中规定了四种不同的数据传输方式：
控制（Control）传输方式、 、同步（Isochronous）传输方式以及批（Bulk）传输方式。
参考答案：
中断（Interrupt）传输方式
<\/p>
7、IEEE488总线的数据传输速率≤ MBit/s。
参考答案：
10
8、计算机网络按网络拓扑划分，包括：
星形网、环形网、总线型网和 。
参考答案：
网状网
9、计算机控制系统硬件技术的研究包括：
可编程控制器、可编程序调节器、单片微型电脑、 、新型微型控制单元。
参考答案：
总线式工控机
10、计算机网络按功能划分，包括：
通信子网和 。
参考答案：
资源子网
11、HART通信协议是依照国际标准化组织（ISO）的开放式系统互连（OSI）参考模型，简化并引用其中三层（物理层、 、应用层）而制定的。
参考答案：
数据链路层
<\/p>
12、典型的计算机控制系统的硬件主要包括计算机主机、 、操作控制台和常用的外部设备。
参考答案：
过程控制通道
<\/p>
13、计算机网络按交换方式划分，包括：
电路交换网、报文交换网和 。
参考答案：
分组交换网
<\/p>
14、总线标准主要包括以下几方面的特性：
机械特性、电气特性、 、时间特性。
参考答案：
功能特性
<\/p>
15、干扰源、传播途径及 构成了干扰系统的三个要素。
参考答案：
干扰对象
<\/p>
16、为了提高计算机的抗干扰能力，可以将 作为屏蔽，而把机内器件架与外壳绝缘。
参考答案：
主机外壳
17、计算机控制系统在工业现场运行时，所受干扰的来源是多方面的，除电网电压的过压、欠压以及浪涌以外，对系统危害最严重的首推电网的 。
参考答案：
尖峰脉冲干扰
18、按照通信线路上信息传送的方向，可分成三种传送方式：
全双工通信方式、半双工通信方式和 。
参考答案：
单工通信方式
19、根据IEEE802标准，LAN协议包括：
物理层、逻辑链路控制层、 。
参考答案：
介质访问控制层
20、构成局域网的网络拓扑结构主要有星形结构、 、环形结构和混合结构。
参考答案：
总线结构
21、预测控制算法的种类虽然多，但都具有相同的三个要素：
预测模型、 和反馈校正。
参考答案：
滚动优化
22、通用运动控制器从结构上主要分为如下三大类：
基于计算机标准总线的运动控制器、Soft型开放式运动控制器、 。
参考答案：
嵌入式结构的运动控制器
23、从打印机的打印原理来分，有点阵式打印机、喷墨式打印机、 、热敏式打印机、墨点式打印机、液晶快门式打印机和磁式打印机。
参考答案：
激光式打印机
24、DA转换器接口一般有两种隔离方式：
和数字信号隔离。
参考答案：
模拟信号隔离
25、计算机控制系统按照采用的控制方案的不同，可以分为程序和顺序控制、 、高级控制、智能控制。
参考答案：
常规控制
26、在电源变压器中设置合理的 是一种有效的抗干扰措施。
参考答案：
屏蔽（静电屏蔽和电磁屏蔽）
27、描述和比较LAN时，常考虑如下四个方面：
传输媒体、传输技术、网络拓扑、 。
参考答案：
访问控制方法
28、一个典型的运动控制系统主要由运动部件、 、执行机构、驱动器和运动控制器构成。
参考答案：
传动机构
29、报警程序的设计方法主要有两种。
一种是全软件报警程序，另一种是 。
参考答案：
直接报警程序
30、A/D转换器模板设计中应考虑的内容很多，大致有以下几个部分：
采样保持器、信号放大器、多路模拟信号的切换、隔离技术、A/D转换的精度与速度、 。
参考答案：
参考基准电压
31、D/A转换器，按数字量输入方式分，可分为并行输入和 两种。
参考答案：
串行输入
32、在USB1.1版本中定义了两种速率的传输工作模式—低速模式和 模式。
参考答案：
全速
33、RS-485是一种多发送器的电路标准，它是RS-422A性能的扩展，是真正意义上的总线标准。
它允许在两根导线（总线）上挂接 台RS-485负载设备。
参考答案：
32
34、物位仪表按工作原理可分以下几种：
直读式物位测量仪表、浮力式物位测量仪表、静压式物位测量仪表、电磁式物位测量仪表、核辐射式物位仪表、声波式物位测量仪表以及 。
参考答案：
光学式物位测量仪表
35、流量检测计，按测量方法分，有直接测量式和 。
参考答案：
间接测量式
36、过程控制通道可分为以下四种：
模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、 。
参考答案：
数字量输出通道
37、主机是指用于控制的计算机，它主要由CPU、存储器和 三大部分组成。
参考答案：
接口
38、根据工程统计，对计算机控制系统的干扰大部分是由 产生的。
参考答案：
电源涡合
39、常用的插值公式有 、拉格朗日插值公式、线性插值公式等。
参考答案：
多项式插值公式
40、在过程控制中较为常见的两个非线性关系是 、温度与热电势。
参考答案：
差压与流量
41、A/D转换器的主要性能指标包括：
分辨率、转换时间、量程、 。
参考答案：
精度
42、D/A转换器的主要性能指标包括：
分辨率、转换时间和 。
参考答案：
绝对误差
43、IEEE488总线的数据传输速率≤ MBit/s。
参考答案：
10
44、总线在完成一次传输周期时，可分为以下四个阶段：
申请分配阶段、寻址阶段、数据传输阶段和 。
参考答案：
结束阶段
45、执行器按动作行程分类，可分为角行程执行器和 。
参考答案：
直行程执行器
46、流量检测计，按测量的单位分，有 和体积流量计。
参考答案：
质量流量计
47、热电阻引线对测量结果有较大的影响，现在常用的引线方式有 、三线制和四线制三种。
参考答案：
两线制
48、对于存在共模干扰的场合，不能采用单端输人方式，应采用 方式，原因是其抗共模干扰能力强。
参考答案：
双端输入
49、计算机网络按功能划分，包括：
通信子网和 。
参考答案：
资源子网
50、在计算机数据处理系统中，常用的补偿方法有计算法、 、折线法。
参考答案：
插值法
51、常见的总线集中控制方式主要有链式查询方式、 和独立请求总线控制方式。
参考答案：
计数器定时查询方式
52、电动执行器主要由伺服放大器和执行机构组成，中间可以串接 。
参考答案：
操作器
53、接触式测温仪表主要有:
基于物体受热膨胀原理制成的膨胀式温度检测仪；基于密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质制成的压力式温度检测仪表；基于导体或半导体电阻值随温度变化而变化的热电阻温度检测仪表；基于热电效应的 。
参考答案：
热电偶温度检测仪表
54、产生差模干扰的因素主要有分布电容的静电祸合、长线传输互感、 工频干扰，以及信号回路中元件的参数变化等。
参考答案：
50Hz
55、互联设备是实现网络互联的基础，按连接网络的不同，网络互联设备分为中继器、 、网桥、交换机、路由器和网关等。
参考答案：
集线器
56、数控系统按结构分，包括：
开环数控系统、全闭环数控系统和 。
参考答案：
半闭环数控系统
57、中值滤波，就是对某一参数连续采样n次（一般取n为奇数），然后把n次的采样值从小到大或从大到小排队，再取 作为本次采样值。
参考答案：
中间值
58、实现A/D转换的方法很多，常用的有逐次逼近法、 及电压频率转换法等。
参考答案：
双积分法
59、数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、 等组成。
参考答案：
输出口地址译码电路
60、总线标准主要包括以下几方面的特性：
机械特性、电气特性、 、时间特性。
参考答案：
功能特性
61、简述热电偶测温的原理。
参考答案：
热电偶温度计是利用不同导体或半导体的热电效应来测温的。
将两种不同的导体或半导体A和B接成闭合回路，接点置于温度为t及t。
的温度场中，设t>to，则在该回路中会产生热电动势:
接触电势和，温差电势，它们与t及有关，与两种导体材料的特性有关。
可以导出回路总电势。
<\/p>
62、什么叫积分分离?
遇限切除积分的基本思想是什么?
参考答案：
积分分离PID算法的基本思想是:
在偏差e（k）较大时，暂时取消积分作用;当偏差e（k）小于某一设定值A时，才将积分作用投人，即
当大于A时，用P或PD控制;<\/p>
当小等于A时，用PI或PID控制。
<\/p>
遇限切除积分的PID算法是抑制积分饱和的方法之一。
其基本思想是:
一旦计算出的控制量u（k）进入饱和区，一方面对控制量输出值限幅，令u（k）为极限值;另一方面增加判别程序，在PID算法中只执行消弱积分饱和项的积分运算，而停止进行增大积分饱和项的运算。
<\/p>
<\/p>
<\/p>
63、什么是过程通道?
过程通道由哪几部分组成?
参考答案：
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输人通道、数字量（开关量）输出通道。
<\/p>
<\/p>
64、抑制尖峰干扰最常用的方法有哪些?
参考答案：
抑制尖峰干扰最常用的方法有三种:
在交流电源的输人端并联压敏电阻;采用铁磁共振原理（如采用超级隔离变压器）;在交流电源输人端串入均衡器，即干扰抑制器。
另外，使系统远离干扰源，对大功率用电设备采取专门措施抑制尖峰干扰的产生等都是较为可行的方法。
65、描述交流、直流伺服电动机的工作原理。
参考答案：
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到交流电源上，当控制绕组上的控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无起动转矩，转子不转;若有控制电压加在控制绕组上，且控制绕组内流过的电流和励磁绕组的电流不同相，则在气隙内会建立一定大小的旋转磁场。
此时，就电磁过程而言，就是一台分相式的单相异步电动机，因此电动机就有了起动转矩，转子就立即旋转。
但是，这种伺服性仅仅表现在伺服电动机原来处于静止状态下。
伺服电动机在自动控制系统中起执行命令的作用，因此不仅要求它在静止状态下能服从控制电压的命令而转动，而且要求它在受控起动以后，一旦信号消失，即控制电压除去，能立即停转。
直流伺服电动机的工作原理和普通直流电动机相同，给电动机定子的励磁绕组通以直流电流，会在电动机中产生磁通，当电枢绕组两端加直流电压并产生电枢电流时，这个电枢电流与磁通相互作用而产生转矩就使伺服电动机投人工作。
这两个绕组其中一个断电时，电动机立即停转。
它不像交流伺服电动机那样有“自转”现象，所以直流伺服电动机也是自动控制系统中一种很好的执行元件。
66、简述集散控制系统特点
参考答案：
集散控制系统（DistributedControlSystem,DCS）又称为分散控制系统。
该系统采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治、综合协调形成具有层次化体系结构的分级分布式控制，一般分为四级，即过程控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。
过程控制级是集散控制系统的基础，用于直接控制生产过程。
在过程控制级参与直接控制的可以是计算机，也可以是PLC或专用的数字控制器。
由于生产过程的控制分别由独立的控制器进行，可以分散控制器故障，局部的故障不致影响整个系统的工作，从而提高了系统工作的可靠性。
<\/p>
<\/p>
<\/p>
67、按照网络的拓扑结构，计算机网络可以分为哪几类?
并对每类加以说明。
参考答案：
在计算机通信网络中，网络的拓扑（Topology）结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互连接的方式。
常用的网络拓扑结构有以下几种。
①星形网。
以一台中心处理机为主而构成的网络，其他人网的计算机仅与该中心处理机<\/p>
之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。
<\/p>
②环形网。
人网机器通过中继器接人网络，每个中继器仅与两个相邻的中继器有直接的<\/p>
物理线路，所有的中继器及其物理线路构成了一个环状的网络系统，环形网也是局域网的一种主要形式。
<\/p>
③总线型网。
所有人网机器共用一条传输线路，机器通过专用的分接头接人线路。
由于<\/p>
线路对信号的衰减作用，总线型网仅用于有限的区域，常用于组建局域网。
<\/p>
④网状网络。
利用专门负责数据通信和传输的节点机构成的网络，人网机器直接接入节<\/p>
点机进行通信，网状网络主要用于地理范围大、人网机器多的环境，例如构造广域网。
<\/p>
<\/p>
<\/p>
68、数字控制器的连续化设计步骤是什么?
参考答案：
数字控制器的连续化设计步骤。
1.设计假想的连续控制器<\/p>
采用连续系统的设计方法（如频率特性法、根轨迹法等）设计出假想的连续控制器D（s）,<\/p>
2.选择采样周期T<\/p>
根据采样定理，采样周期。
由于被控对象的物理过程及参数的变化比较复杂，<\/p>
致使模拟信号的最高角频率。
很难确定。
采样定理仅从理论上给出了采样周期的上限，实际采样周期的选择要受到多方面因素的制约。
<\/p>
3.将D（s）离散化为D（z）<\/p>
将连续系统离散化的方法有很多，如双线性变换法、后向差分法、前向差分法、冲击响应不变法、零极点匹配法、零阶保持法等。
在这里，主要介绍常用的双线性变换法、后向差分法和前向差分法。
<\/p>
<\/p>
<\/p>
69、详述压力检测的主要方法和分类。
参考答案：
压力检测的方法很多，按敏感元件和转换原理的特性不同，一般分为以下几类:
①液柱式压力检测。
它是依据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度来实现测量的。
利用这种方法测量压力的仪器主要有U型管压力计、单管压力计、斜管微压计、补偿微压计和自动液柱式压力计等。
这类压力计结构简单、使用方便，但其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。
<\/p>
②弹性式压力检测。
它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移来实现测量的，常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。
<\/p>
③负荷式压力检测。
它是基于静力平衡原理进行压力测量的，典型仪表有活塞式、浮球式和钟罩式三大类。
它普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行标定。
<\/p>
④电气式压力检测。
它是利用敏感元件将被测压力转换成各种电量，如电阻、电感、电容、电位差等。
该方法具有较好的动态响应特性，量程范围大，线性好，便于进行压力的自动控制。
<\/p>
其他压力检测仪表还有弹性振动式压力计、压磁式压力计等。
弹性振动式压力计是利用弹性元件受压后其固有振动频率发生变化这一原理制成的，其本质是将被测压力转换成频率信号加以输出，所以抗干扰性强。
压磁式压力计是利用铁磁材料在压力作用下会改变其磁导率的物理现象而制成的，可用于测量频率高达1000Hz的脉动压力。
<\/p>
<\/p>
<\/p>
70、计算机总线可以分为哪些类型?
参考答案：
总线的分类方法比较多，按照不同的分类方法，总线有不同的名称。
按照总线内部信息传输的性质，总线可以分为数据总线、地址总线、控制总线和电源总线;按据总线在系统结构中的层次位置，一般把总线分为片内总线、内部总线和外部总线;按照总线的数据传输方式，总线可以分为串行总线和并行总线;根据总线的传输方向又可以分为单向总线和双向总线。
<\/p>
71、什么叫总线?
为什么要制定计算机总线标准?
参考答案：
总线就是一组线的集合，它定义了各引线的电气、机械、功能和时序特性，使计算机系统内部的各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系，进行数据传递。
采用总线标准的目的主要有两个:
一是生产厂能按照统一的标准设计制造计算机;二是用户可以把不同生产厂制造的各种型号的模板或设备用一束标准总线互相连接起来，因而可方便地按各自需要构成各种用途的计算机系统。
<\/p>
72、 已知广义被控对象:
给定T=1s。
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。
参考答案：
解：
广义对象脉冲传递函数为
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
解得 。
闭环脉冲传递函数为
则
73、 某系统的连续控制器设计为：
D（S）=U（S）/E（S）=（1+T1S）/（1+T2S），试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D（Z），并分别给出三种方法对应的递推控制算法
参考答案：
解：
双线性变换法的数字控制器为：
D（Z）=（1+2/Tx（Z-1）/（Z+1）xT1）/（1+2/Tx（Z-1）/（Z+1）xT2）
=（T-2T1 +（T+2T1）xZ）/（T-2T2 +（T+2T2）xZ）
对应的递推控制算法为：
u（k）=-（T-2T2）/（T+2T2）xu（k-1）+（T+2T1）/（T+2T2）xe（k）+（T-2T1）/（T+2T2）xe（k-1）
前向差分法的数字控制器为：
D（Z）=（1+T1 x（Z-1）/T）/（1+T2 x（Z-1）/xT）
=（T-T1 +T1 xZ）/（T-T2 +T2xZ）
对应的递推控制算法为：
u（k）=-（T-T2）/T2 xu（k-1）+（T+T1）/T2 xe（k）+（T-T1）/T2 xe（k-1）
后向差分法的数字控制器为：
D（Z）=（1+T1 /Zx（Z-1）/T）/（1+T2 /Z x（Z-1）/xT）
=（TxZ-T1 +T1 xZ）/（TxZ-T2 +T2 xZ）
对应的递推控制算法为：
u（k）=T2/（T+T2）xu（k-1）+（T+T1）/（T+T2）xe（k）-T1 /（T+T2）xe（k-1）
74、
1、写出该系统的开环传递函数；
参考答案：
75、
参考答案：
76、输人/输出通道中经常会遇到什么干扰?
如何进行抑制?
参考答案：
过程通道是计算机控制系统的现场数据采集输人和输出通道，它包括了现场信号源、信号线、转换设备、I/O接口电路、主机和执行机构等。
过程通道涉及内容多，分布广，受干扰的可能性大，其抗干扰问题非常重要。
过程通道干扰的来源是多方面的，主要有共模干扰、差模干扰和长线传输干扰。
1.共模干扰的抑制
共模干扰产生的原因主要是不同的地之间存在共模电压，以及模拟信号系统对地的漏阻
抗。
共模干扰的抑制措施主要有三种:
变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽。
2.差模干扰的抑制
差模干扰信号和有效信号相串联，叠加在一起作为输入信号，因此，对差模干扰的抑制较为困难。
对差模干扰应根据干扰信号的特性和来源，分别采用不同的措施来抑制。
① 对于来自空间电磁藕
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