计算机控制系统课后参考答案

2-1简述过程通道的作用、类型和组成？作用：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。类型：按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。组成：【数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/DigitalConverter，简称A/D转换器或ADC)。模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和V/I变换等信号调理电路组成。(1)D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器(Digital/AnalogConverter,简称D/A转换器或DAC)。它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。(2)V/I变换：一般情况下，D/A转换电路的输出是电压信号。在计算机控制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少由于传输带来的干扰和衰减，需要采用电流方式输出模拟信号。许多标准化的工业仪表或执行机构，一般是采用0～10mA或4～20mA的电流信号驱动的。因此，需要将模拟电压信号通过电压/电流(V/I)变换技术，转化为电流信号。】（根据需要自行删减）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。2-15模拟量输出通道的结构有哪几种形式？各有何特点？答案一：（网上搜索）模拟输出通道有哪几种基本结构?各有何特点?答：微机化测控系统的模拟信号输出通路的基本结构按信号输出路数来分，有单通道输出和多通道输出两大类，多通道的输出结构主要有以下三种：一、数据分配分时转换结构。它的特点是每个通道配置一套输入寄存器和D/A转换器，经微型计算机处理后的数据通过数据总线分时地选通至各通道输入寄存器，当数据Dij选通至第i路输入寄存器的同时，第i路D/A即实现数字Dij到模拟信号幅值的转换。二、数据分配同步转换结构。它的特点是在各路数据寄存器R1与D/A转换器之间增设了一个缓冲寄存器R2。数据总线分时选通主机的输出数据先后被各路数据寄存器R1接收，然后在同一命令控制下将数据由R1传送到R2，并同时进行D/A转换输出模拟量。三、模拟分配分时转换结构。这种结构的特点是各通道共用一个D/A转换器和一个数据输入寄存器。微型计算机处理后的数据通过数据总线依通道顺序分时传送至输入寄存器并进行D/A转换，产生相应通道的模拟输出值。以上三种结构可归纳为两种分配方案。前两种数据分配结构实质上也就是图2-2-2(a)所示的“数字保持”方案；模拟分配结构实质上也就是图2-2-2(b)所示的“模拟保持”方案。答案二：（作业本手写的答案）有两种基本结构：（1）每个输出通道设置一个D/A转换器形式，特点：速度快，精度高，工作可靠。（2）多个输出通道共用一个D/A转换器的结构形式，特点：能将前一采样时刻的输出通道原封不动地保持到下一采样时刻。2-18数字量输入通道主要由哪些电路构成？数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。（有下划线为书上有出现）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1350xAC，00AC，5mN，01NV，561386AH1013863.3854095xVN0000()xxmmNNAAAANN3.3851(13500)080551C－或解：56AH对应的电压值为10563.3854095VAHV13500513.3851Y805xAC0V413502C86104095D4-1已知离散系统的差分方程，试求输出量的Z变换：（2）（作业本有正确答案）4-2已知时间序列，试求相应的Z变换：（2）（7）4-4根据Z变换定义,由Y(x)求出y(kT)（1）（作业本）4-5试求下列函数的Z反变换（2）4-8已知闭环系统的特征方程，试判断系统的稳定性，并指出不稳定的极点数（1）（5）4-10设离散系统如图4-29所示，要求：(1)当K=5时，分别在z域和域中分析系统的稳定性；(2)确定使系统稳定的K值范围。解(1)开环脉冲传递函数为12211()(1)(1)(0.21)(0.21)0.21TsTseKabcGzZKZeKzZssssssss22(0.21)(0.21)(0.2)(0.2)110.20.04assbscsacsabsbbac，，图4-29离散系统+-()Rs()Cs1TsesT=1(0.21)Kss112212250.210.04()(1)(1)0.210.210.210.2=(1)510.20.210.2(1)0.21(1)10.00670.2(TabcGzKzZKzZssssssKzZssszzTzzzKKzzzzezzzK21)(0.0067)(0.0067)0.2(1)(1)(0.0067)zzzzz闭环传递函数为)(1)()(zGzGzGc2220.2(1)(0.0067)(0.0067)0.2(1)()(1)(0.0067)()0.2(1)(0.0067)(0.0067)0.2(1)1()1(1)(0.0067)[0.2(1)(0.0067)(0.0067)0.2(1)](1)(0.0067)[czzzzKGzzzGzzzzzGzKzzKzzzzzzK222220.2(1)(0.0067)(0.0067)0.2(1)][0.2(1)(0.0067)(0.0067)0.2(1)](10.2)(1)(0.0067)(0.0067)0.2(1)[0.2(1)(0.0067)(0.0067)0.2(1)](0.80134zzzzKzzzzKzzKzKzKzzzzz1.0067)0.1920.0067KzK闭环系统的特征方程为2(0.801341.0067)0.1920.00670zKzKK=5代入，即230.96670zz因为方程是二阶，故直接解得极点为21,212334*(0.9667)20.29353.2935zzz一个极点不在单位圆内，所以系统不稳定。11wzw21130.9667=01122(1)3(1)(1)0.9667(1)=023.03333.93342.9667=0ww劳斯表为2w3.0333-2.96671w3.93340w-2.9667系统不稳定，不稳定的极点数为1个。(2)闭环系统的特征方程为2(0.801341.0067)0.1920.00670zKzK11wzw211()(0.801341.0067)0.1920.0067011wwKKww22(1)(0.801341.0067)(1)(1)(0.1920.0067)(1)0wKwwKw20.99334(1.98660.384)(2.01340.60934)0KwKwK劳斯表为2w0.99334K2.01340.60934K1w1.98660.384K0w2.01340.60934K若系统要稳定，则应满足以下不等式方程组0.9933401.98660.38402.01340.609340KKK或0.9933401.98660.38402.01340.609340KKK得03.3042K4-11设离散系统如图4-32所示，其中()rtt，试求稳态误差系数pvaKKK、、，并求系统的稳态误差()e。解开环脉冲传递函数为图4-32离散系统+-()Rs()Cs1Tses1(1)ssT=0.1122212111111()(1)(1)(1)(1)1()(1)()(1)(1)(1)1(1)()TsTsTTTTeGzZZezZssssssssTzzzTzezzezzzzzezze则2220.1220.1()(1)()(1)1()1(1)()(1)()()(1)()(1)(1)()()(1)0.1()(1)1.90(1)()(1)()TTTTTTTTTTzezzezGzzzezzeTzezzezzzeTzezzezzzzzezze2.90951.9050.905zz0.120.1221(1)()1.9050.9051()0.1()(1)1.90.9095zzezzGzzezzz稳态误差系数0.120.1110.1()(1)lim[1()]lim(1)()pzzzezKGzzze稳态速度误差系数0.120.10.10.1110.1()(1)0.1()lim(1)()lim(1)0.1(1)()()vzzzezzeKzGzzzzeze稳态加速度误差系数0.12220.1110.1()(1)lim(1)()lim(1)0(1)()azzzezK