第一篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)論文

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用

xx（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 研究生學(xué)院，遼寧省 沈陽(yáng)市110000）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多的用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計(jì)算機(jī)控制技術(shù)帶來(lái)了巨大的發(fā)展，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)性能良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是非常重要的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件、軟件和控制算法3個(gè)方面，一個(gè)完整的設(shè)計(jì)還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)能長(zhǎng)期有效地運(yùn)行。本文的主要目的就是在淺析計(jì)算機(jī)控制技術(shù)原理的同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行描述。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；原理；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：

The application of computer control technology

xxxxx(Shenyang University of Technology Shenyang 110000)

Abstract: with the development of science and technology, more and more people use computer to realize control.In recent years, computer technology, automatic control technology, measurement and sensor technology, the CRT display technology, communication and network technology and the rapid development of modern microelectronics technology, computer control technology on the development, therefore, to design a good performance of the computer control system is very important.Computer control system includes three aspects: hardware, software and control algorithm, a complete design also need to consider the anti-jamming performance of the system, the system can run effectively for a long time.The main purpose of this article is on the principle of computer control technology of shallow at the same time, the development trend of computer control system is described.Key words: computer control technology;The principle;application

1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。而一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成：被控對(duì)象、主機(jī)、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動(dòng)化儀表和軟件系統(tǒng)。1.1硬件部分

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成將自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就組成了典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對(duì)象、測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。1.2 軟件部分

軟件系統(tǒng)是控制機(jī)不可缺少的重要組成部分。只有在適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)支持下，控制視才能按設(shè)計(jì)的要求正常地工作。控制機(jī)的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)

用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各種資源管理、信息處理相對(duì) 外進(jìn)行聯(lián)系及提供服務(wù)的軟件。例如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、語(yǔ)言加工系統(tǒng)和診斷 程序等。應(yīng)用軟件是用來(lái)使被控對(duì)象正常運(yùn)行的控制程序、控制策略及其相應(yīng)的 服務(wù)程序。例如過程監(jiān)視程序、過程控制程序和公用服務(wù)程序等。應(yīng)用軟件是在 系統(tǒng)軟件的支持下編制完成的，它隨被控對(duì)象的特性和控制要求不同而異。通常 應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)需要自行開發(fā)。隨著計(jì)算機(jī)過程控制技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用 軟件正向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的基本控制模塊由制造廠家提供給用 戶，用戶只需根據(jù)控制的要求，經(jīng)過簡(jiǎn)單的組態(tài)過程即可生成滿足具體要求的專 用應(yīng)用軟件，大大方便了用戶，縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)周期。提高了應(yīng)用軟件的 可靠性。

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)上：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除測(cè)量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部 件的混合系統(tǒng)。

（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號(hào)之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等 多種信號(hào)形式。

（3）由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號(hào)外，還包含有數(shù)字信號(hào)，從而使 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來(lái)分析 和設(shè)計(jì)。

（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的 控制規(guī)律和對(duì)控制方案進(jìn)行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。

（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力，一個(gè)控制器（控制 計(jì)算機(jī)）經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式而同時(shí)控制多個(gè)回路。

（6）采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、離散控制系統(tǒng)、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于 實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。

3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程

（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。

（2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制 規(guī)律決定進(jìn)一步的的控制過程。

（3）實(shí)時(shí)控制：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任 務(wù)。

4.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程計(jì)算機(jī)控制體系的軟件和硬件的組織構(gòu)造是根 據(jù)它聯(lián)系的設(shè)備不一樣，有所改變的，他們的組織結(jié)構(gòu)大致是一樣地，可以涉及 到系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制任務(wù)，軟件設(shè)計(jì)等。4.1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

我們依據(jù)體系設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，對(duì)體系的軟件，硬件它們的構(gòu) 造再考察它的要求，推算出合適它的的系統(tǒng)，組成一個(gè)新的系統(tǒng)。再時(shí)間很緊張 的時(shí)候可以拿現(xiàn)場(chǎng)的配件組合，再設(shè)計(jì)費(fèi)用不到位的時(shí)候工作人員可以組織自己 設(shè)計(jì)的模式，但是要注意化風(fēng)好軟件和硬件的價(jià)格及時(shí)間，控制體系結(jié)構(gòu)它的概括微型的處理器、存儲(chǔ)器、選擇好接線口、傳感器、硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本內(nèi)容。4.2控制任務(wù)

我們要對(duì)超控設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，研究，了解工作程序是再體系設(shè)計(jì)1前應(yīng)該做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任務(wù)，涵蓋體系的終極目標(biāo)，數(shù)據(jù)流量還有準(zhǔn)確度，現(xiàn)場(chǎng)的要求，時(shí)間的控制，我們要嚴(yán)格按照計(jì)劃說(shuō)明操控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)操作。4.3軟件設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)軟件的設(shè)計(jì)要依據(jù)體系規(guī)劃的總意見，確定體系下所要完成的各種功能及完成這些系統(tǒng)性能的推理和時(shí)差序關(guān)系，并用合理組成部件表格畫出來(lái)。他們是根據(jù)體系組成表格不同的功能，分別規(guī)劃出相應(yīng)的控制體系所需要的軟件。例如仿真的量輸入和仿真量輸出及數(shù)據(jù)處理還有互聯(lián)和打字版處理格式等。每一種表格都可以單獨(dú)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試，各種表格分別實(shí)驗(yàn)調(diào)試好以后，再按工作路線圖推理和時(shí)間順序關(guān)系將他們正確組合、互相連接、實(shí)驗(yàn)和調(diào)試。

4.4現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試

首先要按設(shè)計(jì)計(jì)劃合理組裝裝，對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行大體的演練和比較準(zhǔn)確的演練，結(jié)合演練的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)重置體系的置和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)進(jìn)行軟硬件的調(diào)試，他們的構(gòu)件組成都可以在演練數(shù)據(jù)下用對(duì)演練數(shù)據(jù)進(jìn)行試研的辦法同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)他們要進(jìn)行統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)及推理，仿真物體是這個(gè)體系驗(yàn)證的最基本要求，而好的體系的數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)試要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

5.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器手臂的自動(dòng)化的沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行循環(huán)路線可以簡(jiǎn)單概括為：上下料機(jī)構(gòu)板材沖壓。鋼板物料的傳送、線頭板料清洗涂油、鋼板板物料料位置校正、第一臺(tái)壓床沖壓、下料機(jī)器手臂提取物料、壓床再次沖壓、依設(shè)計(jì)流程傳到下一個(gè)工序、機(jī)器人收取物料并裁剪、把它輸送到下一臺(tái)壓床、下一臺(tái)機(jī)器人接著提取物料、把物料放到輸送裝置上，工人開始按規(guī)定型號(hào)堆積板材。用工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化的生產(chǎn)線，會(huì)更加符合現(xiàn)再經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求及技術(shù)方面的創(chuàng)新。機(jī)器人手自動(dòng)的化生產(chǎn)線適用于現(xiàn)在大規(guī)模的生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，也適合已有生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的業(yè)再次更新，工程機(jī)器人自動(dòng)的生產(chǎn)線通過改變不同的軟件，它可應(yīng)用于很多車型生產(chǎn)，它的可控制性能很好，工業(yè)機(jī)器人體系組成包括上下料結(jié)構(gòu)、清洗涂油機(jī)體系對(duì)各種型號(hào)的沖床兼上下料體系、物料輸送體系。各個(gè)分體系連接間的電氣化操控是按照統(tǒng)一操做控制和刪減控制的原則，他們?cè)俨煌郊牟倏叵到y(tǒng)中，他們是應(yīng)用了機(jī)械與構(gòu)建操控的很有代表性的一個(gè)組成，他們每個(gè)級(jí)別都應(yīng)用不一樣的互聯(lián)網(wǎng)工程和軟硬件控制，以達(dá)到不同的設(shè)計(jì)效果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。各部分操控體系采用具有現(xiàn)場(chǎng)總線形式的PtC操控方法，他有獨(dú)立操控和智能操控的特點(diǎn)。為確?？刂企w系正常運(yùn)轉(zhuǎn)，我們?cè)谲囬g總的線路全部采用西門子Proflbus總線及di數(shù)字化的局域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式包交換技術(shù)體系。每個(gè)監(jiān)督控制結(jié)構(gòu)的PiC之間及PiC與上～個(gè)機(jī)械間的聯(lián)系全部采用了現(xiàn)代化的集成板的局域電腦互聯(lián)網(wǎng)的分布式包交換技術(shù)，供監(jiān)控體系相互聯(lián)系時(shí)應(yīng)用。沖床機(jī)的運(yùn)動(dòng)中樞應(yīng)連接Ethetnet csrd與機(jī)器人的操控體系聯(lián)網(wǎng)，操控體系與工業(yè)機(jī)器人的聯(lián)系方式是通過Proflbus．DP的總路線連接的他們實(shí)現(xiàn)了信息的互換和連接。連接體系采用了HMI SIEMENS的觸摸技術(shù)，在每一個(gè)可操控的部件上都放置一個(gè)顯示屏，它應(yīng)用了Proflbus的數(shù)據(jù)連接。各個(gè)部件都安裝了信息指示燈和緊急開關(guān)，屏幕可看到系統(tǒng)信息及顯示錯(cuò)誤出現(xiàn)在那里，與這個(gè)設(shè)備有聯(lián)系的的i＼O 信號(hào)在HMi上顯示，他們以紅燈和黃燈區(qū)分。系統(tǒng)如果發(fā)現(xiàn)哪里有情況，將會(huì)鳴笛警報(bào)，顯示屏上將會(huì)出現(xiàn)問題出現(xiàn)在那里，以便維修人員查找。這個(gè)體系還有演練數(shù)字場(chǎng)景的能力，在磨擬演練中，它的壓力和轉(zhuǎn)動(dòng)速度可能會(huì)影響到生產(chǎn)還有可能會(huì)發(fā)生操作控制與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不同步的可能，體系是通機(jī)器人的離線程序控制的機(jī)器人的運(yùn)行路線，來(lái)減少生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)休整周期。機(jī)器人沖壓設(shè)備再生產(chǎn)中使用面很廣，他改變了傳統(tǒng)的勞動(dòng)模式，改善了勞動(dòng)條件及強(qiáng)度，確保了生產(chǎn)的安全，提高生產(chǎn)的進(jìn)度及產(chǎn)品的合格率，它不但材料的生產(chǎn)流程還減少了浪費(fèi)，節(jié)約了時(shí)間，縮小了生產(chǎn)成本，隨著生產(chǎn)線的制作、調(diào)試設(shè)備的周期設(shè)計(jì)時(shí)間不斷提前，機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線越來(lái)越為汽車主機(jī)廠所接受，成為沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線的主流。

6.豎爐球團(tuán)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

結(jié)合球團(tuán)生產(chǎn)的特點(diǎn)，將豎爐球團(tuán)T藝分解為四組，即配料烘干組、潤(rùn)磨旁路組、造球組、豎爐組根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。系統(tǒng)的控制設(shè)備主要分布在總控室和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制站，其中豎爐組控制箱全部放在總控室。按照豎爐自動(dòng)系統(tǒng)的控制要求和各設(shè)備的功能，系統(tǒng)可分為四層，各層設(shè)備和功能如下。

第一層為處于系統(tǒng)底層—— 檢測(cè)元器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該層主要有電動(dòng)蝶閥、放散閥、各種儀器儀表、變頻器以及快切閥等。主要完成生產(chǎn)設(shè)備的操作和工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)，執(zhí)行來(lái)自PLC的程序指令，并做出相應(yīng)的操作或顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)。

第二層為PLC控制層，包括CPU模塊，PS模塊，DI、DO、AI、AO模塊，ET200M模塊和各種網(wǎng)絡(luò)通信接口適配器等 主要完成整個(gè)系統(tǒng)PLC站的控制網(wǎng)絡(luò)集成，負(fù)責(zé)接收從設(shè)備層傳送的信息、數(shù)據(jù)和上位機(jī)控制的命令，并將這些命令再反饋到設(shè)備層，完成中央信息層與設(shè)備層之間的信息、數(shù)據(jù)、命令傳輸及交換

第三層為中央信息層，即上位機(jī)控制層。監(jiān)控上位機(jī)是j臺(tái)研華IPC一610H工控機(jī)(配有Windowsxp操作系統(tǒng)，并安裝STEP75．4西門子編程軟件和組態(tài)軟件)，一臺(tái)為操作員站，一臺(tái)為T程師站，另外一臺(tái)作為操作員站和工程師站的熱備；兩臺(tái)彩色噴墨打印機(jī)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等組成。通過上位機(jī)，操作人員可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的運(yùn)行，完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制，歷史數(shù)據(jù)的記錄、查看，報(bào)警與故障的提示和處理等功能

第四層為網(wǎng)絡(luò)和其他外部保護(hù)設(shè)備 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、不間斷電源(UPS)、信號(hào)避雷器和隔離器，用于發(fā)生斷電、雷擊或電磁干擾等情況，各種設(shè)備仍能安全穩(wěn)定地運(yùn)行且信號(hào)正確無(wú)誤傳送。

7.總結(jié)

計(jì)算機(jī)控制就是用計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象或過程進(jìn)行控制。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，用計(jì)算機(jī)代替自動(dòng)控制系統(tǒng)中的常規(guī)控制設(shè)備，對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，這是對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)所使用的技術(shù)裝備的一種革新。通過大量的閱讀關(guān)于計(jì)算機(jī)控制的文章，了解到了計(jì)算機(jī)控制與我們密切相關(guān)，無(wú)處不在。也隨著社會(huì)的發(fā)展，人們也越來(lái)使用計(jì)算機(jī)來(lái)控制，對(duì)與一些企業(yè)來(lái)說(shuō)使用計(jì)算機(jī)控制，雖然技術(shù)或者一些儀器需要大量的資金，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)方面來(lái)看，它節(jié)省了人力物力。從算機(jī)控制的技術(shù)應(yīng)用的方面的考慮，我認(rèn)為計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)發(fā)展?jié)摿€是很大的，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)去研究?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的逐漸發(fā)展，計(jì)算機(jī)的操作控制正逐步的進(jìn)入到生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。所以我們要不斷創(chuàng)新改革，創(chuàng)作出一個(gè)更好的控制體系是非常有意義的。

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第二篇：東北電力大學(xué)自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)論文

東北電力大學(xué)自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)論文

1.題目背景與意義

《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》是一門技術(shù)性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)課教環(huán)節(jié)是它的一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)。不論是硬件擴(kuò)展、接口應(yīng)用還是編程方法、程序調(diào)試，都離不開實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。如果不在切實(shí)認(rèn)真地抓好學(xué)生的實(shí)踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢(shì)必出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)的局面。

《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)的目的就是讓同學(xué)們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)涉及MCS-51單片機(jī)A/D和D/A多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。

設(shè)計(jì)題目介紹

設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的具有A/D和D/A功能的信號(hào)測(cè)控裝置。要求該信號(hào)測(cè)控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號(hào)，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)。并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價(jià)比等原則性要求。

標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)此處定為：0～5V/4～20mA

(0～20mA

2.1發(fā)揮部分

1)

可將系統(tǒng)擴(kuò)展為多路。可在此系統(tǒng)中擴(kuò)展鍵盤、顯示（LCD/LED）、與上位機(jī)通訊功能。

2)

完成以上基本設(shè)計(jì)部分之后，可以運(yùn)用Protues仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的編程和仿真，調(diào)試測(cè)控系統(tǒng)并觀察其運(yùn)行結(jié)果(可以分部分完成)。

系統(tǒng)總體框架

圖1總體框圖

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1

AT89C52

4.1.1

AT89C52的主要工作特性

片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫壽命為1000次；

片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；

具有32根可編程I/O口線；

具有3個(gè)可編程定時(shí)器；

中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；

串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；

具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；

低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；

具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；

AT89C52工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為5V；

AT89C52最高工作頻率為24MHz。

4.1.2

AT89C52的最小電路

圖2

AT89C52最小電路圖

4.2

ADC0809

4.2.1

ADC0809概述

ADC0809是8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片

4.2.2

ADC0809的主要特性

1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。

2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?/p>

3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）

4）單個(gè)+5V電源供電。

5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。

6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度。

7）低功耗，約15mW。

4.2.3

ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。

圖3

ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖4

ADC0809引腳圖

圖5

ADC0809

與AT89S52的連接電路

4.3

DAC0832

4.3.1

DAC832的主要特性參數(shù)

*

分辨率為8位；

*

電流穩(wěn)定時(shí)間1us；

*

可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；

*

只需在滿量程下調(diào)整其線性度；

*

單一電源供電（+5V～+15V）；

*

低功耗，20mW。

4.3.2

DAC0832的工作方式及引腳圖

根據(jù)對(duì)DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。

DAC0832引腳圖如圖6所示

DC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見下圖：

D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機(jī)電路連接。

圖6

D/A轉(zhuǎn)換器引腳圖

4.3.3

DAC0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換圖

圖7

DAC0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換圖

4.4

MAX7219

MAX|X7219/MAX7221是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器,它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個(gè)獨(dú)立的LED。

4．4.2

MAX7219的功能特性

10MHz連續(xù)串行口

獨(dú)立的LED段控制

數(shù)字的譯碼與非譯碼選擇

150μA的低功耗關(guān)閉模式

亮度的數(shù)字和模擬控制

高電壓中斷顯示

共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)

限制回轉(zhuǎn)電流的段驅(qū)動(dòng)來(lái)減少EMI（MAX7221）

SPI,QSPI,MICROWIRE串行接口（MAX7221）

24腳的DIP和

SO

封裝

4.5

LED顯示

圖9

為MAX7219的8位LED顯示電路實(shí)例。圖5中，單片機(jī)89C52的P1.0、P1.1分別接MAX7219的串行數(shù)據(jù)輸入端DIN和時(shí)鐘信號(hào)CLK,P1作為L(zhǎng)OAD信號(hào)。電阻R根據(jù)不同的LED選值，范圍在7KΩ～

60KΩ之間。

圖8　MAX7219

應(yīng)用電路

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖9系統(tǒng)軟件框圖

6.結(jié)論

通過這次設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》這門課的了解，在查資料的過程中了解了各種芯片的作用和特點(diǎn)，尤其是對(duì)單片機(jī)的了解，懂得了如何將已學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去，加深了對(duì)課本知識(shí)的理解，也學(xué)到了一些在課本中學(xué)不到的知識(shí)。

在設(shè)計(jì)的過程中我們克服了各種困難，了解了科研的艱辛，也培養(yǎng)了我們查閱資料自學(xué)的能力，使我們的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力得到了提高

參考文獻(xiàn)

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第三篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)期末總結(jié)

流量：1~3s溫度：10~20s

液位：5~10s壓力：1~5s

成分：10~20s位置：10~50ms

電流環(huán)：1~5ms速度：5~20ms

1at/T

s?(1/T)lnaz z?a

s?az?at?aT ez?e

p單位階躍：limz→11+G(z)=K

單位速度：limz→1T

（1?Z?1）G(z)

T2

（1?Z?1）G(z)=K vT單位加速度：limz→1

前向差分：s=z?1T=T2Ka 后向差分：s=

1?Z?1

1+Z?11?Z?1T雙線性變換：s=?T2

沖擊不變D(Z)=Z[D(S)]

階躍響應(yīng)D Z = Z [1?e?TSS]D(S)

?1?1有紋波：Φ(Z)=Z?m u+cq+v?1z?（q+v?1））i=1 1?biz（c0+c1z

?1?1無(wú)紋波：Φ(Z)=Z?m w+cq+v?1z?（q+v?1））i=1 1?biz（c0+c1z

Smith補(bǔ)償器： 1?z?N G0(Z)補(bǔ)償后系統(tǒng)特征方程：1+D0 Z G0 Z = 0 狀態(tài)反饋：ZI-(A-BK)判可控Wc求K

全維 ：ZI-(A-HC)判可觀 WO T 求HT

G Z = C(zI?A)?1B+D

外部干擾：電網(wǎng)波動(dòng)、大功率用電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和電磁開關(guān)形成的電磁場(chǎng)、傳輸電纜的共模干擾

內(nèi)部干擾：分布電容或分布電感的耦合、多點(diǎn)接地點(diǎn)的電位差、長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?作用途徑：傳導(dǎo)耦合、靜電耦合、電磁耦合、公共阻抗耦合共模干擾抑制：變壓器的隔離、光電隔離、浮地屏蔽

第四篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作業(yè)參考答案

《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》作業(yè)參考答案

作業(yè)一

第一章

1.1什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖。

答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制.控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)是由硬件和軟件兩部分組成的.硬件部分: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要是由主機(jī)、外部設(shè)備、過程輸入輸出設(shè)備組成;軟件部分: 軟件是各種程序的統(tǒng)稱，通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。

被控制量 給定值偏差控制量被控對(duì)象 調(diào)節(jié)器

_

測(cè)量環(huán)節(jié) 計(jì)算機(jī)(數(shù)字調(diào)節(jié)器)

圖1.3-2 典型的數(shù)字控制系統(tǒng)

1.2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種典型的類型？各有什么特點(diǎn)。

答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)一般可分為四種類型：

①數(shù)據(jù)處理、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)對(duì)被控對(duì)象不起直接控制作用,計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器產(chǎn)生的參數(shù)巡回檢測(cè)、處理、分析、記錄和越限報(bào)警，由此可以預(yù)報(bào)控制對(duì)象的運(yùn)行趨勢(shì)。

②直接數(shù)字控制系統(tǒng)；一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以代替多臺(tái)模擬調(diào)節(jié)器的功能，除了能實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律外, 還能實(shí)現(xiàn)多回路串級(jí)控制、前饋控制、純滯后補(bǔ)償控制、多變量解藕控制，以及自適應(yīng)、自學(xué)習(xí),最優(yōu)控制等復(fù)雜的控制。

③監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；它是由兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：第一級(jí)DDC計(jì)算機(jī), 完成直接數(shù)字控制功能；第二級(jí)SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)過程提供的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行必要的運(yùn)算，給DDC計(jì)算機(jī)提供最佳給定值和最優(yōu)控制量等。

④分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。以微處理機(jī)為核心的基本控制單元，經(jīng)高速數(shù)據(jù)通道與上一級(jí)監(jiān)督計(jì)算機(jī)和CRT操作站相連。

1.3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)主要區(qū)別是什么？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)主要區(qū)別：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)又稱數(shù)字控制系統(tǒng),是指計(jì)算機(jī)參與控制的自動(dòng)控制系統(tǒng),既:用計(jì)算機(jī)代替模擬控制裝置,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。與采用模擬調(diào)節(jié)器組成的控制系統(tǒng)相比較，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)控制規(guī)律靈活，可以在線修改。(2)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，提高系統(tǒng)的性能指標(biāo).(3)抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。(4)可以得到比較高的控制精度。(5)能同時(shí)控制多個(gè)回路，一機(jī)多用，性能價(jià)格比高。

(6)便于實(shí)現(xiàn)控制、管理與通信相結(jié)合，提高工廠企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度.(7)促進(jìn)制造系統(tǒng)向著自動(dòng)化、集成化、智能化發(fā)展。

第二章

2.1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪四種形式的信號(hào)？各有什么特點(diǎn)? 答：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常既有連續(xù)信號(hào)也有離散信號(hào)，這些信號(hào)一般是信息流,而不是能量流?？煞譃樗姆N形式：⑴ 連續(xù)模擬信號(hào)：時(shí)間和信號(hào)的幅值都是連續(xù)的。

⑵ 階梯模擬信號(hào)：時(shí)間是連續(xù)的，信號(hào)的幅值是階梯形的。⑶ 采樣信號(hào)：時(shí)間是離散的，信號(hào)的幅值是連續(xù)的脈沖信號(hào)。

⑷ 數(shù)字信號(hào)：信號(hào)的時(shí)間以及幅值都是離散的，且幅值經(jīng)過了量化處理。

2.2.采樣信號(hào)的頻譜和原連續(xù)信號(hào)的頻譜有何不同？

答：采樣信號(hào)的頻譜和原連續(xù)信號(hào)的頻譜的區(qū)別：

①通常，連續(xù)信號(hào)帶寬是有限的，頻率的極限值wmax, 它的頻譜是孤立的。采樣信號(hào)的頻譜是以ωs為周期的無(wú)限多個(gè)頻譜所組成。

②∣y(jw)∣和∣y*(jw)∣形狀相似。幅值只差一個(gè)比例因子1/T(又稱為采樣增益)。

2.3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的保持器有何作用，簡(jiǎn)述零階保持器的特點(diǎn)。

答：保持器的原理是根據(jù)現(xiàn)在時(shí)刻或過去時(shí)刻輸入的離散值,用常數(shù)、線性函數(shù)或拋物函數(shù)形成輸出的連續(xù)值。零階保持器有如下特性：

①低通特性：保持器的輸出隨著信號(hào)頻率的提高，幅值迅速衰減。

②相位滯后持性：信號(hào)經(jīng)過零階保持器會(huì)產(chǎn)生相位滯后，它對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是不利的。

2.4.試求下例函數(shù)的Z變換：(采樣周期為T)答：

（1）f(t)?1(t?T)（2）f(t)???9t?0t?0t?0

F(z)?1z?1 F(z)?9Tz(z?1)?at2

?a（3）f(k)???0k?1k?1,2,3,???k?0?e（4）f(t)???0sin2tt?0t?0

F(z)?za(z?a)F(z)?zez?2ze2?aTsin2Tcos2T?e?2aT?aT

2.5.設(shè)函數(shù)的La氏變換如下，.試求它們的Z變換: 答：

（1）F(s)?s?3(s?2)(s?1)（2）F(s)?1(s?5)Tze(z?e2

F(z)??zz?e?2T?2zz?e?T?5T?5T F(z)?)2

（3）F(s)?1s3（4）F(s)?10s(s?1)2

F(z)?Tz(z?1)23 F(z)?10Tz2?10(1?e?T)z?T

2(z?1)（5）F(s)?10

s2?16F(z)?2.5zsin4T2

z?2zcos4T?12.6已知函數(shù)的Z變換如下，.試求它們的y(kT): 答：（1）Y(z)?zz2 ?1ky(kT)?12?(?1)2 2（3）Y(z)?2z(z?1)(z?2)y(kT)??2(?1)k?4(?2)k（5）Y(z)?0.6zz2 ?1.6z?0.6y(kT)?1.5(?0.6)k?1.5(?1)k（7）Y(z)?z?4(1?z?1)2 y(kT)?k?3 2.7求下列函數(shù)的初值和終值：

答：（1）F(z)?2.7z z?0.8y(0)?2.7y(?)?0

(z?1)(z?1)(z?e)2）Y(z)?z(z?1)2

(z?2)y(kT)?2k?1?k

（4）Y(z)?1

z(z?0.2)y(kT)?25(0.2)k

?1（6）Y(z)?1?3z?3z?1(1?0.5z?1)(1?0.8z?1)y(kT)??3530.5k?310.8k6

（8）Y(z)?Te?aTz

(z?e?aT)2y(kT)?kTe?akT

2（2）F(z)?1.6z?zz2

?0.8z?0.5y(0)?1.6y(?)?0

（

作業(yè)二

第三章

3.1 已知差分方程x(kT)?ax(kT?T)?1(kT)，又知x(kT)?0(k?0);?1?a?1.試用Z變換法求x(kT)和x(∞)。

x(kT)?1?a11?ak答：

x(?)?1?a

3.2 已知F(z)?z22z?1.2z?0.2?1 ,試用長(zhǎng)除法和Z反變換法求解f(kT)。

答：f(kT)?1?1.2z(?0.2)4?1.24z54?2?1.248z?3?1.2496z?4????

kf(kT)???(?1)

k3.3 已知差分方程y(k?1)?2y(k)?0,y(0)?1，⑴ 用遞推法求y(k)的前三項(xiàng)。⑵ 用反變換法求解y(k)。

答：（1）y(1)??2ky(2)?4y(3)??8

（2）y(kT)?(?2)

3.4 用Z變換法求解下例差分方程: 答：（1）f(k?1)?f(k)?ay(kT)?(?2)kk,f(0)?0

（2）f(k?2)?3f(k?1)?2f(k)?r(k)其中f(0)?f(1)?0，且k?0 時(shí)f(k)?0;?0r(k)???1k?0k?0,1,2,???k

f(kT)??k?1?2

（3）y(k)?2y(k?1)?k?1 其中 y(0)?1

10(?2)?1?3k9ky(kT)?

3.5 利用勞斯判據(jù)，決定下列單位負(fù)反饋系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)，K的取值范圍。（1）Gk(z)?K(0.1z?0.08)(z?1)(z?0.7)K(0.1z?0.08)z(z?1)(z?0.7)答：0?K?3.75

(2)Gk(z)? 答：0?K?1.23

3.6 已知下列系統(tǒng)的特征方程，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（1）z?1.5z?9?0 答：系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）z?2z?2z?0.5?0 答：系統(tǒng)不穩(wěn)定。（3）z?1.5z?0.25z?0.4?0 答：系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.7 設(shè)離散系統(tǒng)的框圖如圖所示，試確定閉環(huán)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍.（其中T=1s,K1=2 T1=1)32322_題圖3.7 單位反饋閉環(huán)系統(tǒng)框圖

答：

HG(z)?20.736(z?1.717)(z?1)(z?0.368)z?z(0.736K?1.368)?(0.368?1.264K)?0

0?K?0.5

3.8 用長(zhǎng)除法或Z反變換法或迭代法求下列閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。（1）Gc(z)?z?0.53(z?z?0.5)2

答：y(kT)?13r(kT?T)?1316r(kT?2T)?y(kT?T)?0.5y(kT?2T)56y(3T)?76??? 即：y(T)?

y(2T)?

（2）Gc(z)?答： 0.5zz?z?0.52

Y(z)?0.5z?1?z?2?1.25z?3?1.25z?4?1.125z?5?z?6?0.9375z?7????y(0)?0,y(T)?0.5,y(2T)?1,y(3T)?1.25,y(4T)?1.25,y(5T)?1.125 y(6T)?1,y(7T)?0.9375,???

（3）Gc(z)?0.05(z?0.904)(z?1)(z?0.819)?0.05(z?0.904)

答： y(kT)?0.05r(kT?T)?0.045r(kT?2T)?1.769y(kT?T)?0.864y(kT?2T)

y(0)?0,y(T)?0.05,y(2T)?0.183,y(3T)?0.376,???

3.9 開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)如圖所示，試求Y(z)、y(0)、y(∞).已知：E(s)?1s

（1）數(shù)字調(diào)節(jié)器: u(k)??u(k?1)?e(k?1)

被控對(duì)象： Gp(s)?1s

（2）數(shù)字調(diào)節(jié)器: u(k?1)?0.5e(k?1)?0.95e(k)?0.995u(k)

1(s?1)(s?2)被控對(duì)象： Gp(s)?答：（1）Y(z)?Tz(z?1)(z?1)z2(z?1)2

y(?)??y(0)?0

（2）Y(z)?[?zz?e?T?z2(z?e?2T)]0.5z?0.95z?0.995

y(?)??45y(0)?0

3.10 設(shè)系統(tǒng)如圖所示，試求系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。

_

答：

G(z)?G1(z)G2(z)1?G1(z)G2(z)

3.11 設(shè)系統(tǒng)如圖所示，試求:（1）系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。（2）判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）分別求系統(tǒng)對(duì)單位階躍輸入和單位斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差。

_ 答：

（1）GB(z)?1.7z?0.3z?0.7z?0.32

（2）系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）單位階躍輸入

ess?0

單位斜坡輸入時(shí)

ess?0.5第四章

4.1 已知系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程，試寫出它們的狀態(tài)方程和輸出方程：（1）y(3)?5y(2)?y?2y?u?2u ??答：

??x1???0?????x2???0?????2??x3???y??1?10?10??1??5???x1??0?????x2?1u??????x3?????3??

0?x1???0?x2????x3??

（2）y(3)?3y(2)??2y?u

答：

??x1???0?????x2???0????0??x3???y??1?10?20??1??3???x1??0?????x2?0u??????x3????1??

0?x1???0?x2????x3?? ?2u?u

?（3）y(3)?3y(2)??2y?y?u(2)答：

??x1???0?????x2???0?????1? ?x3???y??1?10?20??1??3???x1??1?????x2??1u??????x3????2??

0?x1???0?x2????x3??

4.2 已知下列系統(tǒng)的傳遞函數(shù), 試寫出它們的狀態(tài)方程和輸出方程：（1）G(s)?答：

??x1???0?????x2???0?????5? ?x3????5?3?23?s?2s?53s?6s?9s?15322

10?30??1??2???x1???x2????x3???x1??0?????x2?0u??????x3????1??

y?1?3??

（2）G(s)?答： 5s?2s?3s?2s?532

??x1???0?????x2???0?????5? ?x3???y??2?10?20??1??3???x1??0?????x2?0u??????x3????1??

5?x1???0?x2????x3??2s?1s?7s?14s?832

4.3 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)?答：

??x1????1?????x2???0????0??x3????1y???3?32? , 試寫出其狀態(tài)方程,使?fàn)顟B(tài)方程為對(duì)角陣。

0?200??0??4???x1??1?????x2?1u??????x3????1??

?x1?7????x2???6???x3??

4.4 已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)?答：

??x1????1?????x2???0????0??x3???y??1?2s?6s?5s?4s?5s?2322 , 試寫出其狀態(tài)方程,使?fàn)顟B(tài)方程為若當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)型。

1?100??0??2???x1??0?????x2?1u??????x3????1??

1?x1???1?x2????x3??

4.5已知下列離散系統(tǒng)的差分方程為：（1）y(k?2)?3y(k?1)?2y(k)?4u(k)

（2）y(k?2)?5y(k?1)?3y(k)?u(k?1)?2u(k)輸出為y(k)， 試分別寫出它們的狀態(tài)方程和輸出方程。

答：

?x1(kT?T)??0?????x2(kT?T)???2y(kT)??11???3??x1(kT)??0??????u(kT)?x2(kT)??4?（1）

?x1(kT)?0????x2(kT)?

（2）

?x1(kT?T)??0?????x2(kT?T)???3y(kT)??11???5??x1(kT)??1??????u(kT)?x2(kT)???3?

?x1(kT)?0????x2(kT)?

4.6 已知離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)G(z)?態(tài)方程。

答：直接程序法

?x1(kT?T)??0????x2(kT?T)????6y(kT)???51???5??x1(kT)??0??????u(kT)x2(kT)???1?z?2z?1z?5z?622 ,試分別用直接程序法和分式展開法求系統(tǒng)的離散狀

?x1(kT)??3????u(kT)x2(kT)??

分式展開法

?x1(kT?T)???2????x2(kT?T)???0y(kT)??10???3??x1(kT)??1??????u(kT)x2(kT)???1?

?x1(kT)??4????u(kT)x2(kT)??

?4.7 求解下系統(tǒng)的時(shí)間相應(yīng)。已知：X??答：

1???x1(t)???????3?4t3?

e??x2(t)??44??0??30??1?X?????(t), 初始狀態(tài)X(0)=0 ?4??0?

4.8 設(shè)系統(tǒng)的狀態(tài)方程：X(k?1)?FX(k)?Gu(k)y(k)?CX(k)

?0F????0.161??1?,G????,C??1?1??1?0?

已知輸入：u(k)=1 ,(k≥0)?x1(0)??1?X(0)? 初始狀態(tài): ?????

?x2(0)???1?試求：（1）系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣F；(2)狀態(tài)方程的解X(k)；(3)系統(tǒng)的輸出y(k)。

答：（1）

?4(?0.2)?(?0.8)?3??kk??0.8(?0.2)?0.8(?0.8)?3?kkk?(kT)?Fk5(?0.2)?5(?0.8)??3?

kk?(?0.2)?4(?0.8)??3?kk

（2）

?x1(kT)??3.185(?0.8)?2.83(?0.2)?1.389?? ????kkx2(kT)?1.956(?0.8)?0.567(?0.2)?0.389????kk（3）

y(kT)?x1(kT)?3.185(?0.8)?2.83(?0.2)?1.389

kk

?1X(k?1)??4.9 已知離散系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式，?0.2y(k)??10.5??1.2??X(k)???u(k)1?0.5，初始狀態(tài)X(0)=0 ??0?X(k)試求系統(tǒng)的Z傳遞函數(shù): G(z)?答：

G(z)?Y(z)U(z)?Y(z)U(z)

1.2z?0.95z?2z?0.92

?0.44.10 已知離散系統(tǒng)的狀態(tài)方程: X(kT?T)???0.6?0.6??0.6?試判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。?X(kT)???u(kT)，0.6?0.4??答：系統(tǒng)穩(wěn)定。

作業(yè)三

第五章

5.1已知連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù):（1）G(s)?2(s?1)(s?2)；（2）G(s)?s?as(s?b)，試用沖擊不變法﹑階躍不變法﹑零極點(diǎn)匹配法﹑雙線性變換法、差分變換法，將上述傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為等效的Z傳遞函數(shù).取采樣周期T=0.1s.答：

（1）沖擊不變法 G(z)?2zz?ea?T?2zz?e??2T

z(z?1)a?bb2（2）階躍不變法 G(z)?Tz2b?ab2b(z?1)?zz?e?bT

5.2 已知比例積分模擬調(diào)節(jié)器D(s)=Kp+Ki/s ,試用后向差分法和雙線性變換法求數(shù)字調(diào)節(jié)器D（z）及其控制算法。

答：后向差分法 D(z)?Kp?

雙線性變換法 D(z)?Kp?z?0.7z?0.2KiT(z?1)2(z?1)KiTzz?1

5.3 已知Z傳遞函數(shù)G(z)?答：

G(ej?T ,試分析其頻率特性，并判斷它是低通濾波器還是高通濾波器。)?eej?Tj?T?0.7?0.222

G(ej?T

?(?)??tg?1)?(cos?T?0.7)?sin?T(cos?T?0.2)?sin?T22sin?Tcos?T?0.7?tg?1sin?Tcos?T?0.2

具有高通特性。

5.4 已知系統(tǒng)的差分方程為: y(k)?0.8y(k?1)?x(k)?2x(k?1), 其中x(k)為輸入序列，y(k)為輸出序列.試分析其頻率特性.答：

G(ej?T)?eej?T?2?0.822j?T

G(ej?T

2)?(cos?T?2)?sin?T(cos?T?0.8)?sin?T2?(?)??tg?1sin?Tcos?T?2?tg?1sin?Tcos?T?0.8

具有高通特性。

5.5 已知低通濾波器D(z)?0.5266zz?0.4734 , 求D（z）的帶寬ωm..取采樣周期T=2ms。

答： ?m?695弧度/s

5.6 已知廣義對(duì)象的Z傳遞函數(shù)HG(z)?0.05(z?0.7)(z?0.9)(z?0.8),試設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器D(z)=Kp+Ki/(1-z)，使

-1速度誤差ess=0.1，取采樣周期T=0.1s。答： D(z)?2.115?

5.7 已知D(s)?1?0.15s0.05s0.2351?z?1 ,寫出與它相對(duì)應(yīng)的PID增量型數(shù)字控制算法。

答： ???u(kT)?20Te(kT)?3e(kT)?3e(kT?T)?u(kT)?u(kT?T)??u(kT)

第六章

6.1 試述在最少拍設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc(z)和誤差Z傳遞函數(shù)Ge(z)的選擇原則。

答：最少拍設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)Gc(z)和誤差Z傳遞函數(shù)Ge(z)的選擇原則：（1）為了保證D(z)的可實(shí)現(xiàn)性，應(yīng)選擇Gc(z)含有HG(z)的Z-r因子。

（2）為了保證D(z)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇Gc(z)具有與HG(z)相同的單位圓上(除Z＝l外)和單位圓外的零點(diǎn)。

?1（3）為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)選擇Ge(Z)含有(1?piz)的因子，pi是HG(z)的不穩(wěn)定的極點(diǎn)。因?yàn)椋?Gc(z)?D(z)HG(z)Ge(z)只能用Ge(z)的零點(diǎn)來(lái)抵消HG(z)中不穩(wěn)定的極點(diǎn).m（4）為了使調(diào)節(jié)時(shí)間最短(最少拍)，應(yīng)選擇Ge(z)中含有(1-Z-1)因子(m＝l，2，3)是典型輸入信號(hào)Z變換R(z)中分母的因子。（5）保持Ge(z)與Gc(Z)有相同的階次。Gc(z)?1?Ge(z)

6.2 最少拍控制系統(tǒng)有哪幾種改進(jìn)設(shè)計(jì)方法。

答：最少拍控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)方法有：

調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法的改進(jìn):慣性因子法，延長(zhǎng)節(jié)拍法，換接程序法。

6.3 已知不穩(wěn)定的廣義對(duì)象：HG(z)?2.2z?1?11?1.2z, 試設(shè)計(jì)單位階躍作用下的最少拍調(diào)節(jié)器。

答：D(z)??0.2z?1.22.2(z?1)

6.4 已知的廣義對(duì)象Z傳遞函數(shù): HG(z)?最少拍無(wú)波紋調(diào)節(jié)器。

答：

D(z)?0.83(1?0.286z1?0.78z?1?10.265z?1(1?2.78z?1?1)(1?0.2z?1?1)(1?z)(1?0.286z)，試設(shè)計(jì)單位階躍作用下的)?2?0.12z

6.5 設(shè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，被控對(duì)象Wd(s)?位階躍作用下的最少拍調(diào)節(jié)器D(z)。

10s(1?0.1s)(1?0.05s),采樣周期T=0.2s , 試設(shè)計(jì)單_

答：

HG(z)?0.761z(1?z?1

(1?1.133z?1?1)(1?0.047z)(1?0.135z?1?1?1)?1

D(z)?)(1?0.018z?1)

0.616(1?0.018z(1?0.531z?1)(1?0.135z?1))(1?0.047z)

6.6 已知被控對(duì)象G(s)?1s(s?2),采用零階保持器，采樣周期 T=0.1s.試用W變換法設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器，要求相位裕度γ=50°,幅值裕度Kg>10dB,速度穩(wěn)態(tài)誤差系數(shù)Kv=5s

-1。

_

答：

GK(z)?0.018K(z?1)(z?1)(z?0.819)5w(1?12w)?1GK(w)?D(w)?1?0.622w1?0.305w

D(z)?1.92(1?0.851z(1?0.714z?1))

6.7 已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)G(s)?e?10s100s?1e?10s，取采樣周期 T=5s.試用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z),期望的閉環(huán)傳遞函數(shù)為Gc(s)?20s?1?1。

答： D(z)?

4.51(1?0.951z1?0.779z?1)?3?0.221z

第五篇：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)授課教案

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

授 課 教 案

主講教師：涂繼亮 博士

南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院電子信息工程系

2015年3月