计算机控制系统参考答案A.pdf

计算机控制系统是现代工业生产中的重要组成部分，它通过集成硬件和软件来实现对各种生产过程的精确控制。在本文中，我们将深入探讨计算机控制系统的几个关键概念和技术。 计算机控制系统由两大部分构成：硬件和软件。硬件部分主要包括计算机本身以及与其连接的各种外围设备，如传感器、执行器、数据采集模块等。软件部分则包括操作系统、实时控制软件以及专门针对特定生产过程的应用程序。这些软件确保了计算机能够有效地接收、处理和响应来自环境的输入信号，并生成相应的控制输出。 采样是计算机控制系统中的核心操作之一。常见的采样方式有几种：周期采样、随机采样、同步采样、非同步采样和多速采样。周期采样是最常见的，它保证了固定的采样间隔。随机采样则适用于某些不可预测的情况，如噪声环境。同步采样和非同步采样主要用于多通道系统，前者要求所有通道在同一时刻采样，后者则允许不同步。多速采样则允许不同通道有不同的采样频率，适应不同的系统需求。 线性离散系统的脉冲传递函数是系统分析和设计的重要工具。它是系统或环节的输出采样函数的Z变换与输入采样函数的Z变换之比，用于描述系统对输入信号的动态响应。通过脉冲传递函数，我们可以分析系统的稳定性、响应速度和精度等特性。 在控制器设计中，阶跃响应不变法是一种模拟控制器转换为数字控制器的方法，目标是保持两者阶跃响应的一致性。理想情况下，数字控制器的设计应使得闭环传递函数具有特定的结构，例如串联的延迟环节和惯性环节，以满足特定的控制性能要求。 状态能观测性是系统理论中的重要概念，它意味着如果已知输入序列和有限个输出采样值，就能唯一确定系统的初始状态。这是保证系统控制有效性的前提条件。在实际应用中，通常会通过状态观测器来实现对系统状态的实时估计。 直接数字控制系统（DDC）是一种典型的计算机控制系统架构，计算机通过模拟量和数字量输入/输出接口实时获取和控制生产过程的数据。通过这种方式，计算机可以根据预设的控制策略进行决策，并通过输出接口向生产设备发送控制信号。 系统分析和设计通常涉及开环和闭环脉冲传递函数，以及特征方程的求解。例如，通过特征方程可以判断系统的稳定性，而通过Z域直接判别法可以进一步分析系统的动态特性。此外，数字控制器的设计可能需要添加补偿零点以改善系统性能，同时调整增益以达到期望的控制效果。 系统能控性和能观测性是保证控制有效性的重要指标。能控性矩阵的秩等于系统状态变量的数目表明系统能被完全控制，而能观测性则关乎系统状态是否可以通过输入和输出序列来确定。 计算机控制系统涉及到硬件和软件的综合运用，包括采样技术、脉冲传递函数、控制器设计、系统分析和性能评估等多个方面。理解并掌握这些概念和技术对于实现高效、精确的自动化控制至关重要。