中南大学考试试卷
2012~2013学年 下 学期 时间110分钟 2013年6月 17 日
计算机控制技术 课程 48 学时 3学分 考试形式： 开 卷
专业年级： 自动化、电气、探控10级 总分100分占总评成绩70%
注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、分析题（2小题，每题10分，共20分）
1．水箱水位自动控制系统如图1示，水从进水管流入（没有控制阀），出水通过可以调节的阀门流出。画出用数字PID算法保持液位稳定的程序框图。
图1 水箱水位自动控制系统示意图
2．已知A点信号如图2所示，假设采样周期T=1s，画出B点、C点的信号图形。如果采用周期T=0.5秒画出C点波形图（要求标明x(t)的数值和时间坐标）。
图2
二、简答题（每题5分，共25分）
1、滤波的作用是什么？有哪些常用的滤波方法？ 2、简述计算机控制系统的工作步骤。 3、试分析孔径误差产生的原因。
4、硬件总体方案设计主要包含哪几个方面的内容？
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5、FCS对DCS的变革包括哪几方面？
三、若加工第二象限直线OA，起点O(－4,0)，终点A(0,6)。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。（10分）
四、某温度测量系统，其测量范围为0~1000℃，温度变送器输出电压信号为0~1V，如果要求分辨出4℃温度，应选用多少位的A/D转换器？假设A/D转换的模拟量输入范围为0~5V，变送器的信号如果直接接A/D，这时A/D实际能分辨温度是多少？要达到A/D理想的分辨率要将变送器的信号放大多少倍？如果当某时刻的采样值为6BH时，其测量的温度值是多少？（要求写出计算步骤）（15分）
五、已知被控对象的状态方程和输出方程为：
?00.1??0?x(k?1)??x(k)???1?u(k)
0.20.3????y(k)??11?x(k)
试设计预报状态观测器，将其极点配置到?1,2??0.1?j0.2。（10分）
六、已知被控对象在单位阶跃信号（即r(t)?1(t)）作用下，输出响应如图3所示。设采样周期T=0.6s。
图3
1、求被控对象的传递函数G(s)和广义的被控对象的脉冲传递函数G(z)； 2、针对单位阶跃输入信号设计最少拍无纹波系统的控制器D(z)；
3、计算输出响应y(k)，控制信号u(k)和误差e(k)序列，画出它们对时间变化的波形。（20分）
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计算机控制技术试题答案
一、分析题（2小题，每题10分，共20分） 1．答：系统结构图
设水位的采样值为h，设定值为ph。
Kp为比例系数、Ki为
积分系数、Kd为微分系数。
u(k)控制器输出值，
Umax为最大值，由于没
有进水最小设为0。
Up为最终控制阀门开
度的控制值。
注：由于只有出水阀门，而且阀门的打开程度与水位是成反比的，因此最终控制阀门的控制量
Up与PID控制器的输
出u(k)是反比的关系。
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2．答：
二、简答题（每题5分，共25分）
1、滤波的作用是什么？有哪些常用的滤波方法？
P214 滤波的作用是消除被测信号中的噪音与干扰。常用的滤波方法有硬件滤波和软件滤波，硬件滤波如RC滤波网络等，软件滤波包括算术平均值汉，中位值法，限幅滤波法和惯性滤波法等。
2、简述计算机控制系统的工作步骤。
P2 归纳为以下三个步骤：实时数据采集，实时控制决策，实时控制输出。 3、试分析孔径误差产生的原因。
P39 在模拟量输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字量需要一定的时间，完成一次A/D转换所需的时间称为孔径时间，对于随时间变化的模拟信号，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差，即孔径误差。
如果被转换的模拟量y不是一个恒定的常量，而是随时间变化形成了连续时间函数 ，则在有一定孔径时间 的情况下，A/D转换器将产生孔径误差。 4、硬件总体方案设计主要包含哪几个方面的内容？
P314 确定系统的结构和类型，确定系统的构成方式，现场设备选择，其他方面的考虑（包括
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人机联系方式，系统的机柜或机箱的结构设计、抗干扰等方面的问题） 5、FCS对DCS的变革包括哪几方面？
P284 FCS的信号传输实现了全数字化；FCS的系统结构是全分散式，废弃了DCS的输入输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取代；FCS的现场设备具有互操作性；FCS的通信网络为开放式互连网络；FCS的技术和标准实现了全开放，可供任何人使用。
三、答：将坐标原点平移到直线的起点A(-4，0)，在新的坐标起点A坐标为（0,0），终点B的坐标为（4,6），即为第一象限直线。有：xoy?1，xe?4，ye?6，Nxy?10，F0?0。
步数 起点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 偏差判别 F0=0 F1<0 F2<0 F3>0 F4<0 F5=0 F6<0 F7<0 F8>0 F9<0 坐标进给 +x +y +y +x +y +x +y +y +x +y 偏差计算 F0=0 F1=F0-ye=0-6=-6 F2=F1+xe=-6+4=-2 F3=F2+xe=-2+4=2 F4=F3-ye=2-6=-4 F5=F4+xe=-4+4=0 F6=F5-ye=0-6=-6 F7=F6+xe=-6+4=-2 F8=F7+xe=-2+4=2 F9=F8-ye=2-6=-4 F10=F9+xe=-4+4=0 终点判别 Nxy=10 Nxy=9 Nxy=8 Nxy=7 Nxy=6 Nxy=5 Nxy=4 Nxy=3 Nxy=2 Nxy=1 Nxy=0
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