《计算机控制技术及其应用》 第3章 数字控制器的设计与实现 思考题与习题 指导信息
0.20.1321p(k)0-0.10510k152025y(k)00510k152025 (4)在三个单位速度信号激励下:
T?z?12?z?1(1?1.5z?1)(1?0.1z?1),R(z)? G(z)?(1?z?1)2(1?z?1)(1?0.6z?1)(1?0.2z?1)Φ(z)296/605?(1?93/148z?1)(1?0.6z?1)(1?0.2z?1)D(z)??G(z)?Ge(z)(1?z?1)(1?618/605z?1?279/3025z?2)160.5
e(k)0510k152025r(k)4200-0.5-10510k152025
0.586
p(k)y(k)0510k152025042-0.500510k152025
11. 根据下列控制器的D(z)，分别画出直接式、串行实现法和并行实现法的实现框图和相应的输出方程和状态方程。
3?3.6z?1?0.6z?20.2?0.1z?1?z?2D1(z)?D2(z)??1?21?0.1z?0.2z、1?2z?1?3z?2
[指导信息]: 参见3.5.1 实现框图与算法。
（1）对D1(z)，采用直接式1和直接式2的实现框图如下：
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《计算机控制技术及其应用》
E(z)P(z)x1Z-1第3章 数字控制器的设计与实现 思考题与习题 指导信息
E(z)P(z)3++Z-13x1+3.6+-0.1x2-0.1Z-13.6Z-10.6+(a)0.20.2(b)x20.6D1(z)对应直接式1实现框图的状态方程和输出方程如下： 状态方程：
?x1(k?1)?(?0.1)?x1(k)?x2(k)?(3.6?(3?(?0.1))?e(k)??0.1?x1(k)?x2(k)?3.3?e(k) ?x2(k?1)?0.2?x1(k)?(0.6?(3?(0.2))?e(k)?0.2?x1(k)?1.2?e(k)?输出方程：
p(k)?x1(k)?3?e(k)
D1(z)对应直接式2实现框图的状态方程和输出方程如下： 状态方程：
?x1(k?1)?(?0.1)?x1(k)?(0.2)?x2(k)?e(k)??0.1?x1(k)?0.2?x2(k)?e(k) ?x2(k?1)?x1(k)?输出方程：1·
p(k)?(?0.1*3?3.6)?x1(k)?(0.2*3?0.6)?x2(k)?3?e(k)
?3.3?x1(k)?1.2?x2(k)?3?e(k)D1(z)串行实现法的表达式为：
3?3.6z?1?0.6z?23?(1?z?1)?(1?0.2z?1)(1?z?1)(1?0.2z?1) D1(z)???3???1?2?1?1?1?11?0.1z?0.2z(1?0.5z)?(1?0.4z)(1?0.5z)(1?0.4z)（实现框图略。）
D1(z)并行实现法的表达式为：
3?3.6z?1?0.6z?2?17 D1(z)???3???1?2?1?11?0.1z?0.2z(1?0.5z)(1?0.4z)（实现框图略。）
（2）对D2(z)，采用直接式1和直接式2的实现框图如下：
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《计算机控制技术及其应用》
E(z)P(z)x1Z-1第3章 数字控制器的设计与实现 思考题与习题 指导信息
E(z)P(z)0.2++Z-10.2x1+0.1+2x22Z-10.1Z-1-1+(a)33(b)x2-1D2(z)对应直接式1实现框图的状态方程和输出方程如下： 状态方程：
?x1(k?1)?2?x1(k)?x2(k)?(0.1?0.2?2)?e(k)?2?x1(k)?x2(k)?0.5?e(k) ?x2(k?1)?3?x1(k)?(?1?0.2?3)?e(k)?3?x1(k)?0.4?e(k)?输出方程：
p(k)?x1(k)?0.2?e(k)
D2(z)对应直接式2实现框图的状态方程和输出方程如下： 状态方程：
?x1(k?1)?2?x1(k)?3?x2(k)?e(k) ?x2(k?1)?x1(k)?输出方程：
p(k)?(0.2*2?0.1)?x1(k)?(0.2*3?1)?x2(k)?0.2?e(k)
?0.5?x1(k)?0.4?x2(k)?0.2?e(k)D2(z)串行实现法的表达式为：
0.2?0.1z?1?1z?20.2?(1?2.5z?1)?(1?2z?1)(1?2.5z?1)(1?2z?1) D1(z)???0.2???1?2?1?1?1?11?2z?3z(1?3z)?(1?z)(1?3z)(1?z)（实现框图略。）
D2(z)并行实现法的表达式为：
0.2?0.1z?1?z?2D1(z)?1?2z?1?3z?210.2*(1?2.4/3)*(1?2/3)*3/40.2*(?1.5)*3/4???? ?1?13(1?3z)(1?z)10.09?0.225????3(1?3z?1)(1?z?1)（实现框图略。）
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《计算机控制技术及其应用》 第4章 控制系统中的计算机及其接口技术 思考题与习题 指导信息
第4章 控制系统中的计算机及其接口技术
1. 工业控制计算机有哪些要求？基于PC机工业控制计算机其结构与普通PC机有何不同？
[指导信息]: 参见4.1.1 工业控制计算机的特点和结构。
对工业控制计算机的要求主要体现在其所具有特点：适应性、可靠性、实时性、扩展性等方面。 基于PC机工业控制计算机其结构与普通PC机不同之处是前者在机械结构、元器件选用和电源配置等方面比普通PC机的可靠性更高。
2. 工业控制中的嵌入式系统可选择哪些设计模式？
[指导信息]: 4.1.2 嵌入式系统与单片机。
嵌入式系统的设计通常与其架构有关，通常有基于片上系统 (SoC:System on Chip)、系统级封装 (SiP:System-in-a-Package)、模块级系统(SOB:System-on-Board)的设计模式。 3. 通过查阅资料，了解目前常见的8位和32位微控制器的特点和性能指标。
[指导信息]: 建议利用网络资源查阅有关资料。
提示：可查阅有关微控制器厂商的网站，了解目前常见微控制器的特点和性能指标。 4. 通过查阅资料，了解某种工业控制计算机产品的构成、性能指标和适用场合。
[指导信息]: 利用网络资源查阅有关资料。
提示：可查阅某工业控制计算机厂商的网站，了解某种产品的构成、性能指标和适用场合。 5. 接口数据传输中有哪些定时和协调信号？
[指导信息]: 参见4.2.1 接口与总线。
定时信号有：CPU或DMA控制发出的读(Read)或写(Write)信号，来实现CPU或存储器与外设之间的数据传输。
协调信号有请求(REQ)和应答(ACK)或选通(Strobe)和就绪(Ready)。 6. 接口技术中有哪些数据传输的方式？各有什么特点？
[指导信息]: 参见4.2.1 接口与总线。
根据定时和协调的不同要求，数据传输的实现有直接传输、程序查询、定时查询、中断传输和DMA等几种方式。特点请参见4.2.1 接口与总线。 7. 接口与总线有哪些分类？
[指导信息]: 参见4.2.1 接口与总线。
按接口所连接的功能部件来分，有过程通道接口、人机交互接口、存储设备接口和通信接口。按接口的数据传输特征进行分类，有并行接口和串行接口；按接口和总线连接部件的技术特征可分为芯片级总线、板级总线(也称系统总线)和通信总线(也称外部总线)。 8. RS-232C和RS-485各有什么特点？
[指导信息]: 参见4.2.3 串行接口。
提示：可通过传输方式、传输速率、传输距离、信号类型、连接方式、能否组网、应用情况等方面
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《计算机控制技术及其应用》 第4章 控制系统中的计算机及其接口技术 思考题与习题 指导信息
来比较。
9. IC总线和SPI总线各有什么特点？
[指导信息]: 参见4.2.3 串行接口。
提示：可通过总线结构、时序、传输速率、传输距离、适用场合等方面来比较。 10. 简述Infranet、Intranet、Internet之间的关系。
[指导信息]: 参见4.2.4 现场总线。
FCS中，形成最底层的控制网称为Infranet。Infranet的网络连接现场节点包括控制现场的传感器、执行器以及人机接口HMI(如安全监控器)等。Infranet可与企业内部网Intranet相连，实现企业内部管理、财务、办公及人事等的信息化。Intranet再与全球信息网Internet相连，实现企业之间的信息交流。最终可构成一个完整的企业网络三级体系结构。 11. 简述现场总线的技术特征.
[指导信息]: 参见4.2.4 现场总线。
现场总线的主要技术特征有：(1). 数字计算和数字通信；(2). 互操作性和互换性；(3). 传输介质的多样化；(4). 适应性和可靠性等。
12. 画出IC总线上主器件对地址为1010110的从器件写入2字节5BH和87H的时序。
[指导信息]: 参见4.2.3 串行接口。 提示：参考图 4 28 I2C总线的传输数据格式。 13. 画出SPI总线上主器件向从器件写入A5H的时序。
[指导信息]: 参见4.2.3 串行接口。
提示：图 4 30 SPI总线的四种时钟工作方式和图 4 31 SPI总线传输数据实例。 14. 控制系统中对人机交互有哪些要求？
[指导信息]: 参见4.3.1 人机交互及其要求。
主要包括可理解性和易操作性。可理解性包括确定性、关联性、层次性、一致性等要素。易操作性包括方便性、有序性、健壮性、安全性等要素。 15. 通过查阅资料，有哪些嵌入式操作系统？
[指导信息]: 参见4.4.1 系统软件。 提示：利用网络资源，查阅相关资料。
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