电路分析实验指导书是针对应用电子技术和计算机控制专业的学生设计的实验用书，旨在通过实验课的方式加强学生的实践能力，巩固理论知识，并提高独立分析和处理问题的能力。本书共包含了13个实验项目，涵盖了电工仪器仪表的使用、电路定律的验证、电路参数的测定等多个方面，适用于指导学生完成从基础到进阶的各种电路分析实验。 实验一中介绍了常用电工仪器仪表的使用方法，包括万用表、双路直流稳压电源等，这些是进行电路实验的基础工具。万用表是一种多用途的测量仪器，可以用来测量电压、电流和电阻等多种电参数。使用万用表时，需要正确理解表盘上标注的意义，并按照正确的操作步骤进行测量，以避免损坏仪表。例如，在测量直流电压时，必须将红色表笔接到被测电压的正极，黑色表笔接到负极，并且在测量前应确保指针位于零位，测量时需要选择适当的量限档位。 实验二、三、四、五分别针对电阻元件的伏安特性、基尔霍夫定律、叠加定理和戴维南定理进行实验验证。这些实验帮助学生更好地理解电路定律，并学会如何在实际电路中应用这些理论。例如，电阻伏安特性的测绘实验能够使学生通过实际操作学习如何使用万用表测量不同电压和电流条件下的电阻值，并绘制出伏安特性曲线。 实验六至实验十二则涉及了更复杂电路的实验操作，包括受控源研究、日光灯电路、交流电路参数测定、谐振电路、三相交流电路等。这些实验项目不仅要求学生掌握基础的电路理论，而且需要具备一定的动手能力和问题分析能力。例如，在进行三相交流电路实验时，学生需要了解三相电源的特性，并学会如何测量三相电路中的电压和电流参数。 实验十三涉及三相电路功率的测量，这对于理解和计算电力系统中的能量流动有着重要的意义。在这个实验中，学生将学习到不同的功率测量方法，并对功率因数的提高进行研究，这对于提高电路的效率和性能至关重要。 整本书籍的编排和内容设置，旨在帮助学生在实践中学习和掌握电路分析的基本技能，并且培养其解决实际问题的能力。通过对理论知识的实验验证，学生可以更深刻地理解电路原理，并在实际操作中得到锻炼和提升。

在当前的工业自动化领域，计算机控制系统设计是一个至关重要的议题。随着技术的进步，控制系统变得日益复杂，对精确度和稳定性的要求也不断提高。本文将深入探讨计算机控制系统设计在两个具体应用案例中的实现——数字伺服系统与电阻炉温度控制系统。 数字伺服系统作为自动化技术的重要组成部分，广泛应用于需要高精度定位和精确运动控制的场景中。在设计一个伺服系统时，首先需要进行系统硬件设计，这包括选择合适的伺服电机和各种传感器。伺服电机必须能够响应迅速并且提供足够的力矩来实现精确控制。同时，传感器用于实时监测系统的状态信息，比如位置、速度和加速度，这些信息对于系统执行准确的反馈控制至关重要。 在硬件设计的基础上，伺服系统控制器设计是整个系统设计的核心。控制设计中，通常会用到一个二阶系统的传递函数来描述系统行为，并采用适当的校正方法来改善系统的性能。校正的目的在于提高系统的稳定性，减少超调量，并达到期望的响应速度。开环传递函数的设计完成后，需要设计模拟控制器。随着计算机控制的普及，控制器的离散化变得尤为重要，它通过后向差分法实现，将模拟控制器转化为数字控制器，使其能够与计算机硬件协同工作。 在系统软件设计方面，需要编写控制算法和用户界面。主程序负责调度，而多个子程序则分工明确，例如D/A（数字到模拟）和A/D（模拟到数字）转换程序，用于实现伺服电机的位置控制。软件设计还需要考虑到用户与系统交互的便捷性和实时性能，确保控制命令能够被准确执行。 电阻炉温度控制系统同样是计算机控制系统设计的典型案例之一。在模拟炼焦炉中，温度的控制是保证材料加工质量的关键因素。通过计算机控制，可以精确地调节A点的温度，并且实时监控B点的温度，从而预防过热的发生。系统基于8031单片机进行设计，通过A/D转换来采集温度传感器的信号，并与设定的目标温度值进行比较，之后根据比较结果自动调整加热功率，以达到精确控制。 在硬件设计方面，除了基础的温度控制电路，还包括人机交互界面的设计。人机接口电路提供了与操作人员交流的渠道，它通常包括LED显示和键盘输入，以便于用户设置参数和监控状态。为了提升系统的稳定性和准确性，温度测量电路使用了热电偶和温度变送器来转换温度信号，并运用了多路复用技术与光电隔离技术。这些技术能够有效防止干扰并提高测量的精度。 总结而言，计算机控制系统设计是一个综合性的工程，它要求设计者在硬件选型、控制器设计、软件编程以及抗干扰措施等多个层面上具备深厚的知识和丰富的经验。数字伺服系统和电阻炉温度控制系统这两个案例揭示了将理论知识与实际应用相结合的过程，展示了计算机控制系统在自动化领域的重要作用和广阔的应用前景。通过不断地优化和创新，我们可以期待未来计算机控制系统将会更加高效、稳定，并在各种工业应用中发挥更大的作用。

在进行温度控制系统设计的计算机控制技术课程设计时，首先需要明确设计的主体对象为电炉。电炉温度控制的核心在于通过可控硅控制器调整热阻丝两端的电压，改变流经热阻丝的电流，进而影响电炉内的温度。在这一过程中，可控硅控制器的输入电压范围为0至5伏，且与电炉温度0至300℃之间存在对应关系。此外，温度传感器的测量值也会落在同样的电压范围内。对象的特性是积分加惯性系统，其时间常数T1为40秒。 课程设计的主要任务包括：设计计算机硬件系统并画出相应的框图；编写积分分离PID算法程序，并实现从键盘输入PID参数（比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td、采样时间T以及积分分离系数β）的功能；进行计算机仿真，编写仿真程序，分析Td改变时对系统超调量的影响；撰写详细的设计说明书，说明书应涵盖设计任务、方案比较、系统滤波原理、硬件原理及电路图、软件设计流程及源程序、调试记录与结果分析、参考资料等，并附上芯片资料、程序清单；最后进行总结。 在这一设计过程中，PID控制算法作为核心算法，对控制系统的设计至关重要。PID控制是一种广泛应用于工业过程控制的算法，它包含比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节。其中，比例环节负责根据当前偏差产生控制量以消除误差；积分环节可以消除稳态误差，提高控制精度；微分环节则对系统快速反应、减少超调并提高系统稳定性。然而，在某些情况下，为避免积分环节引起的振荡和系统响应慢的问题，可采用积分分离策略，即在偏差较大时取消积分作用，转而采用PD控制快速稳定系统；而当偏差降低到一定值时再加入积分作用。 为实现PID控制算法，通常需要利用计算机硬件系统进行辅助。硬件系统不仅包括温度测量装置（如热电偶）和控制执行装置（如可控硅控制器），还需要有计算和控制中心，这通常是由单片机或者微处理器来担任。通过编程将PID控制算法嵌入到计算机硬件系统中，单片机能够根据实时采集到的炉温信息，计算出控制信号，快速调节电炉温度至设定值。 在设计过程中，还会用到Matlab软件进行仿真，模拟实际工况，分析控制参数如Td改变对系统超调量的影响。这一步骤对于预测系统行为、优化控制策略至关重要。通过仿真可以预知在不同控制参数下系统可能出现的响应情况，从而在实际搭建系统前做出调整。 一个完整的温度控制系统设计不仅包含了硬件的选择和搭建，还需要软件层面的程序编写和算法实施。此外，系统仿真和数据分析同样重要，它们能够帮助设计者更好地理解和预测系统行为，为实际应用奠定基础。通过这一系列的步骤，可以实现一个高效、稳定、精确的温度控制系统。

本文将详细介绍一个基于电气工程及其自动化专业的计算机控制技术课程设计项目——温度控制系统设计。该设计旨在让学生掌握计算机控制系统的理论知识，实践技能，以及对PID控制算法的理解和应用。 课程设计的目标是通过设计一个温度控制系统，使学生能够全面理解计算机控制系统的组成，包括硬件电路设计、控制算法实现和软件编程。这门课程对于强化理论知识、提升实践能力、增强综合素质具有重要意义。设计内容主要涉及89C51单片机，ADC（模数转换器）, PWM（脉宽调制）电路，以及温度检测模块的集成。 硬件电路设计部分，学生需要构建89C51最小系统，并添加模入电路，如ADC0809，用于接收热敏电阻的电压输入，热敏电阻作为温度传感器。此外，还需要设计测温电路、PWM驱动电路等。控制算法采用增量型PID，通过模数转换器将温度信号转换为数字信号，然后通过PID算法计算出相应的PWM控制信号，以调整加热或冷却设备的功率，从而控制温度。 软件设计方面，主要包含主程序、中断程序、A/D转换程序、滤波程序、PID控制程序和PWM程序。其中，中断程序用于处理采样中断，滤波程序用于平滑温度数据，减少噪声，PID程序根据设定的参数进行控制决策，PWM程序则根据PID输出生成对应的PWM波形。 课程设计要求明确，例如，模入电路的通道0接热敏电阻，通过查表法处理非线性温度-电压关系，PWM信号由DOUT0（P1.4）输出。PID参数的整定采用凑试法，定时中断间隔和采样周期需合理选择。滤波方法可以选用平均值法或中值法，温度设定值由程序设定并通过实验箱的DAC输出。 在实验结果部分，控制系统应能稳定运行，对于不同采样周期，PID参数整定后，系统阶跃响应的超调应小于10%，调节时间尽量短。此外，可自定义温度设定曲线，记录系统的温度响应。 课程设计报告应涵盖设计目标、要求、系统框图、硬件电路、控制算法、软件设计流程、遇到的问题及解决方案、实验结果分析和个人体会等内容，以全面展示设计过程和成果。 总结，这个温度控制系统设计项目不仅锻炼了学生的硬件设计能力，也提升了他们的软件编程和控制算法设计技能，为将来从事计算机控制系统的设计和调试工作奠定了坚实的基础。通过实际操作，学生将深入理解计算机控制技术在解决实际问题中的应用，从而更好地将理论知识转化为实践能力。

"计算机控制系统课后习题答案" 计算机控制系统是一种利用计算机参与控制的系统，通过计算机对生产过程进行实时监控和控制。计算机控制系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分包括主机、输入输出通道、外部设备和生产过程装置等四部分。主机是微型计算机控制系统的核心，负责对系统的各个部分发出各种命令，并对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。输入输出通道是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。外部设备是实现微机和外界进行信息交换的设备，包括人机联系设备、输入输出设备和外存贮器等。生产过程装置包括测量变送单元、执行机构等。 软件部分可以分为系统软件、应用软件及数据库三部分。系统软件是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序，包括操作系统、诊断系统、开发系统、信息处理等。应用软件是面向用户本身的程序，由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序，包括过程监视程序、过程控制计算程序、公共服务程序等。 计算机控制系统有多种类型，包括操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、分布式控制系统等。计算机控制系统有很多特点，如控制规律的实现灵活、方便，控制精度高、控制效率高、可集中操作显示、可实现分级控制与整体优化等。 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，分为数字量过程通道和模拟量过程通道两种。数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道，模拟量过程通道由信号调理电路、多路转换器、采样保持器、A/D 转换器、接口及控制逻辑电路等组成。 在计算机控制系统中，数字量输入通道和模拟量输入通道是非常重要的组成部分。数字量输入通道包括数字量输入缓冲器、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。模拟量输入通道包括信号调理电路、多路转换器、采样保持器、A/D 转换器、接口及控制逻辑电路等。 理想多路开关的要求是开路电阻为无穷大，导通电阻为零，切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。在数据采样系统中，不是所有的输入通道都需要加采样保持器，只有在信号变化频率较高而 A/D 转换速度又不高，以致孔径误差影响转换精度时，才需要加采样保持器。

计算机控制系统复习资料精简版列出了重点知识点，内容涵盖计算机控制系统的发展、组成、工作原理、设计与实现、性能指标、研究课题以及发展方向等多个方面。首先介绍了计算机控制系统的概念，它是一种利用数字计算机实现生产过程自动控制的系统，与连续模拟系统的主要区别在于使用计算机替代模拟控制器。接着，详细说明了计算机系统的主要部件，包括A/D转换器、D/A转换器和数字计算机硬件及软件，并阐述了计算机控制过程中的实时数据采集、实时决策和实时控制三个阶段。计算机控制系统按功能、控制规律和控制方式分类，每种分类都包含不同的子类。 控制系统硬件平台的组成被详细列出，包括运算处理与存储、输入输出接口和人机对话三个部分，同时指出设计时应考虑的可靠性、可维护性、成本和精度等要点。软件方面，则提到了测控软件、网络软件和管理软件。控制算法作为闭环控制核心，对于提高系统性能有重要作用。网络技术对于控制系统的支持也至关重要，特别是在现场总线技术发展后，小型控制系统也趋向网络化。 性能指标是衡量计算机控制系统性能的关键，包括系统稳定性、能控性与能观测性、动态和稳态指标以及综合指标。研究课题方面，涵盖数学描述、性能分析、结构和算法设计以及计算机辅助计算设计等。发展方向上，除了经典的最优控制，还包括自适应、自学习、系统辨识、分级控制、集散型控制和现场总线型控制等前沿技术。 此外，计算机控制系统的优点被详细叙述，如易实现复杂控制规律、性价比高、适应性强、灵活性高、测量灵敏度高、系统可靠性和容错能力高以及控制与管理的有机结合。计算机控制系统也存在一些缺点和不足，例如抗干扰能力较低、设计实现有一定困难。提及了计算机控制系统在国际市场的概况，包括可编程序控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、工业PC机、PID调节器和现场总线控制系统（FCS）等。 计算机控制系统复习资料精简版内容全面，涵盖了计算机控制系统的基础理论知识、实际应用以及未来发展趋势，为相关领域的学习者和从业者提供了详实的复习资料。

【机电系统计算机控制】是涉及机械工程和自动化技术的一个重要领域，主要研究如何利用计算机对机电设备进行高效、精准的控制。复习题涉及到的主要知识点包括： 1. **Z变换**：Z变换是数字信号处理中的一种重要工具，用于将离散时间序列转换为复频域表示，便于分析系统的动态特性。单位阶跃序列的Z变换是Y(z)= 1/(1-z^-1)，这里的z变换对于理解和设计数字滤波器、控制器等至关重要。 2. **最少拍系统**：最少拍系统的目标是最小化控制系统的调节时间，使其在尽可能少的采样周期内达到稳定状态。这通常通过优化控制器的设计来实现，比如最少拍无纹波设计和最少拍有纹波设计，它们的区别在于零点的要求不同。 3. **有限拍无纹波设计与有限拍有纹波设计**：两者的区别在于对控制器Gc(z)的零点和传递函数HG(z)的零点的关系。有限拍无纹波设计要求Gc(z)的零点完全包含HG(z)的所有零点，而有限拍有纹波设计则仅需包含单位圆上或圆外的零点。 4. **振铃现象**：在数字控制系统中，振铃现象是指在系统达到稳态后，调节器输出可能出现的以2T为周期的上下摆动。这是由于数字控制器的阶跃响应引起的瞬态行为。 5. **计算题**：题目要求求解函数的Z变换和Z反变换，这是数字信号处理的基础技能，用于分析系统响应和设计滤波器。 6. **分析题**： - 扩充临界比例度法整定PID参数：这是一种常用的方法，通过调整比例增益Kp，观察系统动态性能，确定合适的PID参数T, Kp, Ti, Td。 - 采样周期的影响：过大可能导致信号失真，系统稳定性下降，快速性变差；过小则可能增加非线性效应，影响系统稳定性。 - 积分分离PID算法：通过调整积分项的系数Kl，可以在保持积分作用的同时减少超调，提高系统性能。 7. **综合题**：设计单闭环原料油加热炉出口温度控制系统，需要考虑计算机控制系统框图、采样保持电路、PID参数整定以及稳定裕量对系统性能的影响。 8. **稳定裕量**：稳定裕量是指系统稳定的边界条件与实际系统参数之间的差距，过大可能导致响应慢和稳态误差，过小可能导致长时间的振荡，影响系统快速性和准确性。 以上内容涵盖了机电系统计算机控制的关键概念和技术，包括控制系统设计、参数整定、采样理论和系统分析。这些知识点对于理解和应用计算机控制在实际工程中的机电系统至关重要。

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