计算机控制系统.docx

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计算机控制系统

简答题

1.画出典型计算机控制系统的基本框图。

2、连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？

答：

（1）是模拟和数字的混合系

（2）控制规律是通过程序实现的，具有灵活性和适应性。

（3）能够实现复杂控制规律。

（4）不是连续控制的，而是离散控制的。

（5）可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。

（6）便于实现控制与管理一体化。

3.简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。

答：

（1）连续信号：

连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的、也可以是断续的。

（2）模拟信号：

模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。

（3）离散信号：

离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。

（4）采样信号：

采样信号在时间上是离散的、而幅值上是连续的。

（5）数字信号：

数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。

4.简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。

1）比例调节规律的作用

偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，会产生称静差。

Kp增大有利于减小静差，但Kp增加太大，将导致系统超调增加，稳定性变坏，甚至使系统产生振荡。

2）积分调节规律的作用

只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。

但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。

3）微分调节规律的作用

根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。

但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。

5.何为最少拍设计？

答：

指系统在典型输入信号作用下，经过最少拍，使系统输出的稳态误差为零。

6.计算机控制系统中主机有那些？

答：

工业计算机，可编程序控制器，单片机，嵌入式控制器，数字信号处理器，ARM处理器。

7.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。

答：

就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。

外部干扰和内部干扰。

硬件措施，软件措施，软硬结合的措施

8.某加热炉温度变化范围为0～1600℃，经温度变送器和调理电路输出电压为1～5V，再经ADC0809转换（ADC0809的输入范围1～5V），使计算当采样数值为9BH时，所对应的加热炉温度是多少？

9.线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？

答：

闭环系统特征方程的所有根的模｜zi｜<1。

10.阶跃响应不变法的基本思想是什么？

答：

离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。

11.简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。

答：

除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。

12.什么是采样或采样过程？

答：

按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、2T、„kT的一连串脉冲输出信号的过程。

13.什么是共模干扰和串模干扰？

如何抑制？

答：

串模干扰及其抑制方法串模干扰：

所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。

也称为常态干扰。

（2）串模干扰的抑制方法①采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；应用带通滤波器。

②当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。

③对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。

④从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。

⑤采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应。

选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。

共模干扰及其抑制方法

（1）共模干扰：

所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

共模干扰也称为共态干扰。

（2）共模干扰的抑制方法①变压器隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，以使共模干扰电压Ｕcm不成回路，从而抑制了共模干扰。

②光电隔离：

光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组成的，它们之间的信号是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。

③浮地屏蔽：

采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。

④采用仪表放大器提高共模抑制比，仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信号器件。

14与PID控制和直接数字控制相比，模糊控制具有哪些优点？

（1）可应用于具有非线性动力学特征的复杂系统。

（2）不用建立对象精确的数学模型。

（3）鲁棒性好。

15.何为振铃现象？

如何消除振铃现象？

答：

指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。

有两种方法可用来消除振铃现象。

第一种方法是先找出D（z）中引起振铃现象的因子，然后令其中的z=1，这样处理不影响输出量的稳态值。

第二种方法是选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数Tc，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象

16.写出增量型PID的差分控制算式。

17.如何消除比例和微分饱和现象？

答：

“积分补偿法”。

将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。

这样，动态过程也得到了加速。

18.简述计算机网络的功能及特点。

（1）数据信息的快速传输和处理。

（2）可共享计算机系统资源。

（3）提高了计算机的可靠性。

（4）能均衡负载、互相协作。

（5）能进行分布处理。

（6）计算机网络的智能化，提高了网络的性能和综合的多功能服务，并能更加合理地进行应用，以提高综合信息服务的水平。

19.为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取的措施有哪些？

（1）提高元器件和设备的可靠性。

（2）采取抗干扰措施。

（3）采用可靠性设计技术。

（4）采用故障诊断技术。

20.计算机控制系统中主机有那些？

//重复了

答：

工业计算机，可编程序控制器，单片机，嵌入式控制器，数字信号处理器，ARM处理器。

21．在计算机控制系统中，一般有哪几种地线？

答：

模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地五种

22.数字控制器的连续化设计步骤？

答：

设计假想的连续控制器、选择采样周期T、将DS离散化 为Dz、设计控制算法、校验五个步骤

23.简述数字滤波技术，其算法有哪些?

答：

所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。

算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法

24.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。

答：

（1）根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数Φz（）。

（2）确定数字控制器的脉冲传递函数D（z）；根据D（z）编制控制算法程序。

计算题

1.用双线性变换法求模拟控制器

等效的数字控制器，设采样周期T=0.5s。

2.设被测温度变化范围为0oC~1200oC,如果要求误差不超过0.4oC,应选用分辨为多少位的A/D转换器？

3.已知系统的差分方程为

，输入信号是

初始条件为

，试写出输出脉冲序列

4.已知

，写出等效的增量型数字PID控制器的差分形式。

5.已知被控对象的传递函数;G（s）=1/〔s（s+2）〕,采用零阶保持器,取采样周期T=0.1,试设计单位阶跃作用下的最少拍调节器。

6、已知某连续控制器的传递函数为：

试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数

，并给出控制器的差分形式。

其中

。

7.用后向差分法求

的等效数字控制器，设采样周期T=1s。

8.用双线性变换法求

的等效数字控制器，采样周期T=0.5s。

9.被控对象的传递函数为

，采样周期T=1s，采用大林算法设计数字控制器

。

名词解释

1.信号调理：

将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，称为信号调理

2.有源I/V变换：

主要是利用有源器件运算放大器、电阻来实现将变送器输出的标准电流信号变换成标电压信号

3.积分分离：

在PID控制中，为了提高控制性能，当偏差e（k）较大时，取消积分作用（采用PD控制）；当偏差e（k）较小时才将积分作用投入（采用PID控制） 

4.软件陷阱：

就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序

5.积分饱和：

 如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作

6.接口：

接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁

7.过程通道：

过程通道是在计算机和生产过程间设置的信息传送和转换的连接通道

8.量化：

所谓量化，就是采用一组数据来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号

9.自动校准：

自动校准是指在系统开机后或每隔一定时间自动测量基准参数，然后计算误差模型，获得并存储误差补偿因子

10.HMI：

HMI就是使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口。

1.如何消除积分饱和现象？

答：

减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。

因此当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个PD调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振荡。

只有当误差e在门限之内时，加入积分控制，相当于PID控制器，则可消除静差，提高控制精度。