计控复习空白.docx

计控复习空白.docx

《计控复习空白.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计控复习空白.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

计控复习空白

1．计算机控制系统由和两大部分构成。

2．数字量输入通道主要由、、等组成。

3．假设ADC0809的基准电压VREF（+）=5.12V，VREF（-）=0V，则此时它的量化单位q=mV；若输入电压VIN=3V，则输出的转换结果D=

1.12位的A/D转换器对幅度为5V的电压信号进行转换，它能分辨的最小电压变化是___mV。

4．完成一次A/D转换所需的时间称为时间。

5．写出数字控制器连续化设计的五个步骤：

6．设计对速度输入的最少拍无纹波控制器时，被控对象应至少含个积分环节。

7．若被控对象的G（z）分母比分子高N阶，那么最少拍控制器的物理可实现的条件是。

8．最少拍控制器有两个主要特点：

　和　　。

9．大林算法控制的响应特点是，其响应的调节时间长短可通过改变。

10．设计串级控制系统时应把主要扰动包含在回路中。

11．三相步进电机按三相六拍方式工作，各相通电次序为。

12．集散控制系统在功能上实现了集中和分散，以适应不同类型的控制要求。

13．经常采用的软件抗干扰技术是、、和开关量软件抗干扰技术等。

2.与采样同样时间点和时间间隔,并由计算机输出的__________量被零阶保持器变换成连续________信号输送到被_______对象。

5.完成一次A/D转换所需的时间称为______时间。

6.数字PID控制器有_____式和_____式两种控制算法。

7.数字PID控制器参数的整定有___法和____法两种。

9.计算机控制系统的抗干扰措施主要有___抗干扰、___抗干扰和__自诊断技术。

10.集散控制系统在功能上实现了__集中和__分散,以适应不同类型的控制要求。

11.离散系统稳定的充要条件是系统的特征根必须全部位于Z平面的__，只要有一个根在____，系统就不稳定，对实际系统来说，处于稳定边界也称为__系统。

12.模拟化设计的关键步骤是____。

2.为提高输入模拟信号的频率范围，应在A/D转换器前加_电路。

3.大林算法适用于两类被控对象，分别是，。

应用大林算法后的闭环系统传递函数是

6.数字PID控制器有式和式两种控制算法。

7.计算机控制系统的软件抗干扰措施主要有滤波、技术和技术。

8.DCS控制系统在功能上实现了集中和分散,以适应不同类型的控制要求。

9.离散系统稳定的充要条件是系统的特征根必须全部位于Z平面的，只要有一个根在

，系统就不稳定，对实际系统来说，处于稳定边界也称为系统。

二、如图所示的计算机控制系统，请填写出各部件的名称并分别叙述各部件的功能

三.试画出一个多路模拟量输入通道的结构框图，说明各个环节作用和信号是如何传递的。

四.写出位置式和增量式PID算法的公式,假定要增加积分控制作用，应如何调节积分时间TI?

解：

位置式算法

增量型控制算式

Kp为比例增益；KI=KpT/TI为积分系数；KD=KPTD/T为微分系数。

三、控制计算机设置Watchdog的目的是什么？

简单叙述Watchdog的工作原理。

1．

第一象限顺圆弧插补偏差判别式是

，请推导简化偏差计算公式。

五、设加工第一象限圆弧AB，起点A（1，5），终点（5，1），要求：

a）写出偏差计算的递推公式。

b）按逐点比较法插补进行列表计算。

c）画出走步轨迹图，并标出进给方向步数。

解：

a）设加工点处于m（xm,ym）点

1）若Fm≥0时

则沿-y方向进给一步至m+1点的坐标值为

xm+1=xm

ym+1=ym-1

∴

2）若Fm<0时

则沿+x方向进给一步至m+1点的坐标值为

xm+1=xm+1

ym+1=ym

∴

b）进给的总步数Nxy=∣5-1∣+∣1-5∣=8F0=0

步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别

起点F0=0x0=1，y0=5Nxy=8

1F0=0－yF1=F0－2y0＋1＝－9x1=1，y1=4Nxy=7

2F1<0＋xF2=F1＋2x1＋1＝－6x2=2，y2=4Nxy=6

3F2<0＋xF3=F2＋2x2＋1＝－1x3=3，y3=4Nxy=5

4F3<0＋xF4=F3＋2x3＋1＝6x4=4，y4=4Nxy=4

5F4>0－yF5=F4－2y4＋1＝－1x5=4，y5=3Nxy=3

6F5<0＋xF6=F5＋2x5＋1＝8x6=5，y6=3Nxy=2

7F6>0－yF7=F6－2y6＋1＝3x7=5，y7=2Nxy=1

8F7>0－yF7=F6－2y7＋1＝0x8=5，y8=1Nxy=0

c）

二.设加工第二象限直线AB,起点A（-3,2）,终点B（-9,6）,要求:

（1）按逐点比较法插补进行列表计算。

（2）画出走步轨迹图,并标出进给方向步数。

解:

Nxy=│-9-（－3）│+│6-2│=10Xe=-9Ye=6F0=0

步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断

起点F0=0Nxy=10

1F0=0-XF1=F0-Ye=-6Nxy=9

2F1<1+YF2=F1-Xe=3Nxy=8

3F2>0-XF3=F2-Ye=-3Nxy=7

4F3<0+YF4=F3-Xe=6Nxy=6

5F4>0-XF5=F4-Ye=0Nxy=5

6F5=0-XF6=F5-Ye=-6Nxy=4

7F6<0+YF7=F6-Xe=3Nxy=3

8F7>0-XF8=F7-Ye=-3Nxy=2

9F8<0+YF9=F8-Xe=6Nxy=1

10F9>0-XF10=F9-Ye=0Nxy=0

四.一个8位A/D转换器,孔径时间为100μS,如果要求转换误差在A/D转换器的转换精度（0.4%）内,求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少?

解：

由误差表达式

得：

六、PID控制的微分先行算法对基本PID控制做了什么改进？

主要用于解决什么问题？

设TD=0.2秒，T=1秒，

＝3，用后向差分法求出微分先行环节的输出

和PI控制器的输出

（增量型）。

解：

1）PID控制的微分先行算法将对误差的微分运算改为对反馈量的微分运算。

微分先行算法主要用于解决给定值大幅度变化时，微分环节引起控制量过大的问题。

2）

（直接用拉氏反变换求微分方程也可以）

七、已知Smith预估器的方框图，其中被控对象

的离散模型为

，请写出Smith预估器的输出

的表达式，在计算机中如何实现纯延迟环节

。

答：

在内存中专门设定N个单元作为存放信号m（k）的历史数据，存储单元的个数

，其中

为纯滞后时间，T为采样周期。

每采样一次，把m（k）记入0单元，同时把0单元原来存放数据移到1单元，1单元原来存放数据移到2单元，…，依次类推，从单元N输出的信号就是滞后N个采样周期的m（k-N）信号。

七、三相步进电机按三相六拍方式工作，试写出使得步进电机正转和反转的通电次序，根据原理框图写出控制字。

如何控制步进电机的速度，怎样实现匀速、加速和减速运转过程。

解：

正转：

A－AB－B－BC－C－CA

反转：

A－CA－C－BC－B－AB

步进电机的速度控制：

输出字更换得越快，步进电机的转速越高。

输出字更换得越慢，步进电机的转速越低。

输出字更换时间间隔不变,匀速转动;

输出字更换时间间隔变小,加速转动;

输出字更换时间间隔增大,减速转动;

八、某热处理炉温度变化范围为0~1400℃，经温度变送器线性变换为4~20mA电流信号，选用的12位A/D转换板的输入电压范围是0~10V（对应数字量000～0FFFH），要求当温度达1400℃时，A/D输入电压为8V，求简单无源I/V变换的电阻阻值，写出编程时温度量的计算公式。

当A/D转换结果为500H时，炉内温度为多少度？

五、某热处理炉温度变化范围为200~1400℃，经温度变送器变换为0~5V电压送至AD574,AD574的输入范围为0~10V。

当t=KT时，AD574的转换结果为408H，问此时的炉内温度为多少度（保留一位小数）？

解：

工程量（温度）最小、最大值分别是：

Ymin=200,Ymax=1400.

对应Ymin的A/D输出是Nmin=0,

对应Ymax的A/D输出是Nmax=4095×5/10=2048,

当AD574的转换结果为408H时，对应的温度是：

℃

七、已知被控对象的传递函数为

，采样周期T=1s，采用零阶保持器。

针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的D（z），并计算输出响应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。

解：

d=0,q=2,v=1,w=1,j=1且j

∴m=w+d=1

N=v-j+q=2

∴

∴

即

七、根据下图所示计算机控制系统的模入通道方框图，简述针对通道零飘和增益变化的自动校准测量原理，并导出输入电压Vs的计算公式。

解：

通道的零飘指的是通道输入为零电压时，

A/D转换器的输出不是对应零电压的数字量。

校准的办法是将每次的测量值减去零电压对

应的数字量；通道增益的变化可用基准电压

与被测电压相比较来校准。

校准方法：

1.开关接地，获得零电压对应的A/D输出值为x0；

2．开关接VR，获得基准电压值对应的A/D输出值为x1；

3．开关接被测电压，获得A/D输出值为x，则Vs用下式计算

八、有一单反馈数字控制系统：

其广义对象为

，按阶跃输入[R（z）=1/（1-z-1）]设计D（z），给定的闭环脉冲传递函数为

，采样周期T=0.7秒。

1.求

；

2.设计数字控制器D（z）；

3.计算系统在采样点的输出y（k）并作图；

4.判断系统输出的纹波情况；

解：

1.

2.

3．因为

包含了

的所有零点，所以系统输出无纹波。

或者

只有有限项，进入稳态后u（k）为常值，所以系统输出无纹波。

4．

5.单闭环数字控制系统的被控对象

，采样周期为1秒。

对应的广义被控对象是

，设计一个跟踪单位速度输入的最少拍无纹波控制器。

（

）

求出

（1）闭环传递函数

；

（2）数字控制器D（z）；

（3）数字控制器的输出u（k）的递推公式；

（4）系统经过几拍进入稳态。

解：

（1）

根据G（z）可知，d=0,w=1,j=2,v=2,由输入信号可知，q=2

于是m=w+d=1+0=1

n=v-j+q=2-2+2=2

令

根据

和

的关系，求得

解得

则

，

（2）

（3）

由

，求得

（4）

将

展开，有

项，说明系统经过3拍进入稳态。

1．写出下图所示结构框图的Smith补偿器

的表达式，试从系统闭环传递函数说明加入补偿器后，被控对象的纯滞后对控制器的设计没有影响。

解：

。

未加入补偿器，闭环传递函数：

由于Φ（s）分母含有纯滞后环节，会使系统难于控制，甚至发生不稳定。

加入补偿器，闭环传递函数：

此时Φ（s）分母中不含有纯滞后环节，控制器设计就不受纯滞后环节的影响。

2.下图是Smith预估控制系统。

写出结构框图中

；用双线性变换求

，采样周期取0.1秒；求

；求

与

的关系。

3．在下图所示的计算机串级控制系统中，已知采样周期为T，且有

，

，其中a0、a1、b0、b1、b2是使D1（z）和D2（z）能够实现的常数，试写出计算机串级控制算法。

2.下图是计控PID实验电路图。

请问被控对象怎么实现的？

被控对象的传递函数G（s）是什么？

系统由几部分组成？

控制计算机、信号源及A1和A2的作用是什么？

叙述系统的基本控制原理。

答：

被控对象由运放A3、A4及阻容元件组成。

传递函数是

。

系统的组成：

控制计算机、A/D转换器、D/A转换器、信号源、A1和A2形成的误差运算单元及A3，A4形成的被控对象。

控制计算机完成PID功能及其它系统控制功能；信号源用于设定给定值；误差运算单元计算出给定值与对象输出的误差。

系统控制原理：

1.控制计算机定时让A/D转换器采样误差E，得到对应的数字量，2.然后经PID控制律计算出控制量，3.再由D/A转换器转变成模拟控制量，送往被控对象。

以上过程重复进行。

3．写出数字PID控制增量式计算公式。

若要减弱积分控制作用，如何调节积分时间常数。

下图是某PID控制系统在单位阶跃输入下的输出响应图，应怎样调节PID参数可使系统超调变小，稳态误差变小？

答：

PID增量式计算公式

减小积分控制作用，可增大积分时间常数

从减小Kp和减小

入手。

填空（20分）

选择（10分）

简答（30分）

分析计算（40分）

如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！