《计算机控制技术》试题集.docx

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《计算机控制技术》试题集

一

一、填空题（每空2分，共20分）

1．闭环负反馈控制的基本特征是。

2．闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母。

3．惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输出量不能突变，而是按变化。

4．静态误差系数是系统在典型外作用下精度的指标，静态误差系数越大，精度。

5．系统的相稳定裕度γM，定义为开环频率特性在截止频率ωc处。

6．离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统的有关。

7．零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性φ（ω）=。

8．若已知闭环系统自然频率为ωn，经验上，采样频率ωs应取。

9．通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为。

10．为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入。

二、选择题（每题2分，共10分）

1．在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将。

A增大；B减小；C不变。

2．控制算法直接编排实现与串联编排实现相比，有限字长所引起的量化误差。

A较大；B较小；C相当。

3．某系统的Z传递函数为G（z）=0.5（z+0.5）/（z+1.2）（z-0.5），可知该系统是。

A稳定的；B不稳定的；C临界稳定的。

4．若以电机轴的转角为输入量，电机轴的转速为输出量，则它的传递函数为环节。

A积分；B微分；C惯性。

5．在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应传感器的精度。

A大于；B小于；C等于。

三、简答题（每小题5分，共20分）

1．图1为水箱水位自动控制系统，试说明基本工作原理。

图1

2．已知单位负反馈闭环控制系统的单位阶跃响应的稳态误差为0.1，试问该系统为几型系统，系统的开环放大系数为多少?

3．试简单说明系统稳定性与稳态误差相互矛盾的关系。

4．试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定理，采样后将会变成何种信号。

四、（10分）已知单位负反馈系统开环传递函数为

G（s）=ωn2/s（s+2ζωn）

实测求得单位阶跃响应的σ%=4.3%，ts=2.5秒，试写出闭环传递函数并求ωn，ζ为多少。

五、（10分）现已知某炉温变化范围为0~1000℃，测试时，采用9位的A/D变换器（带符号位），试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。

若测试时，通过变送器将测试起点迁移到500℃，保持同样的系统对炉温变化的分辩率，试问此时可采用几位的A/D变换器就可以了。

六、（10分）已知系统方块图如图2所示

图2

1）试写出系统闭环传递函数

2）若K=2,试求使系统稳定的T取值范围。

（已知Z[1/s2]=Tz/（z-1）2）

七、（20分）已知调节器传递函数为

，T=0.5秒

1）试用一阶向后差分变换法，将其离散，求Gc（z）=？

2）将Gc（z）用第二种直接程序法编排实现，试求u（k）表达式，并画出结构图；

3）将该算法分成算法I与算法II，并画出编程的流程图。

计算机控制技术试题（3）

评分标准（参考）

一、填空题（每空2分，共20分）

1．测量偏差、纠正偏差；2．相同；3．按指数规律变化；4．越高；5．相角与180度之差；6．采样周期；7．-ωT/2；8．≥10ωn；9．串模干扰；10．调理电路。

二、选择题（每空2分，共10分）

1．A；2．A；3．B；4．B；5B。

三、简答题（每小题5分，共20分）

1．由于出水干扰QO使水位下降时，浮子下降，进水口打开，水位逐渐增高，浮子逐渐上浮，当达到给定高度时，浮子将进水口堵死，从而保持设定高度。

2．1）零型系统；2）0.1=1/（1+K）K=9

3．通常，在系统正向通道加入积分环节或增大开环放大系数，将会减少稳态误差，但将会降低系统的稳定程度。

4．若连续信号所含频率分量的最高频率为

，为使其采样信号不失真，采样频率

；若不满足采样定理，一个高频信号将会变成低频信号。

四、（10分）

1）

（3分）

2）

，

（4分）

，

（3分）

评分：

由于

计算有误，使ωn计算有误，可给1分。

五、（10分）

1）

，故Δ=3.9°；（5分）

2）

，故

（5分）

评分：

于Δ计算有误导致第2问有误，但计算方法正确，可给3分。

六、（10分）

1）

2）

，

，

要求

，

，T<2

，T>0

评分：

1）每小问各为5分

2）若因

有错，导致T有错，但求T方法正确，可得3分；

3）求

方法正确，但计算有误，可得3分。

七、（20分）

1）S=（1-z-1）/TGC（z）=（1.5-z-1）/（1.1-z-1）

2）

；

3）I：

II：

u1=0.9u（k）-0.91e（k）

评分：

1）第1小题10分，其余两小题各5分；

2）由于第1小题计算有误，使第2、3小题有误，但方法正确，可给5分；

3）在第2小题中，若采用减小延迟方法绘结构图时亦算正确。

二

第一章

1.典型的工业生产过程分为哪几种？

答:

典型的工业过程分为3种:

连续过程,离散过程和批量过程.

2.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？

答:

计算机的工作步骤分为3步:

实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理.

3.计算机控制技术的工作方式有哪几种？

答:

计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.

4.为什么要强调计算机控制中的实时性？

答:

所谓实时性,就是指信号的输入,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性.

5.常用的计算机控制系统主机有哪几种？

答:

常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,DSP和智能调节器.

6.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？

答:

计算机控制系统中集散控制系统（DCS）的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分.

7.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？

答:

现场总线控制系统（FCS）的结构模式为操作站---现场总线智能仪表两层结构.（DCS为操作站-控制站-现场仪表三层结构模式）

第二章

1.什么是计算机的总线？

答:

所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令,地址和数据）的一组信号线.分为内部总线和外部总线.

2.计算机的外部总线有哪几种？

答:

计算机的外部总线有RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB等等.

3.RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？

为什么RS-232C的传输距离不远？

答:

RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共的信号地线,共模信号不可避免地要进入信号传送系统中.当传输距离过远时,发送器与接收器各自会形成不同的对地电位.

4.RS-485串行通信总线采用什么传输方式？

它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？

答:

RS-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式.

区别在于RS-485为半双工工作方式,而RS-422A为全双工工作方式.且RS-422A适用于两点之间进行高速,远距离通信,而RS-485适用于多点之间进行高速,远距离通信.

5.数字量I/O的接口芯片有什么作用？

有哪些典型芯片？

P30

6.积分电路对数字量信号的调理过程。

P31为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,一般都就应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡.

7.采用光电耦合器的大功率输入调理电路的工作过程。

P32

8.什么是香农采样定理？

香农采样定理:

如果模拟信号（包括噪声干扰在内）频谱的最高频率为fmax,只要按照采样频率f>=2fmax进行采样,那么采样信号就能惟一地复观.

9.什么是量化误差？

量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程是一个小数归整过程,因而存在量化误差,量化误差为（+_1/2）q.

10.什么是孔径时间和孔径误差？

完成一次A/D转换所需的时间称为孔径时间.

孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差,即为孔径误差.

11.采样保持器的工作原理？

P41

12.结合具体电路，分析以AD574A为核心的A/D过程通道的工作过程。

P45

13.什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？

串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰信号.

高通,低通,带通滤波器.

尖峰型串模干扰民为主要干扰源时,用双积分A/D转换器.

采用双绞线作信号引线（减少电磁感应）

14.什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？

所谓共模干扰,是指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压.

抑制方法:

变压器隔离光电隔离浮地屏蔽

15.什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些？

长线传输干扰是指:

长线传输受到外界干扰,具有信号延时,高速度变化的信号在长线中传输时,还会出现波反射现象.

抑制方法:

终端匹配始端匹配

16.计算机控制系统中有哪些类型的地线？

有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线

第三章

1.逐点比较法直线插补原理

加工第三象限直线OA，起点为O（0，0），终点坐标为A（-6，-4），试进行插补计算并作出走步轨迹图。

P84

2.逐点比较法圆弧插补原理

加工第四象限逆圆弧AB，已知起点的坐标为A（0，-4），终点的坐标为B（4，0），试进行插补计算并作出走步轨迹图。

P87

3.根据已知的三相步进电机的工作时序图，分析说明其工作方式。

A-B-C-A…….

4.已知三相步进机的转子为40个齿，定子为3对磁极，试求工作在三相六拍方式时的步距角和齿距角。

步距角:

360/40/6=1度

齿距角360/40=9度

第四章

1：

求惯性环节的差分方程

解：

由有

化成微分方程：

以采样周期离散上述微分方程得

即

用一阶后项差分近似代替得：

代入上式得

整理得

2.根据模拟PID的控制算法，分别写出数字PID位置式和增量式算法。

P105P106

3.数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？

增量算法不需要做累加,位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大的累加误差

增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,误动作影响大.

采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换.

4.数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？

Kp为比例增益,能减小误差,但不能消除稳态误差,但Kp加大会引起系统不稳定.

Ti为积分时间常数只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差但积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡.

Td为微分时间常数可以减小调整时间,从而改变系统的动态性能.

5.什么是积分饱和现象？

积分分离算法的工作原理是什么？

所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u（k）达到极限位置。

此后若控制器输出继续增大，u（k）也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。

一旦出现反向偏差，u（k）逐渐从饱和区退出。

进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。

此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样，造成控制性能恶化。

这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象

积分分离算法的工作原理是:

当偏差较大时,取消职分作用,当偏差较小时,才将积分作用投入.

|e（k）|>B时,采用PD控制,当|e（k）|<=B,采用PID控制（B为积分分离阈值）

6.最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？

最少拍控制算法本质上是时间最优控制算法,因为最少拍控制算法是以系统的快速性为主要性能指标.

7.最少拍控制算法的三种典型输入信号分别是什么？

三种典型输入信号分别是单位阶跃信号,单位速度信号,单位加速度信号

8.最少拍控制算法的局限性是什么？

最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差