計(jì)算機(jī)控制計(jì)算題及簡(jiǎn)答題

1、第一部分：基本概念部分必須掌握的內(nèi)容1、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中離線方式和在線方式的含義是什么？答： (1)“在線”方式：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，如果生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備直接與計(jì)算機(jī)連接，生產(chǎn)過(guò)程直接受計(jì)算機(jī)的控制，就叫做“聯(lián)機(jī)”方式或“在線”方式。 (2)“離線”方式：若生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備不直接與計(jì)算機(jī)相連接，其工作不直接受計(jì)算機(jī)的控制，而是通過(guò)中間記錄介質(zhì)，靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式，則叫做“脫機(jī)”方式或“離線”方式。2、 出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原理框圖，并簡(jiǎn)述數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計(jì)步驟。答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖控制圖如所示。模擬化設(shè)計(jì)步驟：1、求出模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)D(S) 2、選擇合適的采樣周期T 3、把D(

2、S)離散化，求出數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z) 4、檢驗(yàn)系統(tǒng)的閉環(huán)特性是否滿足設(shè)計(jì)要求 5、把D(z)變換成差分方程的形式，并編程實(shí)現(xiàn) 6、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試3、 簡(jiǎn)述增量型PID控制算與位置型PID控制算法相比較具有哪些優(yōu)點(diǎn)？以及增量型控制算法的不足之處。答： 與位置算法相比，增量型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)位置型算式每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差對(duì)控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。(2)為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)無(wú)擾切換，在切換瞬時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始

3、閥門開(kāi)度u0，若采用增量型算法，其輸出對(duì)應(yīng)于閥門位置的變化部分，即算式中不出現(xiàn)u0項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。(3)采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。不足之處：積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。4、什么是過(guò)程通道？過(guò)程通道主要包括哪些類型？答：過(guò)程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。按信息傳遞的方向來(lái)分，過(guò)程通道可分為輸入過(guò)程通道和輸出過(guò)程通道；按所傳遞和交換的信息來(lái)分，過(guò)程通道又可分為數(shù)字量過(guò)程通道和模擬量過(guò)程通道5、 什么是內(nèi)部總線？常用的內(nèi)部總線有哪些？答：內(nèi)

4、部總線是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)行信息傳送的公共通道，是一組信號(hào)線的集合。常用的內(nèi)部總線有IBM PC總線和STD總線。6、 什么是共模干擾？如何抑制？答：共模干擾是指A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。共模干擾常用的抑制方法:A 利用雙端輸入的放大器作為前置放大器，如AD521等B 利用變壓器或光電耦合器把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號(hào)隔離，即模擬地和數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)，被測(cè)信號(hào)通過(guò)變壓器或光耦合器獲得通路，而共模干擾不能形成回路而得到抑制。C 采用雙層屏蔽-浮地輸入方式。D(z)H(s)G0(s)R(s)R(z)C(z)c(s)G(z)(z)E(z)7、畫出數(shù)字控制系統(tǒng)原理框圖。并寫出廣義對(duì)象的脈沖

5、傳遞函數(shù)、閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)、誤差脈沖傳遞函數(shù)、以及數(shù)字控制器的Z變換的表達(dá)式。圖中G0(s)是被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，H(s)是零階保持器的傳遞函數(shù)，G(z)是廣義被控對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)，D(z)是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)， R(z)是系統(tǒng)的給定輸入，C(z)是閉環(huán)系統(tǒng)的輸出，(z)是閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)。零階保持器的傳遞函數(shù)為： （5-1）廣義被控對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為： （5-2）由圖可以求出開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為： （5-3）閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為： （5-4）誤差的脈沖傳遞函數(shù)為： （5-5）顯然 （5-6）由式（5-4）可以求出數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為： （5-7）8、簡(jiǎn)述數(shù)字控制

6、器的離散化設(shè)計(jì)步驟。答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖41所示。圖41計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖由廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，可求得控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)步驟如下：(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要求和其它約束條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)。(2)求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。(3)求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。(4)根據(jù)D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。9、大林算法主要用來(lái)解決什么類型的控制問(wèn)題？簡(jiǎn)述大林算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)。答：大林算法是用來(lái)解決含有純滯后對(duì)象的控制問(wèn)題。 設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字控制器，使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為帶有原純滯后時(shí)間

7、的一階慣性環(huán)節(jié)。10、 圓弧插補(bǔ)有哪幾個(gè)步驟？答：圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下：(1)偏差判別(2)坐標(biāo)進(jìn)給(3)偏差計(jì)算(4)坐標(biāo)計(jì)算(5)終點(diǎn)判別11、串模干擾和工模干擾的含義。答：串模干擾指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲 共模干擾是指A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓12、 信號(hào)的接地方式答：安全接地 工作接地 屏蔽接地13、 數(shù)字程序控制方式的類型答：數(shù)字程序控制方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制和輪廓的切削控制14、 軟件抗干擾技術(shù)答：軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)系統(tǒng)受到干擾后使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行或輸入信號(hào)受干擾后去偽求真的一種輔助方法。15、 集散控制系統(tǒng)的內(nèi)容答：集散控制系統(tǒng)DCS就是企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理和

8、生產(chǎn)過(guò)程控制分別由幾級(jí)計(jì)算機(jī)記性控制，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理的系統(tǒng)。16、插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟。答：直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下： (1)偏差判別：即判別上一次進(jìn)給后的偏差值Fm是最大于等于零，還是小于零；(2)坐標(biāo)進(jìn)給：即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進(jìn)給方向，并在該方向上進(jìn)給一步； (3)偏差計(jì)算：即計(jì)算進(jìn)給后的新偏差值Fm+1，作為下一步偏差判別的依據(jù)；(4)終點(diǎn)判別：即若已到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)，則重復(fù)上述步驟。圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程的步驟如下：(1)偏差判別 (2)坐標(biāo)進(jìn)給 (3)偏差計(jì)算 (4)坐標(biāo)計(jì)算 (5)終點(diǎn)判別17、步進(jìn)電機(jī)的工作方式，步距角和齒距角的計(jì)算答：步進(jìn)電機(jī)可工作于單相

9、通電方式，也可工作于雙相通電方式或單相雙相交叉通電方式。18、 簡(jiǎn)易工程法整定PID參數(shù)的方法。答：P115 例題5.219、 最少拍控制算法典型輸入信號(hào)形式。答：P11720 動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的含義動(dòng)態(tài)矩陣控制算法是一種基于對(duì)象階躍響應(yīng)的預(yù)測(cè)控制算法21前饋控制器的理論基礎(chǔ)前饋控制的基本概念是測(cè)取進(jìn)入過(guò)程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化），并按其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使受控變量維持在設(shè)定值上。22采樣定理的內(nèi)容答：當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中，最高頻率fmax的2倍時(shí)，即：fs.max>=2fmax,則采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般取2.56-

10、4倍的信號(hào)最大頻率；采樣定理又稱奈奎斯特定理23、 數(shù)字濾波的方法。答：常用的數(shù)字濾波方法有7種。（1）程序判斷濾波法：是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出相鄰兩次采樣信號(hào)之間可能出現(xiàn)得最大偏差。（2）中值濾波法：它對(duì)于去掉偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效。（3）算術(shù)平均值濾波法：它適用于一般的具有隨機(jī)干擾信號(hào)的濾波。它特別適合于信號(hào)本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動(dòng)的情況。（4）加權(quán)平均值濾波：可以提高濾波效果（5）滑動(dòng)平均值濾波法：采樣時(shí)間短，可以提高檢測(cè)速度（6）慣性濾波法：適用于慢速隨機(jī)變量的濾波（7）復(fù)合數(shù)字濾波：比單純的平均值濾波的效果要好24、量化誤差的定義答

11、：量化誤差是指量化結(jié)果和被量化模擬量的差值,顯然量化級(jí)數(shù)越多,量化的相對(duì)誤差越小.量化級(jí)數(shù)指的是將最大值均等的級(jí)數(shù),每一個(gè)均值的大小稱為一個(gè)量化單位25 內(nèi)部總線的含義答：內(nèi)部總線是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)行信息傳送的公共通道，是一組信號(hào)線的集合。26大功率驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)方式固態(tài)繼電器（直流固態(tài)繼電器、交流固態(tài)繼電器）、IGBT、MOSFET27.何為振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？所謂振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出u(k)以接近二分之一的采樣頻率大幅度上下擺動(dòng)。它對(duì)系統(tǒng)的輸出幾乎是沒(méi)有影響的，但會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)因磨損而造成損壞。消除振鈴現(xiàn)象的方法：（1）參數(shù)選擇法對(duì)于一階滯后對(duì)象，如果合理選擇期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)T0和采樣周期T，使RA0，就沒(méi)有振鈴現(xiàn)象。即使不能使RA0，也可以把RA減到最小，最大程度地抑制振鈴。（2）消除振鈴因子法找出數(shù)字控制器D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(即z=-1附近的極點(diǎn))，然后人