(完整word版)計算機控制技術試卷及答案(1)

1、計算機控制系統試卷一答案一、簡答題(每小題5分，共50分)1.畫出典型計算機控制系統的基本框圖答：典型計算機控制系統的基本框圖如下:2.根據采樣過程的特點，可以將采樣分為哪幾種類型？答：根據采樣過程的特點，可以將采樣分為以下幾種類型。(1)周期米樣指相鄰兩次采樣的時間間隔相等，也稱為普通采樣。(2)同步采樣如果一個系統中有多個采樣開關，它們的采樣周期相同且同時進行采樣，則稱為同步采樣。(3)非同步采樣如果一個系統中有多個采樣開關，它們的采樣周期相同但不同時開閉， 則稱為非同步采樣。(4)多速采樣如果一個系統中有多個采樣開關，每個采樣開關都是周期采樣的，但它們的米樣周期不相同，則稱多速米樣。(5

2、)隨機采樣若相鄰兩次采樣的時間間隔不相等，則稱為隨機采樣。3.簡述比例調節(jié)、積分調節(jié)和微分調節(jié)的作用。答：(1)比例調節(jié)器：比例調節(jié)器對偏差是即時反應的，偏差一旦出現， 調節(jié)器立即產生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用 的強弱取決于比例系數Kp。比例調節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統響應為 有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數KP可以減小靜差，但是KP過大 時，會使系統的動態(tài)質量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導致閉環(huán)系統不穩(wěn)(2)積分調節(jié)器：為了消除在比例調節(jié)中的殘余靜差，可在比例調節(jié)的基礎上加入積分調節(jié)。積分調節(jié)具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量u,從而減小

3、偏差，直到偏差為零。積分時間常數TI大，則積分作用弱，反之強。增大TI將減慢消除靜差的過程，但可減小 超調，提高穩(wěn)定性。引入積分調節(jié)的代價是降低系統的快速性。(3)微分調節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調節(jié)的 原理。微分作用的加入將有助于減小超調，克服振蕩，使系統趨于穩(wěn)定。4.采樣保持器LF398工作原理圖如下圖，試分析其工作原理。答：LF398的電路原理：放大器A?作為比較器來控制開關S的通斷， 若IN+的電壓高于IN-的電壓，貝 SS閉合，由A3組成跟隨器，并向CH端外接的保持電容充電；IN+的電壓低于IN-的電

4、壓時，則S斷開，外接電 容保持S斷開時刻的電壓，并經A3組成的跟隨器輸出至Aout。5.線性離散控制系統穩(wěn)定的充要條件是什么？答：線性離散控制系統穩(wěn)定的充要條件是：閉環(huán)系統特征方程的所有根的模丨zi|1,即閉環(huán)脈沖傳遞函數的極點均位于z平面的單位圓內。6.為什么會出現比例和微分飽和現象？答：當給定值發(fā)生很大躍變時，在PID增量控制算法中的比例部分和 微分部分計算出的控制增量可能比較大(由于積分項的系數一般小得多，所 以積分部分的增量相對比較小)。如果該計算值超過了執(zhí)行元件所允許的最 大限度，那么，控制作用必然不如應有的計算值理想，其中計算值的多余 信息沒有執(zhí)行就遺失了，從而影響控制效果。7什么

5、是振鈴現象？如何消除振鈴現象？答：所謂振鈴(Ringing)現象，是指數字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。有兩種方法可用來消除振鈴現象。第一種方法是先 找出D(z)中引起振鈴現象的因子(z=-1附近的極點)，然后令其中的z=1,根 據終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)態(tài)值。第二種方法是從保證閉環(huán) 系統的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統閉環(huán)時間常數Tc，使得數字控制器的輸出避免產生強烈的振鈴現象。8.什么是嵌入式系統？如何理解嵌入式系統的定義？答：目前國內普遍被認同的嵌入式系統定義是：以應用為中心、以計 算機技術為基礎，軟、硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、 體積

6、、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。通常，從以下幾個方面來理解 嵌入式系統的定義：(1)以應用為中心是指嵌入式系統是面向用戶、 面向產品、面向應用的。(2)嵌入式系統以計算機技術為基礎，是計算機技術、通信技術、半導 體技術、微電子技術、語音圖像數據傳輸技術，甚至傳感器等先進技術和In ternet網絡技術與具體應用對象相結合后的產物。這一點就決定了它必然 是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統。嵌入式系統可以根據實際系統的需要對軟、硬件進行剪裁以適應實際 系統在功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求。說明嵌入式系統 存在著一個較為通用的軟、硬件內核。這個內核往往是幾kB到

7、幾十kB之 間的微內核，正是由于微內核的存在，才使得嵌入式系統能夠根據實際應 用系統的需要在軟、硬件方面得以順利地裁剪或擴充。9.簡述網絡控制系統的特點。答：網絡控制系統通常具備下述特點：(1)非定常性。數據到達的時刻不再是定常和有規(guī)則的,更不能再用簡 單的采樣時間來刻畫。(2)非完整性。 由于數據在傳輸中可能發(fā)生丟失和出錯， 數據不再是完 整的，當然數字控制中也可能有類似的現象，但在網絡控制中發(fā)生的可能 性要大得多。(3)非有序性。 由于網絡傳輸時間的不確定， 先產生的數據可能遲于后 產生的數據到達遠程控制系統。 因此,數據到達的次序可能不再遵守原有的 時間順序。(4)非確定性。 由于數據到

8、達的隨機性， 整個控制過程已不再是一個確 定性的系統,而是一個隨機系統。10.簡述故障診斷技術所包含的內容。答：故障診斷主要包括以下幾個方面的內容。(1)故障的特征提取通過測量用定量和定性的信息處理技術獲取反映系統故障的特征描 述。(2)故障的分離與估計根據獲得的故障特征確定系統是否出現故障以及故障的程度。(3)故障的評價和決策根據故障分離與估計的結論對故障的危害及嚴重程度做出評價，近而 決策出是否停止任務的進程以及是否需要維修更換故障元部件。二、已知系統的差分方程為(10分)y(k)+y(k-1) = r(k-2)輸入信號是初始條件為 y(o)-1，試寫出輸出脈沖序列y(k)解：y(0) =

9、1y(1)訂(-1) -y(0) = -1 y(2)才(0) -y(1) =2 y(3) =r(1) -y(2)一1 y(4)屮2) -y(3) =2y(5) =r(3) - y(4)八1三、設被控對象傳遞函數為Gp(s)=，在對象前接有零階保持器，試求s(s +1)廣義對象的脈沖傳遞函數。(10分)解：廣義對象傳遞函數G(s)二s s(s 1)(1-z)(1e=z)四、已知被控對象傳遞函數為G(s):20(8s 1)(0.1s 1)試用“二階工程最佳”設計法確定模擬控制器Gc(s)，并用后向差分法給出等效的數字控制器形式。(10分)解：經動態(tài)校正后系統的開環(huán)傳遞函數為0(s) =Gc(s)G

10、(s) =Gc(s) (8s+1)(0.1s+1)應選擇Gc(s)為PI控制器，其基本形式為TIS為使PI控制器能抵消被控對象中較大的時間常數，可選擇=8則有根據二階工程最佳設計法則，應有=航20 1I-0.1 =-J2T2 L2對應的脈沖傳遞函數為G(z)二ZG(s) I-Z1 esK|l s s(s 1)二K(1 z)1 11-z-11K(eJT -1)zJ120Gc(s)=8s 1200(s)g(s)G(s)=Tis(8s + 1)(1s+1)2)s(0.1s 1)TITeJeJ-1 / T-1解之得+)4sK|S8s對以上的模擬PI控制器，根據后向差分近似的等效變換方法，得等效的數T|

11、= 4于是得到模擬控制器的傳遞函數為8s+1Gc(s)KP(12(V丄)4sKis8s(1T)z12 8 z 1Ts五、已知廣義被控對象：G(s)二口 ,給定T=1s (20分)s s(s+1)針對單位斜坡輸入設計最小拍有紋波控制系統，并畫出系統的輸出波形圖。解：由已知條件，被控對象含有一個積分環(huán)節(jié)，有能力產生單位斜坡 響應。求廣義對象脈沖傳遞函數為G(s)丨-Z0.368z(1 0.718z)(1 -z)(1 -0.368z)可以看出，G(z)的零點為-0.718(單位圓內)、 極點為1(單位圓上)、0.368(單 位圓內)，故u=0,v=0(單位圓上除外),m=1。根據穩(wěn)定性要求，G(z)

12、中z=1的 極點應包含在e( z )的 零 點 中 ， 由 于 系 統 針 對 等 速 輸 入 進 行 設 計 ， 故p = 2。為滿足準確性條件另有定性要求，于是可設e(Z)=(1z_1)2F1(z),顯然準確性條件中已滿足了穩(wěn)1 1(Z)二z (cCZ )(1) = C G =1(1) =C+ 2G=0解得c。=2,閉環(huán)脈沖傳遞函數為_4_4-2(z) = z (2-z )=2z -ze(Z)(Z)=(1-Z，)2字控制器:D二Gc(s)s仝T= (1-z)Z5.435(1 0.5z)(仁0.368z)e(z)G(z)二(zJ)(1 0.718z-)Jz12234Y(z) =R(z)(z)

13、(2z-zB=2z，3z 4z，|(1z )（圖略）1.工業(yè)控制機是指按生產過程控制的特點和要求而設計的計算機，它包括硬件 和軟件兩個組成部分。2計算機控制系統中常用的控制器有可編程序控制器、工控機、單片機、DSP、智能調節(jié)器等。3在計算機控制系統中，被測信號有單端對地輸入 和雙端不對地輸入 兩種輸入方式。4.ADC0809 是一種帶有 8 通道模擬開關的 8 位逐次逼近 式 A/D 轉換器。5模擬量輸入通道的任務是把從系統中檢測到的模擬信號，變成二進制數字 信號，經接口送往計算機。6.信號接地方式應采用 一點接地 方式，而不采用 多點接地 方式。7按極點配置設計的控制器通常有兩部分組成，一部

14、分是狀態(tài)觀測器，另一部分是控制規(guī)律。8.模塊化程序設計一般包括自頂向下和自底向上兩種設計方法。9.線性表、數組、堆棧和隊列的共同特點是要求 連續(xù)的存儲單元來順序存放數據元素。10. 計算機控制系統的輸入變送器和輸出執(zhí)行機構的信號統一為010mA DC 或 420mA DC。二、名詞解釋（合計30分，每題5分）1. 采樣過程 按一定的時間間隔 T,把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號，變成在時刻 0、T、2T、kT 的一連串脈沖輸出信號的過程。2.地線 是信號電流流回信號源的地阻抗路徑?！?.數字程序控制就是計算機根據輸入的指令和數據，控制生產機械（如各種加工機床）按規(guī)定的工作順 序、運動軌跡、

15、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制4. 數據 是描述客觀事物的數、字符，以及所有能輸入到計算機中并被計算機程序處理的符號的集合。5. 積分飽和 如果執(zhí)行機構已到極限位置，仍然不能消除偏差時，由于積分作用，盡管計算 PID 差分方程式所得的運算結果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機構已無相應的動作三、選擇題（合計15分，每題3分）1.下列不屬于數字控制方式的是（C ）A、點位控制B、直線控制C、網格控制D、輪廓控制2.8 位的 A/D 轉換器分辨率為（C ）A、0.01587 B、0.007874C、0.003922 D、0.00097753.專家控制系統大致可以分為（D ）專家自整定控制專

16、家自適應控制專家監(jiān)督控制混合型專家控制仿人智能控制A、B、C、D、4.一個 8 位的 A/D 轉換器（量化精度 0.1%），孔徑時間 3.18m，如果要求轉換誤差在轉換精度內，則 允許轉換的正弦波模擬信號的最大頻率為（B ）A、5HzB、50Hz C、100Hz D、500Hz5.某熱處理爐溫度變化范圍為01350 C,經溫度變送器變換為 15V 的電壓送至ADC0809，ADC0809的輸入范圍為 05V，當 t=KT 時，ADC0809 的轉換結果為 6A，此時爐溫為（C ）A、588.98CB、288.98CC、361.23CD、698.73C四、簡答題（合計20分，每題5分）1.什么是

17、干擾，干擾來源，抗干擾措施。答：就是有用信號以外的噪聲或造成計算機設備不能正常 工作的破壞因素。外部干擾和內部干擾。硬件措施，軟件措施，軟硬結合的措施。2.逐點比較法插補原理。答：所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上 的坐標值進行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一 步的進給方向。3. 簡述數字濾波技術，其算法有哪些？答：所謂數字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干 擾在有用信號中的比重。故實質上它是一種程序濾波。算術平均值法、中位值濾波法、限幅濾波法、 慣性濾波法。4.數字控制器算法的工程實現分為哪六部分？答： 包括給定值處理

18、、被控量處理、偏差處理、控制 算法的實現、控制量處理、自動手動處理。5.數字控制器的連續(xù)化設計步驟？答：設計假想的連續(xù)控制器、選擇采樣周期T、將DS離散化為Dz、設計由計算機實現的控制算法、校驗五個步驟。一、填空題（共 20 分，每題 2 分）1計算機系統由 _ 和_ 兩大部分組成。計算機、生產過程2. 集散控制系統（DCS 的結構模式為：_ .操作站一控制站一現場儀表3. 變送器輸出的信號為 _或_ 的統一信號。010mA、420mA4. 模擬輸出通道的結構型式主要取決于 _的構成方式。輸出保持器5. 數控系統一般由數控裝置、 _、_和檢測裝置等。驅動裝置、可編程控制器1.6.設線性定常系統

19、的輸出方程為y（t）二Cx（t），y（ t ）以最少的 N 拍跟蹤參考輸入 r（t），必須滿一的復觀。足條件y( N)=Cx( N)=r07.常用的狀態(tài)觀測器有 3 種:預報觀測器、現時觀測器、降階觀測器8.“若 A 則 B，否則 C”用模糊關系表示為R =(AXB)U(A XC)9. 在一些對程序流向起決定作用的指令前插入兩條 軌道。NOP二、選擇題（共 15分，每題3分）減少電磁感應指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確2.如果模擬信號頻譜的最高頻率為max， 只要按照采樣頻率（A）進行采樣，那么采樣信號就能唯1f2fmaxB.f 3時，采用PI控制 B.當e(k)3時，采用 PD 控制三、

20、名詞解釋(共 30 分，每題 6 分)1.接口過程通道量化 自動校準四、 簡答題(共 20 分，每題 5 分)1什么是計算機控制系統？它的工作原理是怎樣的?2什么是共模干擾？如何抑制？3. 直線插補計算過程有哪幾個步驟？4. 程序設計通常分為哪五個步驟？5. 如何消除積分飽和？填空題1計算機、生產過程3.010mA、420mA4.所謂量化，就是采用一組數據來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉換為數字信號。5.自動校準是指在系統開機后或每隔一定時間自動測量基準參數，然后計算誤差模型，獲得并存儲 誤差補償因子。6.HMI 就是使用者與機器間溝通、傳達及接收信息的一個接口。 簡答題計算機控制系統就是利用

21、計算機來實現生產過程自動控制的系統。從本質上看，計算機控制系統的工作原理可納為以下三個步驟：實時數據采集、實時控制決策、實時控制輸出共模干擾時指 A/D 轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。其抑制方法：變壓器隔離、光電隔離、浮地屏蔽、采用儀表放大器提高共模抑制比。偏差判別、坐標進給、偏差計算、終點判斷7.預報觀測器、現時觀測器、降階觀測器8.R =(A XB)U(A XC)9.NOP名詞解釋2.接口是計算機與外部設備交換信息的橋梁。10.減少電磁感應6.y ( N) =Cx ( N) =r03.過程通道是在計算機和生產過程之間設置的信息傳送和轉換的連接通道。C.當e(k)W 3時，采用 PD 控

22、制D.當e(k) 2fmax進行采樣，那么采樣信號y（t）就能唯一地復觀 y（t）.考電 VREF=5V，貝 V Vout為：（C ）A、4.375VB、-4.375VC、3.75VD、-3.75V2、 對于電動組合儀表DDZ-川型采用的標準電動 信號是：（B ）A、DC 010mA、DC020VB、DC420mA、 DC15VC、DC 010mA、DC15VD、DC420mA、DC020V 3、某一個輸入電路，其共模干擾電壓 Ucm=100 ,Ucm轉換成串模干擾壓為 Un=10,則該電路的 CMRR （常 用共模抑制比）為：（A ）A、 20B、 10C、 200D、 100 10mV,

23、0.9901.009V 范圍內的采樣值，其量化結果都是:C、 100D、 50 5、軟件抗干擾技術包括：（D ）數字濾波技術、開關量的軟件抗干擾技術、指令冗余技術、軟件陷阱A、B、C、D、三、名詞解釋 （合計 30 分，每題 6 分）信號調理有源 I/V 變換積分分離模糊集合軟件陷阱名詞解釋為了將外部開關量信號輸入到計算機、必須將現場輸入的狀態(tài)信號經轉換、保護、濾波、隔離10、程序設計通常分為二、選擇題（合計 15 分，每題 3 分）1、如圖 1 所示，5 個步驟，即問題定義、程序設計、編碼、Vout為8位 D/A調試、改進和再設計。D=11100000 （ B）,基準參4、q=20mV 時，

24、量化誤差為土A、2B、109等措施轉換成計算機能夠接收的邏輯信號，這些功能稱為信號調理。主要是利用有源器件運算放大器、電阻來實現將變送器輸出的標準電流信號變換成標電壓信號。在 PID 控制中，為了提高控制性能，當偏差e（k）較大時，取消積分作用（采用 PD 控制）；當偏差 e（k）較小時才將積分作用投入（采用 PID 控制）。在人類思維中，有許多模糊的概念，如大、小、冷、熱等，都沒有明確的內涵和外延的集合。就是一條引導指令，強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進 行處理的程序。四、簡答題（合計 20 分，每題 5 分）1、什么叫共模干擾，其抑制方法有哪些？共模干擾也稱

25、共態(tài)干擾，是指模 /數轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。抑制方法有：變壓器隔離、光電隔離、浮地隔離、采用儀表放大器提咼共模抑制比。2、在計算機控制系統中，一般有哪幾種地線？模擬地、數字地、安全地、系統地、交流地五種。3、簡述逐點比較法插補刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較，看點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的 進給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走， 如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走 如此， 走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成 逐點比較插補。4、設加工第二象限直線OA

26、，起點為 0 （ 0, 0）,終點坐標為 A （-4, 6），試用直線插補法在圖（2） 上做出走步軌跡圖（標明方向）。設計題:1、數據存放方式可以采用環(huán)形隊列結構來實現。設環(huán)形隊列地址為作隊尾指示，其程序流程圖如圖所示。程序清單如下所列。FLT30:ACALL INPUTA；采新值放入 A 中MOV R0,A;排入隊尾INC R0;調整隊尾指針ADDC A,R2;R2 存進位MOV R2,A40H4FH 共 16 個單元，用 R0MOV A,R0ANL A,#4FHMOV R0,AMOV R1,#40FMOV R2,#00HMOV R3,#00HFLT31:MOV A,R1ADD A,R3MO

27、V R3,ACLR A;建立新隊尾指針;初始化;取一個采樣值;累加到 R2,R3 中 R3 存本位FLT32:SWAP A;(R2,R3)/16INC R1CJNE T1,#50H,FLT31;累計完 16 次（猜可能會考的編程題目：計算機控制），.乩：一二丄L血心IFLT32:SWAP A;(R2,R3)/16XCH A,R3SWAP AADD A,#80H;四舍五入ANL A,#0FHADDC A,R3RET;結果在 A 中2、設計一串行輸入 12 位 D/A 轉換接口電路并寫出程序代碼1、AD7543和8031單片機的接口設計：8031 的串行口選用方式 0（移位寄存器方式），其 TXD

28、 端移位脈沖的負跳變將 RXD 輸出的位數 據移入AD7543，利用 P1.0 產生加載脈沖，由于是低電平有效，從而將 AD7543 移位寄存器 A 中的 內容輸入到寄存器B 中，并啟動 D/A，單片機復位端接 AD7543 的消除 CLR 端，以實現系統的同步。_ 1ELP=n_n 1 仗 ” (X*T1OCTM3STX心0C5TmM2 AI) )7MJ ittJ! * ；nMnfA5 M41CCA(DBL).tun0 000 Dll D!03 5iDIDIno_TNb ix m1)10 IHl|0 0o0tl) inIS CG由于 AD7543 的 12 位數據是由高字節(jié)至低字節(jié)串行輸入的

29、，而8031 單片機串行口工作于方式0 時，其數據是由低字節(jié)至高字節(jié)串行輸出的。因此，在數據輸出之前必須重新裝配，并改變發(fā)送 順序，以適應AD7543 的時序要求。如表 3 所列，其中數據緩沖區(qū) DBH 為高字節(jié)存儲單元，DBL 為數據低 8 位存儲單元。改變數據發(fā)送順序的程序如下：OUTDA : MOV A，DBH ;取高位SWAP ;高 4 位和低 4 位交換MOV DBH ，AMOV A，DBL ;取低位ANL A，# OFOH ;截取高 4 位SWAP ;高 4 位和低 4 位交換ORLA, DBHLCALL ASMBBMOV DBH , AMOVA , DBL;合成，(DBH)=D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4;順序轉換;存結果(DBH)=D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11；取低位ANL A , # OFH ;截取低 4 位SWAP ;交換，LCALLASMBB(A)=D3 D2 D1 D0 0 0 0 0;順序轉換MOV DBL , A ;存結果(A)=0 0 0 0 D0 D1 D2 D3MOVA , DBHMOV SBUF , A ;發(fā)送高 8 位JNB TI $;