計算機(jī)控制復(fù)習(xí)題

1、一、簡答題1、簡述計算機(jī)控制的典型形式有幾種。2、簡述接口和過程通道的定義。3、什么是計算機(jī)控制系統(tǒng)？繪制結(jié)構(gòu)圖說明它由哪幾部分組成。5、簡述積分飽和的含義。7、簡述數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計步驟(1)設(shè)計假想的模擬控制器 D(s)。(2)正確地選擇采樣周期 T。(3)將D(s)離散化為D(z)。(4)求出與D(z)對應(yīng)的差分方程(5)根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序，并仿真校驗(yàn)。8、簡要說明采樣過程和采樣定理的內(nèi)容。12、線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？13 .計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程是怎樣的？14、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)的功能(1)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視DAS通過輸入通道對生產(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時采集

2、、加工處理,并以一定格式在 CRT上顯示，或通過打印機(jī)打印出來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的集中監(jiān)視。(2)操作指導(dǎo) DAS對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并以有利于指導(dǎo)生產(chǎn)過程的方式表示出 來,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)。(3)越限報警 DAS預(yù)先將各種工藝參數(shù)的極限存入計算機(jī),DAS在數(shù)據(jù)采集過程中進(jìn)行越限判斷和報警，以確保生產(chǎn)過程安全。15、什么是最少拍系統(tǒng)？設(shè)計最少拍系統(tǒng)必須滿足哪些條件？最少拍系統(tǒng)也稱為最小調(diào)整時間系統(tǒng)或最快響應(yīng)系統(tǒng)。它是指系統(tǒng)對應(yīng)于典型的輸入具有最快的響應(yīng)速度，被控量能經(jīng)過最少個采樣周期達(dá)到設(shè)定值，且穩(wěn)態(tài)誤差為零。1.計算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 ：(1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程

3、的集中監(jiān)視，生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)，以及越限報 警等功能。(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC),計算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器， 實(shí)時性好，可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。(3)監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)(SCC,使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。(4)集散控制系統(tǒng)(DCS,分散控制，集中操作，分級管理。(5)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS,降低成本，提高可靠性，可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、接口定義：接口是連接通道與計算機(jī)的中間設(shè)備，經(jīng)接口聯(lián)系，通道便于接受微機(jī)的控 制，使用它可達(dá)到由微機(jī)從多個通道中選擇特定通道的目的。過程通道：過程通道是主機(jī)與工業(yè)生產(chǎn)過程之間信號的傳遞和轉(zhuǎn)換的連接通道。3.計算機(jī)控制系統(tǒng)，又稱數(shù)字控制系統(tǒng)，是指計算機(jī)

4、參與控制的自動控制系統(tǒng)(計算機(jī)代替 常規(guī)的模擬控制器)。是自動控制理論、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合發(fā)展的產(chǎn)物。計算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：由計算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可知，計算機(jī)控制系統(tǒng)包括計算機(jī)系統(tǒng)，過程輸入輸出系統(tǒng)(包括輸入/輸出通道及接口、信號測量及變送裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu))和被控對象組成。4、比例控制作用(P):對當(dāng)前時刻的偏差信號 e (t)進(jìn)行放大或縮小，控制作用的強(qiáng)弱取 決于比例系數(shù)；特點(diǎn)：它能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，加快響應(yīng)速度。缺點(diǎn)：不能消除靜態(tài)誤差，過大甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分控制作用(I):通過對誤差累積的作用影響控制量，并通過系統(tǒng)的負(fù)反饋?zhàn)饔脺p小偏差；特點(diǎn)：與e存在全部時段有關(guān)，只

5、要有足夠的時間，積分控制將能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差。缺點(diǎn)：不能及時地克服擾動的影響微分控制(D)作用：反應(yīng)e(t)變化的速度，在偏差剛剛出現(xiàn)時產(chǎn)生很大的控制作用，具有超前控制作用；作用：有助于減小超調(diào)和調(diào)整時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)；缺點(diǎn)：不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。5.積分飽和 如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無相應(yīng)的動作6、數(shù)字式PID位置型控制算法每次輸出的控制量表征執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置；數(shù)字式PID增量型控制算法每次輸出的是控制量相對于上次控制量的增量。增量型算法不需要做累加，控制 量增量的確定僅與最近幾次誤差

6、采樣值有關(guān)，計算誤差或計算精度問題對控制量的計算影響較小，增量型算法得出的是控制量的增量，誤動作影響小，位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大，采用增量型算法，易于實(shí)現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。7、數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計步驟(1)設(shè)計假想的模擬控制器 D(s)。(2)正確地選擇采樣周期 To(3)將D(s)離散化為D(z)。(4)求出與D(z)對應(yīng)的差分方程(5)根據(jù)差分方程編制相應(yīng)程序，并仿真校驗(yàn)。8.簡述采樣過程和香農(nóng)采樣定理的內(nèi)容采樣過程，就是利用采樣開關(guān)(采樣器)將連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成離散信號的過程。香農(nóng)采樣定理：要想使采樣信號能夠復(fù)現(xiàn)出原來的連續(xù)信號，采樣頻率Ws和連續(xù)信號的上限頻

7、率Wmax之間的關(guān)系必須滿足Ws 2Wmax,這就是香農(nóng)采樣定理，在滿足香農(nóng)采樣定理的前提下，各頻譜分量不會發(fā)生疊加情況，從而獲取連續(xù)信 號頻譜，進(jìn)而復(fù)現(xiàn)連續(xù)信號。9、采樣保持器的作用：計算機(jī)系統(tǒng)模擬量輸入通道中的一種模擬量存儲裝置。它是連接采樣器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的中間環(huán)節(jié)。采樣器是一種開關(guān)電路或裝置，它在固定時間點(diǎn)上取出被處理信號的值。采樣保持器則把這個信號值放大后存儲起來，保持一段時間，以供模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，直到下一個采樣時間再取出一個模擬信號值來代替原來的值。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作期間采樣保持器一直保持著轉(zhuǎn)換開始時的輸入值，因而能抑制由放大器干擾帶來的轉(zhuǎn)換噪聲，降低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的孔徑時間，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換

8、器的精確度和消除轉(zhuǎn)換時間的不準(zhǔn)確性。一般生產(chǎn)過程控制計算機(jī)的模擬量輸入可能是每秒幾十點(diǎn)、幾百點(diǎn)，對于大型系統(tǒng)甚至上千點(diǎn)，往往需要高速采樣(如500010000 點(diǎn)/秒)。為使這些模擬量信號逐個地送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而不至降低被測信號的真實(shí)性，必 須采用采樣保持器。在低速系統(tǒng)中一般可以省略這種裝置。10、采樣周期的選擇注意事項(xiàng)：必須注意，控制周期的選取應(yīng)與 PID控制參數(shù)的整定綜合考慮。選取控制周期時，一般應(yīng)考慮下列幾個因素：(1)控制周期應(yīng)遠(yuǎn)小于被控對象的擾動信號的周期。(2)控制周期應(yīng)比被控對象的時間常數(shù)小得多，否則無法反映瞬變過程。(3)考慮執(zhí)行器的響應(yīng)速度。如果執(zhí)行器的響應(yīng)速度比較慢，那么過

9、短的控制周期將失去意義。(4)對象所要求的調(diào)節(jié)品質(zhì)。在計算機(jī)運(yùn)算速度允許的情況下，控制周期短，調(diào)節(jié)品質(zhì)好。(5)性能價格比。從控制性能來考慮，希望控制周期短。但計算機(jī)運(yùn)算速度，以及A/D和D/A的轉(zhuǎn)換速度要相應(yīng)的提高，導(dǎo)致計算機(jī)的費(fèi)用增加。(6)計算機(jī)所承擔(dān)的工作量。 如果控制的回路數(shù)多，計算量大，則控制周期要加長，反之， 可以縮短。由上述分析可知，控制周期受各種因素的影響，有些事相互矛盾的， 必須視具體情況和主要的要求作出折中的選擇。11、如何利用試湊法調(diào)整 PID算法的參數(shù)？答：先整定比例部分：將比例系數(shù)KP由小調(diào)大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)趨勢，直到得到反映快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有

10、靜差或靜差已小到允許范圍之內(nèi)，同時響應(yīng)曲線已較令人滿意，那只須用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時一 般先置一個較大的積分時間系數(shù)TI,同時將第一步整定得到的比例系數(shù)KP縮小一些(比如取原來的80%),然后減小積分時間系數(shù)使在保持系統(tǒng)較好的動態(tài)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的 靜差得到消除。在此過程中，可以根據(jù)響應(yīng)曲線的變化趨勢反復(fù)地改變比例系數(shù)KP和積分時間系數(shù)TI從而實(shí)現(xiàn)滿意的控制過程和整定參數(shù)。(3)如果即使有比例積分控制器消除了偏差，但動態(tài)過程仍不盡滿意， 則可以加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成PID控制器。在整定時，可先

11、置微分時間系數(shù)TD為零，在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大微分時間系數(shù)TD,同時相應(yīng)地改變比例系數(shù) KP和積分時間系數(shù)TI,逐步試湊，以獲得滿意 的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。12、線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模均41 ,即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于z平面的單位圓內(nèi)。13 .計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程是怎樣的？計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟：（1）實(shí)時數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時值進(jìn)行檢測，并輸入給計算機(jī)。（2）實(shí)時決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下 一步的控制過程。（3）實(shí)時控制：根據(jù)決策，

12、適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。填空題1 .工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計的計算機(jī)，它包括（硬件）和（軟件）兩個組成部分。2 .計算機(jī)控制系統(tǒng)由（計算機(jī)系統(tǒng)）和（生產(chǎn)過程）兩大部分組成。3 .計算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的控制器有（可編程序控制器）、（工控機(jī)）、（單片機(jī)）、（DSP）、（智能調(diào)節(jié)器）等。4 .集散控制系統(tǒng)（DCS的結(jié)構(gòu)模式為：（操作站一控制站一現(xiàn)場儀表）.5 .模擬量輸入通道的任務(wù)是把從系統(tǒng)中檢測到的（模擬信號），變成（二進(jìn)制）數(shù)字信號，經(jīng)接口送往計算機(jī)。6 .模塊化程序設(shè)計一般包括（自頂向下）和（自底向上）兩種設(shè)計方法。7 .計算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入變送器和輸

13、出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號為（010mA）或（420mA）的統(tǒng)一信號。8.數(shù)控系統(tǒng)一般由數(shù)控裝置、（驅(qū)動裝置）、（可編程控制器）和檢測裝置等。、9、在PID控制中，微分的作用是（改善系統(tǒng)的動態(tài)性能）10、在計算機(jī)控制系統(tǒng)中為了達(dá)到控制目標(biāo)，可以采用（ 模擬）化設(shè)計方法和（ 離散） 化設(shè)計方法來設(shè)計控制器。11、計算機(jī)控制系統(tǒng)利用計算機(jī)的（ 硬件）和（軟件）代替自動控制系統(tǒng)的控制器12、計算機(jī)控制系統(tǒng)中的硬件包括主機(jī)、（接口 ）電路、（外圍）設(shè)備、存儲系統(tǒng)等。14、監(jiān)督控制系統(tǒng)中（上位）機(jī)不直接用來控制生產(chǎn)設(shè)備，但它運(yùn)行管理軟件向（下位）機(jī)發(fā)送。15、在計算機(jī)控制系統(tǒng)的一般分類中，DDC是指（直接數(shù)字控制

14、），A/ D的意思是實(shí)現(xiàn)（模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換）。16、從本質(zhì)上看，計算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為三個步驟，為（數(shù)據(jù)采集）、（控制決策）和（實(shí)時輸出）。17、若系統(tǒng)欲將一個 D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量參數(shù)分配至幾個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需要接入（ 反多 路開關(guān)）器件完成控制量的切換工作。18、生產(chǎn)過程與計算機(jī)聯(lián)機(jī)工作，由計算機(jī)控制的工作方式稱為（在線方式 ）19、計算機(jī)控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有（電動機(jī)）、（調(diào)節(jié)閥）、電液伺服閥和各種（開關(guān)）等。二、選擇題1、計算機(jī)把通過檢測裝置和 A/D轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號直接反饋到輸入端與（ C ）值 進(jìn)行比較，將偏差按某種控制算法進(jìn)行計算，輸出信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動

15、執(zhí)行機(jī)構(gòu)對被控對象進(jìn)行調(diào)節(jié)。 A輸入B反饋C給定D輸出4、計算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件和軟件，以下不屬于硬件系統(tǒng)的是（D ）A接口電路B外圍設(shè)備C被控設(shè)備 D系統(tǒng)程序5、計算機(jī)過程通道中， 模擬量輸入通道的作用是將傳感器得到的工業(yè)生產(chǎn)（B ）參數(shù)轉(zhuǎn) 變?yōu)閿?shù)字信號。A指令B過程C脈沖D時間6、在計算機(jī)控制系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)（ D ）,既可以采用模擬化設(shè)計方法也可以采用離散化 設(shè)計方法來設(shè)計控制器。A性能穩(wěn)定B實(shí)時控制C快速響應(yīng)D控制目標(biāo)7.由于計算機(jī)只能接收數(shù)字量，所以在模擬量輸入時需經(jīng)（）轉(zhuǎn)換。AA. A/D轉(zhuǎn)換器B.雙向可控硅C. D/A轉(zhuǎn)換器 D.光電隔離器定值。9.計算機(jī)監(jiān)督系統(tǒng)（SCC中，SCC

16、計算機(jī)的作用是（B ）A.接收測量值和管理命令并提供給DDC計算機(jī)B.按照一定的數(shù)學(xué)模型計算給定植并提供給DDC計算機(jī)C.當(dāng)DDC計算機(jī)出現(xiàn)故障時，SCC計算機(jī)也無法工作D. SCC十算機(jī)與控制無關(guān) 2. 一 ，、，一五、已知某系統(tǒng)連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)D（s） 2，試分別用階躍響應(yīng)不變法和（s 1）（s 2）脈沖響應(yīng)不變法求 D（s）的等效控制器，并寫出相應(yīng)的差分方程表達(dá)式。其中采樣周期T=1so解：1、階躍響應(yīng)不變法由小片1_爐11D(z) = Z=A(5 4- 1X.Y4-Z)_ O390Z-1 + 0J48-l-lr5O3z 1 + 0.553-0.05 r-得數(shù)字控制器的差分方程形式如

17、下啖= L5O3w*-1)-O.553(Jt -2)+O.O5w也一3)十- 1)十OJ4眄A-2)2、脈沖響應(yīng)不變法_ 0,2 33/1-0.50/+03 丁由門=U(：)可推得數(shù)字控制器的差分方程形式如下MZ)u(k ) - 0,5O3tf(* -1) - 0j05ti(il - 2) + 0.233e(*-1)牛己Q模根調(diào)；器的件速南效內(nèi)i)i -I - 0 08?5試。出相應(yīng)數(shù)字控制IS的付W型和葡晶型樣制算式，諛米樣周母什三gs a10.035 a則 U 由 + 0.085(j )= (s) -F 047 5 vs)鴕產(chǎn)人|_0心小仰 titiit一中一 Q0&5 丁 一 = 乂火田

18、 0-17 J T-0.2S償人可1423 if(Jt)-0.425/iiA -li = 4.St1i4 )_位置型”(H- 3.1579 平-2.45611) + 0.29S2- 1)增量型以上)=口信)售-11 = 3.1579 門上)245M-11-0.7018 (i-5、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為n. 、 1 - 017f) I *. I 0,03”T=0.2s。試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型PID算法和增量型PID控制算式，設(shè)采樣周期* BJ L -J J _,1 -|- 0-1 /1Iffi 因?yàn)樾?= 2Q. + -:10.05 .v0.17a斯以，=2, T = 0,17 , -2T ,J - r(5 - 1)+/+七 乙-r 022 嚴(yán)舉)* yy _1_解:Kf) 二 r(分,刑0二,遑時可選擇-(-J(z) L - Cl - 2