2012計算機控制技術復習題解析

1、計算機控制技您題一、填空題通常把疊加在被測信號上的干擾信號翻22、弱電控制與強電控制之間常用的隔離方式有刪肱繼電器隔離和等。3、常用的傳輸介質有雙4、在計算機控制系統(tǒng)中，被測信號有兩種輸入方式。5、信號接地方武應采用方式，而不采用方式。6、主要的電源干擾括7、數(shù)字程序控制方式有8、四個步驟組成9、將D(S)離散化為D(Z)常用方法有10. 三相步進機的霍 60個齒，定為3對磁極，丄作在三相六拍方式時,則步距角是和齒距角是工作方式11. 三相步進電機通常有12、PID控制中對積分項斑取13、對微分項進行改進主要有兩種方法。14、按簡易工程法整定PID參數(shù)的方法有15、最少拍控制算法有三種典型輸入

2、信號。1、已知偏差e (k),積分分離wy以下正確的是(A當e(k)>pW，采用PI控制B 當e(k) >p時，采用PD控制C當e(k) < P時，采用PD控制D. 當e(k) < P時，采用PI控制2、設加工第一象限錢OA,起點為0(0,0 ),終點為A (6,3 ),進行插補訃算所需的坐標進給的恿數(shù)凡為(A.7B.8C.9D,10可知該A.穩(wěn)定的 B4、若連續(xù)系統(tǒng)為O不穩(wěn)定的C O中性穩(wěn)定的Gc(s)穩(wěn)定，采用一階向前差分離散化方法離散，所得Gc(z)A.也是穩(wěn)定的B O是不穩(wěn)定的 C 。穩(wěn)定性不一定3、已知離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)為：G(Z) = (Z+0.5) /(

3、Z05+j05)人2, 系統(tǒng)是(三、問答題什么是審模干擾，抑制的方法有哪些?2、什么是共模干擾，抑制的方法有哪些?3、什么是長線傳輸干擾，抑制的方法有哪些?4、計算機控制系統(tǒng)的CPU抗干擾措施常采用哪些措施?5、MAX1232的主要功能有哪些?6、計算機控制系統(tǒng)中有哪些類型的地線?7、何謂數(shù)字程序控制？數(shù)控系統(tǒng)山哪四大部分組成?8、9、第一象限直線逐點比較法插補的原理是什么？什么是插補器？常用哪兩種形式？插補計算的宗旨是什么？10.畫出三相步進電機分別在三種工作方式下的電壓波形圖。11.數(shù)宇PID位置式和增量式算法的各自特點是什么？12、數(shù)宇PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理調節(jié)作用分別

4、是什么？13、最少拍控制算法本質上是什么算法，為什么？14、15、最少拍控制算法的局限性是什么？ 已知模擬調節(jié)器的傳遞函數(shù)為D(2篙證試寫出相應數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式，設采樣周期T=0.2so16、已知模擬調節(jié)器的傳遞函數(shù)為i 1 +0.17D(s) =S0.85s試寫出相應數(shù)字控制器的位置型 PID算法和增量型PID控制算式，設釆樣周期T=0.2so仃、已知某控制系統(tǒng)模擬控制器的傳遞函數(shù)為D(s)5 +0 扁0.15s若采樣周期T=1S,試寫出相應數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式。并比較兩種算法特點。18、19、簡述應如何選擇計算機控制系統(tǒng)中采樣周期？ 什么叫積分飽和？它是怎么

5、引起的？如何消除?20、簡述擴充臨界比例度法、擴充響應曲線法整定PID參數(shù)的步驟。21、數(shù)字控制器的離散化設計步驟是什么？22、等效離散化設計方法存在哪些缺陷？23、什么是信號重構?24、寫出零階保持器的傳遞函數(shù)，引入零階保持器對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點有何影響？25、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù);D(S) 2'2S 2 S試用雙線性變換法求出相應的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z),并給出控制器的差分平樂聾中T ISo26、詁詁命象的傳遞函數(shù)為Gs s采樣周期T=1s,采用零階保持器，針對單位速度輸入函數(shù)，按以下要求設il:(1)最少拍無紋波系統(tǒng)的設計方法，設計(Z)和D Z ； (2)求

6、出數(shù)字控制器輸出序列u(k)的遞推形式。計算機控制技術復習題1、通常把疊加在被測信號上的干擾信號稱為串模干擾62、弱電控制與強電控制之間常用的隔離方式有變壓器隔離、繼電器隔離和光電 隔離等。3、常用的傳輸介質有雙絞線、同軸電纜、光纖。4、在計算機控制系統(tǒng)中，被測信號有單端對地輸入和雙端不對地輸入兩種輸入5、方式。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。6、主要的電源干擾包括噪聲，尖峰，斷電，浪涌7、數(shù)字程序控制方式有點位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。8、插補計算過程山偏差判別 、坐標進給、偏差計算、終點判斷四個步驟組成。9、將D(S)離散化為D(Z)常用方法有雙線性變換法、詢

7、向差分法、后向差分法。10.三相步進機的轉子為60個齒，定子為3對磁極，工作在三相六拍方式時,則步距角是1度和齒距角是6度步距 ft:360/60/6=1 度齒距角360/60=6度11.三相步進電機通常有 單相三拍、 雙相三拍 和 三相六拍工作方式12、PID控制中對積分項可采取積分分離抗積分飽和梯形積分和消除積分不靈敬區(qū)四種改進措施。13、對微分項進行改進主要有不完全微分PID控制算法 和 微分先行PID控制 篡式一兩種方法。14. 按簡易工程法整定 PID參數(shù)的方法有擴充臨界比例度法、擴充響應曲線法 和歸一參數(shù)藥定法。15.最少拍控制算法有電位險蹈證 單付i束廓佶號和單付加i束廓佶號=種

8、馳型 輸入信號。二、選擇題1. 已知偏差e (k),積分分離Wp,以下正確的是(B )B當F(k)邛時，采用PI控制 B. 當e(k)|邛時，釆用PD控制C當f(k)f P時，釆用PD控制 D. 當e(ksp時，采用PI控制2、設加工第一象限線 0A,起點為0(0,0),終點為A (6,3),進行插補算所需的坐標進給的恿歇為(CA.7B.8C.9D.103、已知離散系統(tǒng)脈沖傳遞®(Z)=(Z+0.5) /(Z-0.5+j0.5)2, 可知該C 。中性穩(wěn)定的系統(tǒng)是(AA.穩(wěn)定的 B O不穩(wěn)定的4、若連纏統(tǒng)為Gc(s)穩(wěn)定，采用一階向前差分離散化方法離散，所侏(Z) (CA.也是穩(wěn)定的

9、B 。是不穩(wěn)定的 C 。穩(wěn)定性不一定三、問鋰1、什么是審模干擾，抑制的方法有哪些?串模干擾是指疊加在被測信號上的干擾信號。高通，低通，帶通濾波器。尖峰型串模干擾民為主要干擾源時，用雙積分A/D轉換器,采用雙絞線作信號絨(減少電磁感 2、什么是共模干擾，抑制的方法有哪些?所謂共模干擾，是指A/D轉換器兩個輸入端公有的干擾電壓。抑制方法：變壓器隔離光電隔離浮地屏蔽 3、什么是長線傳輸干擾，抑制的方法有哪些?長線傳輸干擾是指：長線傳輸受到界擾，具有信號延時，高速度變化的信號在長線中傳輸時，還會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。抑制方法：終端匹配始端匹配 4、汁算機控制系統(tǒng)的CPU抗干擾措施常采用哪些措施?®

10、Watchdog(俗稱看門殉 電源控(掉電檢測保護 復位 5、MAX1232的主要功能有哪些?（1）電源監(jiān)控（2）按鈕復位輸入（3）監(jiān)控定時器 6、計算機控制系統(tǒng)中有哪些類型的地線?有模擬地線，數(shù)字地線，安全地線，系統(tǒng)地線，交流地線 7、何謂數(shù)字程序控制？數(shù)控系統(tǒng)山哪四大部分組成?就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機f撕I各種加工機床）按規(guī)定 的工作順序、運動軌跡運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成丄作的控制方式。山輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補器等四大部分組成。8、什么是插補器？常用哪兩種形式？插補計算的宗旨是什么？用于完成插補il算，就是按給定的基數(shù)據(jù)（如直線的終點坐標，圓弧的起、

11、終點坐標等），插補（插值）中間坐標數(shù)據(jù)，從而把曲線形狀描述出來的一種il算。直線插補、二次曲線插補宗旨是通過給定的基點坐標，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點， 而這些 中間點的坐標值是以一定的精度逼近給定的線段 9、（1）第一象限直線逐點比較法插補的原理是什么？從直線的起點（即坐標原點）出發(fā)，當Fmx 0時，沿+x軸方向走一步；當FmVO時，沿+y方向走一步：當兩方向所走的步數(shù)與終點坐標（xe,ye）相等時，發(fā) 出終點到信號，停止插補。<2）第一象限圓弧的插補原理?10. （1）畫出三相步進電機分別在三種工作方式下的電81<2）微機如何控制X軸、y軸電機的？并寫出三種工作方式下的輸

12、出字表11>數(shù)字PID位置式和增量式算法的各自特點是什么？增量算法不需要做累加，位置算法要用到過去的誤差的累加值，容易產(chǎn)生大 的累加誤差;增量算法得出的是控制量的增量，而位置算法的輸出是控制量的全量輸出 誤動作影響大:采用增量算法，易于實現(xiàn)手動到自動的況ffl換12. 數(shù)字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理調節(jié)作用分別是什么？Kp為比例增猛總減小誤差，但不能消除穩(wěn)邊差，但Kp加大會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。Ti為積分時間常數(shù)。只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差。但積分作用太強會使系統(tǒng)超調加大，其至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。Td 為微分時間常數(shù)?？梢詼p小調整時間，從而改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。13、最

13、少拍控制算法本質上是什么算法，為什么？最少拍控制算法本質上是時間最優(yōu)控制算法，因為最少拍控制算法是以系統(tǒng)的快速性為主要性能指標。14. 最少拍控制算法的局限性是什么？最少拍控制器對典型輸入信號的適應性較差:T=0.2so15. 已知模擬調節(jié)器的傳遞函數(shù)為試寫出相應數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式，設采樣周期'丿 E(s) 1+0.085s則 5 S) + 0.085SH s)= q s)+ 0仃Sg 6du(t)de(t)6)+0.085 dt =e(t)-0.17 dt,(k)+0.085U(k)-u(k_1)弋 尸k0.17把T=0.2S代入得()= ()- (-)+ (- 1.

14、425U k 0.425U k 14.5e k 35e k-1A ()=()-(-)=()一(-位置型 u k 3.1579e k 2.4561 e k 10.2982u k 1增量型 U k U k u k 13.1579e k2.4561 e k 10.7018u k 1+16、已舒療擬調節(jié)器的傳遞函數(shù)為c 10.17D ss0.85s試寫出相應數(shù)字控制器的位置型 PID算法和增量型PID控制算式，設釆樣周期T=0.2so解：因為（）=1 + 0.17s+K (1TdS0.20s0.17sTs所以P2T 0.17.+S胞立S型glD控弓器1i=7 ke(i)T e(k)De(k 1)Ti

15、0e(i)2 e(k)= 2e(k|0.3 ,.4 Ae.4+0.87+ IeOh+u(k)u(k1)K e(k) e(k1) K e(k) K e(k) 2e(k 1) e(k 2)p'+Du(k1)2 e(k) e(k 1)-0.18u(k1)4.35e(k) 2e(k71)u(k+1) u(k)17、已知某控制系統(tǒng)模擬控制麗血傳遞函數(shù)為Q13.5sD(s)1.5s=+ + f若采樣周期T=is,試寫出相應數(shù)字控制器的位置型和增a型控制算式。并比較兩種算法特點。D ( s)+ -Z7 J5U ( s) 7 E ( s)2 sE (s)e T t) dtu (t)7 e (t )dt

16、e(k)e(k+1)ke(i)u(k) 7e(k)將T=1代入上式，得9u(k)9e(k) 2e(k 1)k0.2 e(i)I 0u(k 1)9e(k 1) 2e(kk 12)0.2 e(i)i 0 u(k) = u(k) - u(k - 1)= 9.2e(kb11e(k- 1)+2e(k-2)18、簡述應如何選擇計算機控制系統(tǒng)中采樣周期?答：(1)首先確定采樣周期的上下限:上限根據(jù)采樣定理來確定：下限根據(jù)計算機執(zhí)行程序和輸入輸出所耗費的時間來確定。(2) 其次要考慮的因素有:給定值的變化率；被控對象的特性：執(zhí)行機構的類型：控制算法的類 型：控制回路數(shù)。19、什么叫積分飽和？它是怎么引起的？如

17、何消除?解：(1)如果執(zhí)行機構已經(jīng)到極限位置，仍然不能消除靜差時，山于積分 作用，盡管 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，這就叫積分飽和。<2) 1、當偏差產(chǎn)生躍變時，位置型 PID算式的輸出將急劇增大或減小, 有可能超過執(zhí)行機構的上(下)限，而此時執(zhí)行機構只能工作在上限。2、系統(tǒng)輸出需要很長時間才達到給定值，在這段時間內(nèi)算式的積分項將產(chǎn) 生一個很大的積累值。3、當系統(tǒng)輸出超過給定值后，偏差反向，但山于大的積分積累值，控制量 需要相當一段時間脫離飽和區(qū)。因此引起系統(tǒng)產(chǎn)生大幅度超調，系統(tǒng)不穩(wěn) 定。<3)常用的改進方法：積分分離法和抗積分飽和20

18、、簡述擴充臨界比例度法、擴充響應曲線法整定PID參數(shù)的步驟。擴充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟:(1) 選擇一個足夠短的采樣周期 T,例如被控過程有純滯后時，采樣周期T取滯 后時間的1/10以下，此時調節(jié)器只作純比例控制，給定值 r作階躍輸入。(2)逐漸加大比例系數(shù)Kp,使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。山臨界振蕩過程求得相應 的臨界振蕩周期Ts,并記下此時的比例系數(shù)Kp,將其記作臨界振蕩增益Kso此 時的比例度為臨界比例度，記作 (3)選擇控制度，所謂控制度是數(shù)字調節(jié)器和模擬調節(jié)器所對應的過渡過程的誤 差平方的積分之比。(4) 根據(jù)控制度，査表求出T、Kp、Ti和Td值。(5) 按照求得的整定參數(shù)，

19、投入系統(tǒng)運行，觀察控制效果，再適當調整參數(shù)，直 到獲得滿意的控制效果為止。擴充響應曲線法整定PID參數(shù)的步驟: (1)斷開數(shù)字調節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(tài)。將被調量調節(jié)到給定值附近并 穩(wěn)定后，然后突然改變給定值，即給對象輸入一個階躍信號。(2) 用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖所示。y(0(3) 在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間丁、被控對象的時間常數(shù)Tc,以及 它們的比值Tc/ r。(4) III r、Tc. Tc/ r值，査表，求出數(shù)字控制器的 T、Kp、Ti和Td。21. 數(shù)字控制器的離散化設計步驟是什么？ 數(shù)字控制器的直接設計步驟如下： (1)根據(jù)控制系統(tǒng)的性

20、質指標要求和其它約束條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函 數(shù)。(2) 求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)G(z) O(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i|算公式。23、等效離散化設計方法存在哪些缺陷？答：等效離散化設計方法存在以下缺陷:(1) 必須以采樣周期足夠小為前提。在許多實際系統(tǒng)中難以滿足這一要求。(2) 沒有反映采樣點之間的性能。特別是當采樣周期過大，除有可能造成控 制系統(tǒng)不穩(wěn)定外，還使系統(tǒng)長時間處于“開環(huán)、失控狀態(tài)。因此，系統(tǒng)的調節(jié) 品質變壞。11(3) 等效離散化設計所構造的計算機控制系統(tǒng)，其性能指標只能接近于原連續(xù)系 統(tǒng)(只有當采樣周期T=0時，訃

21、算機控制系統(tǒng)才能完全等同于連續(xù)系統(tǒng))，而不可 能超過它。因此，這種方法也被稱為近似設計。23、什么是信號a構？答：把離散信號變?yōu)檫B續(xù)信號的過程，稱為信號a構，它是采樣的逆過程。26、寫出零階保持器的傳遞函數(shù)，引入零階保持器對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點有何影響？答：零階保持器的傳遞函數(shù)為H (譏土。零階保持器的引入并不影響開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的極點。27、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為D(z),并給出控制器試用雙線性變換法求出相應的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)的差分形式。其中T ISoD(z) U T z 1 T 1 z 1 z32+ +_24-33匕+"+ O -" +3 + 3 匕 +Z 2z 1)E(z)<0+0> + <0 +2 2N (43 L b J*2k ""Cfe + 3 r +11 z4)z' (2 2 8)23<011控制器的差分形式為u(k)u(k2441)2)(e(k) 2e(k 1) e(k 2)4n26、被控對象的傳遞函數(shù)為Gcs s采樣周期T=ife,mw«m§j=針*寸單位遼兩侖入氣數(shù),jsk下要求設計:(1)最少拍無紋波系統(tǒng)的設計方法，設計 (Z)和D Z :(2)求出數(shù)字控制器輸出序列u(k)的遞推形式。解：廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)Ts1 eGc