計算機控制系統(tǒng)試題(共17頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上計算機控制系統(tǒng)試題（A卷） 分析說明或計算下列各題：1.    畫出計算機控制系統(tǒng)的方框圖，并分別說明各單元的作用。(15分)2.    寫出數(shù)字PID位置型和增量型控制算法的計算式，并比較兩種算法的優(yōu)缺點。(15分)3.    在數(shù)字PID中，采樣周期T的選擇需要考慮哪些因素？(15分)4.    已知被控對象的傳遞函數(shù)，采樣周期T=0.1s，采用零階保持器，單位負反饋系統(tǒng)。要求針對單位階躍輸入信號設計最少拍無紋波系統(tǒng)的，并計算輸出響應和

2、控制信號序列。（0.368）(15分)5.    被控對象的脈沖傳函，采樣周期T=1s，試用達林算法設計2s的，對于單位階躍輸入的數(shù)字控制器D(z)，并計算輸出響應和控制信號序列。（0.607）(15分)6.    動態(tài)矩陣控制算法為何只能適用于漸近穩(wěn)定的對象？對模型時域長度N有什么要求？若N取得太小會有什么問題？(10分)7.    說明計算機控制網(wǎng)絡的特點以及控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的區(qū)別。 (15分) 附錄  常用Z變換表拉氏變換 F(s)時域函數(shù) f(t)Z變換 F(z)1(t)1(

3、t-kT)1(t)t 計算機控制系統(tǒng)試題答案（A卷）1答：計算機控制系統(tǒng)的基本框圖如下：     （8分）    測量變送器：測量被控對象的控制參數(shù)，并變換成一定形式的電信號；          （1分）    A/D轉換器：將電信號轉換成數(shù)字信號反饋給計算機；           

4、60;            （1分）    控制器：將反饋信號與給定值信號進行比較，得到的偏差信號按照一定的控制算法輸出數(shù)字控制信號；                           

5、                                   （2分）    D/A轉換器：將數(shù)字控制信號轉換為模擬控制信號驅動執(zhí)行器；       &

6、#160;        （1分）    執(zhí)行機構：接受模擬控制信號，改變被控對象的控制參數(shù)值；                  （1分）    被控對象：工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設備或機器等。         &

7、#160;          （1分）2答：  位置型PID算法：                  （3分）增量型PID算法： （3分）位置型PID算法與增量型PID算法比較：    增量型算法不需要做累加，計算誤差或計算精度問題，對控制量的計算影響較小。而位置型算法要用到過去誤差的所有

8、累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差。                   （3分）    增量型算法得出的是控制量的增量，誤動作影響小，而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。                 &#

9、160;                                     （3分）    采用增量型算法，由于算式中不出現(xiàn)項，則易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。 （3分）3答：采樣周期T的選擇應考慮如下

10、因素：要滿足香農(nóng)定理；                                                &

11、#160;             （3分）采樣周期要小，離散接近連續(xù)；                                  

12、                （2分）采樣周期應比對象的時間常數(shù)小得多；                                &

13、#160;           （2分）采樣周期應遠小于對象擾動信號的周期，一般使擾動信號周期與采樣周期成整數(shù)倍關系；（2分）當系統(tǒng)純滯后占主導地位時，應盡可能使純滯后時間接近或等于采樣周期的整數(shù)倍；     （2分）如果執(zhí)行器的響應速度比較慢，那么采樣周期過小將失去意義；              

14、0;        （2分）采樣周期的下限是使計算機完成采樣、運算和輸出三件工作所需要的時間（對單回路而言）。（2分）4答：T=0.1s，被控對象的Z傳遞函數(shù)為：    （3分）針對單位階躍輸入信號，按最少拍無紋波設計有：                       &

15、#160; （4分）則：                                 （2分）輸入為單位階躍信號時，輸出的Z變換為：      （2分）輸出序列為：0，0.582，1，1，能收斂于階躍函數(shù)； 

16、0;                       （1分）控制的Z變換為：                         

17、60;   （2分）控制序列為：1.58，0.58，0，0，顯然控制序列收斂。                      （1分）5解：廣義被控對象：如果期望的閉環(huán)脈沖傳函為時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)，并帶有N=1個采樣周期的純滯后，則           

18、60;                              （3分）控制器的脈沖傳遞函數(shù)為：                 

19、0;   （3分）閉環(huán)系統(tǒng)輸出：控制器的輸出：可以看出控制量輸出有大幅度的擺動，為消除振鈴現(xiàn)象，將控制器極點多項式中(1+0.6065z-1)                                    

20、60;                                     （2分）項改為1.6065，由此可得數(shù)字控制器：         &#

21、160;                           （2分）這樣，脈沖傳遞函數(shù)變?yōu)椋?#160;                    &#

22、160;   （2分）在單位階躍輸入時，輸出值的脈沖傳遞函數(shù)變?yōu)椋?#160;     控制器的輸出為：    可見，振鈴現(xiàn)象基本消除。                              &#

23、160;                     （3分）6答：    動態(tài)矩陣控制算法的預測模型是從被控對象的階躍響應出發(fā)，通過一系列動態(tài)系數(shù)進行描述的，而且系數(shù)的長度是有限的；用一組有限的系數(shù)來描述，那么在有限系數(shù)之外的部分則可不計，這就要求對象是漸近穩(wěn)定的對象。         &#

24、160;                 （3分）    在一般情況下，N的選擇應使的值與階躍響應的靜態(tài)終值之差具有與測量誤差、計算誤差有相同的數(shù)量級，以至在實際上可以忽略。                   

25、0;     （4分）    若N取得太小，將不能覆蓋系統(tǒng)動態(tài)的主要變化部分，會使預測的結果不準確。（3分）7答：計算機控制網(wǎng)絡的特點如下：                               

26、0;                 （7分）    要求有高實時性和良好的時間確定性；    傳送的信息多為短幀信息，且信息交換頻繁；    容錯能力強，可靠性、安全性好；    控制網(wǎng)絡協(xié)議簡單實用，工作效率高；    控制網(wǎng)絡結構具有高度分散性；   

27、控制設備的智能化與控制功能的自治性；    與信息網(wǎng)絡之間有高效的通信，易于實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡的集成?？刂凭W(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的區(qū)別如下：                                     

28、0;       （8分）    控制網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和系統(tǒng)響應的實時性是控制系統(tǒng)最基本的要求；    控制網(wǎng)絡強調在惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、可靠性?#160;   在企業(yè)自動化系統(tǒng)中，分散的單一用戶必須借助控制網(wǎng)絡進入系統(tǒng)，所以通信方式多使用廣播和組播方式，在信息網(wǎng)絡中某個自主系統(tǒng)與另外一個自主系統(tǒng)一般都建立一對一的通信方式；    控制網(wǎng)絡必須解決多家公司產(chǎn)品和系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡中相互兼容問題，即互操作性

29、問題。 計算機控制系統(tǒng)試題（B卷）分析說明或計算下列各題：1.    敘述數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)和監(jiān)督控制系統(tǒng)的結構（畫圖說明）及工作過程。(15分)2.    什么叫積分飽和作用？它是怎樣引起的？可以采用什么辦法消除？分別寫出其控制算式。(15分)3.    在數(shù)字PID中，采樣周期T的選擇需要考慮哪些因素？(15分)4.    已知被控對象的傳遞函數(shù)為：，采樣周期，設計對階躍輸入的最少拍控制器，并用Z傳遞函數(shù)計算輸入為單位階躍信號時系統(tǒng)的輸出及控制

30、序列。說明系統(tǒng)輸出在采樣點之間有無紋波？原因何在？（）(15分)5.    什么叫振鈴現(xiàn)象？在使用達林算法時，振鈴現(xiàn)象是由控制器中哪一部分引起的？如何消除振鈴現(xiàn)象？(15分)6.    動態(tài)矩陣控制算法中的模型參數(shù)ai是系統(tǒng)階躍響應在采樣時刻的值。由于測量誤差和隨機干擾，只靠一次測定階躍響應得到ai是不準確的，這時可采取兩種辦法： 多次測定階躍響應，分別得到每次的ai，然后取它們的平均值。 一次測定階躍響應，但在每個采樣時刻前后的短暫時間內多次采樣取值，得到ai1，aij，然后取它們的平均值構成ai。試比較這兩種方法各有什么優(yōu)缺點。(

31、10分)7.    計算機控制系統(tǒng)軟件的設計與普通軟件的設計有何異同？為什么需考慮實時性？(15分)附錄  常用Z變換表拉氏變換 F(s)時域函數(shù) f(t)Z變換 F(z)1(t)1(t-kT)1(t)t 計算機控制系統(tǒng)試題答案（B卷）1答：數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)的工作過程：對大量的過程參數(shù)進行巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警及對大量數(shù)據(jù)進行積累和實時分析，為操作人員提供操作指導信息，供操作人員參考。計算機不直接參與過程控制。系統(tǒng)結構如下圖：      

32、0;        （5分）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）的工作過程：計算機參加閉環(huán)控制過程，無需中間環(huán)節(jié)（調節(jié)器），它通過過程輸入通道對一個或多個物理量進行巡回檢測，并根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進行運算。系統(tǒng)結構如下圖：                          

33、0;                                    （5分）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）的工作過程：計算機根據(jù)工藝信息和其它參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學模型或其它方法，參加閉環(huán)控制過程，自動地改變模擬調節(jié)器或以DDC方式工作的計算機

34、中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況。系統(tǒng)結構分為(a)SCC+模擬調節(jié)器和(b)SCC+DDC兩種形式，分別如下圖(a)、(b)所示：                                      &

35、#160;    （5分） 2答：在PID控制算法中，由于算出的控制量u超出限制范圍，但實際控制量只能取限定值而非計算值，因此出現(xiàn)了飽和作用，它是由積分累加引起，故稱為積分飽和作用。例如u>umax時，控制量只能取上界值umax而不是計算值，使得輸出量y的增長比沒有限制時要慢，偏差e將持續(xù)較長的時間保持在正值，使積分項有較大的累積，產(chǎn)生了積分飽和。                 

36、       （5分）    消除積分飽和可以采取積分分離式PID控制算法和變速積分PID控制算法，其控制算式分別為：                                 

37、60;                （5分）                          （5分）3答：采樣周期T的選擇應考慮如下因素：    采樣周期應比對象的時間常數(shù)小

38、得多，否則，采樣信號無法反應瞬變過程；      （3分）    采樣周期應遠小于對象擾動信號的周期，一般使擾動信號周期與采樣周期成整數(shù)倍關系；（3分）    當系統(tǒng)純滯后占主導地位時，應按純滯后大小選擇T，盡可能使純滯后時間接近或等于采樣周期的整數(shù)倍；                   

39、0;                                    （3分）    考慮執(zhí)行器的響應速度，如果執(zhí)行器的響應速度比較慢，那么過小的采樣周期將失去意義；    

40、                                                  

41、              （3分）    在一個采樣周期內，計算機要完成采樣、運算和輸出三件工作，采樣周期的下限是完成這三件工作所需要的時間（對單回路而言）。                       &#

42、160;         （3分）4答：廣義對象的傳遞函數(shù)為：    （2分）針對單位階躍輸入信號，按最少拍設計有：                               &

43、#160;       （2分）則最少拍控制器為：                   （3分）輸入為單位階躍信號時，輸出的Z變換為：，                  

44、0;       （2分）輸出序列為：0，1，1，1，能收斂于階躍函數(shù)；                             （1分）控制的Z變換為：，      （2分）控制序列為：2.72，2.95，2

45、.12，1.52，顯然控制序列收斂；                （1分）由于有一個單位圓內負實軸的極點，故輸出在采樣點之間有紋波。  （2分）5答：    數(shù)字控制器的輸出以二分之一的采樣頻率（或兩倍的采樣周期）大幅度衰減振蕩的現(xiàn)象稱為振鈴現(xiàn)象。             &#

46、160;                                             （5分）    振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生，是由于數(shù)字控制器有在單位圓內接近的極點，且離越近，振鈴幅度就越大。單位圓內左半平面上的極點會加劇振鈴現(xiàn)象，而右半平面上的極點則可削弱振鈴現(xiàn)象。