計(jì)算機(jī)六道題

1、自動(dòng)化2012級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)講課內(nèi)容口頭考核題目及方式出題人：聶詩良2015年9月8日、考核題目第1題：（1）請(qǐng)舉例說明單閉環(huán)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)?？刂茖?duì)象：所要控制的裝置或設(shè)備。執(zhí)行器：接收控制信息并對(duì)受控對(duì)象施加控制作用的裝置傳感器： 檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、 處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求數(shù)字調(diào)節(jié)器及輸入，輸出（2）舉例說明計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有哪幾種信號(hào)輸入輸出通道。 輸入通道：多路開關(guān)，采樣保持器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等；輸出通道：數(shù)模轉(zhuǎn)換器及保持器等。第2題：（1）請(qǐng)回答傳感器選型應(yīng)該考慮

2、哪些主要因素精度，量程；穩(wěn)定可靠，重復(fù)性；線性度，線路復(fù)雜程度，靈敏度；電源種類盡量少，電源電壓規(guī)范化；介質(zhì)特性：液，氣，固，粉，顆粒？；介質(zhì)溫度，濕度，壓力；是否有腐蝕性，輻射強(qiáng)度？安裝特性：螺紋，法蘭（管子與管子之間相互連接）使用場(chǎng)合，遠(yuǎn)近：遠(yuǎn)壓近流電氣特性：額定電流，電壓，功率.壽命價(jià)格（2） 回答執(zhí)行器選型應(yīng)該考慮哪些主要因素。類型（動(dòng)力：電動(dòng)，氣動(dòng)，液動(dòng)；控制方式：開關(guān)信號(hào)，模擬信號(hào)，Pwm）;構(gòu)造，體積，推力，動(dòng)作滯后大小，檢修維護(hù)方便否，使用場(chǎng)合（液動(dòng)要注意火花；防火防爆性能），價(jià)格，受頻率，溫度，壓力，PH等的影響大不大。第3題：（1）請(qǐng)解釋標(biāo)度變換是什么意思？標(biāo)度變換就是將數(shù)

3、值按一定規(guī)律放大或縮小。（2）標(biāo)度變換用來解決什么問題？檢測(cè)的物理量經(jīng)傳感器和A/D轉(zhuǎn)換后得到一個(gè)數(shù)字量，該數(shù)字量僅表示一個(gè)代表檢 測(cè)物理量大小的數(shù)值，并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，故需將其轉(zhuǎn)換成帶有量 綱的值之后才能進(jìn)行運(yùn)算輸出。（3） 舉例說明如何建立線性化的標(biāo)度變換計(jì)算公式？某熱處理爐溫度儀表的量程為200-800度（溫度用T表示），該儀表的量程線性，而計(jì)算機(jī)采樣濾波得到數(shù)字量的范圍為00HFFH（數(shù)字量用N表示），即200度時(shí)數(shù)字量為00H,800度時(shí)數(shù)字量為FFH.則計(jì)算當(dāng)數(shù)字量為某一特定值時(shí)的溫度的公 十800 200式為：T（x） -? N（x）（4）算術(shù)平均數(shù)字濾波是什么意

4、思？請(qǐng)舉例說明。取N次采樣值進(jìn)行算數(shù)平均，適用于對(duì)有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波，取一平均值，信號(hào)在某一數(shù)值上下波動(dòng)，以減小誤差。第4題：（1）舉例說明什么叫隨動(dòng)控制系統(tǒng)？隨動(dòng)控制系統(tǒng)又名伺服控制系統(tǒng)。其參考輸入是變化規(guī)律未知的任意時(shí)間函數(shù)。隨（X）FFH 00H（x）動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)是使被控量按同樣規(guī)律變化并與輸入信號(hào)的誤差保持在規(guī)定范 圍內(nèi)（在各種情況下保證輸出以一定精度跟隨著參考輸入的變化而變化） 事上的導(dǎo)彈發(fā)射架控制系統(tǒng)，雷達(dá)天線控制系統(tǒng)等。其特點(diǎn)是輸入為未知。（2）有限拍數(shù)字調(diào)節(jié)器是用來干什么的？使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短或者系統(tǒng)在有限個(gè)采樣周期內(nèi)結(jié)束過渡過程， 制，系統(tǒng)的性能指標(biāo)是調(diào)節(jié)時(shí)間最短

5、。（3）有限拍無紋波調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)步驟是怎樣的？對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)行Z變換。GC（Z）觀察是否存在單位圓上和單位圓外的極點(diǎn)來確定 加入單位階躍輸入，觀察輸入響應(yīng)。（4）解釋說明把有限拍無紋波調(diào)節(jié)器D（Z）轉(zhuǎn)換為程序?qū)崿F(xiàn)的步驟。P123第5題：（1）什么叫數(shù)字PID調(diào)節(jié)器？控制規(guī)律為比例-積分-微分控制的調(diào)節(jié)器。（2）數(shù)字PID調(diào)節(jié)器是如何推導(dǎo)出來的？ 調(diào)節(jié)器的輸出與輸入之間是比例特性確定（3） 為什么PID調(diào)節(jié)器應(yīng)用很廣泛？結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便；開環(huán)控制系統(tǒng)，不依賴將被控量反送 回來以形成任何閉環(huán)回路（4） 分別解釋比例作用、積分作用和微分作用對(duì)控制系統(tǒng)性能有何影響；比例控制：比例作

6、用Kp加大將會(huì)減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。 微分控制：微分作用用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（根據(jù)系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)來確定）積分控制：和偏差的變化速度（變化率）有關(guān)，微分系統(tǒng)能夠預(yù)測(cè)偏差，產(chǎn)生超前 的校正作用，因此，微分控制可以較好地改善動(dòng)態(tài)性能。（5） 什么叫積分分離PID算法？什么叫不完全微分PID算法 積分分離PID算法：某些系統(tǒng)加入積分后，會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)。 設(shè)置積分分離閥門，在偏差值比較小時(shí)，采用PID控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。在偏差值比較大時(shí)，采用PD控制，大幅度減小系統(tǒng)超調(diào)。 不完全微分PID。比如軍即時(shí)間最優(yōu)控有限拍調(diào)節(jié)器的函數(shù)：D（z）Gc(z)Ge( z)HG(z)觀

7、察HG（z）中是否存在z環(huán)節(jié)和是否存在單位圓上和單位圓外的零點(diǎn)來確定GC(Z)-積分-微分的關(guān)系， 所以推導(dǎo)需要根據(jù)被控過程的PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。傳遞函數(shù):D（s）U(s)K - KdSE(s)iS推導(dǎo)過程:書上P150（4）算術(shù)平均數(shù)字濾波是什么意思？請(qǐng)舉例說明。取N次采樣值進(jìn)行算數(shù)平均，適用于對(duì)有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波，取一平均值，信號(hào)在某一數(shù)值上下波動(dòng)，以減小誤差。第4題：（1）舉例說明什么叫隨動(dòng)控制系統(tǒng)？隨動(dòng)控制系統(tǒng)又名伺服控制系統(tǒng)。其參考輸入是變化規(guī)律未知的任意時(shí)間函數(shù)。隨算法： 微分環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生高頻干擾， 不完全微分PID算法串入低通濾 波器來抑制高頻干

8、擾。 使微分作用不止是在第一個(gè)環(huán)節(jié)起作用，而是按照偏差變 化的趨勢(shì)在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中起作用， 且抑制微分在第一個(gè)采樣周期里起的作用， 具 有良好的控制特性。（6）確定PID的三個(gè)參數(shù)的方法有哪些？ 整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型， 經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。 這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直 接用， 還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 二是工程整定方法， 它主要依賴工程 經(jīng)驗(yàn)， 直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣 泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種 方法各有其特

9、點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)， 然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn) 行整定。 但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)， 都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最 后調(diào)整與完善。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下： （1）首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界 振蕩周期； （3）在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。第6題：（1）舉例解釋什么是前饋控制？對(duì)存在擾動(dòng)的系統(tǒng)直接按擾動(dòng)進(jìn)行控制（測(cè)取進(jìn)入過程的干擾，并按其信號(hào)產(chǎn)生合 適的控制作用去改變操控變量，）。比如單容水箱

10、，在測(cè)得其液位后，通過反饋測(cè) 量后通過前饋控制直接對(duì)進(jìn)水閥門起作用（2） 如何用程序?qū)崿F(xiàn)前饋控制器Df（S），即解釋說明關(guān)于前饋控制器輸出Q（KT）表達(dá)式的推導(dǎo)步驟。書上P253（3）舉例解釋大純滯后Smith預(yù)估器的控制思想。Smith控制的工作原理是將被控對(duì)象在基本擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)特性，簡(jiǎn)化為一 個(gè)純遲延與一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)的數(shù)學(xué)模型， 預(yù)估器根據(jù)這個(gè)輸入的數(shù)學(xué) 模型， 預(yù)先估計(jì)出所采用的控制作用對(duì)被控量的可能的影響， 而不必等到被控 量有所反映之后再去采取控制動(dòng)作，這有利于改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能.、考核方式1.首先向同學(xué)們公布上述題目，由同學(xué)們作充分復(fù)習(xí)準(zhǔn)備；2.考核時(shí)由每個(gè)同學(xué)隨機(jī)抽取上述6個(gè)