計算機控制技術(shù)復(fù)習(xí)題解析

1、計算機控制技術(shù)復(fù)習(xí)題、填空題1、通常把疊加在被測信號上的干擾信號稱為 。2、弱電控制與強電控制之間常用的隔離方式有變壓器隔離、繼電器隔離和等。3、常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、 。4、在計算機控制系統(tǒng)中，被測信號有 和 兩種輸入方式。5、信號接地方式應(yīng)采用 方式，而不采用 方式。6、主要的電源干擾包括 、和,7、數(shù)字程序控制方式有、。8、插補計算過程由 、四個步驟組 成。9、將D(S離散化為D(Z滯用方法有、。10、三相步進機的轉(zhuǎn)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 和齒距角是。11、三相步進電機通常有 、和 工作方式12、PID控制中對積分項可采取 、和 四種

2、改進措施。13、對微分項進行改進主要有 和 兩種方法。14、按簡易工程法整定 PID 參數(shù)的方法有、和 015、最少拍控制算法有 、和三種典型輸入信號。二、選擇題1、已知偏差e (k),積分分離閾值B ,以下正確的是()A.當(dāng)e(k)> 0時，采用PI控制B.當(dāng)|e(k)> 0時，采用PD控制C.當(dāng)e(k) WB時，采用PD控制 D.當(dāng)e(k)時，采用PI控制2、設(shè)加工第一象限直線 OA,起點為O (0,0),終點為A (6,3),進行插補計算 所需的坐標(biāo)進給的總步數(shù) 8丫為().8C3、已知離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)為：G (Z) = (Z+) /+A2,可知該系統(tǒng)是(A.穩(wěn)定的Bo不

3、穩(wěn)定的C。中性穩(wěn)定的4、若連續(xù)系統(tǒng)為Gc(s源定，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Bo是不穩(wěn)定的C。穩(wěn)定性不一定三、問答題1、什么是用模干擾，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)由哪四大部分組成8、什么是插補器常用哪兩種形式插補計算的宗旨是什么9、第一象限直線逐點比較法插補的原理是什么 10、回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)字PI

4、D位置式和增量式算法的各自特點是什么12、數(shù)字PID控制算法中，Kp> Ti、Td的物理調(diào)節(jié)作用分別是什么13、最少拍控制算法本質(zhì)上是什么算法，為什么14、最少拍控制算法的局限性是什么15、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1 017s1 0.085sT=o試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式，設(shè)采樣周期16、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1 0.17s0.085s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T=o 17、已知某控制系統(tǒng)模擬控制器的傳遞函數(shù)為 一一 一 ,2、1 3.5s 0.1sD(s) 0.5s若采樣周期T=1S試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和

5、增量型控制算式。并比較兩 種算法特點。18、簡述應(yīng)如何選擇計算機控制系統(tǒng)中采樣周期19、什么叫積分飽和它是怎么引起的如何消除20、簡述擴充臨界比例度法、擴充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟。21、數(shù)字控制器的離散化設(shè)計步驟是什么22、等效離散化設(shè)計方法存在哪些缺陷23、什么是信號重構(gòu)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)為D(s)2ns22ns試用雙線性變換法求出相應(yīng)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形式。其中T 1s。26、被控對象的傳遞函數(shù)為Gc s N s采樣周期T=1s,采用零階保持器，針對單

6、位速度輸入函數(shù)，按以下要求設(shè)計:(1)最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計 (z)和D z ;(2)求出數(shù)字控制器輸出序列u(k)的遞推形式計算機控制技術(shù)復(fù)習(xí)題一、填空題1、通常把疊加在被測信號上的干擾信號稱為串模干擾。2、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(zhì)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 方式。5、信號接地方式應(yīng)采用一點接地方式,而不采用多點接地方式。6、豐要的電源干擾包括噪聲，尖峰，斷電，浪涌 。7、數(shù)字程序捽制方式有點位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。8、插補計算過程

7、由偏差判別 、坐標(biāo)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油用方法有雙線性變換法、前向差分法、后向差分法。10、三相步進機的轉(zhuǎn)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 L已和齒距角是6度 。步距角:360/60后=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控制中對積分項可米取積分分離、 抗積分飽和 、 梯形積分 和 消除積分不靈敏區(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 算式兩種方法。14、按簡易工程法整定PID參數(shù)的方法有擴充臨界比

8、例度法、擴充響應(yīng)曲線法和歸一參數(shù)整定法。15、最少拍控制算法有單位階躍信號、單位速度信號和單位加速度信號三種典型 輸入信號。二、選擇題1、已知偏差e (k),積分分離閾值B ,以下正確的是( B )B.當(dāng)e(k) ”時，采用PI控制B.當(dāng)|e(k) > B時，采用PD控制C.當(dāng)e(k)時，采用PD控制D.當(dāng)e(k)時，采用PI控制2、設(shè)加工第一象限直線 OA,起點為O (0,0),終點為A (6,3),進行插補計算 所需的坐標(biāo)進給的總步數(shù) 心丫為(C ).8C3、已知離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)為：G (Z) = (Z+) /+A2,可知該系統(tǒng)是(A ).A.穩(wěn)定的Bo不穩(wěn)定的C。中性穩(wěn)定的4、

9、若連續(xù)系統(tǒng)為Gc(s源定，采用一階向前差分離散化方法離散，所得 Gc(z)( C )。A.也是穩(wěn)定的Bo是不穩(wěn)定的C。穩(wěn)定性不一定三、問答題1、什么是用模干擾，抑制的方法有哪些用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。尖峰型用模干擾民為主要干擾源時，用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，采用雙絞線彳信號引線(減少電磁感應(yīng))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(zhuǎn)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:長線傳輸受到外界干擾,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

10、射現(xiàn)象。抑制方法:終端匹配始端匹配4、計算機控制系統(tǒng)的CPU抗干擾措施常采用哪些措施Watchdog谷稱看門狗）電源監(jiān)控（掉電檢測及保護） 復(fù)位5、MAX1232的主要功能有哪些（1）電源監(jiān)控（2）按鈕復(fù)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)由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)機械（如各種加工機床）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)律自動地完成工作的控制方式。由輸入裝置、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

11、于完成插補計算，就是按給定的基本數(shù)據(jù)（如直線的終點坐標(biāo),圓弧的起、終點坐標(biāo)等），插補（插值）中間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而把曲線形狀描述出來的一種計算。直線插補、二次曲線插補宗旨是通過給定的基點坐標(biāo)，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(biāo)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(biāo)原點）出發(fā)，當(dāng)Fm>0時，沿+x軸方向走一步；當(dāng)Fm<0時，沿+ y方向走一步；當(dāng)兩方向所走的步數(shù)與終點坐標(biāo) （xe,ye刑等時，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壓波形圖

12、。(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)手動到自動的無沖擊切換。12、數(shù)字PID控制算法中，Kp> Ti、Td的物理調(diào)節(jié)作用分別是什么Kp為比例增益，能減小誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，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(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。T

13、d為微分時間常數(shù)?？梢詼p小調(diào)整時間，從而改變系統(tǒng)的動態(tài)性能。13、最少拍控制算法本質(zhì)上是什么算法，為什么最少拍控制算法本質(zhì)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(biāo)。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(yīng)性較差；15、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為D s 1 017s1 0.085s試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型控制算式，設(shè)采樣周期T=oU s 1 0.17sD sE s 1 0.085s貝（JU s 0.085SU s E s 0.17SE sdu tdetut 0.085 et 0.17 dtdtukuklekekluk 0.08

14、5t ek 0.17t把T= 弋入得1.425u k 0.425u k 14.5e k3,5e k-1位置型 u k 3.1579e k 2.4561e k 10.2982u k 1增量型 u k u k u k 13.1579ek2.4561e k 10.7018u k 116、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為1 0.17s0.085s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T=o解：因為D s1 0.17 s ", 2 (10.085s1、Kp(1 Tds)Tis所以Kp2, Ti0.17,Td故位置型PID控制器u(k) Kp e(k)0.22 e(k

15、) 0.172e(k)黑Ti i 0k e(i)i 0 k e(i)0e(i)T e(k) 1 De(k 1)T故增量型PID控制器u(k) u(k 1) u(k)u(k 1) Kp e(k) e(k 1) Kie(k) Kd e(k) 2e(k 1) e(k 2)0.4u(k 1) 2e(k) e(k 1)-e(k)0.17u(k 1) 4.35e(k) 2e(k 1)17、已知某控制系統(tǒng)模擬控制器的傳遞函數(shù)為、0.1 3.5s s2D(s)0.5s若采樣周期T=1S試寫出相應(yīng)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。D (s)U (s) u (t)U (s)E (s)i7

16、E (s)2 sE (s)E (s)5 s7 e (t )2 de (t) e (t) dtu(k)7e(k) 2)%)dt 5將T=1代入上式，得ku(k) 9e(k) 2e(k 1) 0.2 e(i) i 0k 1u(k 1) 9e(k 1) 2e(k 2) 0.2 e(i) i 0u(k) u(k) u (k 1)9.2e(k) 11e(k 1) 2e(k 2)18、簡述應(yīng)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 問來確定。(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(gòu)的類

17、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何消除解：(1)如果執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)到極限位置，仍然不能消除靜差時，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機構(gòu)已無相應(yīng)的動作，這就叫積分飽和。(2) 1、當(dāng)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(gòu)的上(下)限，而此時執(zhí)行機構(gòu)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(dāng)系統(tǒng)輸出超過給定值后，偏差反向，但由于大的積分積累值，控制量需要相當(dāng)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(diào)，系統(tǒng)不穩(wěn)定。(3)常

18、用的改進方法：積分分離法和抗積分飽和20、簡述擴充臨界比例度法、擴充響應(yīng)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71后時，采樣周期 T取滯后 時間的1/10以下，此時調(diào)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。由臨界振蕩過程求得相應(yīng) 的臨界振蕩周期T6并記下此時的比例系數(shù) Kp,將其記作臨界振蕩增益 K$此時的比例度為臨界比例度，記作s oKs(3)選擇控制度，所謂控制度是數(shù)字調(diào)節(jié)器和模擬調(diào)節(jié)器所對應(yīng)的過渡過程的誤 差平方的積分之比。根據(jù)控制度，查表求出T、Kp>

19、; Ti和Td值。(5)按照求得的整定參數(shù)，投入系統(tǒng)運行，觀察控制效果，再適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，直到獲得滿意的控制效果為止。擴充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟：(1)斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(tài)。將被調(diào)量調(diào)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，如圖所示在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間 下被控對象白時間常數(shù)Tc,以及它 們的比值Tc/ a由Tg Tc/他，查表，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(shè)計步驟是什么數(shù)字控制器的直接設(shè)計步驟如下：根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)要求和其它約束

20、條件，確定所需的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)(2)求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) G(z>求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù) D(z)。(4)根據(jù)D(z冰取控制算法的遞推計算公式。23、等效離散化設(shè)計方法存在哪些缺陷答：等效離散化設(shè)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(dāng)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(diào)節(jié) 品質(zhì)變壞。(3)等效離散化設(shè)計所構(gòu)造的計算機控制系統(tǒng)，其性能指標(biāo)只能接近于原連續(xù)系 統(tǒng)(只有當(dāng)采樣周期T=0時，計算機控制系統(tǒng)才能完全等同于連續(xù)系統(tǒng))

21、，而不可 能超過它。因此，這種方法也被稱為近似設(shè)計。23、什么是信號重構(gòu)答：把離散信號變?yōu)檫B續(xù)信號的過程，稱為信號重構(gòu)，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 Ho(s)O零階保持器的引入并不影響 s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2n2n s n試用雙線性變換法求出相應(yīng)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形式。其中T 1s。解：令D(z)Ez)s22 n22. n(n 4 n 4)z2(z22 2z 1 1)(2:8)z1控制器的差分形式為_2_2 2 8u(k) nu(k2 4 n 41)2n2 4 nn4(e(k)2e(k 1) e(k 2)26、被控對象的傳遞函數(shù)為采樣周期T=10采用零階保持器，針對單位速度輸入函數(shù),按以下要求設(shè)計:(1)最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計 (z)和D(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)Gc z-Ts 彳e 八11 z 22將T=1S代入，有Gcz-1 1211 z1 2 z最少拍無紋波設(shè)計步驟:1)根據(jù)廣義對象的傳遞函數(shù)確定參數(shù)已知N=2, M=2所以d=0w=1v=2, j=2