2012計算機控制技術(shù)復(fù)習題解析

1、1計算機控制技術(shù)復(fù)習題、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、 _o4、 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，而不米用方式。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)常用方法有_、_、_o10、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_o11、 三相步進電機通常有 _

2、、_ 和_ 工作方式12、 PID 控制中對積分項可采取 _ 、_ 、_和_四種改進措施。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_o15、 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 e(k) B時，采用 PI 控制 B. 當 e(k) B時，采用 PD 控制C.當 e(k)之時，采用 PD 控制D.當 e(k)叼時，采用 PI 控制2、 設(shè)加工第一象限直線 OA 起點為 0( 0,0 )，終點為 A (6,3 )，進行插補計算所需的坐標進給的總

3、步數(shù) My 為()2A.7B.8C.9D.103、已知離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)為：G( Z) = (Z+0.5) /(Z-0.5+j0.5F2,可知該系統(tǒng)是()。A.穩(wěn)定的 B 。不穩(wěn)定的C 。中性穩(wěn)定的4、若連續(xù)系統(tǒng)為 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 。是不穩(wěn)定的 C 。穩(wěn)定性不一定三、問答題1、 什么是串模干擾，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 勺主要功能有哪些？6 計算機控制系統(tǒng)中有哪些類

4、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、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)字 PID 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10.17s1 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=0.2s 16、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為、1

5、+017SD s =0.085 s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3T=0.2s。17、已知某控制系統(tǒng)模擬控制器的傳遞函數(shù)為4213.5s0.1sD(s廠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。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

6、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 =1so26、被控對象的傳遞函數(shù)為Gcs1s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(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)習題、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D(s)=5等。3、常用的傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電

7、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、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、插補計算過程由偏差判別、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、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 1 度和齒距角是 6 度 。步距角:360/60/6=1 度齒距角 360/60=6 度11、 三

8、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、 單位諫度信號和單位加諫度信號三種典型 輸入信號。、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|e(k)B時，采用 PI 控制 B.當 e(k)|B時，采用 P

9、D 控制C. 當|e(k)|之時，采用 PD 控制D.當 e(k)|叼時，采用 PI 控制2、 設(shè)加工第一象限直線 0A 起點為 0( 0,0 )，終點為 A (6,3 )，進行插補計算 所需的坐標進給的總步數(shù) My 為(C )6A.7B.8C.9D.103、 已知離散系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)為： G( Z) = (Z+0.5) /(Z-0.5+j0.5F2,可知該系統(tǒng)是(A ).A.穩(wěn)定的 B 。不穩(wěn)定的C。中性穩(wěn)定的4、 若連續(xù)系統(tǒng)為 Gc(s)穩(wěn)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B 。是不穩(wěn)定的C。穩(wěn)定性不一定三、問答題1、 什么是串模干擾，抑制的方法有哪

10、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(zhuǎn)換器，采用雙絞線作信號引線(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(俗稱看門狗)電源監(jiān)控(掉電檢測及保護)復(fù)位5、

11、MAX1232 勺主要功能有哪些？（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7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 , 圓弧的起、 終點坐標等 ）

12、，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計算。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 0 時，沿+ x 軸方向走一步；當 Fmv0 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壓波形圖。（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

13、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8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。Td 為微分時間

14、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。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=0.2s則 U s 0.085SU s = E s 0.17SE su t0.085dU =et017d：tdtdtuk-uk-1ek-ek-1u k 0085T=e k 017丁把 T=0.2S 代入得1.425u k - 0.425u k -

15、1 = 4.5e k -3.5e k-1位置型 u k i；二 3.1579e k - 2.4561e k -1 0.2982u k -1增量型：uk 二 uk -uk-1 =3.1579ek -2.4561ek-1 -0.7018uk-116、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為“、1 +017SD s =0.085 s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U sEs10.17s19T=0.2s。10= 2(1)心(1丄TdS)0.17spTis所以 Kp= 2, Ti=0.17, Td= 0故位置型 PID 控制器故增量型 PID 控制器u(k) =u(k一

16、1).：u(k)-u(k -1) Kpb(k)e(k -1)丨Kie(k) - KDb(k) - 2e(k - 1) e(k 2)】-u(k -1)2b(k) -e(k -1) 1- -0i4e(k)0.17:u(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 種算法特點。D (s)U(s)=7E(s) 2sE(s)1E (s)5 su(t)汕)2專7e(t)dt將 T=1 代入上式，得ku(k)二9e(k)- 2e(k-1)02 e(i)i =0kT解:因為D s；u(k) =KPe(

17、k)TI Ye(i) TDe(k) - e(k -1)T-2 e(k)0.2而k、e(i)i z0=2e(k)0.4而k e(i)i衛(wèi)D(s)0.13.5s s20.5s并比較兩u(k)二7e(k) 2e(k)-e(k-1)T丁e(i)5i =011u(k -1) = 9e(k -1) - 2e(k - 2)0.2 e(i)i=0u(k)二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 間來確定。（2）其次要考慮

18、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

19、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(diào)，系統(tǒng)不穩(wěn)（3）常用的改進方法：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,例如被控過程有純滯后時，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。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 Ts，并記下此時的比例系數(shù) Kp,將其記作臨界振蕩增益 Ks。此1時的比例度為臨界比例度，記作 飛二丄。Ks12(3)選擇控制度，所謂控制度是

20、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 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。(3) 在曲線最大斜率處作切線， 求得滯后時間T、 被控對象的時間常數(shù) Tc,以及 它們的比值 Tc/T。由T、Tc、Tc/T值，查表，求出數(shù)字控制

21、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：(1) 根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)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)(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)求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)

22、的調(diào)節(jié) 品質(zhì)變壞。213(3)等效離散化設(shè)計所構(gòu)造的計算機控制系統(tǒng)，其性能指標只能接近于原連續(xù)系 統(tǒng)(只有當采樣周期 T=0 時，計算機控制系統(tǒng)才能完全等同于連續(xù)系統(tǒng))，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？14答：零階保持器的傳遞函數(shù)為H(s)二匕匚。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

23、形式。其中T =1s2 z -12 1 -z1 -z-1- =- =2-T z 1 T 1 zJ1 z，控制器的差分形式為22蓋2 怕一 8co 4 們匚+ 4u(k) u(k-1) u(k-2)=r-(e(k) 2e(k-1) e(k-2)叫+的/+4%+4%U+4n+4U+426、被控對象的傳遞函數(shù)為Gcs1s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(shè)計:(1)最少拍無紋波系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計:：J(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)D(s)-解：令2nD(zEt s22ns1 j丄sz2rr1灼；(z+2z+1)_(24n4)z (2 n -8)zJ24n42n214hs1T2z-11 z1_es321-z，1 - eTs115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)N （分母多項式的幕次）M （分子多項式的幕次）d=N-M