中國礦業(yè)大學(xué)計算機控制系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)整理

1、百度文庫-讓每個人平等地提升自我中國礦業(yè)大學(xué)計算機控制系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)（學(xué)長整理，經(jīng)驗證有大量考試原題）填空題整理：1 .計控系統(tǒng)組成：被控對象執(zhí)行機構(gòu)測量裝置指令給定裝置計算機系統(tǒng)：A/D轉(zhuǎn)換器（將連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換為斷續(xù)的數(shù)字二進制信號送入計算機） 、D/A轉(zhuǎn)換器（將計 算機產(chǎn)生的數(shù)字指令信號轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號送給直流電動機的放大部件） 、數(shù)字計 算機（實現(xiàn)信號的變換處理以及工作狀態(tài)的邏輯管理按給定算法產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令）2 .計控系統(tǒng)控制過程：實時數(shù)據(jù)采集實時決策實時控制時鐘表示計算機及其輸 入輸出按自然時間運行3 .計控系統(tǒng)優(yōu)點：易實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律性價比高適應(yīng)性強靈活性高系統(tǒng)測量靈 敏度高

2、控制與管理容易結(jié)合并實現(xiàn)層次更高的自動化系統(tǒng)可靠性和容錯能力高4 .連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)具有哪些特點？（1）計控系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件組成的混合系統(tǒng)（2）計控系統(tǒng)是混合信號系統(tǒng)（3） 一個數(shù)字控制器可采用分時控制的方 式同時控制多個回路（4）在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計算機通過數(shù)字控制器實 現(xiàn)的，有很大靈活性、適應(yīng)性（5）能實現(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律（6）計算機控制系統(tǒng)是離散控制的（7）采用計算機控制，便于實現(xiàn)控制與管理一體化/5 .計控系統(tǒng)種類：直接數(shù)字控制系統(tǒng) DDC計算機監(jiān)督控制系統(tǒng) SCC分散型計算機控 制系統(tǒng)DCS6 . A/D變換（連續(xù)一離散）過程：采樣、量

3、化、編碼 /a。禿拄：采樣保持器（S/H）對 連續(xù)的模擬輸入信號按一定時間間隔T進行采樣，變成時間離散、幅值等于采樣時刻輸入信號值得序列信號bo量化：（整量化）將采樣時刻的信號幅值按最小量化單位取整c。編碼:將整量化得分層信號變換為二進制數(shù)碼形式保持器作用：提高采樣精度采拄是最本質(zhì)？采樣過程是將連續(xù)時間信號變?yōu)殡x散時間信號得過程,此過程涉及信號得有無問題為什么整量化：為了將采樣后的信號變成有限位數(shù)的二進制數(shù)碼7 . D/A變換過程:解碼、信號恢復(fù) a.解性：通過解碼器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為幅值等于該數(shù) 字量的模擬脈沖信號b.信號恢復(fù)：通過信號恢復(fù)器（0階保持器）將解碼后的模擬信號 變成隨時間連續(xù)變化的

4、信號 階保持器：在1個采樣周期內(nèi)將信號保持為常值,形成階梯狀信號的保持器8 .頻譜混疊壞處:會產(chǎn)生假頻率假信號嚴重影響測量質(zhì)量 產(chǎn)生原因:/當連續(xù)信號 的頻譜帶寬有限且此時采樣頻率低于模擬信號中所要分析的最高分量的頻率的 、2倍b當 連續(xù)信號頻譜是無線帶寬時 抑弛a提高采樣頻率達到被測信號最高頻率的 3倍以上b 在采樣開關(guān)前串前置濾波器（模擬低通）9 .采樣定理：若采樣頻率 ws 2wmax（連續(xù)信號中所含頻率分量的最高頻率）那么就可 從采樣信號中不失真的恢復(fù)原連續(xù)信號，如不滿足采樣定理，一個高頻連續(xù)信號采樣后 將會變成一個低頻信號-失真10 .采樣信號失真現(xiàn)象:信號的高頻分量折疊為低頻分量、

5、隱匿振蕩辿：串前置濾波器11 .前置濾波器作用 濾除連續(xù)信號中高于ws/2的頻譜分量避免采樣后出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象濾除高頻干擾信號避免經(jīng)采樣后干擾信號折疊到有用信號的低頻段12 .后置濾波器（ZOH后）位于D/A之后的模擬低通濾波器由于 0保允許高頻分量通 過當T較大ZOH的輸出會對系統(tǒng)動態(tài)特性產(chǎn)生不良影響 隹世：濾除ZOH俞出的高頻分 量不利影響：串入會給系統(tǒng)引入相位滯后影響整個系統(tǒng)動態(tài)特性。:在系統(tǒng)控制器的適當位置串入超前環(huán)節(jié)/通過修改控制器參數(shù)加以補償13 .信號的理想不失真恢復(fù)條件原連續(xù)信號的頻譜必須是有限帶寬的頻譜采樣必須 滿足采樣定理ws 2wmaXD采用理想低通濾波器對采樣信號進行濾

6、波14 .理想低通濾波器：可對指定的截頻 wc以下的頻率分量不失真的進行傳輸而對 wc以 上的分量全部衰減為0/八、15.0階保持器特性 有無限多個截止頻率在 0ws內(nèi)幅值隨w增而衰減0允許高頻分 量通過但幅值逐漸衰減0是一個相位滯后環(huán)節(jié)，滯后大小與信號頻率及采樣周期T正比優(yōu)點：物理可實現(xiàn)16 .零階保持器時域響應(yīng)的特點a.時域響應(yīng)為階梯形狀階梯大小與采樣周期成正比b.時域響應(yīng)與輸入信號相比，平均延遲T/217 . G(z)出現(xiàn)不穩(wěn)定零點：若連續(xù)系統(tǒng)G (s)沒有不穩(wěn)定零點且極點數(shù)與零點數(shù)之差大于2,當T較小時，G (z)總會出現(xiàn)不穩(wěn)定零點變成非最小相位系統(tǒng)18 . T與系統(tǒng)穩(wěn)定性：a.離散系

7、統(tǒng)穩(wěn)定性比連續(xù)系統(tǒng)差，體現(xiàn)在使系統(tǒng)穩(wěn)定的k值：連續(xù)系統(tǒng)的k值范圍大于離散系統(tǒng)的 k值范圍b.一般來說，T減小系統(tǒng)穩(wěn)定性增強。19 . T與穩(wěn)態(tài)誤差：對于具有零階保持器的離散系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的計算結(jié)果與T無關(guān)只與系統(tǒng)的類型放大系數(shù)及輸入信號的形式與關(guān)20 .極點與零位置與時間響應(yīng)的關(guān)系pi 1單調(diào)發(fā)散，pi=1常值，0Vpi 1單調(diào)衰減，-1vpiv0振蕩收斂，pi=-1正負 交替的等幅脈沖，pi v-1正負交替的發(fā)散脈沖 Wd=ws/2 ws=2n/T21 .PID增量式算法優(yōu)點 該方法較為安全。當計算機出現(xiàn)故障，輸出控制指令為零時， 執(zhí)行機構(gòu)的位置仍可保持前一步的位置不會給被控對象帶來較大的擾動

8、計算時不需 進行累加，僅需最近幾次誤差的采樣值。22 .積分飽和原因和影響抑制：因長時間出現(xiàn)偏差或偏差較大，計算出的控制量有很 大，超出D/A轉(zhuǎn)換器所能表示的數(shù)值范圍。這時的執(zhí)行機構(gòu)已到極限位置，仍不能消除 偏差，且由于積分彳用，盡管計算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，這就稱為當控制量達到飽和后，閉環(huán)控制系統(tǒng)相當于被斷開a積分分離法：當誤差大于某個規(guī)定的門限值時，取消積分作用，當誤差在門限 內(nèi)，引入積分作用，消除誤差 b遇縣消弱積分法：當控制量進入飽和區(qū)后只執(zhí)行消弱積 分項的累加而不進行增大及分享的累加c飽和停止積分法：當控制作用達到飽和后停止積分器積分

9、，而控制器輸出未飽和時積分器正常積分23 .PID改進:/防積分整量化誤差的方法：在積分項運算時，可將其結(jié)果用雙字長單元 存儲，若積分項小于單字長時，其結(jié)果存放在低字節(jié)單元中，經(jīng)過若干次累加后當其值 超過低字節(jié)表示時則在高字節(jié)最低位加1從而消除有限字長造成的量化結(jié)尾誤差24 .微分算法的改進：引入微分改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，但由于微分放大噪聲的作用也 極易引進高頻干擾。因此在實現(xiàn)PID控制時，除了要限制微分增益外，還要對信號進行平滑處理，消除高頻噪聲的影響 不完全彳散分法 PID算法:作用：能夠抑制高頻噪聲, 克服純微分作用的不均勻性，使得控制作用比較平緩，不引起系統(tǒng)振蕩a.微分環(huán)節(jié)的作用:能夠

10、反映誤差信號的變化率，具有一定的“預(yù)見性”，能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能；但對噪聲信號有放大作用，不能單獨使用b.實現(xiàn)方法：在PID控制器中串聯(lián)一個低通濾波器（通常為一階慣性環(huán)節(jié)）抑制高頻噪聲 微分算法的改進：微分先行PID:原理： 將微分運算放在最前面，后面再緊跟比例和積分運算25 .不完全微分 PID與基本PID控制作用比較:完全微分作用僅在控制作用發(fā)生的一 個周期內(nèi)起作用；不完全微分作用則是按指數(shù)規(guī)律逐漸衰減到零，可以延續(xù)幾個周期， 且第一個周期的微分作用減弱26 . PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)中微分調(diào)節(jié)起何作用與常規(guī)算式區(qū)別：微分的作用是加快調(diào)整速度。由于微分只存在于瞬間，因而有時會使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，而使調(diào)

11、節(jié)品質(zhì)下降。為了避免震 蕩，在一些系統(tǒng)中采用不完全微分算法，它的基本思想是使微分作用慢慢減弱，以避免 由于微分突然下降到0而產(chǎn)生震蕩。/27 . PID調(diào)節(jié)參數(shù)的整定：擴充臨界比例度法、擴充階躍響應(yīng)曲線法、試湊法28 .湊法調(diào)整PID算法的參數(shù):首先只整定比例部分。將Kp由小到大變化并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到得到反應(yīng)快超調(diào)小的響應(yīng)曲線若在比例控制的基礎(chǔ)上穩(wěn)態(tài)誤差不滿 足要求，則需加入積分控制，整定時首先設(shè)置積分時間常數(shù)唯一較大值并將第一步確定 的Kp減小些，然后減小積分時間常數(shù)，并使系統(tǒng)保持在良好動態(tài)響應(yīng)的情況下消除穩(wěn) 態(tài)誤差若使用PI調(diào)節(jié)器消除了穩(wěn)態(tài)誤差但動態(tài)過程不滿意可加入微分環(huán)節(jié)。在第二

12、 步整定的基礎(chǔ)上，逐步增大 TD,同時相應(yīng)地改變 Kp和TI,逐步試湊29 . PID各環(huán)節(jié)作用比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性積分調(diào)節(jié)可以消除靜差,提高 控制精度。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的相應(yīng)速度，減小超調(diào)，克服振蕩，消除系統(tǒng) 慣性的影響30 .等效離散化設(shè)計方法存在哪些缺陷(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。(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)而不可能超過它。因此，這種方法也 被稱之為近似設(shè)計。31 . W域設(shè)計法步驟(1)給定連續(xù)被控對象 G(s),求出z域的廣義對象的脈沖傳遞函 數(shù)G(z)(2)將G(z)變換到w平面上(3)在w平面設(shè)計控制器 D(w )(4)進彳f w反 變換，求得z域控制器D(z)(5) 檢當敘z域閉環(huán)系統(tǒng)的品質(zhì)(6) D(z)控制器在計算機上 編程