計(jì)算機(jī)控制技術(shù)期末--復(fù)習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)控制技術(shù)習(xí)題詳解第一章 緒論1、 什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制的系統(tǒng)。、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程兩個(gè)大部分組成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)和要求而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過(guò)程包括被控對(duì)象、測(cè)量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開(kāi)關(guān)裝置。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖見(jiàn)書(shū)本第2頁(yè)（圖1.2）。2、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？微機(jī)控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)：a.控制規(guī)律靈活多樣，改動(dòng)方便b.控制精度高，抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制c.能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯示

2、，控制效率高d.控制與管理一體化，進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，安全。 缺點(diǎn)：由人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對(duì)象。（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDS） 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性好，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)。（3）監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC） 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)過(guò)程始終處于最優(yōu)工況。（4）分散控制系統(tǒng)（DCS） 優(yōu)點(diǎn)：分散控制、集中操作、分級(jí)管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)。（5）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS） 優(yōu)點(diǎn)：與DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實(shí)現(xiàn)真正的開(kāi)放式互聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3、按照微機(jī)的應(yīng)用方式，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可

3、分為：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程是怎樣的?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程可歸納為以下三個(gè)步驟：(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)，并輸入給計(jì)算機(jī)。(2)實(shí)時(shí)決策：對(duì)采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過(guò)程。(3)實(shí)時(shí)控制：根據(jù)決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。5實(shí)時(shí)、在線方式和離線方式的含義是什么？(1)實(shí)時(shí)：所謂“實(shí)時(shí)”，是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都是在一定時(shí)間范圍內(nèi)完成的，即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在一定的時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)并進(jìn)行控制，超出了這

4、個(gè)時(shí)間就會(huì)失去控制時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。(2)“在線”方式：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，如果生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備直接與計(jì)算機(jī)連接，生產(chǎn)過(guò)程直接受計(jì)算機(jī)的控制，就叫做“聯(lián)機(jī)”方式或“在線”方式。(3)“離線”方式：若生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備不直接與計(jì)算機(jī)相連接，其工作不直接受計(jì)算機(jī)的控制，而是通過(guò)中間記錄介質(zhì)，靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式，則叫做“脫機(jī)”方式或“離線”方式。6、操作指導(dǎo)、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？(1)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接作用于生產(chǎn)對(duì)象，屬于開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對(duì)檢測(cè)到的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行處理，計(jì)算出各控制量應(yīng)有的

5、較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時(shí)計(jì)算機(jī)就起到了操作指導(dǎo)的作用。其原理框圖如圖1.2所示。圖1.2操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)原理框圖(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng))：DDC(Direct Digital Control)系統(tǒng)就是通過(guò)檢測(cè)元件對(duì)一個(gè)或多個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，經(jīng)輸入通道送給微機(jī)，微機(jī)將檢測(cè)結(jié)果與設(shè)定值進(jìn)行比較，再進(jìn)行控制運(yùn)算，然后通過(guò)輸出通道控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到預(yù)定的要求。DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最普遍的一種應(yīng)用形式。其原理框圖如圖1.3所示。圖1.3 DDC系統(tǒng)原理框圖(3)計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(Supervisory Com

6、puter Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實(shí)際情況，因?yàn)樵贒DC系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)只是代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，系統(tǒng)不能運(yùn)行在最佳狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行給定值控制，并且還可以進(jìn)行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。SCC系統(tǒng)的原理框圖如圖1.4所示。圖1.4 SCC系統(tǒng)原理框圖SCC是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。7、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是什么？大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計(jì)算機(jī)的可靠性和性能價(jià)格比，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。為更好地適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以滿足對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)提出的越來(lái)越高的要求，目前計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

7、有以下幾個(gè)方面。a.普及應(yīng)用可編程序控制器b.采用集散控制系統(tǒng)c.研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)第二章 輸入輸出過(guò)程通道與接口技術(shù)1.什么是過(guò)程通道？過(guò)程通道有哪些分類？過(guò)程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。按信息傳遞的方向來(lái)分，過(guò)程通道可分為輸入過(guò)程通道和輸出過(guò)程通道；按所傳遞和交換的信息來(lái)分，過(guò)程通道又可分為數(shù)字量過(guò)程通道和模擬量過(guò)程通道。2.數(shù)字量過(guò)程通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？數(shù)字量過(guò)程通道包括數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路、并行接口電路和定時(shí)計(jì)數(shù)電路等組成。數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸

8、出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼電路等組成。其中：輸入調(diào)理電路將來(lái)自控制裝置或生產(chǎn)過(guò)程的各種開(kāi)關(guān)量，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將其通斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的高、低電平，同時(shí)還要考慮對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、保護(hù)、消除觸點(diǎn)抖動(dòng)，以及進(jìn)行信號(hào)隔離等問(wèn)題。3.簡(jiǎn)述兩種硬件消抖電路的工作原理。采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用積分電路將抖動(dòng)的高頻部分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形。采用RS觸發(fā)器的硬件消抖電路，主要是利用RS觸發(fā)器的保持功能實(shí)現(xiàn)消抖。4.簡(jiǎn)述光電耦合器的工作原理及在過(guò)程通道中的作用。光電耦合器由封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如下圖所示。輸入電流流過(guò)二極管時(shí)使其發(fā)光，照射到光敏三極管上使其導(dǎo)通，完成信號(hào)

9、的光電耦合傳送，它在過(guò)程通道中實(shí)現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。光電耦合器電路圖5.模擬量輸入通道由哪些部分組成？各部分的作用是什么？模擬量輸入通道一般由I/V變換、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口及控制邏輯電路組成。(1)I/V變換：提高了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳遞過(guò)程中的抗干擾能力，減少了信號(hào)的衰減，為與標(biāo)準(zhǔn)化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配提供了方便。(2)多路轉(zhuǎn)換器：用來(lái)切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵元件。(3)采樣保持器：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換總需要一定的時(shí)間。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，希望輸入信號(hào)不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在A/D轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。(4)A/D轉(zhuǎn)換器：模擬量輸

10、入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能夠完成這一任務(wù)的器件，稱為之模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog/Digital Converter，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)。6、設(shè)某一8位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為+5v，求輸入為1v和2.5v時(shí)，相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量分別是多少？1v對(duì)應(yīng)數(shù)字量為33H2.5v對(duì)應(yīng)數(shù)字量為80H7、對(duì)理想多路開(kāi)關(guān)的要求是什么？理想的多路開(kāi)關(guān)其開(kāi)路電阻為無(wú)窮大，其接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。此外，還希望切換速度快、噪音小、壽命長(zhǎng)、工作可靠。8、采樣保持器有什么作用？試說(shuō)明保持電容的大小對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響。采樣保持器的作用：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換總需要一定的時(shí)間。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)

11、，希望輸入信號(hào)不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在A/D轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。保持電容對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時(shí)充電時(shí)間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對(duì)輸入信號(hào)的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時(shí)放電時(shí)間常數(shù)也小，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好，但跟隨特性差。9.如果模擬信號(hào)頻譜的最高頻率為，只要按照采樣頻率進(jìn)行采樣，那么采樣信號(hào)就能唯一的復(fù)觀。10.在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器？為什么？不是，對(duì)于輸入信號(hào)變化很慢，如溫度信號(hào)；或者A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較快，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號(hào)變化很小，在允

12、許的A/D轉(zhuǎn)換精度內(nèi)，就不必再選用采樣保持器。11、.在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，采樣周期T的確定很重要，因?yàn)樗P(guān)系到 采樣 精度,T太大精度_差_。12.A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號(hào)有什么作用？根據(jù)該信號(hào)在I/O控制中的連接方式，A/D轉(zhuǎn)換有幾種控制方式？它們?cè)诮涌陔娐泛统绦蛟O(shè)計(jì)上有什么特點(diǎn)？A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號(hào)的作用是用以判斷本次AD轉(zhuǎn)換是否完成。常見(jiàn)的A/D轉(zhuǎn)換有以下幾種控制方式，各自特點(diǎn)如下延時(shí)等待法:EOC可不和I/O口連接，程序設(shè)計(jì)時(shí)，延時(shí)大于ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間后，取數(shù)據(jù)。保持等待法:EOC與READY相連,EOC無(wú)效時(shí),自動(dòng)插入等待狀態(tài)。直至EOC有效時(shí)，取數(shù)據(jù)。查詢法: EOC可以和任意I/O

13、口連接，程序設(shè)計(jì)時(shí)，反復(fù)判斷EOC是否有效，直至EOC有效時(shí)，取數(shù)據(jù)。中斷響應(yīng)法: EOC與外部中斷相連，AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后,發(fā)中斷申請(qǐng),在中斷服務(wù)程序中取數(shù)據(jù)。13、采用ADC0809構(gòu)成模擬量輸入通道,ADC0809在其中起_模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換和多路開(kāi)關(guān)作用。14.設(shè)被測(cè)溫度變化范圍為0oC1200oC,如果要求誤差不超過(guò)0.4oC,應(yīng)選用分辨為多少位的A/D轉(zhuǎn)換器？選擇依據(jù)：15、10位AD轉(zhuǎn)換器的最低分辨率為: 1/1024 ,當(dāng)基準(zhǔn)電壓為36v時(shí)，最小轉(zhuǎn)換電壓為 35.16mv.16.模擬量輸出通道由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、功率放大

14、和V/I變換等信號(hào)調(diào)理電路組成。(1)D/A轉(zhuǎn)換器：模擬量輸出通道的核心是數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Digital/Analog Converter,簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)。它是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的元件或裝置。(2)V/I變換：一般情況下，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出是電壓信號(hào)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，為了便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，減少由于傳輸帶來(lái)的干擾和衰減，需要采用電流方式輸出模擬信號(hào)。許多標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般是采用010mA或420mA的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)的。因此，需要將模擬電壓信號(hào)通過(guò)電壓/電流(V/I)變換技術(shù)，轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。17、采用74LS138、DAC0832運(yùn)算放大器和

15、CD4051等設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換接口電路，設(shè)定DAC0832的端口地址為200H，CD4051的端口地址為201H，若待輸出的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)段BUF0BUF7這8個(gè)連續(xù)單元中，要求：(1) 畫(huà)出D/A轉(zhuǎn)換接口電路；(2) 編寫(xiě)D/A轉(zhuǎn)換程序。解 (1) D/A轉(zhuǎn)換接口電路；地址線A9 A8A1 A0=1000時(shí)端口地址0200H，選通DAC0832地址線A9 A8A1 A0=1001時(shí)端口地址0201H 選通CD4051 (2) 編寫(xiě)D/A轉(zhuǎn)換程序。（8分）18.用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809通過(guò)8255與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)8路模擬采集。請(qǐng)畫(huà)出接口原理圖，并編寫(xiě)8路模擬量A/D轉(zhuǎn)換程序。

16、程序:MOV DX, 02C3H; 控制口地址MOV AL, B; 設(shè)PC0PC3為輸出口，PC4PC7為輸入，PA輸入OUT DX, ALMOV DX,02C2; 送通道號(hào)IN0并啟動(dòng)0809OUT DX, ALCALL DELAY; 延時(shí)IN AL, DXWAIT: MOV BL, ALTEST BL, B; 判斷EOC是否高電平，即模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束JZ WAITMOV DX, 02C3HMOV AL, B; 設(shè)PC0PC3為輸出，PC4PC7為輸出，PA輸入OUT DX, ALMOV DX, 02C2H; PC口MOV AL,B; 選通OE，為讀入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備OUT DX, ALMOV DX

17、, 02C0H; PA口IN AL, DX; 將模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過(guò)PA口讀入CPU第3章 計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)理論1. 離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？根據(jù)自動(dòng)控制理論，連續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)傳遞函數(shù)的特征根全部位于s域左半平面，而對(duì)離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的特征根全部位于z平面的單位圓中。2. 動(dòng)態(tài)特性主要是用系統(tǒng)在單位階躍輸入信號(hào)作用下的響應(yīng)特性來(lái)描述。常見(jiàn)的有哪些具體的指標(biāo)？系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可通過(guò)多項(xiàng)性能指標(biāo)來(lái)描述，常見(jiàn)的具體指標(biāo)有上升時(shí)間tr、峰值時(shí)間tp、調(diào)節(jié)時(shí)間ts和超調(diào)量等。3. 簡(jiǎn)述采樣過(guò)程。設(shè)模擬信號(hào)為e(t)，經(jīng)采樣開(kāi)關(guān)后輸出為采樣信號(hào)e*(t)。理想的采樣信號(hào)e

18、*(t)的表達(dá)式為：通常在整個(gè)采樣過(guò)程中采樣周期T是不變的，這種采樣稱為均勻采樣，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，采樣信號(hào)e*(t)也可用序列e(kT)表示，進(jìn)一步簡(jiǎn)化用e(k)表示，此處自變量k為整數(shù)。4、簡(jiǎn)述采樣定理香農(nóng)(C.E.Shannon)的采樣定理(也稱抽樣定理或取樣定理)：只要采樣頻率fs大于信號(hào)(包括噪聲)e(t)中最高頻率fmax的兩倍，即fs2fmax，則采樣信號(hào)e*(t)就能包含e (t)中的所有信息，也就是說(shuō)，通過(guò)理想濾波器由e*(t)可以唯一地復(fù)現(xiàn)e(t)。5、已知系統(tǒng)方塊圖如習(xí)題6圖所示（1）試寫(xiě)出系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)（2）若K=2，試求使系統(tǒng)穩(wěn)定的T取值范圍。（1）廣義對(duì)象脈沖傳遞函

19、數(shù)則 （2）當(dāng)K=2時(shí)，令z-1+T=0，當(dāng)|z|<1時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，則0<T<2 6、已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如習(xí)題7圖所示，秒。（1）當(dāng)時(shí)，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（2）求的臨界穩(wěn)定值。解：廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為K=8時(shí)，系統(tǒng)特征方程的根為，有一個(gè)單位圓外極點(diǎn)，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）特征方程為：將代入，化簡(jiǎn)后利用勞斯判據(jù)得到，2.27-0.433k>0且1.73+0.298k>0, 0.135k>0所以，穩(wěn)定范圍0<k<5.24第四章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常規(guī)控制策略1.什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量型控制算法？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過(guò)程變量

20、，必須將模擬PID算式離散化，變?yōu)閿?shù)字PID算式，為此，在采樣周期T遠(yuǎn)小于信號(hào)變化周期時(shí)，作如下近似(T足夠小時(shí)，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近)：于是有：u(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如控制閥門(mén)的開(kāi)度)一一對(duì)應(yīng)，所以稱之為位置型PID算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項(xiàng)，因此輸出的控制量u(k)不僅與本次偏差有關(guān)，還與過(guò)去歷次采樣偏差有關(guān)，使得u(k)產(chǎn)生大幅度變化，這樣會(huì)引起系統(tǒng)沖擊，甚至造成事故。所以實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對(duì)值，而是其增量時(shí)，可以采用增量型PID算法。當(dāng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器為步進(jìn)電機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、多圈電位器等

21、具有保持歷史位置的功能的這類裝置時(shí)，一般均采用增量型PID控制算法。與位置算法相比，增量型PID算法有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)位置型算式每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差對(duì)控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。(2)為實(shí)現(xiàn)手動(dòng)自動(dòng)無(wú)擾切換，在切換瞬時(shí)，計(jì)算機(jī)的輸出值應(yīng)設(shè)置為原始閥門(mén)開(kāi)度u0，若采用增量型算法，其輸出對(duì)應(yīng)于閥門(mén)位置的變化部分，即算式中不出現(xiàn)u0項(xiàng)，所以易于實(shí)現(xiàn)從手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)切換。(3)采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計(jì)

22、算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成惡劣影響。2、最少拍無(wú)波紋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，除了滿足最少拍有波紋的一切設(shè)計(jì)要求外，還必須保證 控制器包含廣義被控對(duì)象所有零點(diǎn) 。3、.最少拍有波紋系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求包括準(zhǔn)確性、快速性、穩(wěn)定性。4已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為試寫(xiě)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。解：則 把T=0.2S代入得位置型增量型5、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為試寫(xiě)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=0.2s。解：因?yàn)樗怨饰恢眯蚉ID控制器故增量型PID控制器6、什么叫積分飽和？解：如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)到極限位置，仍

23、然不能消除靜差時(shí)，由于積分作用，盡管PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無(wú)相應(yīng)的動(dòng)作，這就叫積分飽和。7. 采樣周期的選擇需要考慮那些因素？(1)從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提高控制精度。通常保證在95%的系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)，采樣6次15次即可。(2)從快速性和抗擾性方面考慮，希望采樣周期盡量短，這樣給定值的改變可以迅速地通過(guò)采樣得到反映，而不致產(chǎn)生過(guò)大的延時(shí)。(3)從計(jì)算機(jī)的工作量和回路成本考慮，采樣周期T應(yīng)長(zhǎng)些，尤其是多回路控制時(shí)，應(yīng)使每個(gè)回路都有足夠的計(jì)算時(shí)間；當(dāng)被控對(duì)象的純滯后時(shí)間較大時(shí)，常選T=（1/41/8）。(4)從計(jì)算精度方面

24、考慮，采樣周期T不應(yīng)過(guò)短，當(dāng)主機(jī)字長(zhǎng)較小時(shí)，若T過(guò)短，將使前后兩次采樣值差別小，調(diào)節(jié)作用因此會(huì)減弱。另外，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低，會(huì)出現(xiàn)這種情況，即新的控制量已輸出，而前一次控制卻還沒(méi)完成，這樣采樣周期再短也將毫無(wú)意義，因此T必須大于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)時(shí)間。8. 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟是什么？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖所示。圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖由廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，可求得控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)。數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)步驟如下：(1)根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)指標(biāo)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(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)。(3)求取數(shù)字控制器的脈沖

25、傳遞函數(shù)D(z)。(4)根據(jù)D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。9.何為振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？所謂振鈴現(xiàn)象是指數(shù)字控制器的輸出u(k)以接近二分之一的采樣頻率大幅度上下擺動(dòng)。它對(duì)系統(tǒng)的輸出幾乎是沒(méi)有影響的，但會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)因磨損而造成損壞。消除振鈴現(xiàn)象的方法：（1）參數(shù)選擇法對(duì)于一階滯后對(duì)象，如果合理選擇期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)T0和采樣周期T，使RA0，就沒(méi)有振鈴現(xiàn)象。即使不能使RA0，也可以把RA減到最小，最大程度地抑制振鈴。（2）消除振鈴因子法找出數(shù)字控制器D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(即z=-1附近的極點(diǎn))，然后人為地令其中的z=1，就消除了這個(gè)極點(diǎn)。根據(jù)終值定理，這樣做不影

26、響輸出的穩(wěn)態(tài)值，但卻改變了數(shù)字控制器的動(dòng)態(tài)特性，從而將影響閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。10、.單位反饋系統(tǒng)的連續(xù)對(duì)象傳遞函數(shù)為，設(shè)采樣周期，試確定它對(duì)單位階躍輸入的最小拍控制器，并計(jì)算出系統(tǒng)的輸出量序列及控制量序列解: （1）廣義對(duì)象脈沖傳函 （2）單位階躍信號(hào)， （3） 11設(shè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為，期望的閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，采樣周期，試用達(dá)林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。解：T1=4s，T=1s，所以，K=2第6章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的新型控制策略1.智能控制是一門(mén)控制理論課程，研究如何運(yùn)用人工智能的方法來(lái)構(gòu)造控制系統(tǒng)和設(shè)計(jì)控制器；與自動(dòng)控制原理和現(xiàn)代控制原理一起構(gòu)成了自動(dòng)控制課程體系的理論基礎(chǔ)。2、.“若A且B，

27、則C”，用模糊關(guān)系表示為 A×B×C 3.模糊集合的表示法有扎德表示法、序偶表示法和隸屬函數(shù)描述法。4.遺傳算法是以達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。自然選擇學(xué)說(shuō)包括以下三個(gè)方面：遺傳、變異、適者生存。5.在一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，常常根據(jù)處理單元的不同處理功能，將處理單元分成輸入單元、輸出單元和隱層單元三類。6、什么是智能控制智能控制是人工智能與控制理論交叉的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)控制理論發(fā)展的高級(jí)階段。智能控制是針對(duì)系統(tǒng)的復(fù)雜性、非線性和不確定性而提出來(lái)的，7.比較智能控制與傳統(tǒng)控制的特點(diǎn)。傳統(tǒng)控制：經(jīng)典反饋控制和現(xiàn)代理論控制。它們的主要特征是基于精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的控制。適于解決線

28、性、時(shí)不變等相對(duì)簡(jiǎn)單的控制問(wèn)題。智能控制：以上問(wèn)題用智能的方法同樣可以解決。智能控制是對(duì)傳統(tǒng)控制理論的發(fā)展，傳統(tǒng)控制是智能控制的一個(gè)組成部分，在這個(gè)意義下，兩者可以統(tǒng)一在智能控制的框架下。8、模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)一般由哪四部分組成？并畫(huà)出模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)圖。 (1) 模糊化接口：模糊化接口就是通過(guò)在控制器的輸入、輸出論域上定義語(yǔ)言變量，來(lái)將精確的輸入、輸出值轉(zhuǎn)換為模糊的語(yǔ)言值。 (2) 規(guī)則庫(kù)：由數(shù)據(jù)庫(kù)和語(yǔ)言（模糊）控制規(guī)則庫(kù)組成。數(shù)據(jù)庫(kù)為語(yǔ)言控制規(guī)則的論域離散化和隸屬函數(shù)提供必要的定義。語(yǔ)言控制規(guī)則標(biāo)記控制目標(biāo)和領(lǐng)域?qū)＜业目刂撇呗浴?(3) 模糊推理：是模糊控制系統(tǒng)的核心。根據(jù)模糊輸入和

29、模糊控制規(guī)則，獲得模糊輸出。 (4) 清晰化接口：由模糊推理得到的模糊輸出值，只有其轉(zhuǎn)化為精確控制量，才能施加于對(duì)象。實(shí)行這種轉(zhuǎn)化的方法叫做清晰化/去模糊化/模糊判決。12.與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)？與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)：（1）模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動(dòng)力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng)。（2）模糊控制不用建立對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。（3）模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好。（4）模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識(shí)模型，以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法。10、設(shè)論域U=a, b, c, d, e上有兩個(gè)模糊集分別為： 求 、和。解：11、已知：，求：AB=?,AB=?、 12已知和求、和解：3、已知論域X=x1,x2, x3和Y=y1,y2，A是論域X上的模糊集：R是X到Y(jié)上的一個(gè)模糊變換，試通過(guò)模糊變換R求A的象B