微機控制技術(shù)復習題(部分參考答案)

1、一、 填空題：1、8位D/A轉(zhuǎn)換器的分辯率是 滿刻度值/28 。2、數(shù)字調(diào)節(jié)器與模擬調(diào)節(jié)器相比更能實現(xiàn) 復雜 控制規(guī)律。3、計算機具有 分時 控制能力，可實現(xiàn)多回路控制。4、為了實現(xiàn)最少拍有波紋控制，閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中應(yīng)包含的 所有單位圓上和單位圓外 零點，為了實現(xiàn)最少拍無波紋控制， 閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中應(yīng)包含 的 所有 零點。5、按最少拍原則設(shè)計的系統(tǒng)是 時間 最優(yōu)系統(tǒng)。6、最少拍無波紋與最少拍有波紋系統(tǒng)相比其閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的階次要 高 一些，調(diào)整時間要 長 一些。7、大林把這種控制量以 1/2 的采樣頻率振蕩的現(xiàn)象稱為“ 振鈴 ”。8、分析結(jié)果表明：與間的脈沖傳遞函數(shù)表達式中，包含有Z平

2、面單位圓內(nèi) 接近-1 的負實數(shù)極點，則會產(chǎn)生 振鈴現(xiàn)象 。9、如果按大林提出的簡單修正算法來防止振鈴現(xiàn)象，則對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出 無 影響，但對系統(tǒng)的動態(tài)性能 有 影響。10、數(shù)字控制器的模擬化設(shè)計法是在采樣周期 必須足夠小，除必須滿足采樣定例外采樣周期的變化對系統(tǒng)性能影響不大 的條件下使用的。 11、數(shù)字量輸出保持一般有兩種方案，一種是 輸出通路設(shè)置一個D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式（數(shù)字量保持方案） ，一種是 多個輸出通路公用一個D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)式（模擬量保持方案） ，前者與后者相比D/A轉(zhuǎn)換器 使用數(shù)量多 。12、常用的A/D轉(zhuǎn)換器有 計數(shù)器式 ， 雙積分式 ， 逐次逼近式 。13、為了消除穩(wěn)態(tài)誤

3、差，的表達式中須含有因式 (1-z-1)q 。補充填空題：1、常用的I/O控制方式是 程序控制方式 ， 中斷控制方式 ，直接存儲器存取方式 。 2、微型計算機控制系統(tǒng)中解決中斷優(yōu)先級的辦法是 軟件查詢方式 ， 雛菊鏈法 ， 專用硬件方式 。3、滿足實時控制要求的使用條件是 所有外圍設(shè)備的服務(wù)時間的總和必須小于或等于任意外圍設(shè)備的最短響應(yīng)時間 。4、最短響應(yīng)時間是 某臺設(shè)備相應(yīng)兩次請求服務(wù)的最短間隔時間 。5、I/O接口的編址方式為 I/O接口獨立編址方式 ， I/O接口與存儲器統(tǒng)一編址方式 。6、提高CPU總線驅(qū)動能力是因為 當負載過重時，各信號線的電平就會偏離正常值，0電憑偏高活1電平偏低，

4、造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，不可靠，靠干擾能力差，嚴重時甚至損壞器件 。7、輸入端采樣保持器與輸出端模擬保持器相比，原理是 相同 ，但前者保持時間 短 ，而后者 長 。8、D/A轉(zhuǎn)換器按工作方式分為 并行D/A轉(zhuǎn)換 和 串行D/A轉(zhuǎn)換 ，前者轉(zhuǎn)換速度 快 ，而后者轉(zhuǎn)換速度 慢 。9、如果按大林提出的簡單修正算法來防止振鈴現(xiàn)象，則對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出 無 影響，但對系統(tǒng)的動態(tài)性能 有 影響。10、同樣位數(shù)的D/A轉(zhuǎn)換器，在雙極性輸出幅值與單極性幅值相同的情況下，前者分辨 率 降低了 。11、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器與計數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器相比，轉(zhuǎn)換速度 快 。12、進入I/O通道的干擾按其對電路的作用形式，通常

5、可分為 串模干擾 和 共模干擾 。13、當執(zhí)行元件為步進電機時，PID控制器宜采用 增量式 算法。14、在選擇PID參數(shù)時，引出控制度的概念，當控制度等于 1.05 ，數(shù)字控制器與模擬控制器的控制效果相當。15、按二階工程設(shè)計法設(shè)計數(shù)字控制器時，要使二階系統(tǒng)輸出獲得理想動態(tài)品質(zhì)，其閉環(huán)系統(tǒng)滿足的條件是 模：A(W)=1 、 相位移 （w）=0 ，此時推出的開環(huán)傳遞函數(shù)含有 積分慣性 環(huán)節(jié)，且相位裕量大于 45度 。16、對于快速隨動系統(tǒng)采樣周期應(yīng)選得 小 ，而對于被控對象慣性較大的系統(tǒng)采樣周期應(yīng)選得 大 。17、對最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計的具體要求是： 準確性要求對典型的參考輸入信號，在到達穩(wěn)態(tài)后，

6、系統(tǒng)的采樣點的輸出值能準確跟蹤輸入信號且無靜差、快速性要求在各種系統(tǒng)在有限拍內(nèi)到達穩(wěn)態(tài)的設(shè)計中系統(tǒng)準確跟蹤輸入信號所需要的采樣周期應(yīng)為最少、穩(wěn)定性要求數(shù)字控制器D(Z)必須在物理上可實現(xiàn)且閉環(huán)系統(tǒng)須是穩(wěn)定的。18、物理上可實現(xiàn)的系統(tǒng)其控制器當前的輸出只與 當前輸入的信號 ， 以前的輸入信號 ， 以前的輸出信號有關(guān) 有關(guān)，而與 將來的輸入信號 無關(guān)。19、最少拍有紋系統(tǒng)的缺陷之一是輸出在采樣點之間 有波紋 。二、判斷題：1、對于輸入信號為單位斜坡時設(shè)計的最少拍無差系統(tǒng)，輸入單位加速度時就不再是最少拍無差系統(tǒng)。2、按最少拍原則設(shè)計的系統(tǒng)是時間最優(yōu)系統(tǒng)，因此，只要采樣周期足夠小，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)的時間就

7、足夠短。 3、W變換法設(shè)計系統(tǒng)的步驟是先令 中的Z=（或），從而應(yīng)用頻率法分析和設(shè)計系統(tǒng)。4、離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的所有極點都在Z平面上單位圓的內(nèi)部。 5、數(shù)字控制器 在物理上的可實現(xiàn)性要求其當前的輸出與將來的輸入無關(guān)。6、采樣周期T的選擇原則之一是：根據(jù)被控對象的特性，快速系統(tǒng)的T應(yīng)取大，反之，應(yīng)取小。7、所謂二自由度PID控制，就是使目標值跟蹤特性為最優(yōu)的PID參數(shù)和使外擾抑制特性為最優(yōu)的PID參數(shù)能分別地進行整定，使兩特性同時達到最優(yōu)。8、帶死區(qū)的PID控制中，當不希望調(diào)節(jié)動作過于頻繁時，可減小死區(qū)寬度。9、對于帶純滯后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，使用史密斯純滯后補償原理后，

8、可以消除其純滯后環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。10、在實際控制系統(tǒng)系統(tǒng)中，當PID控制器輸出的控制量直接控制步進電動機時，應(yīng)采用增量式PID控制。11、防止積分整量化誤差的方法主要是為了避免在進行PID運算時，積分項不能始終起作用。12、模擬調(diào)節(jié)器相對于數(shù)字調(diào)節(jié)器更容易實現(xiàn)復雜控制規(guī)律。13、最少拍無差有波紋系統(tǒng)是指最短時間進入穩(wěn)態(tài)后輸入與輸出完全相等。 14、一般地說，如果輸入A/D轉(zhuǎn)換器的信號變化很快，采樣精度要求較高， 就在A/D轉(zhuǎn)換前加入采樣保持器。15、串行通信與串行D/A轉(zhuǎn)換是一回事，都是將并行數(shù)據(jù)串行輸出。16、一般來說，采用雙端輸入的差動運算放大器有利于抑制共模干擾。17、對于帶純滯

9、后環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，使用史密斯純滯后補償原理后，可以消除其純滯后環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。18、如果按大林提出的簡單修正算法來消除振鈴現(xiàn)象，則對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出無影響，但對動態(tài)性能有影響。19、模擬調(diào)節(jié)器相對于數(shù)字調(diào)節(jié)器更容易實現(xiàn)復雜控制規(guī)律。 20、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器與計數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器相比，后者轉(zhuǎn)換速度更快。21、進入I/O通道的干擾按其對電路的作用形式，通?？煞譃榇：凸材８蓴_。 22、在選擇PID參數(shù)時，引出控制度的概念，當控制度等于“2”時，數(shù)字控制器與模擬控制器的控制效果相當。23、要使二階系統(tǒng)輸出獲得理想動態(tài)品質(zhì)，其閉環(huán)幅頻滿足的條件是相頻滿足的條件是。24、A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率

10、與轉(zhuǎn)換精度是一回事，分辨率高，則轉(zhuǎn)換精度也高。25、對于斜坡輸入信號設(shè)計的最小拍無差系統(tǒng)，對于加速度輸入信號仍然是最小拍無差的。26、大林把控制量以二分之一的采樣頻率振蕩的現(xiàn)象稱為“振鈴現(xiàn)象”。 27、最少拍有波紋系統(tǒng)的缺陷之一是輸出在采樣點上的值與輸入不相等。28、要實現(xiàn)最少拍無波紋控制，在被控對象含有足夠積分環(huán)節(jié)的前提下，還應(yīng)包含的單位圓上和單位圓外的零點。29、為了實現(xiàn)最少拍無波紋控制，的表達式中需含有的全部零點。 三、簡述與計算題：1、計算機控制系統(tǒng)的輸入和輸出都有保持器，它們的作用有什么不同？ 答：輸入保持其對變化的信號進行快速的采樣保持輸入模擬信號不變。 輸出時加保持器是為了是執(zhí)行

11、部件在兩個輸出信號的間隔時間內(nèi)任然能得到輸出信號，通過保持器將前一采樣控制時刻的輸出信號保持下來，直到下一個擦有那個控制時刻的到來重新得到新的輸出信號這樣執(zhí)行部件就得到了連續(xù)的輸出控制。 2、離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？答：閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)所有極點都在Z平面單位圓內(nèi)。3、簡述在數(shù)字PID控制算法中，防止積分整量化誤差的方法，并寫出PID算法的程序流程框圖。方法：（1）擴大計算機運算字長，提高計算精度。這種方法實質(zhì)是使處理機最低有效位對應(yīng)的數(shù)字量相應(yīng)減小，提高了計算的分辨率，使得整量化重可能丟掉的部分得以保留。（2）當積分項k1e(k)S時積分項單獨累加，直到產(chǎn)生溢出，將益處值作為積分項的偏差

12、值去進行運算，余數(shù)刃保留下來，作為下一步累加的基數(shù)值。4、請給出閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)？說明計算機控制系統(tǒng)有那幾類？ 分類 操作指導控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng) 分級計算機控制系統(tǒng)5、離散系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為，說明其穩(wěn)定性。 = Z(Z+1)/(Z-0.6)(Z-0.4) 脈沖傳遞函數(shù)G(Z)的極點為0.6和0.4，均在Z平面單位圓內(nèi)，故該系統(tǒng)穩(wěn)定。6、某4位A/D轉(zhuǎn)換器滿刻度值為5V，采用逐次逼近方式，現(xiàn)輸入3.45V模擬電壓，試分析其逐次逼近的轉(zhuǎn)換過程，并列表表示。7、大林算法有何特點？采用大林算法設(shè)計的系統(tǒng)，其閉環(huán)傳遞函數(shù)(S)具有以下哪種形式 A B. C. D

13、. 答：特點：1.被控對象模型不確定性、參數(shù)隨時間的漂移性以及含有純滯后環(huán)節(jié)。2.對快速要求是次要的，其主要指標是系統(tǒng)無超調(diào)或超調(diào)很小，并且允許有較大的調(diào)整時間; 形式： C 。8、模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化設(shè)計法是怎樣的一種設(shè)計法，這種設(shè)計方法的缺點是什么？ 答：離散化設(shè)計法是把計算機控制系統(tǒng)經(jīng)過適當變換，變成純粹的離散系統(tǒng)，用Z變換等工具進行分析設(shè)計，直接設(shè)計出控制算法的方法。 缺點：采樣保持頻率足夠高，滿足香濃定理外，還要求采樣周期對系統(tǒng)性能影響不大，當系統(tǒng)為多回路控制時，難以滿足要求。TTTTTr（t）r（t）a)b)9、已知系統(tǒng)方塊圖如圖所示。試寫出G(z)= 的表達式。 10、簡述在數(shù)字P

14、ID控制算法中，產(chǎn)生積分飽和的原因？克服積分飽和的積分分離法有何特點？（P96）答：是由于積分項的存在使控制器輸出不斷增加，結(jié)果造成執(zhí)行機構(gòu)取得限幅值的現(xiàn)象。11、何為帶死區(qū)的PID控制？畫出其運算程序流程圖12、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為D（S）=，試用雙線性變換法求相應(yīng)的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D（Z），并寫出控制器輸出U（K）的表達式。（設(shè)T=1S）13、 已知PI控制器的傳遞函授數(shù)， T=1秒 1）求D(z)=？2）求U (k)表達式 3）寫出U (k)編程的流程圖。15、何謂A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間？若有一個10位的A/D轉(zhuǎn)換器，要求轉(zhuǎn)換精度為1%，孔徑時間為50微秒，則容許轉(zhuǎn)換的正

15、弦波模擬信號的最大頻率為多少？14、用零階保持法求慣性環(huán)節(jié)的差分方程。16、某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為，現(xiàn)用數(shù)字PID算法來實現(xiàn)它，試分別寫出其相應(yīng)的位置型和增量型PID算法表達式，設(shè)采樣周期T=1S17、二自由度PID控制與一自由度PID控制相比有什么不同，有什么優(yōu)缺點？(P101)答：一自由度PID控制中，抑制外擾和目標跟蹤值兩特性是矛盾的，這是由于只能設(shè)定一種PID參數(shù)；而二自由度就是使目標值跟蹤特性為最優(yōu)的PID參數(shù)和使外擾抑制特性為最優(yōu)的PID參數(shù)，能分別獨立地進行整定，使兩特性同時達到最優(yōu)。優(yōu)點：提高了系統(tǒng)設(shè)計的自由度，改善了系統(tǒng)的品質(zhì)。19、什么是量化過程和量化單位？為什么會產(chǎn)生量

16、化誤差，怎樣來減小量化誤差？(P54)答： 量化過程：用一組數(shù)碼(如二進制碼)來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程。量化單位q：量化后二進制數(shù)的最低位所對應(yīng)的模擬量的值。由于量化后的數(shù)值是以量化單位為單位逼近模擬量得到的，所以總存在量化誤差。在采樣過程中我們可以通過提高采樣頻率，選擇足夠的字長來減小量化誤差。18、說明史密斯純滯后補償原理，并說明這種補償方法的最終目的是什么？(P98)答：原理：與D(s)并接一補償環(huán)節(jié)Gp(s)（1-e-s），用來補償被控對象中的純滯后部分。 目的：消除純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響。20、計算機控制系統(tǒng)中的模擬量輸入、輸出通道各由哪幾部分組成，各部

17、的功用是什么？(P49)21、什么是微分先行PID祘法？它有幾種型式，各適用于什么場合？(P100) 答：微分先行PID算法是將微分運算放在前面進行。它有兩種結(jié)構(gòu)：一種是對輸出量先行微分（圖A），適用于給定量頻繁升降的場合；另一種是對偏差先行微分（圖B），適用串級控制的副控回路。22、按一定性能指標要求對某控制系統(tǒng)綜合較正后求得其串聯(lián)校正裝置為1） 試按模擬調(diào)節(jié)規(guī)律離散化的方法實現(xiàn)此調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)字控制器算式； 2） 畫出該數(shù)字控制器的程序框圖。23、何為D/A轉(zhuǎn)換器的單極性、雙極性輸出？給出DAC0832雙極性輸出的電原理圖(P65-66)24、當D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式為電流輸出時，輸出電流的

18、大小受控于負載還是輸入的數(shù)字量？ 答：數(shù)字量25、什么是PID歸一參數(shù)整定法？其中人為假定哪些約束條件，給出對應(yīng)的調(diào)節(jié)器表達式。(P106)26、在設(shè)計數(shù)字控制器 時，如果中有單位圓上和園外的零極點，常常用的相應(yīng)極零點抵消之，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。四、設(shè)計題：（一）已知控制系統(tǒng)如圖，被控對象的傳遞函數(shù)為：，采樣周期T=1 S，試用大林算法求數(shù)字控制器D（Z），如有振鈴現(xiàn)象，則消除之，然后再求D（Z）。設(shè)， =2S要求求出：1、G（Z）=？；2、（Z）=？；3、D（Z）=？；TT4、U（Z）=？；5、C（Z）=？。注：此題如果中時間常數(shù)及指數(shù)選的不合適，則會出現(xiàn)單位園外的零點，不會產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。因此指數(shù)不是整數(shù)倍只能說有可能產(chǎn)生指數(shù)振鈴現(xiàn)象。（二）設(shè)控制系統(tǒng)如圖示，其中，試設(shè)計一最少拍無波紋系統(tǒng)，設(shè)采樣周期T=1S。輸入信號分別為： 單位階躍 1、 試求系統(tǒng)廣義對象的Z傳遞函數(shù) 2、 試設(shè)計上述輸入下的最少拍無紋波系統(tǒng)的D（Z）（要求小數(shù)點后兩位即可）3、 求數(shù)字控制器的輸出U（K）并畫出輸出波形（要求計算出前四位即可）4、求系統(tǒng)的輸出C（K）并畫出輸出波形（要求計算出前四位即可）TT（三）計算機控制系統(tǒng)如圖所示，其中K=5,Tc=1，采樣周期T=1秒 ,輸入信號分別為： 單位