智能控制期末考試卷

一．填空題：1.自動控制系統(tǒng)按給定值分類為：定值控制系統(tǒng)，程序控制系統(tǒng)，隨動控制系統(tǒng)2.被控對象特征的分類，即響應(yīng)曲線的分類：有自衡非振蕩過程的相應(yīng)曲線，無自衡非振蕩過程的相應(yīng)曲線，有自衡振蕩過程的相應(yīng)曲線，具有反向特性的過程的相應(yīng)曲線3.被控對象的特征參數(shù)有:時間參數(shù)，放大系數(shù)，時滯4。控制通道是：操作變量對被控變量的作用途徑擾動通道是：擾動對被控變量的作用途徑5.五種典型的外作用函數(shù)：階躍函數(shù)，斜坡函數(shù)，單位拋物線函數(shù)，單位脈沖函數(shù)，正弦函數(shù)6.傳感器是將被測非電量變換成電量的裝置7.傳感器通常由敏感元件，轉(zhuǎn)化元件,其他輔助部件組成8香農(nóng)定理是。9。A/D的類型：立即型，雙積分型，逐位反饋比較型10.干擾抑制的基本原則：消除干擾，遠(yuǎn)離干擾,防止干擾竄入11。接地的原則是：當(dāng)頻率<1MHZ時，可以采用單點(diǎn)接地,當(dāng)頻率>10MHZ時，可以采用多點(diǎn)接地,當(dāng)在 1MHZ到10MHZ時，若地線長度小于波長的1/20，則采用單點(diǎn)接地,否則采用多點(diǎn)接地12。抑制共模干擾的有效方法是：使用浮地輸入雙層屏蔽放大器13。Watchdog(看門狗）的基本工作原理：14.PLC的組成：電源,輸入組件，輸出組件，CPU及存儲器,編程器15。在狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中，每個狀態(tài)具有驅(qū)動負(fù)載，指定轉(zhuǎn)移條件，指定轉(zhuǎn)移方向三個功能。16。集散控制系統(tǒng)DCS基本組成部件從功能上可劃分為：基本控制器，通信通道及接口，人-機(jī)聯(lián)系裝置17.CIMS主要包括了幾種基礎(chǔ)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù),自動控制技術(shù)，CAD/CAM技術(shù),柔性制造系統(tǒng).18。集散控制系統(tǒng)采用什么設(shè)計(jì)原則：分散操作，集中控制，分而治之，綜合管理。19?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)主要有：，，20.按干擾作用的方式可分為：常態(tài)干擾,共態(tài)干擾21。PLC的工作過程是一個周期性的循環(huán)掃描的過程，這個過程可以分為三個主要步驟：輸入采樣階段,程序解算階段，輸出刷新。22.抑制長線傳輸中波反射的方法有：波阻抗的測量，終端匹配，始端匹配。P151選擇衰減度為1/4左右，穩(wěn)定性和快速性都較好。擴(kuò)充臨界比例度法:用來整定數(shù)字PID算是中的T，Kp，Ti，TdA/D的步驟：采樣、量化、編碼。安全火花儀表：把電路在各種狀態(tài)下可能產(chǎn)生的火花都限制在爆炸性物質(zhì)的點(diǎn)火能量以下，是本質(zhì)安全防爆儀表二．計(jì)算題1。P89計(jì)算字長2。推導(dǎo)慣性濾波的算法，如何確定數(shù)字濾波系數(shù)3。推導(dǎo)折線逼近分段插值算法，闡述最小二乘法的工作原理最小二乘法的工作原理：曲線由直線代替，挑最好的直線的標(biāo)準(zhǔn)是：由于各點(diǎn)都有偏差，各點(diǎn)偏差的和要達(dá)到最小,則最接近這條曲線的為最優(yōu)；但是由于有正負(fù)，所以直接相加不可以,要用絕對值，但是絕對值又不好算，則用平方，所以稱之為最小二乘法。4。推導(dǎo)位置式PID算式，或增量式PID算式三．問答1。對象有哪幾個特性參數(shù)？說明數(shù)學(xué)意義和物理意義？對控制通道和擾動通道有何不同影響？按階躍作用有哪幾種相應(yīng)曲線？分別說明其控制的難易度？干擾按干擾方式的分類分為什么？各性質(zhì)是什么？ 放大系數(shù)：在控制通道中，穩(wěn)定情況下盡量大；在擾動通道中，穩(wěn)定情況下盡量小.時間常數(shù):在控制通道和擾動通道中，當(dāng)時間常數(shù)大，被控對象比較穩(wěn)定,容易控制，因此在穩(wěn)定情況下，盡量快。時滯:在控制通道中，時滯/時間參數(shù)<=0。3的被控對象較容易控制，而〉0.5—0.6的被控對象往往需要特殊的控制規(guī)律， 在擾動通道中時滯沒什么影響常態(tài)干擾：疊加在被測信號上的干擾共模干擾：測控系統(tǒng)模擬量輸入通道的A/D轉(zhuǎn)換器的兩個輸入端上共有的干擾電壓。2。渦流流量傳感器的工作原理渦流發(fā)生器與流體的接觸部分的形狀是梯形，這種形狀可以提高產(chǎn)生渦流的穩(wěn)定性,使得渦流頻率和流速具有良好的線性；當(dāng)渦流產(chǎn)生時，其內(nèi)部產(chǎn)生一定的應(yīng)力，這種應(yīng)力經(jīng)渦流發(fā)生器的內(nèi)部安裝的壓電元件檢測后，再由電路對得到的信號進(jìn)行處理，就可以得到與渦流頻率相對應(yīng)的脈沖頻率，最終以模擬電壓的形式輸出，由于流量與渦流頻率成正比，因此只要得到了渦流頻率,就可得到相對應(yīng)的流量。3。被控參量的數(shù)字化全過程有那些環(huán)節(jié)步驟？有那些設(shè)備部件？解釋說明其中每一步驟的功能作用？現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過傳感器取進(jìn)來，需用測量放大器把信號放大，通過I/V變換把信號量規(guī)格化。由于多路共用一個A/D，所以需要多路轉(zhuǎn)換器，由于轉(zhuǎn)換需要一定時間，被控量會改變,為了保持被控量不變,需要采樣保持器，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字,通過接口邏輯電路把數(shù)據(jù)傳送到PC總線上，但由于PC總線上的信息還是被控量+信號干擾，所以需要數(shù)字濾波,得到干干凈凈的信號，最后還需通過數(shù)字轉(zhuǎn)換將函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為所需的量。4.兩種開關(guān)的優(yōu)缺點(diǎn)比較，且如何結(jié)合使用？(1）優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)械接觸式多路開關(guān)優(yōu)點(diǎn)：閉合時接觸電阻小，斷開時阻抗高。缺點(diǎn)：通斷時間較長,且在通斷時可能會有火花.電子無觸點(diǎn)開光優(yōu)點(diǎn)：采樣速度快，工作頻率高。缺點(diǎn)：導(dǎo)通電阻大,驅(qū)動部分和開關(guān)元件部分不獨(dú)立，影響小信號測量的精度。(2）若要求交換快，則用電子無觸點(diǎn)開關(guān),而機(jī)械接觸式多路關(guān)速度慢，兩種開關(guān)可以串在一起使用，盡量使用機(jī)械接觸式多路開關(guān)，如果速度來不及，才使用電子無觸點(diǎn)開關(guān)。5。解釋PID工作原理？物理意義？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？如何揚(yáng)長避短？實(shí)際工程有哪些常用的組合?P：比例控制,控制作用的變化量與偏差大小成正比;I：積分控制,控制作用的變化量與偏差的時間大小成正比;D：微分控制,控制作用的變化量與偏差的變化速度成正比;P:控制作用最有效，I：有偏差，積分變，無偏差，積分動，在停止的情況下一定無偏差，D:抵著偏差的方向，系統(tǒng)不容易震蕩，較穩(wěn)定P：控制作用最有效，但是有靜差,I：無靜差，無偏差，積分止，有偏差，積分動，但是不穩(wěn)定，容易引起震蕩，D：抵著偏差的方向，較穩(wěn)定，但是不能單獨(dú)存在，容易引入干擾，可以間接減少偏差但是不會消除偏差I(lǐng):可以利用積分分離法，遇限削弱法，變速積分PID算法D:可以利用四點(diǎn)中心查分法，實(shí)際微分PID算法P.I。PI。PD.PID6。帶鍵盤數(shù)碼管A/D轉(zhuǎn)換器的測控系統(tǒng)中，如何考慮主控程序和終端程序的分工協(xié)調(diào)？數(shù)碼管具有動態(tài)和靜態(tài)刷新方法，靜態(tài)簡單，但是硬件復(fù)雜，成本高，動態(tài)省硬件簡單，成本低,但是軟件復(fù)雜；這里選擇動態(tài)方式，且每5ms刷新一次；鍵盤每20ms刷新一次，而a/D轉(zhuǎn)換需要1s刷新一次;A/D與A口相連，數(shù)碼管與A，B口相連,鍵盤與B口相連,在刷新的時候，需一個一個做,避免閃爍，解決沖突，中斷由定時器引起，每5ms中斷一次，先判斷是否是20MS到，若是,就掃描鍵盤，當(dāng)有鍵按下,將鍵值保存到newkey中，并置擊鍵標(biāo)志，以便在鍵盤服務(wù)子程序?qū)ο鄳?yīng)鍵進(jìn)行處理；若記時到1s，就啟動A/D在轉(zhuǎn)換，直到結(jié)束后置A/D轉(zhuǎn)化結(jié)束標(biāo)志，以便主程序進(jìn)行處理數(shù)碼管有段選和位選，我們使用兩種組合點(diǎn)亮數(shù)碼管。數(shù)碼管具有動態(tài)和靜態(tài)刷新方法，靜態(tài)實(shí)現(xiàn)簡單，但是硬件復(fù)雜，成本高，動態(tài)簡單且省硬件、成本低,但是軟件復(fù)雜,較廢時間。經(jīng)過比較之后選擇動態(tài)方式，每5ms（256—96＊32*）刷新一次；先檢測鍵盤是否有鍵被按下，當(dāng)測試到某個見背按下后時，程序設(shè)置了(10ms~20ms)的去抖動時間，然后才讀取鍵值。假設(shè)1S內(nèi)按20個按鍵，平均每個按鍵按下時間是50ms，因此檢測鍵盤時間取小于50ms，每20ms刷新一次.根據(jù)香農(nóng)定理,1s采樣最快，因此A/D轉(zhuǎn)換需要1s采樣一次.A/D與A口相連，數(shù)碼管與A,B口相連，鍵盤與B口相連,在遇沖突的時候：做A/D時，A口關(guān)；做鍵盤時，B口關(guān)。避免閃爍,解決沖突，中斷由定時器引起，每5ms中斷一次，先判斷是否是20MS到，若是，就掃描鍵盤,當(dāng)有鍵按下，將鍵值保存到newkey中，并置擊鍵標(biāo)志，以便在鍵盤服務(wù)子程序?qū)ο鄳?yīng)鍵進(jìn)行處理;若記時到1s，就啟動A/D在轉(zhuǎn)換，直到結(jié)束后置A/D轉(zhuǎn)化結(jié)束標(biāo)志，以便主程序進(jìn)行處理7.閉環(huán)開環(huán)的不同和優(yōu)缺點(diǎn)：主要的不同：有無檢測被控量［1］開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：控制器與被控對象間只有順序作用而無反向聯(lián)系且控制單方向進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn):簡單、穩(wěn)定、可靠。若組成系統(tǒng)的元件特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，且外界干擾較小，開環(huán)控制能夠保持一定的精度。缺點(diǎn)：精度通常較低、無自動糾偏能力。[2]閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：輸出端和輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程有直接影響。具有自我調(diào)節(jié)功能，控制器在發(fā)現(xiàn)某一過程狀態(tài)記錄與實(shí)際有偏差時，可以及時采取補(bǔ)救措施閉環(huán)的作用：應(yīng)用反饋，減少偏差。優(yōu)點(diǎn)：精度較高，對外部擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感缺點(diǎn)：存在穩(wěn)定、振蕩、超調(diào)等問題,系統(tǒng)性能分析和設(shè)計(jì)麻煩。三,綜合：1。反饋控制系統(tǒng)的工作原理控制器執(zhí)行器控制器執(zhí)行器對象傳感器擾動給定值被控量P18圖工作原理P22課后習(xí)題P77圖工作原理？功能？是什么裝置？用在什么地方？5。P83圖4.13工作原理(放大幾倍）?（會計(jì)算）6。如圖解釋工作原理，并說明是什么設(shè)備？用在什么地方？當(dāng)開關(guān)閉合,UI=UO輸出量跟隨輸入量，即為跟隨器；在某一個瞬間，開關(guān)斷開，第一放大器,UI等于輸出量，第二個放大器，UO跟隨電容變，一般是保持?jǐn)嚅_的電壓，即為保持器，A/D在轉(zhuǎn)化中保持電壓,因此為采樣保持器。7.P94圖4.34解釋原理?1,畫出波形圖，當(dāng)模擬開關(guān)合上時，恒流源向積分器反向充電,當(dāng)Uit上升到tos結(jié)束時，師模擬開關(guān)斷開，開始了由ui向C充電過程,周而復(fù)始，從而形成了此脈沖，3。F=1/T=1/O8.模仿P164的三個例子。畫出梯形圖，波形圖，判斷輸入輸出是什么關(guān)系？能完成什么功能？判斷是什么裝置？用于什么地方？數(shù)碼管有段選和位選,我們使用兩種組合點(diǎn)亮數(shù)碼管。數(shù)碼管具有動態(tài)和靜態(tài)刷新方法,靜態(tài)實(shí)現(xiàn)簡單，但是硬件復(fù)雜，成本高，動態(tài)簡單且省硬件、成本低，但是軟件復(fù)雜，較廢時間.經(jīng)過比較之后選擇動態(tài)方式，每5m