微機控制技術復習題及答案

微機控制技術復習題及答案一、判斷題1、對于輸入信號為單位斜坡時設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)。（對）2、按最少拍原則設計的系統(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)的時間就足夠短，這在實際中是不可實現(xiàn)的。（錯）3、W變換法設計系統(tǒng)的步驟是先令中的Z=（或），從而應用頻率法分析和設計系統(tǒng)。（錯）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平面上單位圓的內部。（對）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。（對）

6、采樣周期T的選擇原則之一是：根據被控對象的特性，快速系統(tǒng)的T應取大，反之，應取小。（錯）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)。（對）8、帶死區(qū)的PID控制中，當不希望調節(jié)動作過于頻繁時，可減小死區(qū)寬度。（錯）

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，可以消除其純滯后環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。（對）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，應采用增量式PID控制。（對）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。（對）12、模擬調節(jié)器相對于數(shù)字調節(jié)器更容易實現(xiàn)復雜控制規(guī)律。（錯）

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。（對）

14、一般地說，如果輸入A/D轉換器的信號變化很快，采樣精度要求較高，就應在A/D轉換前加入采樣保持器。（對）15、串行通信與串行D/A轉換是一回事，都是將并行數(shù)據串行輸出。（錯）16、一般來說，采用雙端輸入的差動運算放大器、或光耦器件有利于抑制共模干擾。（對）17、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，可以將純滯后部分等效于反饋環(huán)之外，消除其純滯后環(huán)節(jié)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。（對）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。（對）19、模擬調節(jié)器相對于數(shù)字調節(jié)器更容易實現(xiàn)復雜控制規(guī)律。（錯）

20、逐次逼近式A/D轉換器與計數(shù)器式A/D轉換器相比，后者轉換速度更快。（錯）

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_。（對）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。（錯）23、要使二階系統(tǒng)輸出獲得理想動態(tài)品質，其閉環(huán)幅頻滿足的條件是相頻滿足的條件是。（對）24、A/D轉換器的分辨率與轉換精度是一回事，分辨率高，則轉換精度也高。（錯）

25、對于斜坡輸入信號設計的最小拍無差系統(tǒng)，對于其它輸入信號仍然是最小拍無差的。（錯）

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”。（對）

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。（錯）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，還應包含的單位圓上和單位圓外的零點。（錯）

29、為了實現(xiàn)最少拍無差控制，的表達式中需含有的全部極點。（對）

二、填空題1、8位D/A轉換器的分辯率是滿刻度值/255。2、數(shù)字調節(jié)器與模擬調節(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)中應包含的所有單位圓上或圓外零點，為了實現(xiàn)最少拍無波紋控制，閉環(huán)脈沖傳遞函輸中應包含的所有零點。5、按最少拍原則設計的系統(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，調整時間長一些。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、分析結果表明：與間的脈沖傳遞函數(shù)表達式中，包含有Z平面單位圓內接近-1的負實數(shù)極點，則會產生振鈴現(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計法是在采樣周期必須足夠小，除必須滿足采樣定理外，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、計算機輸出控制量的保持一般有兩種方案，一種是一個輸出通道設置一個D/A轉換器的結構形式（數(shù)字量保持方案），一種是多個輸出通道公用一個D/A轉換器的結構形式（模擬量保持方案），前者與后者相比D/A轉換器使用數(shù)量多。12、常用的A/D轉換器有計數(shù)器式，雙積分式，逐次逼近式。13、為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，的表達式中須含有因式（1-Z-1）q。14.、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。15、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。16、滿足實時控制要求的使用條件是所有外圍設備的服務時間的總和必須小于或等于任意外圍設備的最短響應時間。17、最短響應時間是某臺設備相應兩次請求服務的最短間隔時間。18、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。19、提高CPU總線驅動能力是因為負載過重時，各信號線的電平就會偏離正常值，‘0’電平偏高活‘1’電平偏低，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，不可靠，抗干擾能力差，嚴重時甚至損壞器件。20、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。21、D/A轉換器按工作方式分為D/A轉換和串行D/A轉換，前者轉換速度快，而后者轉換速度慢。22、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。23、同樣位數(shù)的D/A轉換器，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。24、逐次逼近式A/D轉換器與計數(shù)器式A/D轉換器相比，轉換速度快。25、進入I/O通道的干擾按其對電路的作用形式，通?？煞譃榇８蓴_和共模干擾。26、當執(zhí)行元件為步進電機時，PID控制器宜采用增量式算法。27、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。28、按二階工程設計法設計數(shù)字控制器時，要使二階系統(tǒng)輸出獲得理想動態(tài)品質，其閉環(huán)系統(tǒng)滿足的條件是模：A(W)=1、相位移：Φ（w）=0，此時推出的開環(huán)傳遞函數(shù)為積分慣性環(huán)節(jié)，且相位裕量大于45度。29、對最少拍控制系統(tǒng)設計的具體要求是：準確性要求對典型的參考輸入信號，在到達穩(wěn)態(tài)后，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)在有限拍內到達穩(wěn)態(tài)的設計中系統(tǒng)準確跟蹤輸入信號所需要的采樣周期應為最少；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。30.物理上可實現(xiàn)的系統(tǒng)其控制器當前的輸出只與與當前輸入的信號，以前的輸入信號，以前的輸出信號有關，而與將來的輸入信號無關。三、簡答題1、什么叫共模干擾，其抑制方法有哪些？答：共模干擾也稱共態(tài)干擾，是指模/數(shù)轉換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。抑制方法有：變壓器隔離、光電隔離、浮地隔離、采用儀表放大器提高共模抑制比。2、在計算機控制系統(tǒng)中，一般有哪幾種地線？答：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地五種。3、簡述逐點比較法插補答：刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較，看點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走……如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點比較插補。4、數(shù)字控制器的模擬化設計法是怎樣的一種設計法，這種設計方法的缺點是什么？答：在一定條件下，把計算機控制系統(tǒng)近似地看成模擬系統(tǒng)，用連續(xù)系統(tǒng)的理論來進行動態(tài)分析和設計，再講設計結果變成數(shù)字計算機的控制算法。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。模擬調節(jié)器調節(jié)能力有限，當控制系統(tǒng)較為復雜時，就難以甚至無法實現(xiàn)。5.二自由度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？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)設計的自由度，改善了系統(tǒng)的品質。6.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？答：原理：與D(s)并接一補償環(huán)節(jié)Gp(s)（1-e^-τs），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。7.什么是量化過程和量化單位？為什么會產生量化誤差，怎樣來減小量化誤差？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。8.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，各部的功用是什么？答：模擬量輸入通道：信號處理裝置、采樣單元、采樣保持器、數(shù)據放大器、A/D轉換器和控制電器；模擬量輸出通道：D/A轉換器、輸出保持器、多路切換開關、低通濾波電路和功放電路。9.什么是微分先行PID祘法？它有幾種型式，各適用于什么場合？答：微分先行PID算法是將微分運算放在前面進行。它有兩種結構：一種是對輸出量先行微分，適用于給定量頻繁升降的場合；另一種是對偏差先行微分，適用串級控制的副控回路。10.程序設計通常分為哪五個步驟？答：問題定義、程序設計、編碼、調試、改進和再設計四、論述題1畫出典型計算機控制系統(tǒng)的基本框圖。答：典型計算機控制系統(tǒng)的基本框圖如下：2根據采樣過程的特點，可以將采樣分為哪幾種類型？答：根據采樣過程的特點，可以將采樣分為以下幾種類型。(1)周期采樣：指相鄰兩次采樣的時間間隔相等，也稱為普通采樣。(2)同步采樣：如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關，它們的采樣周期相同且同時進行采樣，則稱為同步采樣。(3)非同步采樣：如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關，它們的采樣周期相同但不同時開閉，則稱為非同步采樣。(4)多速采樣：如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關，每個采樣開關都是周期采樣的，但它們的采樣周期不相同，則稱多速采樣。(5)隨機采樣：若相鄰兩次采樣的時間間隔不相等，則稱為隨機采樣。3為什么會出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象？答：當給定值發(fā)生很大躍變時，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分計算出的控制增量可能比較大(由于積分項的系數(shù)一般小得多，所以積分部分的增量相對比較小)。如果該計算值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么，控制作用必然不如應有的計算值理想，其中計算值的多余信息沒有執(zhí)行就遺失了，從而影響控制效果。4什么是振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？答：所謂振鈴(Ringing)現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。有兩種方法可用來消除振鈴現(xiàn)象。第一種方法是先找出D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(z=-1附近的極點)，然后令其中的z=1，根據終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)態(tài)值。第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時間常數(shù)Tc，使得數(shù)字控制器的輸出避免產生強烈的振鈴現(xiàn)象。綜合分析題1.下圖為水箱水位自動控制系統(tǒng)，試說明其基本工作原理。1.解：由于出水干擾Qo使水位下降時，浮子下降，進水口打開，水位逐漸增高，浮子逐漸上浮，當達到給定高度時，浮子將進水口堵死，從而保持設定高度。2.設某步進電機為A、B、C、D四相，每一相控制電路如下圖所示：試完成：1）說明圖中芯片4N25、達靈頓管T的作用；2）已知8255A的端口地址為2060H、2061H、2062H、2063H，試用8255A位控方式寫出使步進電機A相、B相、C相和D相通電的程序(只要求正轉)。解：1）圖中光電隔離器4N25的作用有兩個：隔離和耦合；

2）相關程序如下所示：ORG2000H

START：MOVA，80H

；8255初始化

MOVDPTR，#2063H

MOVX@DPTR,A

MOVA,#01H

；A相通電

MOVX@DPTR,A

MOVA,#03H

；B相通電

MOVX@DPTR,A

MOVA,#05H

；C相通電

MOVX@DPTR,A

MOVA,#07H