计算机六道题

自动化2012级《计算机控制系统》讲课内容口头考核题目及方式出题人：聂诗良2015年9月8日一、考核题目第1题：（1）请举例说明单闭环计算机控制系统的基本组成结构。控制对象：所要控制的装置或设备。执行器：接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置传感器：检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求数字调节器及输入，输出通道：数字调节器控制规律通过计算机程序实现（2）举例说明计算机控制系统有哪几种信号输入输出通道。输入通道：多路开关，采样保持器，模数转换器等；输出通道：数模转换器及保持器等。第2题：（1）请回答传感器选型应该考虑哪些主要因素精度，量程；稳定可靠，重复性；线性度，线路复杂程度，灵敏度；电源种类尽量少，电源电压规范化；介质特性：液，气，固，粉，颗粒？；介质温度，湿度，压力；是否有腐蚀性，辐射强度？安装特性：螺纹，法兰（管子与管子之间相互连接）使用场合，远近：远压近流电气特性：额定电流，电压，功率…..寿命价格（2）回答执行器选型应该考虑哪些主要因素。类型（动力：电动，气动，液动；控制方式：开关信号，模拟信号，pwm）;构造，体积，推力，动作滞后大小，检修维护方便否，使用场合（液动要注意火花；防火防爆性能），价格，受频率，温度，压力，PH等的影响大不大。第3题：（1）请解释标度变换是什么意思？标度变换就是将数值按一定规律放大或缩小。（2）标度变换用来解决什么问题？检测的物理量经传感器和A/D转换后得到一个数字量,该数字量仅表示一个代表检测物理量大小的数值,并不一定等于原来带有量纲的参数值,故需将其转换成带有量纲的值之后才能进行运算输出。（3）举例说明如何建立线性化的标度变换计算公式？某热处理炉温度仪表的量程为200-800度（温度用T表示），该仪表的量程线性，而计算机采样滤波得到数字量的范围为00H—FFH（数字量用N表示）,即200度时数字量为00H，800度时数字量为FFH.则计算当数字量为某一特定值时的温度的公式为：()()80020000XXTNFFHH（4）算术平均数字滤波是什么意思？请举例说明。取N次采样值进行算数平均，适用于对有随机干扰的信号进行滤波，取一平均值，信号在某一数值上下波动，以减小误差。第4题：（1）举例说明什么叫随动控制系统？随动控制系统又名伺服控制系统。其参考输入是变化规律未知的任意时间函数。随动控制系统的任务是使被控量按同样规律变化并与输入信号的误差保持在规定范围内（在各种情况下保证输出以一定精度跟随着参考输入的变化而变化）。比如军事上的导弹发射架控制系统，雷达天线控制系统等。其特点是输入为未知。（2）有限拍数字调节器是用来干什么的？使系统的调节时间最短或者系统在有限个采样周期内结束过渡过程，即时间最优控制，系统的性能指标是调节时间最短。（3）有限拍无纹波调节器的设计步骤是怎样的？有限拍调节器的函数：()()()()czezGzDGzHG对传递函数进行Z变换。观察()ZHG中是否存在rz环节和是否存在单位圆上和单位圆外的零点来确定GC(Z)观察是否存在单位圆上和单位圆外的极点来确定GC(Z)加入单位阶跃输入，观察输入响应。（4）解释说明把有限拍无纹波调节器D（Z）转换为程序实现的步骤。P123第5题：（1）什么叫数字PID调节器？控制规律为比例-积分-微分控制的调节器。（2）数字PID调节器是如何推导出来的？调节器的输出与输入之间是比例-积分-微分的关系，所以推导需要根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。传递函数：()()()1isSdsUDKKSES推导过程：书上P150（3）为什么PID调节器应用很广泛？结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便；开环控制系统，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路（4）分别解释比例作用、积分作用和微分作用对控制系统性能有何影响；比例控制：比例作用Kp加大将会减小稳态误差，提高系统的动态响应速度。微分控制：微分作用用来消除系统的稳态误差（根据系统的静态速度误差系数来确定）积分控制：和偏差的变化速度（变化率）有关，微分系统能够预测偏差，产生超前的校正作用，因此，微分控制可以较好地改善动态性能。（5）什么叫积分分离PID算法？什么叫不完全微分PID算法积分分离PID算法：某些系统加入积分后，会产生较大的超调。设置积分分离阀门，在偏差值比较小时，采用PID控制，保证系统的稳定精度。在偏差值比较大时，采用PD控制，大幅度减小系统超调。不完全微分PID算法：微分环节会产生高频干扰，不完全微分PID算法串入低通滤波器来抑制高频干扰。使微分作用不止是在第一个环节起作用，而是按照偏差变化的趋势在整个调节过程中起作用，且抑制微分在第一个采样周期里起的作用，具有良好的控制特性。（6）确定PID的三个参数的方法有哪些？整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。第6题：（1）举例解释什么是前馈控制？对存在扰动的系统直接按扰动进行控制(测取进入过程的干扰，并按其信号产生合适的控制作用去改变操控变量，)。比如单容水箱，在测得其液位后，通过反馈测量后通过前馈控制直接对进水阀门起作用（2）如何用程序实现前馈控制器Df（S），即解释说明关于前馈控制器输出Q（KT）表达式的推导步骤。书上P253（3）举例解释大纯滞后Smith预估器的控制思想。Smith控制的工作原理是将被控对象在基本扰动作用下的动态特性，简化为一个纯迟延与一个一阶惯性环节相串联的数学模型，预估器根据这个输入的数学模型，预先估计出所采用的控制作用对被控量的可能的影响，而不必等到被控量有所反映之后再去采取控制动作，这有利于改善控制系统的动态性能.二、考核方式1.首先向同学们公布上述题目，由同学们作充分复习准备；2.考核时由每个同学随机抽取上述6个大题之一，然后一一作答，老师可在同学回答过程中就本题提问，以便考查同学们对课程内容的理解掌握程度。3.老师根据同学的回答情况，给出每个同学的A、B、C、D、E、F共6等。该分数在本课程总成绩中占20%。三、考核时间地点（1）第十二周周二第四讲东3210教室。（2）课外设计制作答辩考核定于第十二周周五第四讲东3210教室。