计算机控制计算题及简答题

第一部分：基本概念部分必须掌握的内容1、计算机控制系统中离线方式和在线方式的含义是什么？答：(1)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。(2)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。2、出典型计算机控制系统的原理框图，并简述数字控制器的模拟化设计步骤。答：计算机系统框图控制图如所示。模拟化设计步骤：1、求出模拟调节器的传递函数D(S)2、选择合适的采样周期T3、把D(S)离散化，求出数字控制器的脉冲传递函数D(z)4、检验系统的闭环特性是否满足设计要求5、把D(z)变换成差分方程的形式，并编程实现6、现场调试3、简述增量型PID控制算与位置型PID控制算法相比较具有哪些优点？以及增量型控制算法的不足之处。答：与位置算法相比，增量型PID算法有如下优点：(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。(2)为实现手动——自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。(3)采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。不足之处：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。4、什么是过程通道？过程通道主要包括哪些类型？答：过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道5、什么是内部总线？常用的内部总线有哪些？答：内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一组信号线的集合。常用的内部总线有IBMPC总线和STD总线。6、什么是共模干扰？如何抑制？答：共模干扰是指A/D转换器两个输入端上共有的干扰电压。共模干扰常用的抑制方法:A利用双端输入的放大器作为前置放大器，如AD521等B利用变压器或光电耦合器把各种模拟负载和数字信号隔离，即模拟地和数字地断开，被测信号通过变压器或光耦合器获得通路，而共模干扰不能形成回路而得到抑制。C采用双层屏蔽-浮地输入方式。7、画出数字控制系统原理框图。并写出广义对象的脉冲传递函数、闭环脉冲传递函数、误差脉冲传递函数、以及数字控制器的Z变换的表达式。图中G0(s)是被控对象的传递函数，H(s)是零阶保持器的传递函数，G(z)是广义被控对象的脉冲传递函数，D(z)是数字控制器的脉冲传递函数，R(z)是系统的给定输入，C(z)是闭环系统的输出，φ(z)是闭环系统的脉冲传递函数。零阶保持器的传递函数为：sesHTs1)(（5-1）广义被控对象的脉冲传递函数为：)()()(0sGsHZzG（5-2）由图可以求出开环系统的脉冲传递函数为：)()()()()(zGzDzEzCzW（5-3）闭环系统的脉冲传递函数为：()()()()()1()()CzDzGzzRzDzGz（5-4）误差的脉冲传递函数为：D(z)H(s)G0(s)R(s)R(z)C(z)c(s)G(z)φ(z)E(z)()1()()1()()eEzzRzDzGz（5-5）显然)(1)(zze（5-6）由式（5-4）可以求出数字控制器的脉冲传递函数为：)](1)[()()(zzGzzD（5-7）8、简述数字控制器的离散化设计步骤。答：计算机控制系统框图如图4—1所示。图4—1计算机控制系统框图由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得控制器的脉冲传递函数D(z)。数字控制器的直接设计步骤如下：(1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。(2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。(3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。(4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。9、大林算法主要用来解决什么类型的控制问题？简述大林算法的设计目标。答：大林算法是用来解决含有纯滞后对象的控制问题。设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节。10、圆弧插补有哪几个步骤？答：圆弧插补计算过程的步骤如下：(1)偏差判别(2)坐标进给(3)偏差计算(4)坐标计算(5)终点判别11、串模干扰和工模干扰的含义。答：串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声共模干扰是指A/D转换器两个输入端上共有的干扰电压12、信号的接地方式答：安全接地工作接地屏蔽接地13、数字程序控制方式的类型答：数字程序控制方式：点位控制、直线切削控制和轮廓的切削控制14、软件抗干扰技术答：软件抗干扰技术是当系统受到干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。15、集散控制系统的内容答：集散控制系统DCS就是企业经营管理和生产过程控制分别由几级计算机记性控制，实现分散控制，集中管理的系统。16、插补计算过程的步骤。答：直线插补计算过程的步骤如下：(1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；(2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步；(3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；(4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。圆弧插补计算过程的步骤如下：(1)偏差判别(2)坐标进给(3)偏差计算(4)坐标计算(5)终点判别17、步进电机的工作方式，步距角和齿距角的计算答：步进电机可工作于单相通电方式，也可工作于双相通电方式或单相双相交叉通电方式。18、简易工程法整定PID参数的方法。答：P115例题5.219、最少拍控制算法典型输入信号形式。答：P11720动态矩阵控制算法的含义动态矩阵控制算法是一种基于对象阶跃响应的预测控制算法21前馈控制器的理论基础前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。22采样定理的内容答：当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即：fs.max=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般取2.56-4倍的信号最大频率；采样定理又称奈奎斯特定理23、数字滤波的方法。答：常用的数字滤波方法有7种。（1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。（4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果（5）滑动平均值滤波法：采样时间短，可以提高检测速度（6）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波（7）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好24、量化误差的定义答：量化误差是指量化结果和被量化模拟量的差值,显然量化级数越多,量化的相对误差越小.量化级数指的是将最大值均等的级数,每一个均值的大小称为一个量化单位25内部总线的含义答：内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一组信号线的集合。26大功率驱动电路的驱动方式固态继电器（直流固态继电器、交流固态继电器）、IGBT、MOSFET27.何为振铃现象？如何消除振铃现象？所谓振铃现象是指数字控制器的输出u(k)以接近二分之一的采样频率大幅度上下摆动。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。消除振铃现象的方法：（1）参数选择法对于一阶滞后对象，如果合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数T0和采样周期T，使RA≤0，就没有振铃现象。即使不能使RA≤0，也可以把RA减到最小，最大程度地抑制振铃。（2）消除振铃因子法找出数字控制器D(z)中引起振铃现象的因子(即z=-1附近的极点)，然后人为地令其中的z=1，就消除了这个极点。根据终值定理，这样做不影响输出的稳态值，但却改变了数字控制器的动态特性，从而将影响闭环系统的动态响应。28、波纹产生的原因最少拍有波纹设计可以使得在有限拍后采样点上的偏差为零，但数字调节器的输出并不一定达到稳定值，而是上下波动的。这个波动的控制量作用在保持器的输入端，保持器的输出也必然波动，于是系统的输出也出现了波纹。