计算机控制技术复习题文档格式.docx
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()。
A.也是稳定的B。
是不稳定的C。
稳定性不一定
三、问答题
1、什么是串模干扰,抑制的方法有哪些?
2、什么是共模干扰,抑制的方法有哪些?
3、什么是长线传输干扰,抑制的方法有哪些?
4、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用哪些措施?
5、MAX1232的主要功能有哪些?
6、计算机控制系统中有哪些类型的地线?
7、何谓数字程序控制?
数控系统由哪四大部分组成?
8、什么是插补器?
常用哪两种形式?
插补计算的宗旨是什么?
9、第一象限直线逐点比较法插补的原理是什么?
10、画出三相步进电机分别在三种工作方式下的电压波形图。
11、数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么?
12、数字PID控制算法中,Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么?
13、最少拍控制算法本质上是什么算法,为什么?
14、最少拍控制算法的局限性是什么?
15、已知模拟调节器的传递函数为
Ds
1
0.17s
0.085s
试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式,设采样周期T=0.2s。
16、已知模拟调节器的传递函数为
0.17s
0.085s
试写出相应数字控制器的位置型PID算法和增量型PID控制算式,设采样周期
T=0.2s。
17、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为
D(s)
13.
5
s
.5s
2
.1s
若采样周期T=1S,试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式。
并比较两
种算法特点。
18、简述应如何选择计算机控制系统中采样周期?
19、什么叫积分饱和?
它是怎么引起的?
如何消除?
20、简述扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定PID参数的步骤。
21、数字控制器的离散化设计步骤是什么?
22、等效离散化设计方法存在哪些缺陷?
23、什么是信号重构?
24、写出零阶保持器的传递函数,引入零阶保持器对系统开环传
递函数的极点有何影响?
25、已知某连续控制器的传递函数为
D(s)
n
22
s2s
nn
试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数D(z),并给出控制器
的差分形式。
其中T1s。
26、被控对象的传递函数为
Gcs
采样周期T=1s,采用零阶保持器,针对单位速度输入函数,按以下要求设计:
(1)最少拍无纹波系统的设计方法,设计(z)和Dz;
(2)求出数字控制器输出序列u(k)的递推形式。
1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。
2、弱电控制与强电控制之间常用的隔离方式有变压器隔离、继电器隔离和光电
隔离等。
3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤。
4、在计算机控制系统中,被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入
方式。
5、信号接地方式应采用一点接地方式,而不采用多点接地方式。
6、主要的电源干扰包括噪声,尖峰,断电,浪涌_。
7、数字程序控制方式有点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。
8、插补计算过程由偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断四个步骤组成。
9、将D(S)离散化为D(Z)常用方法有双线性变换法、前向差分法、后向差分法。
则步距角是1度和齿距角是6度。
步距角:
360/60/6=1度
齿距角360/60=6度
11、三相步进电机通常有单相三拍、双相三拍和三相六拍工作方式
12、PID控制中对积分项可采取积分分离、抗积分饱和、梯形积分
和消除积分不灵敏区四种改进措施。
13、对微分项进行改进主要有不完全微分PID控制算法和微分先行PID控制
算式两种方法。
14、按简易工程法整定PID参数的方法有扩充临界比例度法、扩充响应曲线法
和归一参数整定法。
15、最少拍控制算法有单位阶跃信号、单位速度信号和单位加速度信号三种典型
输入信号。
1、已知偏差e(k),积分分离阈值β,以下正确的是(B)
B.当e(k)>
所需的坐标进给的总步数Nxy为(C)
系统是(A).
(C)。
串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰信号。
高通,低通,带通滤波器。
尖峰型串模干扰民为主要干扰源时,用双积分A/D转换器,
采用双绞线作信号引线(减少电磁感应)
所谓共模干扰,是指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压。
抑制方法:
变压器隔离光电隔离浮地屏蔽
长线传输干扰是指:
长线传输受到外界干扰,具有信号延时,高速度变化的
信号在长线中传输时,还会出现波反射现象。
终端匹配始端匹配
①Watchdog(俗称看门狗)②电源监控(掉电检测及保护)③复位
(1)电源监控
(2)按钮复位输入(3)监控定时器
有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线
就是计算机根据输入的指令和数据,控制生产机械(如各种加工机床)按规定
的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的控制方式。
由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。
用于完成插补计算,就是按给定的基本数据(如直线的终点坐标,圆弧的起、
终点坐标等),插补(插值)中间坐标数据,从而把曲线形状描述出来的一种计算。
直线插补、二次曲线插补
宗旨是通过给定的基点坐标,以一定的速度连续定出一系列中间点,而这些
中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。
9、
(1)第一象限直线逐点比较法插补的原理是什么?
从直线的起点(即坐标原点)出发,当Fm≥0时,沿+x轴方向走一步;
当Fm
<0时,沿+y方向走一步;
当两方向所走的步数与终点坐标(xe,ye)相等时,发
出终点到信号,停止插补。
(2)第一象限圆弧的插补原理?
10、
(1)画出三相步进电机分别在三种工作方式下的电压波形图。
(2)微机如何控制x轴、y轴电机的?
并写出三种工作方式下的输出字表。
增量算法不需要做累加,位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大
的累加误差;
增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,
误动作影响大;
采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换。
Kp为比例增益,能减小误差,但不能消除稳态误差,但Kp加大会引起系统不
稳定。
Ti为积分时间常数。
只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差。
但积
分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡。
Td为微分时间常数。
可以减小调整时间,从而改变系统的动态性能。
最少拍控制算法本质上是时间最优控制算法,因为最少拍控制算法是以系统
的快速性为主要性能指标。
最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差;
U
E
则Us0.085SUsEs0.17SEs
dut
ut0.085et0.17
dt
de
dt
t
uk0.085
uk
uk1e
T
e
k
0.17
ke
T
把T=0.2S代入得
1.425uk0.425uk14.5ek3.5ek-1
位置型uk3.1579ek2.4561ek10.2982uk1
增量型ukukuk13.1579ek2.4561ek10.7018uk1
10.17s11
解:
因为)
Ds21K(1Tds
()
p
0.085s0.17sTs
i
所以Kp2,T0.17,T0
id
故位置型PID控制器
u(k)Ke(k)
P
I
i0
e(i)
D
e(k)
e(k
1)
k0.2
2e(k)e(i)
k0.4
2e(k)e(i)
故增量型PID控制器
u(k)u(k1)u(k)
u(k1)Ke(k)e(k1)Ke(k)Ke(k)2e(k1)e(k2)
PID
u(k1)2e(k)e(k1)
0.4
e(
k)
u(k1)4.35e(k)2e(k1)
0.1
3.5s
0.5s
D(s)
(
)
7
U(s)7E(s)2sE(s)
5s
u(t)7e(t)2
e(k)e(k1)T
u(k)7e(k)2e(i)
T5
将T=1代入上式,得
u(k)9e(k)2e(k1)0.2e(i)
u(k1)9e(k1)2e(k2)0.2
u(k)u(k)u(k1)
9.2e(k)11e(k1)2e(k2)
答:
(1)首先确定采样周期的上下限:
上限根据采样定理来确定;
下限根据计算机执行程序和输入输出所耗费的时
间来确定。
(2)其次要考虑的因素有:
①给定值的变化率;
②被控对象的特性;
③执行机构的类型;
④控制算法的类
型;
⑤控制回路数。
(1)如果执行机构已经到极限位置,仍然不能消除静差时,由于积分
作用,尽管PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小,但执行机构
已无相应的动作,这就叫积分饱和。
(2)1、当偏差产生跃变时,位置型PID算式的输出将急剧增大或减小,
有可能超过执行机构的上(下)限,而此时执行机构只能工作在上限。
2、系统输出需要很长时间才达到给定值,在这段时间内算式的积分项将产
生一个很大的积累值。
3、当系统输出超过给定值后,偏差反向,但由于大的积分积累值,控制量
需要相当一段时间脱离饱和区。
因此引起系统产生大幅度超调,系统不稳
定。
(3)常用的改进方法:
积分分离法和抗积分饱和
扩充临界比例度法整定PID参数的步骤:
(1)选择一个足够短的采样周期T,例如被控过程有纯滞后时,采样周期T取滞
后时间的1/10以下,此时调节器只作纯比例控制,给定值r作阶跃输入。
(2)逐渐加大比例系数Kp,使控制系统出现临界振荡。
由临界振荡过程求得相应
的临界振荡周期Ts,并记下此时的比例系数Kp,将其记作临界振荡增益Ks。
此
时的比例度为临界比例度,记作
K
。
(3)选择控制度,所谓控制度是数字调节器和模拟调节器所对应的过渡过程的误
差平方的积分之比。
(4)根据控制度,查表求出T、Kp、Ti和Td值。
(5)按照求得的整定参数,投入系统运行,观察控制效果,再适当调整参数,直
到获得满意的控制效果为止。
扩充响应曲线法整定PID参数的步骤:
(1)断开数字调节器,让系统处于手动操作状态。
将被调量调节到给定值附近并
稳定后,然后突然改变给定值,即给对象输入一个阶跃信号。
(2)用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变化过程曲线,如图所示。
(3)在曲线最大斜率处作切线,求得滞后时间τ、被控对象的时间常数Tc,以及
它们的比值Tc/τ。
(4)由τ、Tc、Tc/τ值,查表,求出数字控制器的T、Kp、Ti和Td。
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。
23、等效离散化设计方法存在哪些缺陷?
等效离散化设计方法存在以下缺陷:
(1)必须以采样周期足够小为前提。
在许多实际系统中难以满足这一要求。
(2)没有反映采样点之间的性能。
特别是当采样周期过大,除有可能造成控
制系统不稳定外,还使系统长时间处于“开环”、失控状态。
因此,系统的调节
品质变坏。
(3)等效离散化设计所构造的计算机控制系统,其性能指标只能接近于原连续系
统(只有当采样周期T=0时,计算机控制系统才能完全等同于连续系统),而不可
能超过它。
因此,这种方法也被称为近似设计。
把离散信号变为连续信号的过程,称为信号重构,它是采样的逆过程。
26、写出零阶保持器的传递函数,引入零阶保持器对系统开环传递函数的极点有
何影响?
零阶保持器的传递函数为
H(s)
Ts
1e
s
零阶保持器的引入并不影响
开环系统脉冲传递函数的极点。
27、已知某连续控制器的传递函数为
令s
z
D(z)
2221
U(z)
(z2z1)
2222212
E(z)s2sz(44)z(28)z44
nnnnnnn
2
1z
控制器的差分形式为
222
2844
nnnn
u(k)u(k1)u(k2)(e(k)2e(k1)e(k2))
444444nnnnnn
广义对象的脉冲传递函数
-Ts
1e1
GczΖ?
Z
ss
3
2-1
21
f
解得:
11
21
3/4
5/4
f3/4
22
所以:
(z)(1z
12z
)(13/4
(z)(1z
1z1z
)(5/43/4
6)求控制器D(z)
1(z)
G(z)1(
z)
(z)
(1
-1
/
)(5
4z
3/4z)
(1z
3/
106z
43z