合肥学院微机期末考题最新版.docx

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合肥学院微机期末考题最新版

1.什么是计算机控制系统？

它的工作原理是怎样的？

它由哪几部分组成？

计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。

从本质上看，计算机控制系统的工作原理可纳为以下三个步骤：

实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出.计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成。

工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。

生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关装置。

2、微型计算机控制系统的特点是什么？

微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：

a.控制规律灵活多样，改动方便

b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制

c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高

d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度

3．实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

（1）实时：

所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。

（2）“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。

（3）“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。

4.数字控制器的连续化设计步骤？

答：

设计假想的连续控制器、选择采样周期T、将DS离散化为Dz、设计由计算机实现的控制算法、校验五个步骤。

5.简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。

光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如下图所示。

输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。

6.什么是共模干扰？

如何抑制？

共模干扰时指A/D转换器两个输入端上公有的干扰电压。

其抑制方法：

变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比。

7.直线插补计算过程有哪几个步骤？

偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断

8.什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算法？

试比较它们的优缺点。

为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟PID算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变化周期时，作如下近似（T足够小时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分接近）：

于是有：

u（k）是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置（如控制阀门的开度）一一对应，所以称之为位置型PID算法。

在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量u（k）不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得u（k）产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。

所以实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，可以采用增量型PID算法。

当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型PID控制算法。

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。

9.简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。

答：

（1）比例调节器：

比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数KP。

比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。

加大比例系数KP可以减小静差，但是KP过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。

（2）积分调节器：

为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。

积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。

积分时间常数TI大，则积分作用弱，反之强。

增大TI将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。

引入积分调节的代价是降低系统的快速性。

（3）微分调节器：

为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。

微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定

10.什么是信号重构？

答：

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。

11、什么叫积分饱和？

解：

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。

12.如何消除积分饱和现象？

答：

减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。

因此当偏差大于某个规定的门限值时，删除积分作用，PID控制器相当于一个PD调节器，既可以加快系统的响应又可以消除积分饱和现象，不致使系统产生过大的超调和振荡。

只有当误差e在门限

之内时，加入积分控制，相当于PID控制器，则可消除静差，提高控制精度。

（对计算出的控制量u（k）限幅，同时，把积分作用切除掉）

13.采样周期的选择需要考虑那些因素？

（1）从调节品质上看，希望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提高控制精度。

通常保证在95%的系统的过渡过程时间内，采样6次～15次即可。

（2）从快速性和抗扰性方面考虑，希望采样周期尽量短，这样给定值的改变可以迅速地通过采样得到反映，而不致产生过大的延时。

（3）从计算机的工作量和回路成本考虑，采样周期T应长些，尤其是多回路控制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间τ较大时，常选T=（1/4~1/8）τ。

（4）从计算精度方面考虑，采样周期T不应过短，当主机字长较小时，若T过短，将使前后两次采样值差别小，调节作用因此会减弱。

另外，若执行机构的速度较低，会出现这种情况，即新的控制量已输出，而前一次控制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此T必须大于执行机构的调节时间。

补充：

1、串级控制的特点串级控制系统的主要特点为：

（1）在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统；

（2）系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量

（3）由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；

（4）系统对负荷改变时有一定的自适应能力。

串级控制系统主要应用于：

对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。

串级控制系统的特点

1、能迅速克服进入副回路的二次干扰

2、提高了系统的工作频率

串级控制系统由于副回路的存在，提高了系统的工作频率，减小了振荡周期，在衰减系数相同的情况下，缩短了调节时间，提高了系统的快速性。

3、减小了对象的时间常数

等效副对象的时间常数小于副对象本身的时间常数，意味着控制通道的缩短，从而使控制作用更加及时，响应速度更快。

4、对负荷变化有一定的适应能力

2、在选择A/D转换器应该注意哪些指标?

这些指标根据哪些原则选择?

A/D转换器的技术指标很多，在选择时必须考虑以下几个指标。

（1）分辨率

指输出教字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。

对已定的输入模拟电压，A/D转换器的位数愈多，分辨率愈高。

但分辨率太高，容易受干扰信号的影响。

因此，必须根据实际测试的需要决定A/D转换的位数和分辨率。

（2）转换精确度

在转换过程中，任何数码所对应的实际模拟电压与理想模拟电压值之最大偏差与满刻度模拟电压之比的百分数，或以二进制分数来表示相应的数字量。

它包括了所有的误差。

通常以最低有效位或百分数满度值来表示，例如，±1LSB、±2LSB或±0.1%FS，±0.Ol%FS等。

转换精确度也与A/D转换器的位数有关，在满足测试精度要求前提下，避免选择太高精度的转换器。

（3）转换速率

指在单位时间内完成转换的次数。

逐位比较式A/D的转换速率较高，双积分式AlD的转换速率较低。

应根据被测信号的频率来选择A/D转换器的转换速率。

若为直流或缓变信号可选双积分式A/D，以提高抗干扰能力。

（4）线性度

是指A/D转换器实际的模拟电压与数字的转换关系与理想直线之间之差，或用非线性误差来表示。

通常用多少LSB表示，例如1/2LSB，也可以用相对满度误差表示。

（5）偏移误差

指输入电压为零时，输出数字量不为零之值。

它是由放大器或比较器的偏移电压或偏移电流引起的。

常用多少LSB表示，或用相对满度误差表示。

14.已知模拟调节器的传递函数为

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。

解：

则

把T=0.2S代入得

位置型

增量型

15、已知模拟调节器的传递函数为

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。

解：

因为

所以

故位置型PID控制器

故增量型PID控制器

16.用8位A/D转换器ADC0809通过8255与PC总线工业控制机接口，实现8路模拟采集。

请画出接口原理图，并编写8路模拟量A/D转换程序。

程序:

MOVDX,02C3H;控制口地址

MOVAL,10011000B;设PC0~PC3为输出口，PC4~PC7为输入，PA输入

OUTDX,AL

MOVDX,02C2;送通道号IN0并启动0809

OUTDX,AL

CALL DELAY;延时

INAL,DX

WAIT:

MOVBL,AL

TESTBL,10000000B;判断EOC是否高电平，即模数转换是否结束

JZWAIT

MOVDX,02C3H

MOVAL,10010000B;设PC0~PC3为输出，PC4~PC7为输出，PA输入

OUTDX,AL

MOVDX,02C2H;PC口

MOVAL,10000000B;选通OE，为读入数据准备

OUTDX,AL

MOVDX,02C0H;PA口

INAL,DX;将模数转换数据通过PA口读入CPU

16.某执行机构的输入变化范围为0~10mA,灵敏度位0.05mA,应选字节n位多少的D/A转换器?

——————计算机控制复习仅共参考