计算机控制技术复习题解析.docx
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计算机控制技术复习题解析
计算机控制技术复习题
一、填空题
1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为。
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、继电器隔离和等。
3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、。
4、在计算机控制系统中，被测信号有和两种输入方式。
5、信号接地方式应采用方式，而不采用方式。
6、主要的电源干扰包括、、和。
7、数字程序控制方式有、、。
8、插补计算过程由、、、四个步骤组成。
9、将D（S）离散化为D（Z）常用方法有、、。
10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，
则步距角是和齿距角是。
11、三相步进电机通常有、和工作方式
12、PID控制中对积分项可采取、、和四
种改进措施。
13、对微分项进行改进主要有和两种方
法。
14、按简易工程法整定PID参数的方法有、和。
15、最少拍控制算法有、和三种典型输
入信号。
二、选择题
1、已知偏差e（k）,积分分离阈值β，以下正确的是（）
A.当e（k）>β时，采用PI控制B.当e（k）>β时，采用PD控制
C.当e（k）≤β时，采用PD控制D.当e（k）≤β时，采用PI控制
2、设加工第一象限直线OA，起点为O（0,0），终点为A（6,3），进行插补计算
所需的坐标进给的总步数Nxy为（）
A.7B.8C.9D.10
1
3、已知离散系统脉冲传递函数为：
G（Z）=（Z+0.5）/（Z-0.5+j0.5）^2,可知该
系统是（）。
A.稳定的B。
不稳定的C。
中性稳定的
4、若连续系统为Gc（s）稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得Gc（z）
（）。
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
1
0.17s
0.185s
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
Ds
10.17
s
0.85s
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
2
D（s）
1
0.18
s
0.2
5s
0
.
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
2
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
1
2
s
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。
3
计算机控制技术复习题
一、填空题
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。
10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，
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。
二、选择题
4
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）>β时，采用PI控制B.当e（k）>β时，采用PD控制
C.当e（k）≤β时，采用PD控制D.当e（k）≤β时，采用PI控制
2、设加工第一象限直线OA，起点为O（0,0），终点为A（6,3），进行插补计算
所需的坐标进给的总步数Nxy为（C）
A.7B.8C.9D.10
3、已知离散系统脉冲传递函数为：
G（Z）=（Z+0.5）/（Z-0.5+j0.5）^2,可知该
系统是（A）.
A.稳定的B。
不稳定的C。
中性稳定的
4、若连续系统为Gc（s）稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得Gc（z）
（C）。
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？
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）
2、什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？
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
3、什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些？
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。
抑制方法:
终端匹配始端匹配
4、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用哪些措施？
①Watchdog（俗称看门狗）②电源监控（掉电检测及保护）③复位
5、MAX1232的主要功能有哪些？
5
（1）电源监控
（2）按钮复位输入（3）监控定时器
6、计算机控制系统中有哪些类型的地线？
有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线
7、何谓数字程序控制？
数控系统由哪四大部分组成？
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。
8、什么是插补器？
常用哪两种形式？
插补计算的宗旨是什么？
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。
11、数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？
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。
12、数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？
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
6
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。
13、最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？
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。
14、最少拍控制算法的局限性是什么？
最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差；
15、已知模拟调节器的传递函数为
Ds
1
1
0.19s
0.385s
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。
Ds
U
E
s
s
1
1
0.86s
0.185s
则Us0.085SUsEs0.17SEs
dut
ut0.085et0.17
dt
det
dt
uk0.085
uk
uk1e
e
k
0.17
T
ke
T
k
1
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
16、已知模拟调节器的传递函数为
Ds
10.17
s
0.85s
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。
7
10.17s11
解：
因为）
Ds21K（1Tds
（）
p
0.20s0.17sTs
i
所以p2T0.17T0
K，，
id
故位置型PID控制器
u（k）Ke（k）
P
T
T
I
k
i0
e（i）
T
D
e（k）
e（k
T
1）
k0.2
2e（k）e（i）
0.4
i0
k0.4
2e（k）e（i）
0.87
i0
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）
0.2
0.187
e（k
）
u（k1）4.35e（k）2e（k1）
17、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为
2
0.13.5ss
D（s）
1.5s
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。
D（s）
U
E
（
（
s
s
）
）
2
s
7
1
5
s
U（s）7E（s）2sE（s）
1
5s
E
（
s
）
u（t）7e（t）2
de
（
dt
t
）
1
5
e
（
t
）
dt
e（k）e（k1）T
k
u（k）7e（k）2e（i）
T5
i0
将T=1代入上式，得
k
u（k）9e（k）2e（k1）0.2e（i）
i0
u（k1）9e（k1）2e（k2）0.2
k
1
e（
i）
i0
8
u（k）u（k）u（k1）
9.2e（k）11e（k1）2e（k2）
18、简述应如何选择计算机控制系统中采样周期？
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。
19、什么叫积分饱和？
它是怎么引起的？
如何消除？
解：
（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
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。
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
1
sK
s
。
9
（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。
21、数字控制器的离散化设计步骤是什么？
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？
答：
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。
10
（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。
23、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。
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？
答：
零阶保持器的传递函数为
H（s）
0
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
2
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。
解：
令s
2
T
z
z
1
1
2
T
1
1
z
z
1
1
2
1
1
z
z
1
1
D（z）
2221
U（z）
（z2z1）
nn
2222212
E（z）s2sz（44）z（28）z44
1
1
nnnnnnn
2
s
1
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））
222
444444nnnnnn
26、被控对象的传递函数为
Gcs
1
2
s
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。
解：
广义对象的脉冲传递函数
-Ts
1e1
GczΖZ
2
ss
1e
Ts
1
3
s
T
2-1
z
21
1
z
z
2
1
1
11
将T=1S代入，有
G
c
z
-1
z
21
1
z
z
1
1
2
最少拍无纹波设计步骤：
1）根据广义对象的传递函数确定参数已知N=2，M=2
N（分母多项式的幂次）所以d=0
M（分子多项式的幂次）w=1
d=N-M延时v=2，j=2；
w在所有零点的总数（不包括无穷远的零点）q=2（单位阶跃输入）
v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数
j在z平面的单位圆上极点的个数
q（输入类型）
2）确定F1（z）和F2（z）的幂次m和n
mwd1
nvjj
max（,q）2
mwd
nvjmax（j,q
）所以：
12
F1（z）1fzfzf1mz
1112
m
F1（z）1fz
11
1
12
F2（z）fzfzf2
2122
nz
n
1
F2（z）fzfz
2122
2
3）确定Фe（z）
vj
e
vj
（z）（1
i1
az
i
11
）（1z
max（
）
j,q）
F
1
（z）
e
1z1max（j,q）Fz
（1
z）1（z）（1az）
（1）（）
i
i1
（1z
1
）
2
（1
f
11
z
1
）
1（
1
f2）z（1
11
2
f
11
）z
2
fz
11
3
4）确定Ф（z）
w
d1Fz
（z）z（1bz）2（）
i
i1
w
（z）z（1
（1z
d
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