计算机控制技术复习题解析Word文档下载推荐.docx

1、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、

2、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D s0.17s0.1 8 5s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1 0.17s0.85 s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2D （ s）0.180.25s.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

3、？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）n2 2s 2 sn n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 T 1s。26、被控对象的传递函数为Gc 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

4、 （z）和D z ；（2） 求出数字控制器输出序列 u（k） 的递推形式。31、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

5、） 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

6、三种典型输入信号。41、已知偏差 e（k）, 积分分离阈值，以下正确的是（ B ）B.当 e（k） 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 ）G（Z）=（Z+0.5）/（Z-0.5+j0.5）2, 可知该系统是（ A ）.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 ）。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

7、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Watchdog（俗称看门狗） 电源监控 （ 掉电检测及保护） 复位5（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

8、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 Fm0 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

9、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

10、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；0.19s0.3 8 5sUE0.86s则U s 0.085SU s E s 0.17SE sdu tu t 0.085 e t 0.17 dtde tu k 0.085u ku k 1 eek0.17Tk e T把T=0.2S 代入得1.4 2 5u k 0.425u k 1 4 .5e k 3.5e k-1位置型 u k 3. 1579e k 2.4561e k 1 0.2982u k 1增量型 u k u

11、 k u k 1 3.1579e k 2 .4561e k 1 0 .7018u k 171 0.17 s 1 1解：因为 ）D s 2 1 K （1 Td s（ ）p0.20s 0.17 s T si所以 p 2 T 0.17 T 0K ， ，i d故位置型 PID 控制器u（k） K e（k ）PIi 0e（i ）De（k）e（k1）k 0.22 e（k） e（i ）0.4k 0.42e（k） e（i ）0.87故增量型 PID 控制器u（k） u（k 1） u（k）u（k 1） K e（k ） e（k 1） K e（k ） K e（k） 2e（ k 1） e（k 2）P I Du（k 1

12、） 2 e（k） e（k 1）0.18 7）u（k 1） 4.35e（k ） 2e（k 1） 2 0.1 3.5 s s1.5 sD （ s ）（U （ s ） 7 E （ s ） 2 sE （ s ）5 su （ t ） 7 e （ t ） 2dedtte（k） e（k 1） Tu（k ） 7e（k ） 2 e（i ）T 5将 T=1代入上式，得u（k） 9e（k ） 2e（ k 1） 0.2 e（i ）u（k 1） 9e（ k 1） 2e（ k 2） 0.2e（i）8u （k） u（k ） u（k 1）9.2e（ k） 11e（ k 1） 2e（ k 2）答：（1）首先确定采样周期的上下限

13、：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：给定值的变化率；被控对象的特性；执行机构的类型；控制算法的类型；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

14、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s K。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

15、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 、被控对象的时间常数 Tc，以及它们的比值 Tc/ 。（4） 由 、Tc、Tc/ 值，查表，求出数字控制器的 T、Kp、Ti 和

16、 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 （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。10（3） 等效离散化设计所构

17、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）Ts1 e 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 szD（ z）2 2 2 1U （z）（ z 2z 1）2 2 2 2 2 1 2E（ z） s 2 s z （ 4 4）z （2 8）z 4

18、4n n n n n n n1 z控制器的差分形式为2 2 22 8 4 4n n n nu（k） u（k 1） u（k 2） （e（k） 2e（k 1） e（k 2）4 4 4 4 4 4 n n n n n n广义对象的脉冲传递函数-Ts1 e 1Gc z Zs s2 -12 111将 T=1S代入，有Gc-121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=2N（分母多项式的幂次） 所以 d=0M （分子多项式的幂次） w=1d=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

19、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 nm w d 1n v j jmax（ , q） 2m w dn v j max（ j ,q） 所以：1 2F1（z） 1 f z f z f1mz11 12mF1 （z） 1 f zF2 （z） f z f z f221 22nzF2 （z） f z f z3）确定 e（z）v j（ z） （1i 1a z1 1） （1 zmax （j ,q）F（z）1 z 1 max （ j ,q） F z（ 1z） 1 （z） （1 a z ） （1 ） （ ）（1 z（1f1 （f 2）z （1）zf z4）确定 （z） w d 1 F z（ z） z （1 b z ） 2 （ ） iw（z） z （1d