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1、计算机控制习题ZZ搜集整理一、选择1 系统内部交换信号既有连续信号又有数字信号，这样的系统被 称为（ C ）。A、连续时间系统B、离散时间系统C、采样系统D、混合时 间系统2 在经典控制系统理论中，分析连续控制系统的数学工具是 （ A ），分析离散控制系统的数学工具是（ B ）。A、拉氏变换B、Z变换C、状态空间表达式 D、线性代数 方程组3 下面哪一种关于采样过程的描述是错误的？（ ）A、 以一定的时间间隔对连续信号进行采样，使连续信号转换成 时间上离散的脉冲序列的过程称为采样过程。B、 以一定的时间间隔对连续信号进行采样，使连续信号转换成 时间上、幅值上离散的数字信号的过程称为采样过程。C

2、、 对连续时间信号采样可以解释为连续时间信号被理想单位脉 冲作了离散时间调制。D对连续时间信号采样可以解释为理想单位脉冲被作了连续时 间信号幅值调制。4、假如在一个数据采集系统中， 被采集的信号的最大输出为 5V， 最小输出信号为5mV请问所选A/D转换器的位数至少为多少？ （）A 、 8 B 、 10 C、 12 D、 45 对于一个未妥善进行屏蔽的计算机测控装置而言， 其附近的大 容量电动机和变压器的漏磁最易引发哪种类型的干扰？ （ C ）A、静电耦合干扰B、信号交叉干扰 C互感耦合干扰D、浪 涌电压干扰6 为消除现场被采集的信号中混入的工频电压分量， 通常令信号 通过双积分型模拟 /数字

3、转换器进行转换，试在下列积分时间间隔数 据中选择可实现以上要求的数据。 （ A ）A、 40ms B、 10ms C、 4ms D、 1ms7某一台计算机的可用性(Availability) 比较高，其含义是指：(C )A、 它很少出故障，偶尔出现故障时修复却不容易B、 它经常出故障，但故障修复很容易C它很少出故障，即使出现故障修复也很容易D它经常出故障，且故障修复也不容易8 一个包括A/D转换器在内的实时数据采集系统，每 1卩s进行 一次数据采集，然后进行数据处理，此时应采取的数据传送方式为：(C )A、查询方式B、硬中断方式 C、DMA传送方式 D无条件传送方式9请选择用于定量描述计算机控

4、制系统的实时性的术语。(A )A、响应时间B、实时时钟 C实时中断能力 D实时管理程序10. 计算机控制系统中，采样周期T减少时，由于字长有限所引 起的量化误差将(A )。A 增大B 减小 C 不变11. 在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应( B ) 传感器的精度。A 大于B 小于 C 等于12. 选择D/A变换器字长时，要求计算机系统输出的最小信号应. 执行机构的死区。 A 大于；E 小于；C 等于(答案 B)13. 一个连续系统改造为计算机控制系统后，当系统的控制算法及参数都保持不变时，与原连续系统相比，计算机控制系统的稳定性 将 。A 变好；B变坏；C 保持不变。(答案 B)二

5、、填空：1 .一个由单片机构成的控制系统需实时测量一反应釜内温度监控点的温度，设采用一线性温度测量仪表，其量程为 150C915C。若某时刻获得的采样及数字滤波后的温度数据为 F0H则所对应的十进制温度值为 870C 。2. 在计算机控制系统的过程输入通道中，输入信号线上的信号电压中对参考电压而言其量值相等的分量称为共模电压， 而其相差的分量则称为差模电压。3. 零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性 ()二_-；：:T/2 。4. 若已知闭环系统自然频率为 、，经验上，采样频率-s应取 _1O n_ o5 .通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 串模干扰o6 .为使传感器特性与A/D变换

6、器特性相匹配，通常应在传感器 与A/D之间加入调理电路。7.通常在传感器与A/D之间加入调理电路的目是 使传感器与A/D的特性相匹配 。8 .采用差分放大器作为信号前置放大是抑制 共模干扰的有效方法之一。9. 计算机控制系统的控制过程，从本质上可以归纳为 、 和 三个步骤。一个实时控制系统必定是一个在线系统，这里“在线”的含义是指 ;而“实时控制”的含义是扌旨 o答：实时数据采集，实时控制决策，实时控制输出；控制设备直 接与计算机连接，不通过中间介质连接，控制设备不直接与计算机连 接；计算机能够在工艺要求的时间内及时地完成检测、 计算、控制输出等工作10. 计算机控制系统中，直接数字控制(DD

7、C的含义计算机直接参与闭环控制过程，无需中间环节调节器，微型机通 过输入对一个或多个物理器进行巡回检测并根据规定的控制规律进 行运算，然后发生控制信号，通过输出通道直接控制调节阀等执行机 构，完全取代模拟调节器，实现多回路PID调节，改变称程序可实现 基本控制。11. A/D转换器的分辨率和精度是两个不同的概念。分辨率是指 ；而相对精度是指 ； 一个10位A/D转换器，基准电源的信号电压为5.12V时，它的绝对精度是 mv ，它的相对精度为 ，它的分辨率为 mv 。能对转换结果发生影响的最小输入量；转换后所得结果相对于实 际值的准确度；5; 0.1 %, 512. 计算机控制系统中，按干扰的作

8、用方式，可分为 和两种，而数字滤波只能抑制 。常态干扰；共模干扰；.常态干扰13. 对于一个10位A/D转换器，基准电源的信号电压为10.24V时，它的绝对精度为 mv ，相对精度为 ，它的分辨率为mv ;相对精度的含义是指 ；分辨率的含义是指 。5, 0.1 %, 10, AD转换器的转换结果相对于实际信号的精确程度，能够影响输出变化的最小输入简答：采样过程是什么？什么叫做量化过程？什么要用采样保持器？在进行数据采集时为什么要满足采样定理？为何在计算机测控系统中常采用数字滤波程序对采样信号进行 处理？通过数字滤波可以减小干扰在信号中的比重，提高信噪比。 写出算术平均滤波的算式，该算法使用于哪

9、些信号滤波？1 N算术平均滤波的算式为：Y = 1 Xi ,该算法适用于压力、N y流量等周期脉动信号的滤波。写出一阶滞后滤波的算式，该算法使用于哪些信号滤波？ 一阶滞后滤波的算式为：Yk =(1 -)Xk ，该算法适用于过程变化较慢的信号滤波。在微机系统中对非线性函数常用线性插值原理作线性化处理， 这种处理的优点是什么？优点是可用线性方程近似求解非线性函数， 速度快，效率高。 计算机控制系统的控制过程地三个步骤是什么？答：实时数据采集； 实时决策；实时控制。简述多路开关的作用。 开关量的传送应注意什么：答：电气隔离，电平转换。采样过程是什么？什么叫做量化？什么叫做量化误差？为什么要用采样保持

10、器？简述软件的抗干扰措施的应用方法。答：软件陷阱，指令冗余。1试述采样周期T的选择原则 答: (1)必须满足香农采样定理的要求越高，则采样频率越高越好，以便实现快速跟随和快速抑制干扰。（3） 根据被控对象的特性，快速系统的 T应取小，反之，T可取大些。（4） 根据执行机构的类型，当执行机构动作惯性大时， T应取大些。否 则，执行机构来不及反映控制器输出值的变化。（5） 从计算机的工作量及每个调节回路的计算成本来看， T应选大些。（6） 从计算机能精确执行控制算式来看，T应选大些。2防止积分整量化误差的方法有哪两种？答：（1）扩大计算机运算的字长，提高计算精度。（2）当积分项Ki&k）时，积分项

11、单独累加，直到产生溢出。 将溢出值作为积分项的偏差值去进行运算， 余数仍保留下来，作为下 一步累加的基数值。3数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？答：（1）模拟调节器调节能力有限，当控制规律较为复杂时，就 难以甚至无法实现。而数字控制器能实现复杂控制规律的控制。（2） 计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制。（3） 数字控制器具有灵活性。修改控制参数或改变控制方式一 般只改变控制程序即可。（4） 采用计算机除实现PID数字控制外，还能实现监控、数据 采集、数字显示等其他功能。4增量型PID控制算法与位置型PID控制算法相比较，有哪些优 点？答：（1）位置式算法每次输出与整个过去状态有关，

12、 容易产生较 大的积累误差。而增量式中只需计算增量，算式中不需要累加，控制 增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关，当存在计算误差或精度不 足时，对控制量计算的影响较小，且较容易通过加权处理获得比较好 的控制效果。（2） 由于计算机只输出控制增量，所以误动作时影响小，且 必要时可用逻辑判断的方法去掉，对系统安全运行有利。（3） 手动自动切换时冲击比较小。5防止积分饱和的方法有哪两种？答：积分分离法和遇限削弱积分法。6. 试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定 理，采样后将会变成何种信号。答：若连续信号所含频率分量的最高频率为- max，为使其采样信 号不失真，米样频率-s 2 ma

13、x ；若不满足米样定理，一个咼频信号将会 变成低频信号。7. 计算机控制系统在选择 A/D变换器时应注意哪几项指标，这 些性能指标应根据什么原则选取。答：(1)精度：应高于传感器的精度一个数量级；(2分)(2) 分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范围确定；(2分)(3) 转换速率：根据系统的频带或信号的变化频率确定。(1分)8. 已知A点信号如图2所示，试画出B点、C点的信号图形，设采样周期T=1秒。(a )答：波形如下图所示：(a ) ( b )(c )五、现已知某炉温变化范围为 01000C，测试时，采用9位的 A/D变换器(带符号位)，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。若测试时，通

14、过变送器将测试起点迁移到 500C，保持同样的系统对炉温变化的分辩率，试问此时可采用几位的 A/D变换器就可以了。解：(1) 2* = (1000 )/. 故厶=3.9 C; (5 分)(2) 2 (100( -50()/3.9 , 故 n_ Ig12 8.2/lg2=7 ( 5 分)现已知某炉温变化范围为01500C,要求测试时，分辨率为3C, 试确定A/D变换器的字长应选为多少？若 A/D字长n不变，通过变送 器将测试起点迁移到600C，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多 少。答案：1)仁H汇，故厂 -12)20500 6(T)M,故 现已知某炉温变化范围为 01000C,5C,试确定A/

15、D变换器的最小字长。n - log(1000/ 5)/ log 2 - 81500 - 6。呼 9005 = 1.757829 512要求测量温度的分辨率为现已知某飞机飞行高度变化范围为 010000米，测试时，采用12位的A/D变换器，试问此时系统对高度变化的分辩率为多少。若 测试时，通过高度表改变测试方式，测量相对基准高度 9000米的士500米的变化量，试问此时 A/D变换器的分辩率为多少。解：高度变化范围为010000米时，因为测量均为同号，所以A/D12位均可用于测试，故分辨率D=10000/212=2.45米；测量相对基准高度士 500米的变化量时，因为要测量正负 变化量，故A/D

16、应保留一位符号位，故分辨率D=500-(-500)/2 11=0.49 米。某连续控制系统的校正装置的传递函数为8D(S): s(s +4)试用差分变换法(后向差分)、双线性变换法，求该装置的递推输出序列。(设输入为e(t)，输出为u(t)，采样周期T =1s)解：差分变换法：D(S)=U(s)E(s)8 8 2s(s 4) s 4s(s2 4s)U(s) -8E(s)即 s2U(s) 4sU(s) =8E(s)化成微分方程d2u(t) du(t) o .2 4 8e(t)dt2 dtd2u(t) u(k)_2u(k_1) u(k_2) du(t) u(k)_u(k_1)2 2 ； :-dt

17、T dt Tu(k) _2u(k -1) u(k -2)4u(k)-u(k-1)T= 8e(k)2+4T 1 8T2u(k) = u(k-1)- u(k-2) e(k) =1.2u(k-1)-0.2u(k-2) 1.6e(k)1+4T 1+4T 1+4T双线性变换法:D(z)=D(s)|s21 z 丄一8T2 16T2z8T2z，_ 2 4z2z，8T 4-8z(4 -8T)z工一 3-2z，-z，u(k) =2u(k -1) u(k -2) -e(k) -e(k -1) ?e(k -2)3 3 3 3 32.已知某连续控制器的传递函数为1+2sD(S)=s现用PID算法来实现它，试分别求其相

18、应的位置型和增量型 PID算法输出表达式。设米样周期T =1s。解：PID控制算法的模拟表达式为1u(t)=Kpe(t) 0e(t)dt Td 亠TI 0 dtde(t)Ti -位置型输出表达式为T k tu(kKpe(k) Kp- e(j)心寸屮)-屮-1)1 I j =0 I增量型输出表达式为：u(k)二u(k-1) (Kp KpT KpTD)e(k) -(Kp 2Kp)e(k -1) KpTDe(2)I而对模拟表达式u(t)求拉式变换得1u(沪Kp1爲辺期u(s) 1 KpKp1 sTd二 Kp KpTdSe(s) TiS p TiS p本题中，D(S)=匕公=2 1s s所以 Td =

19、0，Kp =2，Ti =2于是，本题的位置型输出表达式为ku(k) =2e(k)八 e(j)j =0增量型输出表达式为：u(k) =u(k -1) 3e(k) -2e(k -1)3.用零阶保持器法求环节D(S)-1的差分方程。sZ-Z/(.D1 -S工e-1(1-n J1 -2S-LJLZJZ-11 1 2- _1、 Tz Tz _Tz=(1 _Z ) 门 1 2(1_z )2 1_2z +zu(k) -2u(k -1) u(k -2) =Te(k -1)-Te(k-2)u(k) =2u(k _1) _u(k _2) Te(k _1) _Te(k _2)4.已知某连续控制器的传递函数为D(S)

20、二1 T1s1 T2s试用差分变换法(后向差分)，求该装置的递推输出序列。(设输 入为e(t)，输出为u(t)解：由 D(SEt=得(1 T2S)U(s) =(1 T；s)E(s)U(s) T2sU(s)二 E(s) T1sE(s)u(t) T2du(t)dtde(t)dt当 t 二 kTu(kT) T2du(t)dt二 e(kT) de(t)dtt T即 u(k) T2U(k)二 e(k) T&k)近似为:u(k) T2U(k)；(k1)=e(k) Tie(k)；(k1)t2 t t1u(k) 2 u(k -1) Le(k) 1 e(k-1) T +T2 T +T2 T +T2工业过程中，对

21、象模型通常可用一阶惯性环节加纯滞后( G(S),滞后时间为.)来描述。试写出采用史密斯(Smith)预测器补偿纯 滞后的控制结构图并说明补偿原理。还要写出一种用计算机易于实现 的纯滞后补偿环节(G(S)的算式。答：PID1TSK(1-e ) 一Gi(S)1 T1S甘1+TQ对象G(S)uy广义对象G(S)Smith补偿器的加入与对象一起构成广义对象 G(S)，不再具有纯 滞后，避免了由纯滞后所带来的控制问题， 实际对象的输出事这个广 义对象输出的时刻的延迟，避免振荡。G,S)二1 T1S写出数字PID控制算法的位置式和增量式两种标准算法并简要 回答下列问题：1. 简述积分分离法克服位置式 PI

22、D积分饱和作用的原理。2. PID数字控制器参数整定的含义是什么？简述工程实现时， 参数整定的步骤。3. 如下图的单容过程 、振荡过程(b)和滞后过程(c)，它们的 采样周期的经验选择是如何考虑的？答：位置式：uie+段 ej 日ee)+uoT j=0 T增量式：Ui =K(e -也+骑+异-2e/eQT 11. 开始时不进行积分，直至偏差达到一定阀值后才进行积分累积，这样，一方面防止了一开始有过大的控制量， 另一方面即使进入饱和后，因积分累积小，也能较快推出，减少了超调。2. PID数字控制器参数整定是指确定 PID数字控制器的参数T,T,Td,K，以使系统输出达到满意的效果。3. (a)

23、T O.tTg (b) T 0.1Te (c) T 乞 0.25写出数字PID控制算法的位置式和增量式两种标准算法，并简要 回答下列问题：1. 简述积分分离法克服位置式 PID积分饱和作用的原理。2. PID 数字控制器参数整定的含义是什么？简述工程实现时参数整定的步骤。3. 采样周期的选择应综合考虑哪几个因素?答：位置式:T Thu =Ke +l ej +(e -ej+u。T j=0 T增量式:T Td如=K(e -e+匚e+半(e-2eJe)Ti T1. 开始时不进行积分，直至偏差达到一定阀值后才进行积分累 积，这样，一方面防止了一开始有过大的控制量， 另一方面即使进入饱和后，因积分累积小

24、，也能较快推出，减少了超调2. PID数字控制器参数整定是指确定 PID数字控制器的参数 T，T，Td，K，以使系统输出达到满意的效果。3. （ 1）采样周期与系统时间常数相比充分小（2） 满足香农定理T0 max（3） 必须大到使由计算机精度造成的“积分残差”减小到可以 接受的程度。1. 写出Smith补偿器的纯滞后补偿环节 G（S）（可直接填入图 中），并说明补偿器的作用；2. 写出G（S）易于计算机实现的一种表达式（假设e是T的整数倍）答:1 K(1e巧1 +S2.G(S)二K1 T1S3.Smith补偿器的加入与对象一起构成广义对象 G(s)，不再具有 纯滞后，避免了由纯滞后所带来的控制问题， 实际对象的输出事这个 广义对象输出的.时刻的延迟，避免振荡。