計算機控制系統(tǒng)答案

1、1. 簡述采樣定理的基本內(nèi)容。答：采樣定理：如果連續(xù)信號f(t)具有有限頻譜，其最高頻率為max,則對f(t)進行周期采樣且采樣角頻、 * *率s 2 max時，連續(xù)信號f(t)可以由采樣信號f (t)唯一確定，亦即可以從f無失真地恢復(fù)f(t)。2. 線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？答：線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模丨Zi | <1，即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點均位于Z平面的單位圓內(nèi)。3. 寫出增量型PID的差分控制算式。答：增量型PID控制算式可以寫為uiui 1 心冷ei 1” eT I¥(e 2e 1 e 2)4. 如何消除比例和微分飽和

2、現(xiàn)象？ 答：“積分補償法”。其中心思想是將那些因飽和而未能執(zhí)行的增量信息積累起來，一旦有可能再補充執(zhí)行。這樣，動態(tài)過程也得到了加速。即，一旦U超限，則多余的未執(zhí)行的控制增量將存儲在累加器中；當控制量脫離了飽和區(qū)，則累加器中的量將全部或部分地加到計算出的控制增量上，以補充由于限制而未能執(zhí)行的控制。5何為最少拍設(shè)計？答：最少拍設(shè)計，是指系統(tǒng)在典型輸入信號(如階躍信號，速度信號，加速度信號等)作用下，經(jīng)過最少拍(有限拍)，使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。6. 簡述計算機網(wǎng)絡(luò)的功能及特點。答：(1)數(shù)據(jù)信息的快速傳輸和處理，以實現(xiàn)實時管理和實時監(jiān)控。(2) 可共享計算機系統(tǒng)資源。(3) 提高了計算機的可靠性

3、。(4) 能均衡負載、互相協(xié)作。(5) 能進行分布處理。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，可根據(jù)具體要求選擇網(wǎng)內(nèi)最合適的資源來處理。(6) 計算機網(wǎng)絡(luò)的智能化，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能和綜合的多功能服務(wù)，并能更加合理地進行應(yīng)用，以提高綜合 信息服務(wù)的水平。7. 干擾的作用途徑是什么？答：無論是內(nèi)部干擾還是外部干擾，都是從以下幾個途徑作用于系統(tǒng)的。1)傳導(dǎo)耦合 2)靜電耦合 3)電磁耦合 4)公共阻抗耦合8. 簡述開關(guān)量光電耦合輸入電路中，光電耦合器的作用。 答：開關(guān)量光電耦合輸入電路，它們除了實現(xiàn)電氣隔離之外，還具有電平轉(zhuǎn)換功能。9什么是共模干擾和串模干擾？如何抑制？答：串模干擾及其抑制方法串模干擾：所謂串模干擾是指疊

4、加在被測信號上的干擾噪聲。也稱為常態(tài)干擾。(2)串模干擾的抑制方法 采用輸入低通濾波器來抑制高頻率串模干擾；采用高通濾波器來抑制低頻串模干擾；應(yīng)用帶通濾波器。 當尖峰型串模干擾成為主要干擾源時，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。 對于串模干擾主要來自電磁感應(yīng)的情況下，對被測信號應(yīng)盡可能早地進行前置放大，從而達到提高回路中的信號噪聲比的目的；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。 從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來抑制串模干擾。 采用雙絞線作信號引線的目的是減少電磁感應(yīng)。選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號線，且有良好接地，并對測量儀表進行 電磁屏蔽。共模干擾及其

5、抑制方法(1) 共模干擾：所謂共模干擾是指模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個輸入端上公有的干擾電壓。共模干擾也稱為共態(tài)干擾。(2) 共模干擾的抑制方法 變壓器隔離 利用變壓器把模擬信號電路與數(shù)字信號電路隔離開來，以使共模干擾電壓Ucm不成回路，從而抑制了共模干擾。 光電隔離光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個管殼內(nèi)組成的，它們之間的信號是靠發(fā)光二極管在信號電壓的控制下發(fā)光，傳給光敏三極管來完成的。 浮地屏蔽采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾。 采用儀表放大器提高共模抑制比儀表放大器具有共模抑制能力強、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點，是一種專門用來分離共模干擾與有用信號器件。10計算機控制系

6、統(tǒng)中主機有那些？答:常用的計算機控制系統(tǒng)主機有可編程控制器，單片機，嵌入式控制系統(tǒng)，數(shù)字信號處理器，ARM處理器11. 簡述典型的計算機控制系統(tǒng)中所包含的信號形式。答：(1)連續(xù)信號連續(xù)信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值可以是連續(xù)的，也可以是斷續(xù)的。(2) 模擬信號模擬信號是在整個時間范圍均有定義的信號，它的幅值在某一時間范圍內(nèi)是連續(xù)的。模擬信號是連續(xù)信號的一個子集，在大多數(shù)場合與很多文獻中，將二者等同起來，均指模擬信號。(3) 離散信號離散信號是僅在各個離散時間瞬時上有定義的信號。(4) 采樣信號采樣信號是離散信號的子集，在時間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離

7、散信號就是指采樣信號。(5) 數(shù)字信號數(shù)字信號是幅值整量化的離散信號，它在時間上和幅值上均是離散的。12. 簡述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的作用。答：(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對偏差是即時反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用， 使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強弱取決于比例系數(shù)Kp。比例調(diào)節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數(shù)Kp可以減小靜差，但是 Kp過大時，會使系統(tǒng)的動態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差

8、e不為零，它將通過累積作用影響控制量 u,從而減小偏差，直到 偏差為零。積分時間常數(shù) Ti大，則積分作用弱，反之強。增大 Ti將減慢消除靜差的過程，但可減 小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價是降低系統(tǒng)的快速性。(3 )微分調(diào)節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。13 連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)具有哪些特點？答：與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)具有以下特點：(1) 計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。(2) 在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計

9、算機通過程序?qū)崿F(xiàn)的(數(shù)字控制器)，修改一個控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。(3) 計算機控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律。(4) 計算機控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。(5) 一個數(shù)字控制器經(jīng)常可以采用分時控制的方式，同時控制多個回路。(6) 采用計算機控制，如分級計算機控制、集散控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)等，便于實現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè) 企業(yè)的自動化程度進一步提高。14. 為提高計算機控制系統(tǒng)的可靠性，通常采取的措施有哪些？答：為提高計算機控制系統(tǒng)的可靠性，通常采取以下幾種措施：(1)提高元器件和設(shè)備的可靠性。(2)采取抗干擾措施，提高系統(tǒng)對環(huán)境的

10、適應(yīng)能力。(3)采用可靠性設(shè)計技術(shù)。(4)采用故障診斷技術(shù)。15. 某加熱爐溫度變化范圍為 01600C,經(jīng)溫度變送器和調(diào)理電路輸出電壓為15V，再經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換（ADC0809的輸入范圍15V），使計算當采樣數(shù)值為 9BH時，所對應(yīng)的加熱爐溫度是多少?K某加熱爐溫度變化范JO-1600經(jīng)溫度變送醤和調(diào)理電誦瑜it電違為八再經(jīng) ADCOE09轉(zhuǎn)換ADCD8O9的電壓轉(zhuǎn)換范圍為試計算當采暉數(shù)值為時，所對密的 加熱爐溫度是務(wù)少？10分）絡(luò)第一種解迭恨據(jù)題產(chǎn)“加熱爐溫度為160GX：EADC0309的輸出為2thO°CBt ADCOEOP 鬧輸出為 0. S 分）因此，當采樣數(shù)值為9

11、BH也D叭根tg標度變換公式，加熱爐的溫度為1600aCx972 .5 °C （、分）評事標線 分檯仝貶如上共R樂若直殺寫出標曳變瞬公式的結(jié)果麗沒有曲?說明扣5分*第二種解法*計算當采樣數(shù)值為9BHT55D時，ADC0809輸入模擬量（即變送調(diào)理電路的輸出）為: C；=0 + （5-0）y| = 3.04） （5分）此時對應(yīng)加熱爐溫度為 Tx = 0-（1600 -0）- 04 ° =972.5°C5分）5-0評分標準:分值分配如上,共R分,若對3. Z沒有任何說明扣百分.S.某加媒爐隘反變化范閑為0-1600 C,經(jīng)溫發(fā)變送器和訓理電路輔出也斥為12 再經(jīng)ADC

12、0W?轉(zhuǎn)換（ADC0S0P的愉入范岡I T¥h使計篩當采樣數(shù)值為玉h所劉應(yīng)的加熱爐溫址是參??？ 3分解？ FFH= （2徉）n9BH= （155） io、N 一 Vi c tng-加化晉“壬冷卞16畫出典型計算機控制系統(tǒng)的基本框圖。答：典型計算機控制系統(tǒng)的基本框圖如下:17.在計算機控制系統(tǒng)中，一般有哪幾種地線？答：在計算機控制系統(tǒng)中，一般有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地。18什么是采樣或采樣過程？答：采樣或采樣過程，就是抽取連續(xù)信號在離散時間瞬時值的序列過程，有時也稱為離散化過程。 19什么是信號重構(gòu)？答：把離散信號變?yōu)檫B續(xù)信號的過程，稱為信號重構(gòu)，它是采樣的

13、逆過程。20. 寫出零階保持器傳遞函數(shù)，弓I入零階保持器對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)極點有何影響？Ts答：零階保持器的傳遞函數(shù)為H0(s)。零階保持器的引入并不影響開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的極點。21. 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計步驟？1、 求出模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)D(S)2、選擇合適的采樣周期 T3、 把D(S)離散化，求出數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)4、檢驗系統(tǒng)的閉環(huán)特性是否滿足設(shè)計要求5、把D(z)變換成差分方程的形式，并編程實現(xiàn)6、現(xiàn)場調(diào)試22. 簡述數(shù)字濾波技術(shù)，其算法有哪些 ？故實質(zhì)上它是一種程序濾波。答：所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計算或判斷程序減少干擾在有用信號中的比重。 算術(shù)平均值法、中位

14、值濾波法、限幅濾波法、慣性濾波法。23. 給出常規(guī)的直接設(shè)計法或離散化設(shè)計法的具體設(shè)計步驟。答：直接設(shè)計法或稱離散化設(shè)計法的具體設(shè)計步驟如下：(1) 根據(jù)已知的被控對象，針對控制系統(tǒng)的性能指標要求及其它約束條件，確定理想的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)。(2) 確定數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z);根據(jù)D(z)編制控制算法程序。24. 使用光電隔離器件時，如何做到器件兩側(cè)的電氣被徹底隔離？答：光電隔離器件兩側(cè)的供電電源必須完全隔離。25. 逐點比較法插補原理。逐點比較法又稱代數(shù)運算法或醉步法，其基本原理是每次僅向一個坐標軸輸出一個進給脈沖，而每走一步都要通過偏差函數(shù)計算，判斷偏差的瞬時坐標與規(guī)定加工軌

15、跡之間的偏差，然后決定下一步的進給方向。26用雙線性變換法求模擬控制器 D(s) 等效的數(shù)字控制器，設(shè)采樣周期T=0.5sos s 2D(z)D(s)2 1 z 1 s -T1 z 1121 z121 zT 1 z 1 T 1 z0.04171z121 z 1 1 0.3333z27.設(shè)被測溫度變化范圍為0°C1200°C,如果要求誤差不超過0.4°C,應(yīng)選用分辨為多少位的A/D轉(zhuǎn)換器？解：n log 1212000.41228、已知 F (s)1s(s 5)求 F(z)。解:F(z) Z F(s) Z1s(s 5)1 1 115T 15 1 z 1 e z解:0

16、.2(1-e5T)z-115T 1 (1 z )(1 e z )29.已知 Gc(s)1 0.15s0.05s寫出等效的增量型數(shù)字PID控制器的差分形式解:D(z) Gc(s)s tzT20T 3 3z1 z1U(z)E(z)U u 1 (20T 3)e 3e 1被控對象的傳遞函數(shù)為Gc s30、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為D(s)2ns22 n s試用雙線性變換法求出相應(yīng)的數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)，并給出控制器的差分形式。其中T 1s。解：令211 z1 zD(z)U(z)E(z)s2211n(z24)z2(22z 11)8)z1控制器的差分形式為u(k)4U(k1)4u(k42)4

17、(e(k)2e(k 1) e(k 2)31 .某連續(xù)控制器設(shè)計為"-IS) /E( 1，T：S) /(1訂慮，試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(Z)。収級仍變換i乙= KA.則1U；| 一比丄T/二十1口_ （了+2仆昇嗎5 上二丁十巧-乩T 57-1前向羞分注：耙二二=弋人 11叢亍77-7； 巨一丁齊十一1；1后向莖分法：把廛世人，則1 L 丁 JL14心 咒 了占+丁_£Tz32.某爐溫度變化范圍為范圍也是05V，則A/D轉(zhuǎn)換器的字長應(yīng)為多少位？若 零點遷移到400 C,此時系統(tǒng)對爐溫變化的分辨率為多少?02000C，要求分辨率為2C，溫度

18、變送器的輸出范圍為05V。若A/D轉(zhuǎn)換器的輸入A/D轉(zhuǎn)換器的字長不變，現(xiàn)通過變送器零點遷移將信號解: Xmax = 2000, Xmin = 0,入=2,由于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍與溫度變送器的輸出電壓范圍都為 以A/D轉(zhuǎn)換器的字長應(yīng)為：0-5V ,所n 二 log2 (1 + (Xmax - Xmin)/ 入)二 log21001 10若A/D轉(zhuǎn)換器字長不變，改變零點偏移，此時Xmax = 2000, Xmin = 400,n = 10，系統(tǒng)對爐溫的分辨率為:入=(2000 400) / (210 - 1) 1.564C33.采樣保持器LF398工作原理圖如下圖，試分析其工作原理。*r

19、f(-b33¥)(-13 V)若IN +的電壓高于IN-的電壓, IN+的電壓低于IN-的電壓時,P骨）電棄答:LF398的電路原理：放大器A2作為比較器來控制開關(guān)K的通斷，則K閉合，由A1、A3組成跟隨器，并向Ch端外接的保持電容充電；則K斷開，外接電容保持K斷開時刻的電壓，并經(jīng) A3組成的跟隨器輸出至Aout。34微型計算機控制系統(tǒng)（如下圖所示）的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？輸入輸出遷逍AD|_H tMrML掏 |*k|執(zhí)fi機旁卜 | : :由四部分組成：（1）主機：這是微型計算機控制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被控對象 的被控參數(shù)進行實時檢測及處理。主機的主要功能是控制整個生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進行各種控制運算（如調(diào)節(jié)規(guī)律運算、最優(yōu)化計算等）和操作，根據(jù)運算結(jié)果作出控制決策；對生產(chǎn)過程進行監(jiān)督，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)； 對事故進行預(yù)測和報警；編制生產(chǎn)技術(shù)報告，打印制表等等。（2）輸入輸出通道：這是微機和生產(chǎn)對象之間進行信息