計算機六道題

1、自動化2012級計算機控制系統(tǒng)講課內(nèi)容口頭考核題目及方式出題人：聶詩良2015年9月8日、考核題目第1題：（1）請舉例說明單閉環(huán)計算機控制系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)?？刂茖ο螅核刂频难b置或設(shè)備。執(zhí)行器：接收控制信息并對受控對象施加控制作用的裝置傳感器： 檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出， 以滿足信息的傳輸、 處理、存儲、顯 示、記錄和控制等要求數(shù)字調(diào)節(jié)器及輸入，輸出通道：數(shù)字調(diào)節(jié)器控制規(guī)律通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)（2）舉例說明計算機控制系統(tǒng)有哪幾種信號輸入輸出通道。 輸入通道： 多路開關(guān)，采樣保持器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等； 輸出通道： 數(shù)模轉(zhuǎn)換

2、器及保持器等。第2題：（1）請回答傳感器選型應(yīng)該考慮哪些主要因素精度，量程；穩(wěn)定可靠，重復(fù)性；線性度，線路復(fù)雜程度，靈敏度；電源種類盡量少，電源電壓規(guī)范化；介質(zhì)特性：液，氣，固，粉，顆粒？；介質(zhì)溫度，濕度，壓力；是否有腐蝕性，輻射強度？安裝特性：螺紋，法蘭（管子與管子之間相互連接）使用場合，遠近：遠壓近流電氣特性：額定電流，電壓，功率 . 壽命價格（2）回答執(zhí)行器選型應(yīng)該考慮哪些主要因素。類型（動力：電動，氣動，液動；控制方式：開關(guān)信號，模擬信號，pwm）;構(gòu)造，體積，推力，動作滯后大小，檢修維護方便否，使用場合（液動要注意火花； 防火防爆性能），價格，受頻率，溫度，壓力，PH等的影響大不大。

3、第3題：（1）請解釋標度變換是什么意思？標度變換就是將數(shù)值按一定規(guī)律放大或縮小。（2 ）標度變換用來解決什么問題？檢測的物理量經(jīng)傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換后得到一個數(shù)字量，該數(shù)字量僅表示一個代表檢 測物理量大小的數(shù)值，并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值 ，故需將其轉(zhuǎn)換成帶有量 綱的值之后才能進行運算輸出。（3）舉例說明如何建立線性化的標度變換計算公式？某熱處理爐溫度儀表的量程為200-800度（溫度用T表示），該儀表的量程線性，而計算機采樣濾波得到數(shù)字量的范圍為00H FFH （數(shù)字量用N表示），即200度時數(shù)字量為00H , 800度時數(shù)字量為FFH.則計算當數(shù)字量為某一特定值時的溫度的公式為：80

4、0 200（）FFH 00H（）（4）算術(shù)平均數(shù)字濾波是什么意思？請舉例說明。取N次采樣值進行算數(shù)平均，適用于對有隨機干擾的信號進行濾波，取一平均值， 信號在某一數(shù)值上下波動，以減小誤差。第4題:（1）舉例說明什么叫隨動控制系統(tǒng)？隨動控制系統(tǒng)又名伺服控制系統(tǒng)。其參考輸入是變化規(guī)律未知的任意時間函數(shù)。隨動控制系統(tǒng)的任務(wù)是使被控量按同樣規(guī)律變化并與輸入信號的誤差保持在規(guī)定范圍內(nèi)（在各種情況下保證輸出以一定精度跟隨著參考輸入的變化而變化）。比如軍事上的導(dǎo)彈發(fā)射架控制系統(tǒng)，雷達天線控制系統(tǒng)等。其特點是輸入為未知。（2 ）有限拍數(shù)字調(diào)節(jié)器是用來干什么的？使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間最短或者系統(tǒng)在有限個采樣周期內(nèi)結(jié)束

5、過渡過程，即時間最優(yōu)控制，系統(tǒng)的性能指標是調(diào)節(jié)時間最短。（3 ）有限拍無紋波調(diào)節(jié)器的設(shè)計步驟是怎樣的？有限拍調(diào)節(jié)器的函數(shù):D（z）Gc(z)Ge( z)HG(z)對傳遞函數(shù)進行Z變換。觀察HG（z）中是否存在 z r環(huán)節(jié)和是否存在單位圓上和單位圓外的零點來確定GC（Z）觀察是否存在單位圓上和單位圓外的極點來確定GC（Z）加入單位階躍輸入，觀察輸入響應(yīng)。（4）解釋說明把有限拍無紋波調(diào)節(jié)器D（ Z）轉(zhuǎn)換為程序?qū)崿F(xiàn)的步驟。P123第5題:（1）什么叫數(shù)字PID調(diào)節(jié)器？控制規(guī)律為比例-積分-微分控制的調(diào)節(jié)器。（2）數(shù)字PID調(diào)節(jié)器是如何推導(dǎo)出來的？調(diào)節(jié)器的輸出與輸入之間是比例-積分-微分的關(guān)系，所以推

6、導(dǎo)需要根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。傳遞函數(shù)：D（s）UK 1E(s)' sKdS推導(dǎo)過程：書上P150（3）為什么PID調(diào)節(jié)器應(yīng)用很廣泛？結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便；開環(huán)控制系統(tǒng)，不依賴將被控量反送 回來以形成任何閉環(huán)回路（4）分別解釋比例作用、積分作用和微分作用對控制系統(tǒng)性能有何影響； 比例控制：比例作用 Kp加大將會減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。 微分控制：微分作用用來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（根據(jù)系統(tǒng)的靜態(tài)速度誤差系數(shù)來確定）積分控制：和偏差的變化速度（變化率）有關(guān)，微分系統(tǒng)能夠預(yù)測偏差，產(chǎn)生超前 的校正作用，因此，微分控

7、制可以較好地改善動態(tài)性能。（5）什么叫積分分離 PID算法？什么叫不完全微分 PID算法 積分分離 PID 算法：某些系統(tǒng)加入積分后，會產(chǎn)生較大的超調(diào)。 設(shè)置積分分離閥門，在偏差值比較小時，采用 PID 控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定精度。 在偏差值比較大時，采用 PD 控制，大幅度減小系統(tǒng)超調(diào)。不完全微分 PID 算法： 微分環(huán)節(jié)會產(chǎn)生高頻干擾， 不完全微分 PID 算法串入低通濾 波器來抑制高頻干擾。 使微分作用不止是在第一個環(huán)節(jié)起作用，而是按照偏差變 化的趨勢在整個調(diào)節(jié)過程中起作用， 且抑制微分在第一個采樣周期里起的作用， 具 有良好的控制特性。（ 6）確定 PID 的三個參數(shù)的方法有哪些？ 整定

8、的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的 數(shù)學模型， 經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。 這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直 接用， 還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法， 它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣 泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種 方法各有其特點， 其共同點都是通過試驗， 然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進 行整定。 但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID

9、 控制器參數(shù)的整定步驟如下： （1）首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（ 2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時的比例放大系數(shù)和臨界 振蕩周期；（ 3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID 控制器的參數(shù)。第 6 題：（ 1）舉例解釋什么是前饋控制？對存在擾動的系統(tǒng)直接按擾動進行控制（測取進入過程的干擾，并按其信號產(chǎn)生合適的控制作用去改變操控變量，）。比如單容水箱，在測得其液位后，通過反饋測量后通過前饋控制直接對進水閥門起作用（2）如何用程序?qū)崿F(xiàn)前饋控制器Df （ S）,即解釋說明關(guān)于前饋控制器輸出Q （ KT ）表達式的推導(dǎo)步驟。書上 P253（ 3）舉例解釋大純滯后 Smith 預(yù)估器的控制思想。Smith 控制的工作原理是將被控對象在基本擾動作用下的動態(tài)特性，簡化為一 個純遲延與一個一階慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)的數(shù)學模型， 預(yù)估器根據(jù)這個輸入的數(shù)學 模型， 預(yù)先估計出所采用的控制作用對被控量的可能的影響， 而不必等到被控 量有所反映之后再去采取控制動作，這有利于改善控制系統(tǒng)的動態(tài)性能.、考核方式1.首先向同學們公布上述題目，由同學們作充分復(fù)習準備；2.考核時由每個同學隨機抽取上述6 個大題之一，然后一一