2018年--計算機控制系統(tǒng)--復習題答案

1、1. 畫出典型計算機控制系統(tǒng)的基本框圖。2. 微型計算機控制系統(tǒng)的特點是什么？微機控制系統(tǒng)與常規(guī)的自動控制系統(tǒng)相比，具有如下特點：a.控制規(guī)律靈活多樣，改動方便 b.控制精度高，抑制擾動能力強，能實現(xiàn)最優(yōu)控制c. 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和工況顯示，控制效率高d. 控制與管理一體化，進一步提高自動化程度3. 計算機控制系統(tǒng)的常用接地方法是什么？（1） 一點接地和多點接地 （2） 模擬地和數(shù)字地的連接 （3） 主機外殼接地（4） 多機系統(tǒng)的接地4. 給出常規(guī)的直接設計法或離散化設計法的具體設計步驟。答：直接設計法或稱離散化設計法的具體設計步驟如下：(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

2、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)Dz，根據(jù)Dz編制控制算法程序5. 說出實施信號隔離的主要方法信號隔離方法主要有變壓器隔離和光電隔離，變壓器隔離適用于模擬信號隔離，光電隔離則特別適合數(shù)字信號的隔離。6. 簡述兩種硬件消抖電路的工作原理(1). 采用積分電路的硬件消抖電路，首先利用積分電路將抖動的高頻部分濾出，其次利用施密特觸發(fā)器整形。(2). 采用RS觸發(fā)器的硬件消抖電路，主要是利用RS觸發(fā)器的保持功能實現(xiàn)消抖。7. 什么是干擾，干擾來源，抗干擾措施答：就是有用信號以外的噪聲或造成計算機設備不能正常工作的破壞因素。外部干擾和內(nèi)部干擾。硬件措施

3、，軟件措施，軟硬結(jié)合的措施。8. 某加熱爐溫度變化范圍為 01600，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，所對應的加熱爐溫度是多少？9. 簡述光電耦合器的工作原理及在過程通道中的作用光電耦合器由封裝在一個管殼內(nèi)的發(fā)光二極管和光敏三極管組成，如圖所示。輸入電流流過二極管時使其發(fā)光，照射到光敏三極管上使其導通，完成信號的光電耦合傳送，它在過程通道中實現(xiàn)了輸入和輸出在電氣上的完全隔離。10. 線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？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zi

4、<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)。11. 階躍響應不變法的基本思想是什么？階躍響應不變法的基本思想是：離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應序列與模擬控制器的階躍響應的采樣值一致。12. 簡要說明多路開關的主要特點答：半導體多路開關的特點是：（答5條即可） （1）采用標準的雙列直插式結(jié)構(gòu)，尺寸小，便于安排；（2）直接與TT電平相兼容；（3）內(nèi)部帶有通道選擇譯碼器，使用方便； （4）可采用正或負雙極性輸入； （5）轉(zhuǎn)換速度快，通常其通或關斷時間1ms左右,有些產(chǎn)品已達到幾十到幾百納秒（ns）； 、13. 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

5、值的序列過程，有時也稱為離散化過程。14. PID 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，微分調(diào)節(jié)起何作用？為什麼在有些系統(tǒng)中采用不完全微分算式，它與常規(guī)算式有哪些區(qū)別？答：微分的作用是加快調(diào)整速度。由于微分只存在于瞬間，因而有時會使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，而使調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。為了避免震蕩，在一些系統(tǒng)中采用不完全微分算法，它的基本思想是使微分作用漫漫減弱，以避免由于微分突然下降到0而產(chǎn)生震蕩。15. PWM 控制意味著什么？它有什么作用？微型機控制系統(tǒng)中是怎樣實現(xiàn)的？答：PWM是脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)，它用來控制馬達的轉(zhuǎn)速和方向。其方法是通過改變對電機的通電時間達到調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的目的。具體作法是，首先根據(jù)電機轉(zhuǎn)速的要求，確定占空比，即通

6、電時間與通電周期之比，再按照通、斷電時間送出控制模型，使電機按要求的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。方向是通過改變4個開關的通電狀態(tài)來實現(xiàn)的。16. 抖動、重鍵都是鍵盤設計中經(jīng)常遇到的問題，用什麼方法可以解決答：抖動是鍵盤工作中的常見現(xiàn)象，它將影響計算機對按鍵的查詢工作的準確性。常采用的防抖措施有：軟件延時程序（一般為10-20毫秒）。硬件防抖電路：雙穩(wěn)態(tài)電路及濾波電路。 17. 與 PID 控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制具有哪些優(yōu)點？與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制的優(yōu)點：（1） 模糊控制可以應用于具有非線性動力學特征的復雜系統(tǒng)。（2） 模糊控制不用建立對象精確的數(shù)學模型。（3） 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好

7、。（4） 模糊控制是以人的控制經(jīng)驗作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法。18. 說明小功率直流電機雙向控制原理，并說明如何實現(xiàn)正、反控制。小功率直流電機雙向控制原理圖，如下所示：向控制原理圖，如下所示：圖中，當SW1和SW4閉合時，馬達正轉(zhuǎn)；當SW2和SW3閉合時，馬達反轉(zhuǎn)；當SW1和SW3或SW2和SW4閉合時，馬達剎車；當SW1、SW3、SW2和SW4都斷開時，馬達滑行。19. 簡述數(shù)字濾波技術，其算法有哪些?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。故實質(zhì)上它是一種程序濾波。算術平均值法、中位值濾波法、限幅濾波法、慣性濾波法

8、。20. 數(shù)字控制器的連續(xù)化設計步驟？設計假想的連續(xù)控制器、選擇采樣周期T、將DS離散化為Dz、設計由計算機實現(xiàn)的控制算法、校驗五個步驟。21. 連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)具有哪些特點？(1). 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：(2). 計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。(3). 在計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計算機通過程序?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性。(4). 計算機控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復雜控制規(guī)律。(5). 計算機控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。(6). 一個數(shù)字控制器經(jīng)常可以采用

9、分時控制的方式，同時控制多個回路。(7). 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。22. 簡述典型的計算機控制系統(tǒng)中所包含的信號形式。(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，

10、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。23. 實時、在線方式和離線方式的含義是什么？實時性是指工業(yè)控制時計算機系統(tǒng)應該具有的能夠在限定的時間內(nèi)對外來事件作出反應的特性。在計算機控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱在線方式或聯(lián)機方式。在生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并作相應操作的方式稱離線方式或脫機方式。由計算機控制系統(tǒng)的工作原理可知，計算機控制系統(tǒng)要進行實時數(shù)據(jù)采集，實時控制決策，實時控制輸出。在生產(chǎn)過程中系統(tǒng)要對生產(chǎn)過

11、程進行跟蹤與作出實時的反應，所以計算機控制系統(tǒng)要考慮實時性。24. 微型計算機控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：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)；對事故進行預測和報警；編制生產(chǎn)技術報告，打印制表等等。（2）輸入輸出通道：這是微機和生產(chǎn)對象之間進行信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)

12、轉(zhuǎn)換成微機可以接收的數(shù)字代碼。過程輸出通道把微機輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對生產(chǎn)對象進行控制的信號。過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。（3）外部設備：這是實現(xiàn)微機和外界進行信息交換的設備，簡稱外設，包括人機聯(lián)系設備（操作臺）、輸入輸出設備（磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機、顯示終端等）和外存貯器（磁盤）。其中操作臺應具備顯示功能，即根據(jù)操作人員的要求，能立即顯示所要求的內(nèi)容；還應有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺還要保證即使操作錯誤也不會造成惡劣后果，即應有保護功能。（4）檢測與執(zhí)行機構(gòu)a.測量變送單元：在微機控制系統(tǒng)中，為了收集和測量各種參數(shù)，采用了各種檢測元件及

13、變送器，其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量轉(zhuǎn)換成電量，例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，這些信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的計算機標準電平信號（05V或420mA）后，再送入微機。b.執(zhí)行機構(gòu)：要控制生產(chǎn)過程，必須有執(zhí)行機構(gòu)，它是微機控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)微機輸出的控制信號，改變輸出的角位移或直線位移，并通過調(diào)節(jié)機構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程符合預定的要求。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，微機根據(jù)溫度的誤差計算出相應的控制量，輸出給執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）來控制進入加熱爐的煤氣（或油）量以實現(xiàn)預期的溫度值。常用的執(zhí)行機構(gòu)有電動、液動和氣動等控制形式，也有的采用馬

14、達、步進電機及可控硅元件等進行控制。25. 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是什么？大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計算機的可靠性和性能價格比，從而使計算機控制系統(tǒng)的應用也越來越廣泛。為更好地適應生產(chǎn)力的發(fā)展，擴大生產(chǎn)規(guī)模，以滿足對計算機控制系統(tǒng)提出的越來越高的要求，目前計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有以下幾個方面。A.普及應用可編程序控制器B.采用集散控制系統(tǒng)C.研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)26. 什么是過程通道？過程通道有哪些分類？過程通道是在計算機和生產(chǎn)過程之間設置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。按信息傳遞的方向來分，過程通道可分為輸入過程通道和輸出過程通道；按所傳遞和交換的信息來分，過程通道又可分為數(shù)字

15、量過程通道和模擬量過程通道。27. 在 PID 調(diào)節(jié)器中系數(shù) k p 、 ki 、 kd 各有什么作用？它們對調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？系數(shù)kp為比例系數(shù)，提高系數(shù)kp可以減少偏差，但永遠不會使偏差減少到0，而且無止境地提高系數(shù)kp最終將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。系數(shù)ki為積分常數(shù)，ki越大積分作用越弱，積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點是，只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，直到偏差為零。在被調(diào)量的偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點，輸出將停留在新的位置而不回復原位，因而能保持靜差為零。但單純的積分也有弱點，其動作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時，往往使調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)變壞，過

16、渡過程時間加長。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。系數(shù)kd為微分常數(shù)，kd越大微分作用越強。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的相應速度，減小超調(diào)，克服振蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。28. 采樣周期的選擇需要考慮那些因素？1. 給定值的變化頻率2. 被控對象的特性3. 使用的控制算式和執(zhí)行機構(gòu)的類型4. 控制的回路數(shù)29. 什么是計算延時？當采樣信號送入CPU，按控制算法要求進行數(shù)據(jù)處理時，由于計算機執(zhí)行每條指令均需要一定時間，這樣，從數(shù)據(jù)采樣到結(jié)果輸出之間就要產(chǎn)生一定的時間延遲，稱為計算延時。30. 什么是信號調(diào)理答：為了將外部開關量信號輸入到計算機，必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護、濾波、隔離等措

17、施轉(zhuǎn)換成計算機能夠接收的邏輯信號，這些功能稱為信號調(diào)理。31. 什么是有源 I/V 變換32. 什么是積分分離當被控量與設定值偏差較大時，取消積分作用；當被控量接近給定值時，引入積分控制，以消除靜差，提高精度。33. 什么是軟件陷阱軟件陷阱就是在非程序區(qū)設立攔截措施，使程序進入陷阱的技術。即通過一條引導程序，強行將跑飛的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。程序陷阱安排在以下四種地方：未使用的中斷向量區(qū)，未使用的大片ROM區(qū)34. 什么是積分飽和當系統(tǒng)存在一個方向的誤差時，由于積分的累加作用會使控制量一直增大，可能會使控制量達到執(zhí)行器的執(zhí)行閾值，如果此時誤差的方向發(fā)生改變，控制量會逐漸減小，控制量也會退出飽和區(qū)，執(zhí)行器也會在閾值內(nèi)執(zhí)行；如果此時誤差方向還是沒有改變，控制量會繼續(xù)增大但是執(zhí)行器會一直保持在閾值，此時控制量就進入了飽和區(qū)。進入飽和區(qū)越深，退出飽和區(qū)時間就會越長，在飽和區(qū)時執(zhí)行器會一直在閾值位置，如果誤差發(fā)生反向，執(zhí)行器不會立刻有反應，控制量會慢慢減小，等執(zhí)行器推出飽和區(qū)才會有反應。這樣就會使控制的動態(tài)響