计算机控制系统答案

1、有错的地方帮忙改下1. 简述采样定理的基本内容。答：采样定理：如果连续信号f具有有限频谱，其最高频率为max,则眩f进行周期采样且采样角频率，s -2 -max时，连续信号f可以由采样信号f*(t)唯一确定，亦即可以从f*(t)无失真地恢复f(t)。2. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模IZi | <1,即闭环脉冲传递函数的极点均位于Z 平面的单位圆内。3. 写出增量型PID 的差分控制算式。答：增量型PID 控制算式可以写为T ( e 2e-e eTD-)TI4. 如何消除比例和微分饱和现象？答：“积分补偿法”。其

2、中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。 这样，动态过程也得到了加速。即，一旦.：u 超限，则多余的未执行的控制增量将存储在累加器中；当控制量脱离了饱和区，则累加器中的量将全部或部分地加到计算出的控制增量上，以补充由于限制而未能执行的控制。5. 何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号( 如阶跃信号，速度信号，加速度信号等) 作用下，经过最少拍( 有限拍) ，使系统输出的稳态误差为零。6. 简述计算机网络的功能及特点。 答：( 1)数据信息的快速传输和处理，以实现实时管理和实时监控。(2) 可共享计算机系统资源。(3) 提高了计算机的可靠性。(4

3、) 能均衡负载、互相协作。(5) 能进行分布处理。在计算机网络中，可根据具体要求选择网内最合适的资源来处理。(6) 计算机网络的智能化，提高了网络的性能和综合的多功能服务，并能更加合理地进行应用，以提高综合信息服务的水平。7. 干扰的作用途径是什么？答：无论是内部干扰还是外部干扰，都是从以下几个途径作用于系统的。1)传导耦合2)静电耦合3)电磁耦合4)公共阻抗耦合8. 简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。9. 什么是共模干扰和串模干扰？如何抑制？答：串模干扰及其抑制方法串模干扰：所谓串模干扰是指叠加在被测信号

4、上的干扰噪声。也称为常态干扰。(2)串模干扰的抑制方法 采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；应用带通滤波器。 当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D 转换器可以削弱串模干扰的影响。 对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。 从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。 采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。共模干扰及其抑制方法(1

5、)共模干扰：所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。(2)共模干扰的抑制方法 变压器隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，以使共模干扰电压Ucm 不成回路，从而抑制了共模干扰。 光叮高 光I' IK合？祕11发光？?极管和光垃液管封装在？个管虫内纠成比.它？门之何日勺信:止靠鬼)t .械管打-nji 'JI ;的扭 制下发光，传给光敏三极管来完成的。 浮地川般采州沁输 心层F趣A辞来抑划ffe棋十抚二采州仪衣？欣人？戕畛制出R?&放人搭、育共棋抑刊链h弥、输人阳抗in'、黠移低、坍益可料等优点.是?种专i 1

6、,11来分离共模干扰与有用信号器件。10. 计 算机控制系统中主机有那些？答 :常用的计算机控制系统主机有可编程控制器，单片机，嵌入式控制系统，数字信号处理器，ARM 处理器11. 简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。答： ( 1)连续信号连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的， 也可以是断续的。(2) 模拟信号模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。(3) 离散信号 离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。(4) 采样信号 采样信号是离散

7、信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。(5) 数字信号 数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。12. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。答： (1) 比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kpo比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数Kp可以减小静差，但是 Kp过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。(2) 积分调节器：为了消除在比例调节中

8、的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e 不为零，它将通过累积作用影响控制量u, 从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数 Ti大，则积分作用弱，反之强。增大Ti将减慢消除静差的过程，但可减 小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。(3 ) 微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。13. ？连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？答：与连续控制系统相比，计算机控制系统具有以下特点：(1)

9、计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。(2) 在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的( 数字控制器)，修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。(3) 计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。(4) 计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。(5) 一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。（6）采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。14 .为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取的措施有哪些？答：为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取以下几

10、种措施：（1）提高元器件和设备的可靠性。（2）采取抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力。（3）采用可靠性设计技术。（4）采用故障诊断技术。15 .某加热炉温度变化范围为0? 1600 C,经温度变送器和调理电路输出电压为1? 5V,再经ADC0809转换（ADC0809的输入范围1? 5V）,使计算当采样数值为 9BH时，所对应的加热炉温度是多少？K莫加热炉温度变化范围*0-1600 C ?经温度变送器和调理电路输出电压 郑-X再经ADC0809转换ADC0809的电压转换范围为0-5V ）,试计算当采样数值为9BH 0?斫对应的 加热炉温度是多少？ （10分）解第一种解袪：根摇题意，加热炉温

11、度为1600°C时，ADC0809的输出为255?0&C时，ADC0809的输出为（h （5分）因此，当采样数值为9BH=155D时，根据标度变换公式，加 热炉的温度为1600 "Cx 155 =972 .5cC 心分）洋分标准:分遑分匡知止,共过分,若直叠写已标雯变金公式的淀果总没崔任迈说蜒和5分=第二八解法：计算当采样数值为9BH-155D时，ADC0809输入模拟M （即变送调理电路的输出）为士 r = 0 + （5-0）155。=3,04 （V）（汾）J255-0此时对应加热炉温度为：=0 + （1600 - 0） 304- 0 = 972少C （$分）5-

12、0评分标灌，分值分配如上，夬“金 若对324没电任何说遢扣5分匚8.莫加热炉温度变化范同为 0 -L600c.经温皮变送器和调理电路输出电压为1?5V,再经ADC0809转换（ADC0809的输入范用使计算半采样数值为 9EH甘.所对应的加热炉温度是多少？（6分）解：FFH= （255） io9BH- （155） ioV -V11516 .画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下微型计算机控制器D/A转换器执行延被控对象被控黏数反 tt 值A/D转换器17 .在计算机控制系统中，一般有哪几种地线?答：在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、

13、系统地、交流地18 .什么是采样或采样过程？答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。佃.什么是信号重构？答：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。20 .写出零阶保持器传递函数，弓I入零阶保持器对系统开环传递函数极点有何影响？_es4答：零阶保持器的传递函数为H (sf。零阶保持器的引入并不鼠向开环系统脉冲传递函数的极点s21 .数字控制器的连续化设计步骤？1、求出模拟调节器的传递函数D(S)2、选择合适的采样周期T3、把D(S)离散化，求出数字控制器的脉冲传递函数D(z)4、检验系统的闭环特性是否满足设计要求5、把D(z)

14、变换成差分方程的形式，并编程实现6、现场调试22 .简述数字滤波技术，其算法有哪些？故实质上它是一种程序滤波答：所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重 算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。23 .给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下：(1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数 (z)。(2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z);根据D(z)编制控制算法程序。24 .使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？答：光电隔离器件两

15、侧的供电电源必须完全隔离。25 .逐点比较法插补原理。其基本原理是每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲,而每走一步都要通逐点比较法又称代数运算法或醉步法, 过偏差函数计算，判断偏差的瞬时坐标与规定加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向126 .用双线性变换法求模拟控制器D(s) ±等效的数字控制器，设采样周期T=0.5sos(s + 2 )解：0.0417(1 + Z, fD(z)二 D(s) 2 1 -z 4(1 - z ,1-0.3333Z)T 1 +z J 127 .设被测温度变化范围为0C1200C,如果要求误差不超过0.4 C,应选用分辨为多少位的 A/D转换器？解：n

16、 log 1+1200'0.4 J28、已知 F(s) 1求 F(z)。s(s 5)122,解:F(z) =Z F(s) I - Z1 1 1As(s + 5)5"-z, 1-e-5/ J0.2(1-e 知)z-1i(1-z )(1-e z )29?已知Gc*念，写出等效的增量型数字PID控制器的差分形式D(z) = Q(s)s 人解：T20T 3-干1-z-1Uz)E(z)U = u(2CT + 3)e - 3e1被控对象的传递函数为 Gc s = ps30、已知某连续控制器的传递函数为D(s)- S22Q 3n2'nA "'n试用双线性变换法求出

17、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。解:令"2记专匕二21 -zU (z)皎2控制器的差分形式为"亿人 2z1)-C 4 n4)z-2 (2 2 - 8)z+ 时 +如/ +4nu(k)2 叮2 - 84nu(k-1)智 +4V+4(4)2 - 4 E +u(kSAA(e(k)卸一 1)*2) n4n n叫+乍+431 .某连续控制器设计为试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z)双线形变换浓：把D(w)=2 £1v = 一?代入.贝UI ； + 1. 2 z-11 + A 2 ：-i = -4-

18、4 f 111 + / . (7+2/ ；八 + 1-21 ；0 + 27; )"27 ;前向差分法：把C =八一R入* L!J= _U7 ; v 1 + 7 于上r 1777 1 T 二一 1 = 7；二 + 7 _7；-7二一 1石向生分；.匚：把再=代入，则1 +厂/-7； c + 7 - /；7T=1-+T-L1+A32.某炉温度变化范围为0? 2000 C,要求分辨率为2 C,温度变送器的输出范围为0? 5V。若A/D转换器的输入范围也是0? 5V,则A/D转换器的字长应为多少位？若 A/D转换器的字长不变，现通过变送器零点迁移将信号零点迁移到400 C,此时系统对炉温变化

19、的分辨率为多少？解：Xmax = 2000, Xmin = 0,入=2,由于A/D转换器的输入电压范围与温度变送器的输出电压范围都为以A/D转换器 0-5V ,所的字长应为：n 二 log2 (1 + (Xmax - Xmin)/ 入)二 log21001 10若A/D转换器字长不变，改变零点偏移，此时Xmax = 2000, Xmin = 400, n = 10,系统对炉温的分辨率为入=(2000 400) / (210 - 1) 1.564 C33.采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理答：LF398的电路原理：放大器 去作为比较器来控制开关 K的通断，若IN +的电压高于

20、IN-的电压，则K 闭合，由A1、A3组成跟随器，并向Ch端外接的保持电容充电；IN +的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经 A3组成的跟随器输出至Aout34微型计算机控制系统（如下图所示）的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？外熊设磊！卞机人机联乖设站1 _) A反lfl开关由四部分组成:（1）主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算（如调节 规律运算、最优化计算等）和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。（2）输入