河南工业大学计算机控制技术试卷ab-含答案讲课教案

1、河南工业大学计算机控制技术2014年试卷AB-含答案（本题15分）一、填空（每空1分）1.计算机控制系统一般由计算机、I/O接口电路、通用外部设备和工业生产对象组成。2.采样保持器有两个基本的工作状态：分别是采样状态和保持状态。3.在工业控制中，经A/D转换后得到的数据一般要经过数字滤波和标度变换两个环节进行加工处理才能得到相应准确的结果。4.常用的数字滤波算法有程序滤波、中值滤波、算术平均值滤波、加权平均值滤波、滑动平均值滤波、低通滤波和复合数字滤波等。5.典型的顺序控制系统一般由系统控制器、控制对象、执行机构、检测机构开关量输入接口电路、开关量输出接口电路、显示与报警电路七部分组成。6.计

2、算机控制系统中的键盘有独立式和行列式两种接口方法。得分评卷人（本题30分）二、简答题（每题5分）人工的理轴例m1.微分先行PID控制算法是针对什么问题提出的？改进方ADDIX刎机法是什么？答：突加的给定值（升或降）会给系统带来冲击，引起超调量过大，执行机构动作剧烈。改进：调节器采用P觑律，将微分作用移到反馈回路上，即只对被控量微分，不对输入偏差微分，也就是说对给定值无微分作用，减小了给定值的升降对系统的直接影响。2.PID控制算法中积分项的改进有哪几种方法？并简述其改进方法。答：积分分离法：偏差较大时，取消积分作用，进行快一速控制，偏差较小时，投入积分作用，取消静差。抗积分饱和法：对输出进行限

3、幅，同时切除积分作用，最大幅值为|Em|。梯形积分法：将矩形积分改为梯形积分，即。消除积分不灵敏法：1）增加A/D转换的位数，提高转换精度，减小不灵敏区；2）将小于量化误差的各次积分项累加起来，当累加值时，输出，同时将累加器清零，为下一次累加做准备。3.画出直接数字控制系统的组成框图，简述其工作原理，并指出其具有特点。答：工作原理：用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，结果与设定值比较，经控制运算后送到执行机构，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。特点：计算机直接参与控制，系统经计算机构成了闭环，而在操作指导控制系统中，通过人工或别的装置来进行控制，计算机与对象未形成闭环，给定值是

4、预先设定好后送给或存入计算机的，在控制过程中不变化。4 .采用直接设计法设计最少拍无差数字控制器的步骤是什么？答：由D（z）的物理可实现性确定（z）由系统的准确性确定（z）由系统的快速性确定（z）由系统的稳定性确定（z）再由（z）确定;f5制器D（z）5 .达林算法数字控制器的设计目标是什么？答：使整个闭环系统的期望传递函数等效为一个惯性环节和一个延迟环节串联，并使整个闭环系统的纯滞后时间与被控对象Go（s）的纯滞后时间加同。6、多微处理器控制系统中常用的总线有哪些？PC总线，ST曲线串行总线得分评卷人答：并行总线:（本题20分）三、简单应用题（每题10分）1、已知数字控制器D（z）=出u（k

5、）的迭代算式。解：？=?.?-?.?+?.?(?)?-?.?.?(?)0.5(1-0.6?-1)(1-0.35?-1(1-?-1)(1+0.72?-1)）；试采用直接实现法推导?=?-?(?+?>?+?*?>?+?*?(?)n，.a一，、/?=?-?+?-?+?-?+?(?)、，.n，、，、，、，、/2、连续PID控制器可描述为u（t）=?+J/?W?推导出增量型数字?.'?PID控制算法Au（k）的递推式，并画出程序流程图解：?=?.?=?=?如(?+?)一一一？?=-?(?+-?)?=2吟?E?=?T?-?(?-?代入得，?=?+乎?=?+?(?-?.'.?3?

6、=?)?+?-?-?力?-?=?+?>现汇?+?=?)=?+?-?-?=?-?=?+?+?得分评卷人（本题15分）四、设加工第一象限逆圆弧AB,已知起点A的坐标为（6,0）,终点B的坐标为（0,6）。要求：（1）列出逐点比较法插补计算得过程。（2）做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。解：(2)F得分评卷人(1).i步序偏差判别坐标进给方向偏差计算坐标计算终点判断起点F0=0f(6,0)E=121F0=0-xF1=-11(5,0)E=112F1<0+yF2=-10(5,1)E=103F2<0+yF3=-7r2)E=94F3<0+yF4=-2(5,3)E=85F4<

7、0+yF5=5(5,4)E=76F5>0-xF6=-4f(4,4)E=67F6<0+yF7=5(4,5)E=58F7>0：-xF8=-2(3,5)E=49F8<0+yF9=9(3,6)E=310F9>0-xF10=4(2,6)E=211F10>01-xF11=1(1,6)E=112F11>0-xF12=0(0,6)E=0(本题20分)五、在计算机控制系统中，被控制对象的传递函数为10采样周期T=0.5sc并求出误差E(z)、G0(s)s(s1)(0.1s1)试设计在单位阶跃输入时，最少拍有波纹控制系统的数字控制器D(z),控制器输出U(z)和系统输出Y

8、(z)。111=3- Z T/T 1 ,-/aT 11 e z s a 1 e z已知：11z111Z_Z_Zs2(1z1)s1z1's1例5.如设最少拍控制系统，被控对象的传递函数为【0飞+1）（向没果样周期丁二。枭，试设讦单位阶跃输入的最少拍数字调节器”1/9G.ls + 1解：广义对象的脉冲传递函数为二101r)o1100,9=(1-：)/三一十-7肯丁T）扁时，有0-z,)r90T二_二_I(11001-er0.7385二川(1±1.5/)。+0D5355工”)G=(i)(1.0.6065建XI-0.0067?”)在（北）中不含纯滞后环节，.=°；在单位圆上

9、或单位圆外的极点，切=h+/=1：n=aj*q=l。对单位阶跃输入信号，确定包含一个单位例外的零点，,二T.超15,口二%包含一个l个极点在单位圆，匕j=i：阶跃输入，g=i，比/=牛故iTk力=1-3=口。-平）。）巧口）("二)(1+工rT)=i+(/u-DzErLiT有等式成立解得故1+51）/一九“九二0.597,%=0.4030)1=0.4031(1+1.4815/)*=。-，*1+0.5972')O.4O3/F+14815尸)、_D=GUM5一0.7385/(1+14815(1+0.05355)°一)。+0.5971)'方广W-00067工&qu

10、ot;)_0.5457(1-。,g65七)(11任0067/)=(I-0.05355丁，1+0.5971)进一步求得误差为”E(z)=虫用)=。-尸)。+一片r=l+0.597.控制器输出为05435(1-O.6O65g)。-0W67e)""£Q)D=(1升6597工)(_0,05355二)。+0.597：J|).0.5435/皿6381八0.0270/_0.OOn5工t+输出响应为Vn洲力=七0.4。3(1+14185/)=0M3尸+U1工.一一，口八II垃山山浊匕石门川一计算机控制技术试卷B卷得分评卷人(本题20分)一、填空(每空1分)1.计算机控制系统按照功

11、能划分有直接数字控制系统统、计算机监督控制系统、分布式控制系统五种类型。操作指导控制系计算机集成制造系统2 .输入通道通常包括信号测量部分、信号调理电路、模拟多路开关、以及输入控制接口等。3 .LED显示器显示的方法有动态显示和静态显示两种。4 .数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械按照规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成的自动控制。5 .控制系统中的信号可分为连续信号、离散信号、采样信号、数字信号采样保持信号五种类型。得分评卷人(本题30分)二、简答题(每小题5分)1.PID控制算法中积分分离法是针对什么问题提出的？改进方法是什么?答：偏差较大时，

12、积分的滞后作用会影响系统的响应速度，引起较大的超调并加长过渡过程，尤其对时间常数较大、有时间滞后的被控对象，更加剧了震荡过程。改进：偏差较大时，取消积分作用，进行快速控制，偏差较小时，投入积分作用，消除静差。2 .PID控制算法中微分项的改进有哪几种方法？并简述其改进方法。答：不完全微分PID空制算法：在标准PID输出后串联一阶惯性环节，构成不完全微分PID控制。微分先行PID空制算法：调节器采用P觑律，将微分作用转移到反馈回路上，即只对被控量微分，不对偏差微分，也就是说，对给定值无微分作用，减小了给定值的升降对系统的直接影响。微分平滑算法：采用微分平滑原理。3 .画出计算机监督控制系统的组成

13、框图，简述其工作原理，并指出其具有的特点。答：工作原理：在SC媒统中，由计算机按照描述生产过程的数学模型计算出最佳给定值后，送给模拟调节器或DDC算机控制生产过程，使生产过程处于最优工作状态。特点：SCC模拟调节器控制系统：在技术改造时，可充分利用原有的模拟调节器，同时又实现了最佳给定值控制；SCC+DDC制系统：给定值是计算得到的，以保证系统在最优工作状态下运行。4 .采用数字控制器的直接设计方法设计一个控制系统时，(z)的确定应遵循哪些原则?答：D(z)的物理可实现性系统的准确性系统的快速性系统的稳定性5 .史密斯预估补偿数字控制器的设计步骤是什么？答：求广义对象Z传递函数按不带纯滞后的被

14、控对象的设计数字控制器D(z),并满足系统的性能要求。加入纯滞后环节6.多微处理器控制系统的结构有哪些形式？并简述其结构特点。答：分级结构形式：把一台微处理器作为主处理器，并使其担任控制其他微处理器的任务。其他微处理器称为从处理器，在主处理器的统一控制下，完成各自独立的子任务。系统中各微处理器之间没有固定的主从关系，各微处理器既可作为主处理器，也可作为从处理器。各微处理器之间关系对等，互相通信。(本题20分)三、简单应用题(每题10分)4、已知数字控制器D(z)=I：?"-0：；：；?；试采用直接实现法推导出(1-?)(1-0.368?)得分评卷人u(k)的迭代算式。一、？?-?(?

15、)解.？=-?)?-?.?.?(?)?=?-?+?(?-?(?)卜，a/?=?-?+?-?-?(?、，.、.、，、-，5、连续PID控制器可描述为u(t)=?+qJ?对其进行离散化，推导出位置型数字PID控制算法u(k)的递推式，并画出程序流程图。解：u(t)=u(kT).e(t)=e(kT)/?g?=0?-?(?-1)?=?代入得，U(k)=?+?2?=0?)?+今(?？-?1)=?+?=0?)?+一？一一?-?1)?=?=?得分评卷人(本题15分)四、设加工第一象限直线OA,起点为坐标为原点O(0,0),终点坐标为A(6,6)。要求：(1)列出逐点比较法插补计算的过程。(2)做出走步轨迹图

16、。步数偏差判别坐标进给偏差终点判断起点F0=0E=121F0=0+xF1=-6E=112F1<0+yF2=0E=1031F2=0+xF3=-6E=94F3<0+yF4=0E=851F4=0+xF5=-6E=76F5<0+vF6=0E=671F6=0+xF7=-6E=58F7<0+yF8=0E=4解：(1)9F8=0+xF9=-6E=31。1F9<0+yF10=0E=211F10=0+xF11=-6E=1127F11<0+yF12=0E=0有等式成立(1-尸丫(1+£/)=1-(1+姆)(/+汨")解得九二0592，&二IM8.%=

17、-0.852故0(：)(1+0.718r肛4082丁、0S25六)控制器。二十0.592二)0(f)_(l+(m可(14082;IO.825d)得分评卷人(本题20分)五、在计算机控制系统中，已知被控制对象的传递函数为G(w曲3.679/(1+0,7183).(1-六乂1-03679C”03830(1-0.3679”)。一0.5859，1)(l-z-,)0+0.592)G0(s)10s(s1)采样周期T=1so试设计在单位速度输入函数时，最少拍无纹波系统的数字控制器并求出误差E(z)、控制器输出U(z)和系统输出Y(z)。D(z),进一步求得误差为一，1已知：Zsz1111(1z1)2's1z1's1解：被控对象传递函数中含有一个积分环节，满足在速度输入函数时被控对象传递函数中必须含有一个积分环节的必要条件。广义对象的脉冲传递函数为、3.679/(1+0.718尸)“(1-屋)(1-03679/)上式中不含纯滞后环节d=0；有一个零点，w=1：有一个在单位圆上或单位国外的极点，串出，一个极点在单位圆上，J=l；斜坡输入,q=2,且j&