计算机控制系统-考试知识点总结

1、文档编码 : CU7D3A8N1I1 HO4H1K9L8F5 ZT10S8A7V4K2第一章 绪论 1、运算机把握系统是在自动把握技术和运算机技术的基础上产生的；2、画出典型 运算机把握系统 的基本框图 ,并分别说明各单元的作用； A/D 转换器 ：将电信号转换成数字信号反馈给运算机；把握器 ：将反馈信号与给定值信号进行比较,确定的把握算法输出数字把握信号得到的偏差信号依据 D/A 转换器 ：将数字把握信号转换为模拟把握信号驱动执行器 执行器 ：接受模拟把握信号,转变被控对象的把握参数值 被控对象 ：工艺参数需要把握的生产过程、设备或机器等；2、简述运算机把握系统的一般 把握过程 ；1 数据采

2、集及处理 ,即对被控对象的被控参数进行实时检测,并输 给运算机进行处理；2 实时把握 ,即按已设计的把握规律运算出把握量,实时向执行器 发出把握信号；3、运算机把握系统的 组成4、与连续把握系统相比,运算机把握系统具有哪些 特点？1 运算机把握系统是模拟和数字的混合系统；2 在运算机把握系统中,把握规律是由运算机通过程序实现的（数 字把握器）,修改一个把握规律,只需修改程序,因此具有很大的灵活性和适应性；3 运算机把握系统能够实现模拟电路不能实现的复杂把握规律；4 运算机把握系统并不是连续把握的,而是离散把握的；5 一个数字把握器经常可以接受分时把握的方式,同时把握多个回 路；6 接受运算机把

3、握,如分级运算机把握、集散把握系统、运算机网 络等,便于实现把握与治理一体化, 使工业企业的自动化程度进一步 提高；5、运算机把握系统的 类型（1）操作指导把握系统 ：运算机的输出不直接把握被控对象,只是 采集信息,操作人员依据结果操作执行机构,是一种开环把握结构；（2）直接数字把握系统 ：运算机通过检测元件对一个或多个系统参 数进行巡回检测, 并经过输入通道送入运算机； 运算机依据规定的控制规律进行运算, 然后发出把握信号直接去把握执行机构,使系统的 被控参数达到预定值；（3）监督运算机把握系统 ：由运算机依据描述生产过程的数学模型,运算出正确把握输出送给模拟调剂器或者DDC 运算机,最终由

4、模拟调剂器或者 DDC 运算机把握生产过程,从而使生产过程始终处于最佳工作状态；（4）分级运算机把握系统 ：装置把握级、工厂集中把握级、车间监督级、企业治理级其次章 运算机把握系统设计的硬件基础1、开关量信号输入通道 的主要作用是什么？在运算机把握系统中, 为了猎取系统的运行状态或设定信息,经常需要进行开关量信号的输入；2、模拟量信号输入通道 的主要作用是什么？把从把握对象检测到的模拟信号,转换成二进制数字信号,经 口送入运算机；I/O 接3、开关量信号输出通道 的主要作用是什么？答：在运算机把握系统中,经常需要把握执行机构的开 / 关或启 / 停,某些把握算法也需要把握执行机构在确定时间T

5、内全负荷工作一段时间 t0tT,这些把握可通过运算机开关量输出通道来实现；4、模拟量信号输出通道 的主要作用是什么？把运算机输出的数字量转换成模拟量；5、说明光电耦合器 的作用、用法及留意事项；光电耦合器的 作用：从工业现场 猎取的信号 电平往往高于运算机 系统的规律电平 ,可能从现场引入高压信号损害运算机系统的安全 ；因此用光电耦合器进行电气隔离； （电气隔离和电平转换）光电耦合器的 用法：当输入侧 即 发光二极管 流过确定的电流 IF 时,发光二极管 开头发光,它触发光 敏三极管 使其 导通；当撤去该电 流时,发光二极管熄灭、三极管 截止；这样,就实现了以光路来 传递信号,保证了两侧电路没

6、有电气联系,从而达到了隔离的目的；光电耦合器的 留意事项 ： 输入侧导通电流 ：要使光电隔离器件导通,必需在其输入侧供应 足够大的导通电流, 以使发光二极管发光； 不同的光电隔离器件的导 通电流也不同,典型的导通电流 IF=10mA； 频率特性 ：受发光二极管和光敏元件响应时间的影响,光电隔离 器件只能通过确定频率以下的脉冲信号；因此,在传送高频信号时,应当考虑光电隔离器件的频率特性,选择通过频率较高的光电隔离器； 输出端工作电流 ：光电隔离器输出端的灌电流不能超过额定值,否就就会使元件发生损坏；一般输出端额定电流在 mA 量级,不能直 接驱动大功率外部设备, 因此通常从光电隔离器至外设之间仍

7、需设置 驱动电路； 输出端暗电流 ：这是指光电隔离器处于截止状态时,流经输出端 元件的电流,此值越小越好；在设计接口电路时,应考虑由于输出端 暗电流而可能引起的误触发,并予以处理； 隔离电压 ：它是光电隔离器的一个重要参数,表示了其电压隔离 的才能； 电源隔离 ：光电隔离器件两侧的供电电源必需完全隔离；光电隔 离器件两侧的供电电源也必需完全隔离；6、开关量输出 的输出信号处理；（1）隔离处理（ 2）电平转换和功率放大（小功率低压开关量输出、继电器输出、晶闸管输出、 功率场效应管输出、集成功率电子开关输 出 ）7、多路 A/D 转换器电路 有几种常见 方案 ,各有什么优、缺点？（1）接受集成多路

8、 A/D 转换器 ,或选择内含集成多路 A/D 转换器的 微处理器；优点 :设计简洁、牢靠性高 缺点： 有时各模拟量输入相互 串扰；（2）每个模拟量输入配置一个A/D 转换器 ；缺点：当系统中模拟量输入较多时,硬件费用会快速增加、牢靠性降低,一般不接受这种方 案,仅在考虑转换速度、各模拟量相互串扰等情形下使用；（3）实行多路模拟量输入复用一个A/D 转换器的方案 ；8、在 A/D 转换器前使用 采样-保持器 有什么作用？这里采样保持器中 的“ 采样” 和 2.6 节中的“ 采样” 有何区分？答：在进行模数转换时, 假如模拟信号的频率较高, 就会由于 A/D 转 换器的孔径时间 即转换时间 而造

9、成较大的转换误差,克服的方法是 在 A/D 转换器之前设置采样保持电路；采样保持器平常处于“ 采样”状态,跟踪输入信号变化； 进行 A/D 转换之前使其处于 “ 保持” 状态,就在 A/D 转换期间始终保持转换开头时刻的模拟输入电压值；转换结束后,又使其变为“ 采样” 状态；号在离散时间瞬时值的序列过程；2.6 节中的“ 采样” 指抽取连续信9、模拟量输入 隔离、放大、滤波；隔离：光电隔离、共模电压的隔离（光电隔离、电容隔离技术、隔离放大器） 放大 ：测量放大器、程控增益放大器滤波：硬件、软件10、多路 D/A 转换器电路 有几种常用 方案 ,各有何优、缺点？（1）为每一个通道设置一个独立的D

10、/A 转换器 ；优点：转换速度快、精度高、工作牢靠, 即使某一通道显现故障也不会影响其他通道的工作,相应软件的编制也比较简洁；缺点：假如模拟量信号输出通道较多,就会使系统造价增加许多,特别是接受高精度的 D/A 转换器时；（2）多通道复用一个D/A 转换器,并辅以多路模拟开关和采样保持放大器来实现； 这个方案是由运算机通过多路模拟开关分时地把一个 D/A 转换器的输出送至各个采样保持放大器,并由保持电容对模拟量 信号进行保持； 优点：成本较低； 缺点：电路结构复杂、精度低、可 靠性差,受运算放大器的输入阻抗、 模拟开关和保持电容的漏电阻等因素的影响, 导致保持电容上的电压信号逐步衰减,需要运算

11、机定时刷新输出,也因此占用了 对速度要求不高的场合；11、常用的 集成稳压器CPU的大量时间；适用于输出通道不多且三端输出电压固定式正输出 / 负输出、可调式集成稳压器12、简述典型的运算机把握系统中所包含的信号形式 ；1 连续信号 ：连续信号是在整个时间范畴均有定义的信号,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畴均有定义的信号,它的幅在值在某一时间范畴内是连续的；模拟信号是连续信号的一个子集,大多数场合与许多文献中,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 ：采样信号是离散信号的子集,在

12、时间上是离散的、而 幅值上是连续的；在许多场合中,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；13、什么是 采样或采样过程 ？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；14、什么是 采样开关 ？常见的 采样方式 有几种？完成采样操作的装置称为采样开关；1 周期采样 ：指相邻两次采样的时间间隔相等,也称为一般采样；2 同步采样 ：假如一个系统中有多个采样开关,它们的采样周期相 同且同时进行采样,就称为同步采样；3 非同步采样 ：假如一个系统中有多个采样开关,它们的采样周期 相同但不同时开闭

13、,就称为非同步采样；4 多速采样 ：假如一个系统中有多个采样开关,每个采样开关都是 周期采样的,但它们的采样周期不相同,就称多速采样；5 随机采样 ：如相邻两次采样的时间间隔不相等, 就称为随机采样；15、 函数的数学定义是什么？区分 t和 t-kT的含义,并画出它们的几何图形； t t 0 d t 1函数有以下性质：；即在任意 t0 时刻, 函数的积分或 函数的强度为 1；依据 函数的这个性质,对任意连续f t t kT d t f kT 函数 ft和任意整数 k 有其中, T 为采样周期；从上式可以看出, t-kT 可以把 ft在 kT时刻的值提取出来,也就是说, 函数具有采样功能；16、

14、写出理想采样开关的数学表达式,并给出其图形表达方式；函数表示为： t kT 1；k 为任意整数； 那么理想采样开关可以T t t kT 描述为理想单位脉冲函数序列：k17、简述采样定理 的基本内容及 采样周期选取 的一般原就采样定理 : 假如连续信号ft具有有限频谱,其最高频率为max ,就对 可以由采样ft进行周期采样且采样角频率s2max时,连续信号ft信号f* t唯独确定,亦即可以从f* t无失真地复原ft；从理论上讲,采样频率越高就越能照实反映被采样的连续信号的特点信息；但是,从运算机把握系统角度来讲,选取过高的采样频率会使系统对硬件的要求过高, 造成成本攀升, 并且仍会使干扰对系统的

15、影响明显上升； 因此,应当综合考虑运算机把握系统中采样周期的选择问题；（按系统闭环频带选取、系统的开环传递函数选取、系统开环阶跃响应的上升时间选取、生产过程把握的体会选取）18、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；19、试推导 零阶采样 -保持器 的传递函数,说明它和理想低通滤波器 之间的特性差异； 引入零阶保持器 对系统开环传递函数的极点有何影 响？Ts 1 e H 0 s 答：s 零阶保持器在奈奎斯特频率以外的增益不为零,在相位上相当于引入 T/2 的时间推迟, 因此其性能劣于理想低通滤波 器,信号复原成效也稍差；不影响 ；20、数字滤波

16、的概念及方法；答：是把 A/D 转换得到的数据通过软件依据确定的算法进行平滑加工 等处理,再送给把握程序运算,以增强其有效信号、排除或减小各种 干扰和噪声,从而提高把握精度和系统的牢靠性与稳固性；限幅滤波方法、中值滤波方法、算术平均滤波方法、一阶滞后滤波方 法、复合滤波方法；21、已知连续系统的开环传递函数为；0.196 秒；得Gss4Ks51600s248s试求接受运算机 闭环把握时采样周期的选择范畴答：将系统的开环传递函数写成Gss01Kss523221/32.250.04从而： T10.2510.0412min0.04 秒；22、差分方程式离散系统的一个完整描述,它完全反映了一个实际物

17、理系统的特点；系统的稳固性只取决于系统的 通解,即系统的 特点根 ；系统的动态特性取决于 特点根的分布 ；23、开关量输入信号基本类型：数字脉冲信号；1 位的状态信号、成组的开关信号、24、共模电压是指多根信号线对参考电压的相等的部分；部分就为差模电压；如是相差的25、W7800 系列是三端式正输出集成稳压器；输入端 1、输出端 2、公共端 3；输入端和公共端之间电容 C1为滤波电容, 0.33uF,改善纹波和抑制高频干扰；输出端和公共端之间电容 C2,0.1uF,改善负载的瞬态响应； W7900 系列三端固定式输出集成稳压器；W7800 的 3为公共端, W79001 位公共端；第四章 运算

18、机把握系统特性分析1、稳固 ：在有界输入作用下,系统的输出也是有界的；2、线性离散把握系统 稳固的充要条件 是什么？答： 闭环系统特点方程的全部根的模的极点均位于 z 平面的单位圆内；zi1,即闭环脉冲传递函数3、霍尔维茨判据 ：由系统特点方程各系数组成的主行列式及其次序 主子式全部为正；4、线性离散系统的动态特性 程特性；：系统在单位阶跃信号输入下的过渡过5、线性定常离散系统的 稳态误差 是否只与 系统本身的结构和参数 有 关？答：线性定常离散系统的稳态误差,不但与系统本身的结构和参数有关,而且与输入序列的形式及幅值有关；除此之外,离散系统的稳态 误差与采样周期的选取也有关；6、线性离散系统

19、 的脉冲传递函数 的定义 是什么？答：零初始条件下, 系统或环节的输出采样函数 数 z 变换之比；第五章 运算机把握系统的间接设计方法z 变换和输入采样函1、数字把握器的间接设计法：先依据给定的性能指标及各项参数,应用连续系统理论的设计方法设计模拟把握器,模拟把握器离散化为数字把握器；2、脉冲响应不变法基本思想 :离散近似后的数字把握器的脉冲响应再依据离散化方法将gDkT是模拟把握器的脉冲响应采样值 gkT的 T 倍；特点:模拟把握器稳固,就离散近似后的数字把握器也可保证稳固；由于 z 变换的多值映射特性,简洁显现频率“ 混叠” 现象；应用范畴 ：模拟把握器应具有部分分式结构或能较简洁地分解为

20、并联 结构；模拟把握器具有陡衰减特性, 且适宜应用在有限带宽信号的场 合；3、阶跃响应不变法基本思想 ：离散近似后的数字把握器的阶跃响应序列与模拟把握器的 阶跃响应的采样值一样；特点：模拟把握器稳固, 离散近似后的数字把握器亦稳固；由于零阶 保持器的低通滤波特性, 可削减“ 混叠” 现象,可保持稳态增益不变；模拟把握器应具有并联结构形式或简洁分解成部分分式形式；由于数字把握器内含有零阶保持器,持阶跃响应不变的系统；4、零极点匹配映射法该方法只能用于低通网络, 且要求保基本思想：依据 s 域与 z 域的转换关系 z=eTs,可将 s 平面的零极点直 接一一对应地映射到 z 平面上,使数字把握器的

21、零极点与模拟把握器 的零极点完全相匹配；5、z 变换设计法结论（1）采样周期 T 必需取得足够小,才能使Dz接近 Gcs的性能；（2）双线性变换法是最好的离散化方法,它在低采样频率下仍然保 持良好的性能；（3）假如以增益作为唯独的准就,零极点匹配法性能最好；（4）对连续传递函数Gcs=Gc1sGc2s,Gcns可分别对 Gc1s , Gc2s , , , Gcns等效离散得到 D1z, D2z, , Dnz,就 D1z , D2z , , , Dnz的乘积即为离散近似后的数字把握器 Dz；6、简述比例调剂、积分调剂和微分调剂 的作用；1比例调剂器 ：比例调剂器对偏差是 即时反应 的,偏差一旦显

22、现,调剂器马上产生把握作用, 使输出量朝着 减小偏差的方向变化 ,把握作用的强弱取决于比例系数 系统响应为有限值的把握对象KP；比例调剂器虽然简洁快速,但对于 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固；2积分调剂器 ：为了排除在比例调剂中的 残余静差 ,可在比例调剂 的基础上加入积分调剂； 积分调剂具有累积成分, 只要偏差 e 不为零,它将通过累积作用影响把握量u,从而减小偏差,直到偏差为零；积分时间常数 TI 大,就积分作用弱,反之强；增大 TI 将减慢排除静差的过程,但可减小超调 ,提高稳固性 ；引入

23、积分调剂的代价是 降低系统的快速性 ；3微分调剂器 ：为加快把握过程 ,有必要在偏差显现或变化的瞬时,按偏差变化的趋向进行把握, 使偏差毁灭在萌芽状态, 这就是微分调节的原理； 微分作用的加入将有助于 于稳固 ；减小超调, 克服振荡, 使系统趋7、增量型 PID把握算式 具有哪些 优点 ？1运算机只输出把握增量, 即执行机构位置的变化部分, 因而误动作 影响小；2在 i 时刻的输出 ui,只需用到此时刻的偏差,以及前一时刻、前两 时刻的偏差 ei-1、ei-2 和前一次的输出值 ui-1,这大大节约了内存和 运算时间；3在进行手动自动切换时,把握量冲击小,能够较平滑地过渡；8、PID位置型把握

24、算式uiuKPe iTIji0ejTDe ie i1e i1e i2TT增量型 PID把握算式e iTDe i2iuiui1KPe ie1TITT递推型 PID把握算式u iu i1K e P ie i1Te iT D e i2 e i1e i2T IT9、为什么会显现 比例和微分饱和 现象？答：当给定值发生很大跃变时,在PID增量把握算法中的比例部分和微分部分运算出的把握增量可能比较大 多,所以积分部分的增量相对比较小由于积分项的系数一般小得 ；假如该运算值超过了执行元件所答应的最大限度,那么,把握作用必定不如应有的运算值理想,其中运算值的余外信息没有执行就遗失了,从而影响把握成效；10、

25、如何排除比例和微分饱和 现象？答：“ 积分补偿法” ；其中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信 息积存起来,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,就余外的未执行的把握增量将储备在累加器中；当把握量脱离了饱和区, 就累加器中的量将全部或部分地加到运算出 的把握增量上,以补充由于限制而未能执行的把握；11、何为积分饱和 现象？答：在标准 PID位置算法中,把握系统在启动、停止或者大幅度提降 给定值等情形下,系统输出会显现较大的偏差,这种较大偏差,不行 能在短时间内排除,经过积分项累积后,可能会使把握量 uk很大,甚至超过执行机构的极限umax；另外,当负误差的确

26、定值较大时,也会显现 uumin 的另一种极端情形；明显,当把握量超过执行机构 极限时,把握作用必定不如应有的运算值理想,从而影响把握成效；这类现象在给定值突变时简洁发生,“ 起动效应” ；12、如何排除积分饱和 现象？而且在起动时特别明显, 故也称答：减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大；因此当偏差大 于某个规定的门限值时,删除积分作用,PID把握器相当于一个 PD 调剂器,既可以加快系统的响应又可以排除积分饱和现象,不致使系 统产生过大的超调和振荡；只有当误差 e 在门限 之内时,加入积分 把握,相当于 PID把握器,就可排除静差,提高把握精度；13、PID参数整定方法试凑法、简易工

27、程法（扩充临界比例度法、扩充响应曲线法）14、如何利用 试凑法 调整 PID算法的参数？1先整定比例部分 ：将比例系数 KP由小调大,并观看相应的系统响 应趋势,直到得到反应快、 超调小的响应曲线；假如系统没有静差或 静差已小到答应范畴之内, 同时响应曲线已较令人中意, 那只需用比 例调剂器即可,最优比例系数也由此确定；2假如在比例调剂的基础上系统的静差不能中意设计要求,就需加 入积分环节； 整定时一般先置一个较大的积分时间系数 TI,同时将第 一步整定得到的比例系数 KP缩小一些 比如取原先的 80%,然后减小 积分时间系数, 使在保持系统较好的动态性能指标的基础上,系统的 静差得到排除； 在此过程中, 可以依据响应曲线的变化趋势反复地改 变比例系数 KP和积分时间系数 TI,从而实现中意的把握过程和整定参 数；3假如即使有比例积分把握器排除了偏差,但动态过程仍不令人满 意,就可以加入微分环节,构成 PID把握器； 在整定时,可先置微分 时间系数 TD为零,在其次步整定的基础上,增大微分时间系数 TD,同时