计算机控制复习题

一、简答题1、简述计算机控制经典形式有几个。    2、简述接口和过程通道定义。    3、什么是计算机控制系统？绘制结构图说明它由哪几部分组成。5、简述积分饱和含义。   7、简述数字控制器连续化设计步骤（1）设计假想模拟控制器。（2）正确地选择采样周期。（3）将离散化为。（4）求出与对应差分方程（5）依照差分方程编制对应程序，并仿真校验。    8、简明说明采样过程和采样定理内容。    12、线性离散控制系统稳定充要条件是什么？ 13．计算机控制系统控制过程是怎样? 14、数据采集系统（DAS）功效（1）生产过程集中监视DAS经过输入通道对生产过程参数进行实时采集、加工处理，并以一定格式在CRT上显示，或经过打印机打印出来，实现生产过程集中监视。（2）操作指导DAS对采集到数据进行分析处理,并以有利于指导生产过程方式表示出来,实现生产过程操作指导。

（3）越限报警DAS预先将各种工艺参数极限存入计算机,DAS在数据采集过程中进行越限判断和报警,以确保生产过程安全。15、什么是最少拍系统？设计最少拍系统必须满足哪些条件？最少拍系统也称为最小调整时间系统或最快响应系统。它是指系统对应于经典输入具备最快响应速度，被控量能经过最少个采样周期达成设定值，且稳态误差为零。1.计算机控制系统经典形式: （1）数据采集系统（DAS），实现生产过程集中监视，生产过程操作指导，以及越限报警等功效。（2）直接数字控制系统（DDC），计算机代替模拟调整器，实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督计算机控制系统（SCC），使生产过程一直处于最优工况。（4）集散控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提升可靠性，可实现真正开放式互连系统结构2、接口定义：接口是连接通道与计算机中间设备，经接口联络，通道便于接收微机控制，使用它可达成由微机从多个通道中选择特定通道目标。 过程通道：过程通道是主机与工业生产过程之间信号传递和转换连接通道。3.计算机控制系统，又称数字控制系统，是指计算机参加控制自动控制系统（计算机代替常规模拟控制器）。是自动控制理论、计算机技术和通信技术结合发展产物。计算机控制系统结构图以下：由计算机控制系统结构图可知，计算机控制系统包含计算机系统，过程输入输出系统（包含输入/输出通道及接口、信号测量及变送装置、执行机构）和被控对象组成。4、百分比控制作用（P）：对当前时刻偏差信号e（t）进行放大或缩小，控制作用强弱取决于百分比系数；  特点：它能快速反应误差，从而减小误差，加紧响应速度。  缺点：不能消除静态误差，过大甚至造成系统不稳定。积分控制作用（I）：经过对误差累积作用影响控制量，并经过系统负反馈作用减小偏差；特点：与e(t)存在全部时段关于，只要有足够时间,积分控制将能够消除稳态误差。缺点：不能及时地克服扰动影响 微分控制（D）作用：反应e(t) 改变速度，在偏差刚才出现时产生很大控制作用，具备超前控制作用； 作用：有利于减小超调和调整时间，改进系统动态品质; 缺点：不能消除系统稳态误差。5.积分饱和假如执行机构已到极限位置，依然不能消除偏差时，因为积分作用，尽管计算PID差分方程式所得运算结果继续增大或减小，但执行机构已无对应动作6、数字式PID位置型控制算法每次输出控制量表征执行机构位置；数字式PID增量型控制算法每次输出是控制量相对于上次控制量增量。增量型算法不需要做累加，控制量增量确实定仅与最近几次误差采样值关于，计算误差或计算精度问题对控制量计算影响较小，增量型算法得出是控制量增量，误动作影响小，位置型算法输出是控制量全量输出，误动作影响大，采取增量型算法，易于实现手动到自动无冲击切换。7、数字控制器连续化设计步骤（1）设计假想模拟控制器。（2）正确地选择采样周期。（3）将离散化为。（4）求出与对应差分方程（5）依照差分方程编制对应程序，并仿真校验。  8.简述采样过程和香农采样定理内容采样过程，就是利用采样开关（采样器）将连续信号转换成离散信号过程。香农采样定理：要想使采样信号能够复现出原来连续信号，采样频率和连续信号上限频率之间关系必须满足，这就是香农采样定理，在满足香农采样定理前提下，各频谱分量不会发生叠加情况，从而获取连续信号频谱，进而复现连续信号。9、采样保持器作用： 计算机系统模拟量输入通道中一个模拟量存放装置。它是连接采样器和模数转换器中间步骤。采样器是一个开关电路或装置，它在固定时间点上取出被处理信号值。采样保持器则把这个信号值放大后存放起来，保持一段时间，以供模数转换器转换，直到下一个采样时间再取出一个模拟信号值来代替原来值。在模数转换器工作期间采样保持器一直保持着转换开始时输入值，因而能抑制由放大器干扰带来转换噪声，降低模数转换器孔径时间，提升模数转换器精准度和消除转换时间不准确性。通常生产过程控制计算机模拟量输入可能是每秒几十点、几百点，对于大型系统甚至上千点,往往需要高速采样(如5000～10000点／秒)。为使这些模拟量信号逐一地送到模数转换器，而不至降低被测信号真实性，必须采取采样保持器。在低速系统中通常能够省略这种装置。 10、采样周期选择注意事项： 必须注意，控制周期选取应与PID控制参数整定综合考虑。选取控制周期时，通常应考虑以下几个原因： （1）控制周期应远小于被控对象扰动信号周期。 （2）控制周期应比被控对象时间常数小得多，不然无法反应瞬变过程。 （3）考虑执行器响应速度。假如执行器响应速度比较慢，那么过短控制周期将失去意义。（4）对象所要求调整品质。在计算机运算速度允许情况下，控制周期短，调整品质好。 （5）性能价格比。从控制性能来考虑，希望控制周期短。但计算机运算速度，以及A/D和D/A转换速度要对应提升，造成计算机费用增加。 （6）计算机所负担工作量。假如控制回路数多，计算量大，则控制周期要加长，反之，能够缩短。 由上述分析可知，控制周期受各种原因影响，有些事相互矛盾，必须视详细情况和主要要求作出折中选择。11、怎样利用试凑法调整PID算法参数？   答：(1)先整定百分比部分：将百分比系数KP由小调大，并观察对应系统响应趋势，直到得到反应快、超调小响应曲线。假如系统没有静差或静差已小到允许范围之内，同时响应曲线已较令人满意，那只须用百分比调整器即可，最优百分比系数也由此确定。  (2)假如在百分比调整基础上系统静差不能满足设计要求，则须加入积分步骤。整定时通常先置一个较大积分时间系数TI,同时将第一步整定得到百分比系数KP缩小一些(比如取原来80%)，然后减小积分时间系数使在保持系统很好动态性能指标基础上，系统静差得到消除。在此过程中，能够依照响应曲线改变趋势重复地改变百分比系数KP和积分时间系数TI,从而实现满意控制过程和整定参数。      (3)假如即使有百分比积分控制器消除了偏差，但动态过程仍不尽满意，则能够加入微分步骤，组成PID控制器。在整定时，可先置微分时间系数TD为零，在第二步整定基础上，增大微分时间系数TD，同时对应地改变百分比系数KP和积分时间系数TI，逐步试凑，以取得满意调整效果和控制参数。12、线性离散控制系统稳定充要条件是什么？ 线性离散控制系统稳定充要条件是：闭环系统特征方程全部根模均，即闭环脉冲传递函数极点均位于z平面单位圆内。13．计算机控制系统控制过程是怎样? 计算机控制系统控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决议：对采集到表征被控参数状态量进行分析，并按已定控制规律，决定下一步控制过程。(3)实时控制：依照决议，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。填空题1.工业控制机是指按生产过程控制特点和要求而设计计算机，它包含（硬件）和（软件）两个组成部分。2.计算机控制系统由（计算机系统）和（生产过程）两大部分组成。3.计算机控制系统中惯用控制器有（可编程序控制器）、（工控机）、（单片机）、（DSP）、（智能调整器）等。4.集散控制系统（DCS）结构模式为：（操作站—控制站—现场仪表）.5.模拟量输入通道任务是把从系统中检测到（模拟信号），变成（二进制）数字信号，经接口送往计算机。5.模块化程序设计通常包含（自顶向下）和（自底向上）两种设计方法。6.计算机控制系统输入变送器和输出执行机构信号为（0～10mA）或（4～20mA）统一信号。 8.数控系统通常由数控装置、（驱动装置）、（可编程控制器）和检测装置等。、9、在PID控制中，微分作用是（  改进系统动态性能）10、在计算机控制系统中为了达成控制目标，能够采取（模拟）化设计方法和（离散）化设计方法来设计控制器。11、计算机控制系统利用计算机（  硬件  ）和（  软件  ）代替自动控制系统控制器12、计算机控制系统中硬件包含主机、（  接口  ）电路、（  外围  ）设备、存放系统等。14、监督控制系统中（上位）机不直接用来控制生产设备，但它运行管理软件向（下位）机发送。15、在计算机控制系统通常分类中，DDC是指（直接数字控制），A/ D意思是实现        （模拟量到数字量转换）。16、从本质上看，计算机控制系统工作原理可归纳为三个步骤，为（数据采集）、（控制决议）和（实时输出）。17、若系统欲将一个D/A转换器输出模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（反多路开关）器件完成控制量切换工作。 18、生产过程与计算机联机工作，由计算机控制工作方式称为（在线方式  ）       19、计算机控制系统中惯用执行机构有（电动机）、（调整阀）、电液伺服阀和各种（开关）等。二、选择题1、计算机把经过检测装置和A/D转换器送来数字信号直接反馈到输入端与（  C  ）值进行比较，将偏差按某种控制算法进行计算，输出信号经D/A转换后驱动执行机构对被控对象进行调整。 A 输入              B 反馈               C 给定           D 输出4、计算机控制系统包含硬件和软件，以下不属于硬件系统是（  D  ）        A 接口电路           B 外围设备            C 被控设备      D 系统程序5、计算机过程通道中，模拟量输入通道作用是将传感器得到工业生产（  B  ）参数转变为数字信号。        A 指令               B 过程                C 脉冲          D 时间6、在计算机控制系统中为了实现（  D  ），既能够采取模拟化设计方法也能够采取离散化设计方法来设计控制器。        A 性能稳定           B实时控制             C 快速响应      D 控制目标7.因为计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（    ）转换。AA．A/D转换器           B．双向可控硅C．D/A转换器      D．光电隔离器定值。9.计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机作用是（B  ）A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定数学模型计算给定植并提供给DDC计算机C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作D．SCC计算机与控制无关五、已知某系统连续控制器传递函数，试