计算机控制技术

计算题已知单元负反馈体系开环传递函数为G(s)=wn2/s(s2zwn)试开具闭环传递函数。若wn=1.98rad/s,z=0.707,试求单元阶跃相应的s,ts=?解：闭环传递函数为(p(s)=G(s)/(1G(s))现已知某飞机飞行高度变化范围为0~10000米，测试时，采用12位的A/D变换器，试提出问题此时体系对高度变化的分辩率为几多。若测试时,通太高度表转变测试方式,丈量相对于基准高度9000米的±500米的变化量,试提出问题此时A/D变换器的分辩率为几多。解：高度变化范围为0~10000米时，因为丈量均为同号，所以A/D12位都可用于测试，故分辩率D=10000/212=2.45米；丈量相对于基准高度±500米的变化量时，因为要丈量正负变化量,故A/D应保留一名符号位,故分辩率D=500-(-500)/211=0.49米。：求惯性环节Ds)=黑的差分方程1解：D(s)=化成微分方程E(S)解：D(s)=化成微分方程E(S)T1Ts+1du(t)+u(t)=e(t)dt(Ts+1)U(s)=E(s)1Tu(Tu(kT)+u(kT)=e(kT)1Tu(k)+u(k)=e(k)1即用一阶后项差分近似代替得：代入上式得整理得+[u(k)一u(k一1)]+u(k)=e(k)u(k)=T—u(k-1)+Te(k)T+T T+T1． 图1为水箱1水位自动控制系统1，试说明基本工作原理。ii图1答：由于出水干扰QO使水位下降时，浮子下降，进水口打开，水位逐渐增高，浮子逐渐上浮，当达到给定高度时，浮子将进水口堵死，从而保持设定高度。2． 已知单位负反馈闭环控制系统的单位阶跃响应的稳态误差为0.1，试问该系统为几型系统，系统的开环放大系数为多少?答：1)零型系统；2)0.1=1/(1+K) K=93．试简单说明系统稳定性与稳态误差相互矛盾的关系。答：通常，在系统正向通道加入积分环节或增大开环放大系数，将会减少稳态误差，但将会降低系统的稳定程度。4．试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定理，采样后将会变成何种信号。答:若连续信号所含频率分量的最高频率为®max，为使其采样信号不失真，采样频率①＞2®；若不满足采样定理,max smax一个高频信号将会变成低频信号。为什么要强调计算机控制中的实时性？答:所谓实时性,就是指信号的输入,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性.什么是计算机的总线？答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令,地址和数据）的一组信号线.分为内部总线和外部总线.最少拍控制算法的三种典型输入信号分别是什么？答:三种典型输入信号分别是单位阶跃信号,单位速度信号,单位加速度信号最少拍控制算法的局限性是什么？答:最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？答:增量算法不需要做累加,位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大的累加误差增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,误动作影响大.采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换.什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？答:所谓共模干扰，是指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压.抑制方法:变压器隔离光电隔离浮地屏蔽什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。逐点比较法插补原理。答：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。简述数字滤波技术，其算法有哪些?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。故实质上它是一种程序滤波。算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。数字控制器算法的工程实现分为哪六部分？答：包括给定值处理、被控量处理、偏差处理、控制算法的实现、控制量处理、自动手动处理。数字控制器的连续化设计步骤？答：设计假想的连续控制器、选择采样周期T、将D离散化为D、设计由计算机实现的控制算法、校验五个步骤。Sz什么是量化误差？量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量化误差，量化误差为（+_l/2）q.什么是孔径时间和孔径误差？完成一次A/D转换所需的时间称为孔径时间.孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差,即为孔径误差.采样保持器的工作原理？P41什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰信号. 高通,低通,带通滤波器.尖峰型串模干扰民为主要干扰源时，用双积分A/D转换器.采用双绞线作信号引线（减少电磁感应）VIN什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？所谓共模干扰,是指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压.抑制方法:变压器隔离光电隔离浮地屏蔽什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些？长线传输干扰是指:长线传输受到外界干扰,具有信号延时,高速度变化的信号在长线中传输时,还会出现波反射现象.抑制方法:终端匹配始端匹配计算机控制系统中有哪些类型的地线？有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线积分电路对数字量信号的调理过程。P31为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,一般都就应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡.数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？增量算法不需要做累加,位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大的累加误差增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,误动作影响大.采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换.数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？Kp为比例增益，能减小误差，但不能消除稳态误差，但Kp加大会引起系统不稳定.Ti为积分时间常数只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差但积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡.Td为微分时间常数可以减小调整时间，从而改变系统的动态性能.最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？最少拍控制算法本质上是时间最优控制算法，因为最少拍控制算法是以系统的快速性为主要性能指标.最少拍控制算法的三种典型输入信号分别是什么？三种典型输入信号分别是单位阶跃信号，单位速度信号，单位加速度信号最少拍控制算法的局限性是什么？最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差采用光电耦合器的大功率输入调理电路的工作过程。P32什么是香农采样定理？香农采样定理:如果模拟信号(包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为fmax，只要按照采样频率f>=2fmax进行采样，那么采样信号就能惟一地复观.典型的工业生产过程分为哪几种？答:典型的工业过程分为3种:连续过程，离散过程和批量过程.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集，实时数据决策和实时数据处理.计算机控制技术的工作方式有哪几种？答:计算机控制技术的工作方式有2种，即在线方式和离线方式.为什么要强调计算机控制中的实时性？答:所谓实时性，就是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性.常用的计算机控制系统主机有哪几种？答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器，工控机,单片机,DSP和智能调节器.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？答:计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级，集中操作监控级,综合信息管理级三部分.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？答:现场总线控制系统(FCS)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表两层结构.(DCS为操作站-控制站-现场仪表三层结构模式)什么是计算机的总线？答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令,地址和数据）的一组信号线.分为内部总线和外部总线.计算机的外部总线有哪几种？答:计算机的外部总线有RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB等等.RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？为什么RS-232C的传输距离不远？答:RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式•由于发送器和接收器之间有公共的信号地线，共模信号不可避免地要进入信号传送系统中.当传输距离过远时,发送器与接收器各自会形成不同的对地电位.RS-485串行通信总线采用什么传输方式？它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？答:RS-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式.区别在于RS-485为半双工工作方式，而RS-422A为全双工工作方式.且RS-422A适用于两点之间进行高速，远距离通信,而RS-485适用于多点之间进行高速,远距离通信.判断题:1•接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁。（丁）2.过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。（J）3•所谓量化，就是采用一组数据来逼近离散数字信号的幅值，将其转换为数字信号。（X）数字改为模拟自动校准是指在系统开机后或每隔一定时间自动测量基准参数，然后计算误差模型，获得并存储误差补偿因子。（V）HMI就是使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口。（V）6在显示系统中，若为动态显示，需将待显示数变成显示码才能输出到显示器进行显示。若在显示电路中增加一级锁存器，则可直接将待显示数输出到显示器进行显示。（X）DAC0832是常用的8位D/A转换器，内部设有两级缓冲器，目的是使转换数据得到充分缓冲，确保转换精度。（V）&由于各种传感器提供的电压信号范围很宽，需要通过可编程增益放大器，对信号进行调整，使A/D转换器满量程信号达到均一化。（V）某系统采用程序判断滤波方式进行数据处理，发现总有一些杂波无法滤掉，原因是采样时间间隔太大（X）。在工业过程控制系统中，由于被控对象所处环境复杂，常使采样值偏离实际值。所以一般要加入滤波环节，且常常将模拟滤波和数字滤波同时使用。（V）通用性强属于计算机控制系统的设计原则（X ）断电不属于电源干扰（X）测量偏差、纠正偏差闭环负反馈控制的基本特征（V）闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母不用（V）在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应小于传感器的精度。（V）在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将不变（X）17按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道（V）18理想的多路开关其开路电阻为无穷小，其接通时的导通电阻为零。（X）19数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。（V）20所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义（V）21过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。（V）22模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。前变量控制系统解耦条件是系统的闭环传递函数矩阵①（S）为对角线矩阵。（V）23馈控制完全补偿的条件是G（s）+D（s）3（S）=0。（V）n n24世界上第一台电子计算机于1946年问世。（V）所谓数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入信号进行数学处理，以便减少干扰在有用信号的比重，提高信号真实性。工业控制计算机系统外部干扰可以分为三类，即电源干扰、空间干扰、设备干扰。（V）25干扰作用方式，一般可分为串模干扰和工模干扰。（V）26计算机控制系统的典型形式有：操作指导控制系统OIS、直接数字控制系统DDC、监督控（V）27计算机控制系统的典型形式有：制系统SCC、集散控制系统DCS、现场总线控制系统FCS和PLC+上位机系统。（V）28实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统实时的概念不能脱离具体过程，必定是在线系统（V）29采样保持器是一种与锁存器作用相当的模拟电路元件，在采样周期内跟踪电压输入，并在保持周期把它保持在最后跟踪的模拟电压值（V）30A/D转换板：将模拟信号转换成相应的数字代码送入计算机（V）31采样开关：（多路开关）多点输入信号可由此公用一个放大器和A/D转换器，降低成本；滤波网络：对输入信号进行滤波，去除现场干扰（V）32通信媒体共享技术答：多路复用技术一一频分多路复用和时分多路复用；集线技术；多点线路技术（V）33计算机控制系统一一利用计算机（IPC）来实现生产过程自动控制的系统（V）34模糊控制——一种以模糊数学为基础的计算机数字控制（V）35串模干扰一一叠加在被测信号上的干扰信号。串模干扰（V）36共模干扰一一不同“地”之间存在的共模电压以及模拟信号系统对地存在的漏阻抗，通过过程通道串入主机（V）填空题：1） 弱电控制与强电控制之间常用的隔离方式有变压器隔离、继电器隔离和光电隔离等。2） 典型的开关量输出/输入电气接口的功能主要是滤波、电平转换、隔离和功率驱动等。3） PLC网络包括设备层网络和PLC通信网络两种。4） 现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备之间连接的数字式、串行、多点通信的数据总线。5） 常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤。6） 电网的干扰，频率的波动将直接影响到可靠性与稳定性7） 现场总线常采用简化的OSI参考模型。8） 按网络作用范围的大小，计算机网络可分成局域网、城域网、广域网三类。9） 干扰信号进入到计算机控制系统中的主要耦合方式可分为四中：静电耦合方式、电磁耦合方式、共阻抗耦合方式、电磁场耦合方式。10） 工业控制计算机系统的外部干扰可以分为三类,即电源干扰、空间干扰、设备干扰。11工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。按极点配置设计的控制器通常有两部分组成，一部分是状态观测器，另一部分是控制规律。模块化程序设计一般包括自顶向下和自底向上两种设计方法。线性表、数组、堆栈和队列的共同特点是要求连续的存储单元来顺序存放数据元素。计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mADC或4~20mADC。闭环负反馈控制的基本特征是测量偏差、纠正偏差：。TOC\o"1-5"\h\z闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母相同 。惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输出量不能突变，而是 变化。静态误差系数是系统在典型外作用下精度的指标，静态误差系数越大，精度越高 。系统的相稳定裕度人，定义为开环频率特性在截止频率叫处相角与180度之差。离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统白 有关。零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性o（®）=.-sT/2。若已知闭环系统自然频率为经验上，采样频率®应取A10® 。n s n通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰 。30•为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入调理电路 。31、常用的传输介质有—双绞线，同轴电缆，光纤。32、 光纤的三个同心部分包括.纤芯，包层，护套。33、 数字控制器的英文缩写是.SSC。34、 多路复用技术可分为频分多路复用，时分多路复用。35、 主要的电源干扰包括噪声，尖峰，断电，浪涌一。36、 组态软件必备功能组件的是一应用程序管理器，I/O驱动程序，图形界面开发/运行程序，实时数据库系统组态/运彳丁程序。37、 DCS共经历了4代发展38、 PID控制表示比例，积分，微分三者的缩写。39、 通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。40、 为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入调理电路。闭环负反馈控制的基本特征是 TOC\o"1-5"\h\z闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母相同 。惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输岀量不能突变，而是按 按指数规律 变化。静态误差系数是系统在典型外作用下精度的指标，静态误差系数越大，精度越高。系统的相稳定裕度人，定义为开环频率特性在截止频率叫处 。离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与系统白 有关。零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性①&）= -®T/2 。若已知闭环系统自然频率为®,经验上，采样频率®应取 >10® 。n s n通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 串模干扰 。50•为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入 。闭环控制系统是使被控量有较高的 。控制系统常常按其开环传送函数中所含 积分 环节个数来分类，分为“0”型，“I”型系统等。在一个闭环系统里，不同输入与输出之间的传递函数分母 相同 。控制系统开环对数频率特性中的截止频率®的大小通常反映系统的 ，而相位裕度Y反映了系统c M运动的 运动平稳性 。系统的稳态误差与系统本身特性有关。在计算机控制系统中存在有五种信号形式变换，其中 等三种信号变换最重要。若已给闭环系统的自然频率为®，经验上，采样频率®应取为 （4〜10）®； 。n s n58•为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入—调理电路。60.空间抗干扰措施有空间隔离、屏蔽、电气布线。61按网络作用范围大小，计算机网络可分成局域网、城域网和广域网三类按拓扑结构:星形、环形、总线型62计算机控制系统的工作原理可以归纳为实时数据采集、实时控制决策和实时控制输出三个步骤。63工业控制机按总线标准类型可分为：PC总线工控机、STD总线工控机、VME总线工控DCS系统构成答：现场级、控制级、监控级、管理级。TCP/IP协议体系结构答：网络接口层、网际层、传输层、应用层。66数据交换技术答：线路交换：报文交换：分组交换67空间抗干扰措施：隔离、良好的屏蔽、正确的接地68干扰信号的耦合方式有：静电耦合、电磁耦合、共阻抗耦合、电磁场辐射耦合69计算机控制系统常见的控制算法：数字PID;史密斯（Smith）预估控制：解耦控制：模糊控制。

70过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息佳送和转挽的连接通道。71计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：实时控制、实时决策、实时数据采集72共模滋扰孕育发生的重要缘故原由之一是,差别摹拟信号地之间存在共模电压73若已知闭环体系ts,经验上，采集样品周期T应取（ts/10）74零阶连结器的频率特征可以近似当作是低通滤波器。75为包管体系不变，要求体系的不变裕度gM应（大于零）76惯性环节的主要特点是：当输入变量发生突变时，其输出变量不能突变，而是按（周期）变化。77通常，系统的稳定裕度的大小反映了系统的（稳定性）。选择题1世界上第一台电子计算机于（B ）年问世？D1947年DSCCA1936年 B1946年D1947年DSCC2数字控制器的英文缩写是（A）？ASSC BSBC CSDC3下列不属于D/A转换器主要参数的是（3下列不属于D/A转换器主要参数的是（A分辨率 B精确度下列属于数字滤波方法的是（C）?A主程序判断法B最大值滤波法下列不属于干扰信号的耦合方式的是（A静电耦合方式B电磁耦合方式）?线性度算数平均滤波法）?共抗耦合方式D转换时间D加权平均滤波法D电磁场辐射耦合方式6在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将（A）。A增大；B减小；C不变。7控制算法直接编排实现与串联编排实现相比，有限字长所引起的量化误差（A）。A较大；B较小；C相当。某系统的Z传递函数为G（z）=0.5（z+0.5）/（z+1.2）（z-0.5），可知该系统是（B）。A稳定的；B不稳定的；C临界稳定的。若以电机轴的转角为输入量，电机轴的转速为输出量，则它的传递函数为（B）环节。A积分；B微分；C惯性。在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应（B）传感器的精度。A大于；B小于；C等于。下列不属于数字控制方式的是（C）A、点位控制B、直线控制 C、网格控制 D、轮廓控制12.8位的A/D转换器分辨率为（C）A、 0.01587B、0.007874C、0.003922D、0.0009775专家控制系统大致可以分为（D）①专家自整定控制②专家自适应控制③专家监督控制④混合型专家控制⑤仿人智能控制A、①②③⑤B、②④⑤ C、②③④⑤ D、①③④⑤一个8位的A/D转换器（量化精度0.1%），孔径时间3.18^m，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（B）A、 5Hz B、50HzC、100HzD、500Hz某热处理炉温度变化范围为0~1350°C,经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809,ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A,此时炉温为（C）A、 588.98CB、288.98C C、361.23CD、698.73C16在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将一A增大；B减小；C不变。17控制算法直接编排实现与串联编排实现相比，有限字长所引起的量化误差 A。A较大；B较小；C相当。18某系统的Z传递函数为G（z）=0.5（z+0.5）/（z+1.2）（z-0.5）,可知该系统是B。A稳定的；B不稳定的；C临界稳定的。19若以电机轴的转角为输入量，电机轴的转速为输出量，则它的传递函数为 B环节。A积分；B微分；C惯性。若用4位共阳极LED和74LS04构成光报警系统，使最高位发光其余位不发光的报警模型是（A）。21．1000B B．0001B C．1111B D．0000B关于ADC0809中EOC信号的描述，不正确的说法是（D）。EOC呈高电平，说明转换已经结束EOC呈高电平，可以向CPU申请中断EOC呈高电平，表明数据输出锁存器已被选通EOC呈低电平，处于转换过程中采样/保持器的逻辑端接+5V，输入端从2.3V变至2.6V，输出端为（A）。A.从2.3V变至2.6V B.从2.3V变至2.45V并维持不变C.维持在2.3V D.快速升至2.6V并维持不变计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是（B）接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机按照一定的数学模型计算给定植并提供给DDC计算机当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作SCC计算机与控制无关键盘锁定技术可以通过（C）实现。A.设置标志位 B.控制键值锁存器的选通信号C.A和B都行 D.定时读键值引起调节的根本原因是偏差，所以在下列说法中，不正确的是（D）。偏差的正、负决定调节作用的方向偏差的大、小决定调节作用的强、弱偏差为零，调节作用为零偏差太大，调节失效26防止抖动是能否正确读取键值的必要环节，实现方法是（A）。可以用硬件电路或软件程序实现只能用滤波电路或双稳态电路实现只能用软件程序实现只能用延时程序