哈理工计算机控制复习

1.计算机实时控制系统的工作原理（控制步骤）
答：①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。

②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。

③ 实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.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。

总线分为内部总线和外部总线，而内部总线又分为片级总线和系统总线。

片级总线包括数据总线、地址总线、控制总线、PC 总线、SPI 总线、SCI 总线等；系统总线包括IEA 总线、EISA 总线、VESA 总线、PCI 总线等；外部总线包括232c 、RS485、IEEE-488、、USB 等。

3. 大功率调理电路：光电耦合器的结构、作用、用法。

当输入侧(即发光二极管)流过一定的电流IF 时，发光二极管开始发光，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，保证了两侧电路没有电气联系，从而达到了隔离的作用。

4. 说明固态继电器（SSR ）中光电耦合器、零交叉电路的作用？在下面的电路图中，若使交流回路接通，I/O 接口电路应输出高电平还是低电平？答：①光电耦合器的作用：对输入输出进行隔离。

②零交叉电路的作用：可使交流电压变化到0V 附近时让电路接通，从而减少干扰。

③I/O 接口电路应输出高电平时，使交流回路接通。

5.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、接口及控制逻辑等组成。

在模拟量输入中，信号调理电路是 传感器 和 A/D 之间的桥梁； 在模拟量输出通道中，信号调理电路是 D/A 和 执行机构 的桥梁。

8. 简述数字PID 控制算法的改进措施（列出至少5项措施） 答：a 积分项的改进：（1）积分分离（2）抗积分饱和（3）梯形积分（4）消除积分不灵敏区 b 微分项的改进: ①不完全微分PID 控制算法②微分先行PID 控制算式c 时间最优PID 控制d 带死区的PID 控制算法
6.试列举出四种常用的数字滤波算法，并简述其原理
答：算术平均值法：要按输入的N 个采样为数据i x （i=1~N ），寻找这样一个y ，使y 与各采样值间的偏差的平方和为最小，使
E=min[
2
1
()
N
i
i y x =-∑]，由一元函数求值原理得y=
1
1n
i i x N =∑；中位值滤波法：对被测参数连续采样m 次（m ≥3）且为奇数，并按大小顺
序排列，再取中间值作为本次采样的有效数据；限幅值滤波法：由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数据偏离实际值太远，为此采用上下限幅，即当y(n) H y ≥时，则取y(n)= H y （上限值）
；当y(n)
L y ≤时，则取y(n)= L y (下限值)；当L y <y(n)< H y 时，则
取y(n).而且采用限速，即当|y(n)-y(n-1)| ≤∆0y 时，则取
y(n);当
|y(n)-y(n-1)|>
∆0y 时，则取y(n)=y(n-1)。

其中，∆0y 为两次相邻采
样值之差的可能最大变化值；惯性滤波法：根据常用的RC 滤波器做成
低通滤波器
y(n)= s
f s T T T +x(n)+ f f s
T T T +y(n-1)=(1-α) x(n)+
αy(n-1)式中α=
f f s
T T T +称为滤波系数，且0<α<1; s T 为采
样周期；f T 为滤波时间常数。

平均值滤波法适用于周期性干扰，
中立值滤波法和限幅值滤波法适用于偶然的脉冲干扰，惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号，加权平均值滤波法适用于纯滞后较大的
被控对象。

7. 设计DAC0832双极性输出电路，输出范围为（－5V ～＋5V ）。

要求推导出输出电压计算公式，并指出基准参考电压Vref 取什么电压值？
若D 为输入数字量，则有
)12(
)(212
31321-=+-=∙-=D
V V R R
V R R V D V V ref out ref out REF out
因为要保证 D=255 对应 +5V, D=0 对应 -5V 。

所以 Vref 应取+5V 。

9. 软件陷阱的作用是什么？写出实际应用中使用的3条软件陷阱
指令。

答：所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。

NOP 、NOP 、JMP ERR 。

10.简述计控系统采样周期的选择原则。

答：a 首先要考虑的因素，根据香浓采样定理，采样周期
应满足max
T π
ω≤,式中ωmax 为被采样信号的上限频
率。

采样周期的下限为计算机执行控制程序和输入输出所消耗的时间，系统的采样周期只能在
min
T
和max
T
之间选择。

b 其次要考虑的因素：①给定值的变化率；②被
控对象的特性；③执行机构的类型；④控制算法的类型；⑤控制回路数。

11. 干扰的传播途径。

串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声。

共模干扰：是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。

长线传输干扰：采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配 12. 平均值滤波是对信号y 进行m 次采样:滤波器的输出
y(k)=∑=m
i i y m 1
)(1。

13. 试比较增量型PID 控制器调节和位置型PID 的调节效果及二者的区别? 答：增量式只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小，用于执行器具有积分作用的场合，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计算时间；位置方式的控制输出对应执行器的位置，而且其输出与前面所有时刻的偏差有关，容易产生累计误差和误动作。

14. 画出典型计算机控制系统的基本框图。

说明计算
机控制系统的工作原理。

实时数据采集（A/D ）；实时控制决策（算法）；实时控制输出（D/A ）
15.A/D 转换器按工作原理可分为哪几种？各有何缺点？
答：常用A/D 转换方式有逐次逼近时和双斜积分式，前者转换时间短，但抗干扰能力较差；后者转换时间较长，抗干扰能力较强。

在信号变化缓慢，现场干扰严重的场合，宜采用后者。

一、填空
①机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

可以说，机电一体化是机械技术、电子技术及信息技术相互交叉、融合的产物。

②机电一体化打破了传统的机械工程、电子工程、信息工程、控制工程、光学工程等学科的分类，形成了融机械工程、电子工程、信息工程等多学科为一体，从系统的角度分析、解决问题一门新兴的交叉学科。

1. 机电一体化的目的是提高系统的附加价值，所以附加价
值就成了机电一体化系统的综合评价指标。

2. 机电一体化的研究方向应该改变过去那种拼拼凑凑的
“混合”设计法，应该从系统整体的角度出发，采用现代设计、分析的方法，充分发挥相关学科的技术优势。

3. 机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、
传感器检测系统、执行元件系统五个子系统组成。

5. 检测传感器的检测对象有温度、流量、压力、位移、加
速度、力和力矩等物理量。

6.
总体设计程序；①明确设计思想②分析、综合总体要求
③拟定总体设计方案④决定性能参数⑤划分功能模块⑥调研类似产品⑦方案对比定型⑧编写总体设计论证书 7. 丝杠螺母基本传动形式①螺母固定、丝杠转动并移动②
丝杠转动、螺母移动③螺母转动、丝杠移动④丝杠固定、螺母转动并移动
8. 机械传动部件及其功能要求：机械传动部件通常有螺旋
传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。

其主要功能是传递转矩和转速。

9. 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择
10. 机电一体化系统的五大要素及其相应的五大功能P8
11. 系统对输入的物质、能量和信息（即三大要素）进行某
种处理，输出所需要的物质、能量和信息。

因此，机电一体化系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换功能②传递功能③储存功能。

12. 步进电机工作原理分析：P106
13. ①除滚珠丝杠副、齿轮副等传动部件之外，机电一体化
系统中还大量使用同步带、钢带、链条、钢丝绳及尼龙绳等绕性传动部件。

②常用的导轨副按其接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨、液体介质导轨摩擦导轨等。

14.①根据使用能量的不同，可以将执行元件划为电磁式、液压式、气压式、其他等几种类型。

②步进电机闭环控制原理框图
15.采样系统结构图。