《计算机控制理论》考试题

2010级《计算机控制理论》考试题

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（一）简答题

1.计算机控制系统的硬件主要包括哪几个部分？

答：计算机的硬件系统由主板机、内部在线和外部在线、人机接口、磁

盘系统、通信接口、输入输出通道。

2.什么是数字滤波？常用的数字滤波方法有哪些，分别适用于什么场合？

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。

常用的数字滤波方法有：平均值滤波法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法、加权平均值滤波法。其中平均值滤波法适用于周期性干扰，中位值滤波法和限幅滤波法适用于高频及低频的干扰信号，加权平均值

滤波法适用于纯迟延较大的被控对象。

3.前馈控制的基本思想是什么，给出其完全补偿的条件。

答：前馈控制则是按扰动量进行控制的，当系统出现扰动时，特别是系统滞后严重时扰动量直接产生校正作用，以抵消扰动的影响，这是

一种开环控制形式，在控制算法和参数选择合适的情况下，可以达

到很好的精度。

完全补偿条件：若要使前馈作用完全补偿扰动作用，则应使扰动引起

的被控量变化为零，即Y（s）=0。

4.输入输出通道中经常会遇到什么干扰？如何进行抑制？

答：（1）串模干扰。若常态干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频常态干扰；若常态干扰频率比被测信号频率低，则

采用输入高通滤波器来抑制低频常态干扰；若常态干扰频率落在被

测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器较为适宜；当尖峰型常态干

扰成为主要干扰源时，用双斜率积分式A/D转换器可以削弱常态干

扰的影响。在常态干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应

尽可能早地进行前置放大，或者尽可能早地完成A/D变换或采取隔

离和屏蔽等措施。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑

制常态干扰；采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且

使各个小环节的感应电动势呈反向抵消。

（2）共模干扰。进行抑制的方法有变压器隔离、光电隔离、浮地隔离。

采用仪表放大器提高共模抑制比。

（3）长线传输干扰。长线传输干扰的抑制方法是采用终端阻抗匹配或始

端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限

度。

5. 什么是DCS 和FCS ，FCS 相对于DCS 有哪些改进？

答：DCS ：分布式控制系统（Distributed Control System ）也称集散控

制系统。

FCS ：现场总线控制系统（Fieldbus Control System ）。

1） FCS 的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器就采用

现场总线控制网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互联。

2） 把DCS 控制站的功能化整为零，分散的分配给现场仪表，从而构成

虚拟控制站，实现彻底的分散控制。

3） FCS 的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场总线设备既可以连也

可以互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCS 控制层的封闭性和专

用性。

4） FCS 的通信网络为开放式互连网络，既可以同层网络互连，也可以与

不同层网络互连，用户可极方便地共享网络数据库。

5） FCS 的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人使用。

（二）写出数字PID 控制算法的位置式和增量式两种标准算法并简要回答下列问

题：

数字PID 控制算法的位置式：0()(1)()[()()]k P D i I T e k e k u k K e k e k T T T

=--=++∑ 增量式：10(1)(2)(1)[(1)()]k P D i I T e k e k u k K e k e i T T T

-=----=-++∑ 1. 积分分离法克服位置式PID 积分饱和作用的原理。

答：当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调量过大；当被

控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差。亦即：

当|()|

e k≤β时，采用PID控制。其积分分

e k>β时，采用PD控制；当|()|

离阀值应根据具体对象及控制要求确定，若β过大，达不到积分分离的目的；若β值过小，一旦被控量()

y k无法跳出各积分分离区，只进行PD控制，就会出现误差。

2.PID参数Kc、Ti、Td对系统的动态特性和稳态特性有何影响，简述试凑

法进行PID参数整定的步骤？

答： Kc增大，系统响应加快，静差减小，但系统振荡增强，稳定性下降；

Ti i增大，系统超调减小，振荡减弱，但系统静差的消除也随之减慢；Td 增大，调节时间减小，快速性增强，系统振荡减弱，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱。

试凑法PID参数整定的步骤：

1）首先只整定比例部分。

2）如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计者的需要，则要求加入积分环节。

3）若使用比例积分控制器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不满足需要，则可加入微分环节，构成比例积分微分控制器。

3.采样周期的选择应综合考虑哪几个因素？

答：（1）首先要考虑的因素：香农采样定理给出采样周期的上限；

T≤π/ω。

max

（2）其次要考虑一下各方面的因素：

1）给定值变化频率：加到被控对象的给定值变化频率越高，采样频率应越高。

2）被控对象的特性：若被控对象是慢速的热工或化工对象时，采样周期一般取得较大；若被控对象是较快速的系统时，采样周期应

取得较小。

3）执行机构的类型：执行机构动作惯性大，采样周期应该大一些，否则执行机构来不及反映数字控制器输出值的变化。

4）控制算法的类型：当采用PID算法时，积分作用和微分作用与采样