计算机控制技术复习题解析

计算机控制技术复习题

一、填空题

1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 。

2、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 等。

3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、 。

4、在计算机控制系统中，被测信号有 和 两种输入方式。

5、信号接地方式应采用 方式，而不采用 方式。

6、主要的电源干扰包括 、 、 和 。

7、数字程序控制方式有 、 、 。

8、插补计算过程由 、 、 、 四个步骤组成。

9、将D(S)离散化为D(Z)常用方法有 、 、 。

10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，则步距角是 和齿距角是 。

11、三相步进电机通常有 、 和 工作方式

12、PID 控制中对积分项可采取 、 、 和 四种改进措施。

13、对微分项进行改进主要有 和 两种方法。

14、按简易工程法整定PID 参数的方法有 、 和 。

15、最少拍控制算法有 、 和 三种典型输入信号。

二、选择题

1、已知偏差e （k),积分分离阈值β，以下正确的是（ ）

A.当()βk e >时，采用PI 控制

B.当()βk e >时，采用PD 控制

C.当()β≤k e 时，采用PD 控制

D.当()β≤k e 时，采用PI 控制

2、设加工第一象限直线OA ，起点为O （0,0），终点为A （6,3），进行插补计算所需的坐标进给的总步数N xy 为（ ）

.8 C

3、已知离散系统脉冲传递函数为：G （Z ）=（Z+）/+^2,可知该系统是（ ）。

A.稳定的 B 。不稳定的 C 。中性稳定的

4、若连续系统为Gc(s)稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得Gc(z)（ ）。

A.也是稳定的 B 。是不稳定的 C 。稳定性不一定

三、问答题

1、什么是串模干扰，抑制的方法有哪些

2、什么是共模干扰，抑制的方法有哪些

3、什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些

4、计算机控制系统的CPU 抗干扰措施常采用哪些措施

5、MAX1232的主要功能有哪些

6、计算机控制系统中有哪些类型的地线

7、何谓数字程序控制数控系统由哪四大部分组成

8、什么是插补器常用哪两种形式插补计算的宗旨是什么

9、第一象限直线逐点比较法插补的原理是什么

10、画出三相步进电机分别在三种工作方式下的电压波形图。

11、数字PID 位置式和增量式算法的各自特点是什么

12、数字PID 控制算法中，Kp 、Ti 、Td 的物理调节作用分别是什么

13、最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么

14、最少拍控制算法的局限性是什么

15、已知模拟调节器的传递函数为

()s

.s .s D 085011701++= 试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=。

16、已知模拟调节器的传递函数为

()s

.s .s D 08501701+= 试写出相应数字控制器的位置型PID 算法和增量型PID 控制算式，设采样周期T=。

17、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为

s

s s s D 5.01.05.31)(2++= 若采样周期T=1S,试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式。并比较两种算法特点。

18、简述应如何选择计算机控制系统中采样周期

19、什么叫积分饱和它是怎么引起的如何消除

20、简述扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定PID 参数的步骤。

21、数字控制器的离散化设计步骤是什么

22、 等效离散化设计方法存在哪些缺陷

23、什么是信号重构

24、 写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传

递函数的极点有何影响

25、 已知某连续控制器的传递函数为

2n 22n n

()2D s s s ωωξω=++ 试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数)(z D ，并给出控制器的差分形式。其中1s T =。

26、被控对象的传递函数为

()21s

s G c = 采样周期T=1s ，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：

(1)最少拍无纹波系统的设计方法，设计)(z Φ和()z D ；

(2)求出数字控制器输出序列)

u的递推形式。

(k

计算机控制技术复习题

一、填空题

1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。

2、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。

3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤。

4、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。

5、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。

6、主要的电源干扰包括噪声，尖峰，断电，浪涌_。

7、数字程序控制方式有点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。

8、插补计算过程由偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断四个步骤组成。

9、将D(S)离散化为D(Z)常用方法有双线性变换法、前向差分法、后向差分法。

10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，则步距角是1度和齿距角是6度。

步距角:360/60/6=1度

齿距角360/60=6度

11、三相步进电机通常有单相三拍、双相三拍和三相六拍工作方式

12、PID控制中对积分项可采取积分分离、抗积分饱和、梯形积分

和 消除积分不灵敏区 四种改进措施。

13、对微分项进行改进主要有 不完全微分PID 控制算法 和 微分先行PID 控制算式 两种方法。

14、按简易工程法整定PID 参数的方法有扩充临界比例度法 、扩充响应曲线法 和归一参数整定法。

15、最少拍控制算法有单位阶跃信号、单位速度信号和单位加速度信号三种典型输入信号。

二、选择题

1、已知偏差e （k),积分分离阈值β，以下正确的是（ B ）

B.当()βk e >时，采用PI 控制 B.当()βk e >时，采用PD 控制

C.当()β≤k e 时，采用PD 控制

D.当()β≤k e 时，采用PI 控制

2、设加工第一象限直线OA ，起点为O （0,0），终点为A （6,3），进行插补计算所需的坐标进给的总步数N xy 为（ C ）

.8 C

3、已知离散系统脉冲传递函数为：G （Z ）=（Z+）/+^2,可知该系统是（ A ）.

A.稳定的 B 。不稳定的 C 。中性稳定的

4、若连续系统为Gc(s)稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得Gc(z)（ C ）。

A.也是稳定的 B 。是不稳定的 C 。稳定性不一定

三、问答题

1、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)

2、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

3、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

4、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用哪些措施

①Watchdog(俗称看门狗) ②电源监控(掉电检测及保护) ③复位

5、MAX1232的主要功能有哪些

(1)电源监控(2)按钮复位输入(3)监控定时器

6、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

7、何谓数字程序控制数控系统由哪四大部分组成

就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的控制方式。

由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。

8、什么是插补器常用哪两种形式插补计算的宗旨是什么

用于完成插补计算，就是按给定的基本数据(如直线的终点坐标,圆弧的起、终点坐标等)，插补(插值)中间坐标数据，从而把曲线形状描述出来的一种计算。

直线插补、二次曲线插补

宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。

9、（1）第一象限直线逐点比较法插补的原理是什么

从直线的起点(即坐标原点)出发，当Fm≥0时，沿＋x轴方向走一步；当Fm ＜0时，沿＋y方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标(xe,ye)相等时，发出终点到信号，停止插补。

（2）第一象限圆弧的插补原理

10、（1）画出三相步进电机分别在三种工作方式下的电压波形图。

（2）微机如何控制x 轴、y 轴电机的并写出三种工作方式下的输出字表。

11、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。

12、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。

13、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。

14、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；

15、已知模拟调节器的传递函数为

()s

.s .s D 085011701++= 试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=。 ()()()s

.s .s E s U s D 085011701++== 则()()()()s SE .s E s SU .s U 1700850+=+

()()()()dt t de .t e dt t du .t u 1700850+=+∴

()()()()()()T

k e k e .k e T k u k u .k u 11701085

0--+=--+∴ 把T=代入得 ()()()()15354142504251k-e .k e .k u .k u .-=--

位置型()()()()12982.014561.21579.3-+--=k u k e k e k u

增量型()()()()()()17018.014561.21579.31----=--=?k u k e k e k u k u k u

16、已知模拟调节器的传递函数为

()s

.s .s D 08501701+= 试写出相应数字控制器的位置型PID 算法和增量型PID 控制算式，设采样周期T=。

解：因为())11(17011208501701s T s

T K s .s .s .s D d i p ++=+=+=）（ 所以07.102===d i p T T K ，，

故位置型PID 控制器

∑∑∑===+=??

????+=??

????--++=k

i k i D k i I P i e k e i e k e T k e k e T i e T T k e K k u 0

00)(7.10.40)(2)(7.10.20)(2)1()()()()( 故增量型PID 控制器

[][]

[])1(2)(35.4)1()(7

.10.40)1()(2)1()2()1(2)()()1()()1()

()1()(--+-≈+--+-=-+--++--+-=?+-=k e k e k u k e k e k e k u k e k e k e K k e K k e k e K k u k u k u k u D I P

17、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为

s

s s s D 5.05.31.0)(2++= 若采样周期T=1S,试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式。并比较两种算法特点。

?++=++=++==

dt t e dt t de t e t u s E s

s sE s E s U s

s s E s U s D )(51)(2)(7)()(51)(2)(7)(5172)()()(

∑=+--+=k i i e T T k e k e k e k u 0

)(5)1()(2)(7)( 将T=1代入上式，得

∑=+--=k

i i e k e k e k u 0)(2.0)1(2)(9)(

∑-=+---=-1

0)(2.0)2(2)1(9)1(k i i e k e k e k u

)1()()(--=?k u k u k u

)2(2)1(11)(2.9-+--=k e k e k e

18、简述应如何选择计算机控制系统中采样周期

答：（1）首先确定采样周期的上下限：

上限根据采样定理来确定；下限根据计算机执行程序和输入输出所耗费的时间来确定。

（2）其次要考虑的因素有：

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。

19、什么叫积分饱和它是怎么引起的如何消除

解：（1）如果执行机构已经到极限位置，仍然不能消除静差时，由于积分作用，尽管PID 差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就叫积分饱和。

（2）1、当偏差产生跃变时，位置型PID 算式的输出将急剧增大或减小，有可能超过执行机构的上（下）限，而此时执行机构只能工作在上限。

2、系统输出需要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产生一个很大的积累值。

3、当系统输出超过给定值后，偏差反向，但由于大的积分积累值，控制量需要相当一段时间脱离饱和区。因此引起系统产生大幅度超调，系统不稳定。

（3）常用的改进方法：积分分离法和抗积分饱和

20、简述扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定PID 参数的步骤。 扩充临界比例度法整定PID 参数的步骤：

(1)选择一个足够短的采样周期T ，例如被控过程有纯滞后时，采样周期T 取滞后时间的1/10以下，此时调节器只作纯比例控制，给定值r 作阶跃输入。

(2)逐渐加大比例系数Kp ，使控制系统出现临界振荡。由临界振荡过程求得相应的临界振荡周期Ts ，并记下此时的比例系数Kp ，将其记作临界振荡增益Ks 。此时的比例度为临界比例度，记作s

s K 1=δ。 (3)选择控制度，所谓控制度是数字调节器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分之比。

(4)根据控制度，查表求出T 、Kp 、Ti 和Td 值。

(5)按照求得的整定参数，投入系统运行，观察控制效果，再适当调整参数，直到获得满意的控制效果为止。

扩充响应曲线法整定PID 参数的步骤：

(1)断开数字调节器，让系统处于手动操作状态。将被调量调节到给定值附近并稳定后，然后突然改变给定值，即给对象输入一个阶跃信号。

(2)用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图所示。

(3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ、被控对象的时间常数Tc，以及它们的比值Tc/τ。

(4)由τ、Tc、Tc/τ值，查表，求出数字控制器的T、Kp、Ti和Td。

21、数字控制器的离散化设计步骤是什么

数字控制器的直接设计步骤如下：

(1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。

(2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。

(3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。

(4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。

23、等效离散化设计方法存在哪些缺陷

答：等效离散化设计方法存在以下缺陷：

(1) 必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要求。

(2) 没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大，除有可能造成控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的调节品质变坏。

(3) 等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系统(只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称为近似设计。

23、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。

26、写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传递函数的极

点有何影响

答：零阶保持器的传递函数为01e ()Ts H s s --=。零阶保持器的引入并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。 27、 已知某连续控制器的传递函数为 2n 22n n ()2D s s s ωωξω=++ 试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数)(z D ，并给出控制器的差分形式。其中1s T =。

解：令 11

11112112112----+-=+-=+-=z

z z z T z z T s 1

1

2221n n 22222121n n n n n n n 21(21)()()()2(44)(28)44z s z z z U z D z E z s s z z ωωωξωωωξωωωξ-------=+++===++-++-+++控制器的差分形式为

222n n n n 222n n n n n n 2844()(1)(2)(()2(1)(2))444444

u k u k u k e k e k e k ωωωξωωωξωωξωωξ--++-+-=+-+-++++++26、被控对象的传递函数为

()2

1

s s G c = 采样周期T=1s ，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：

(1)最少拍无纹波系统的设计方法，设计)(z Φ和()z D ；

(2)求出数字控制器输出序列)(k u 的递推形式。

解：广义对象的脉冲传递函数

()()()

()211-1232z 12z 1z T 1111----+=??????-=???? ???-=s e s s e z G Ts -Ts c Z Ζ 将T=1S 代入，有

()()()2111121---+=

z z z z G -c 最少拍无纹波设计步骤： 1）根据广义对象的传递函数确定参数

已知N=2，M=2

N （分母多项式的幂次）

M （分子多项式的幂次）

d=N-M 延时 w 在所有零点的总数（不包括无穷远的零点） v 在z 平面的单位圆上或圆外极点的个数 j 在z 平面的单位圆上极点的个数

q(输入类型)

所以d=0 w=1 v=2，j=2； q=2(单位阶跃输入) 2）确定F1(z)和F2(z)的幂次m 和n ）

q ,max (j j v n d w m +-=+= m m z f z f z f z F ---++++=121211111)(Λ n n z f z f z f z F ---+++=22221212)(Λ 2q ,max (1=+-==+=）j j v n d w m

所以： 11111)(-+=z f z F 2221212)(--+=z f z f z F

3）确定Фe(z) )()1()1()(1)(1),(111z F z z a z z q j max j v i i e --=--????????-=Φ-=Φ∏ 3

11211111111211),(max 111)21()2(1)1()1()()1()1()(-------=-+-+-+=+-=-??????-=Φ∏z f z f z f z f z z F z z a z q j j v i i e 4）确定Ф(z)

)()1()(211z F z b z z w i i d ??????-=Φ∏=-- 3

22222211212221211211)())(1()()1()(------=--+++=++=??????-=Φ∏z f z f f z f z f z f z z F z b z z w i i d 5）根据关系)(1)(z z e Φ-=Φ使等式两边同幂次的系数相等，解出F 1和F 2中的系数。 ??

???-=+-=--=-22112122112111212f f f f f f f ）（ 解得：?????-===4

/34/54/3222111f f f

所以：

)4/31()1()(121--+-=Φz z z e

)4/34/5)(1()(211----+=Φz z z z

6）求控制器D(z) )(1)()(1)(z z z G z D Φ-Φ= ()()11121211112134610)4/31()1()4/34/5)(1(112)(---------+-=+--+?+-=z z z z z z z z z z z D -