计算机控制技术复习重点

第一部分：基本概念部分必须掌握的内容
问答题必须掌握作业题：第一章1、5；第二章3,4；第三章7,8；第四章1，3；第五章2,3；第六章5,6；第七章：5
以下为选择题部分包含的内容概念：
1 数字PID控制器参数整定的任务是什么？采样周期T的选择与哪些因素有关？2“算术平均值”数字滤波器主要对哪类信号进行滤波？该类信号的特点是什么？
3 直线插补的过程分为哪几个步骤？有几种终点判别的方法？
1、计算机控制系统中离线方式和在线方式的含义是什么？
答： (1)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”
方式。

(2)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受
计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

2、出典型计算机控制系统的原理框图，并简述数字控制器的模拟化设计步骤。

给定量，微型计算机，反馈线，控制器，D/A转换，执行器，被控对象，被控参数，A/D转换器
模拟化设计步骤：
1、求出模拟调节器的传递函数D(S)
2、选择合适的采样周期T
3、把D(S)离散化，求出数字控制器的脉冲传递函数D(z)
4、检验系统的闭环特性是否满足设计要求
5、把D(z)变换成差分方程的形式，并编程实现
6、现场调试
3、简述增量型PID控制算与位置型PID控制算法相比较具有哪些优点？以及增量型控制算法的不足之处。

答：与位置算法相比，增量型PID算法有如下优点：
(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。

(2)为实现手动——自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变化部分，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。

(3)采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。

不足之处：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大
4、什么是过程通道？过程通道主要包括哪些类型？
答：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。

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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5、什么是内部总线？常用的内部总线有哪些？
答：内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一组信号线的集合。

常用的内部总线有IBM PC总线和STD总线。

6、什么是共模干扰？如何抑制？
答：共模干扰是指A/D转换器两个输入端上共有的干扰电压。

共模干扰常用的抑制方法:
A 利用双端输入的放大器作为前置放大器，如AD521等
B 利用变压器或光电耦合器把各种模拟负载和数字信号隔离，即模拟地和数字地断开，被测信号通过变压器或光耦合器获得通路，而共模干扰不能形成回路而得到抑制。

C 采用双层屏蔽-浮地输入方式。

7、画出数字控制系统原理框图。

并写出广义对象的脉冲传递函数、闭环脉冲传递函数、误差脉冲传递函数、以及数字控制器的Z变换的表达式。

图中G0(s)是被控对象的传递函数，H(s)是零阶保持器的传递函数，G(z)是广义被控对象的脉冲传递函数，D(z)是数字控制器的脉冲传递函数， R(z)是系统的给定输入，C(z)是闭环系统的输出，φ(z)是闭环系统的脉冲传递函数。

8、简述数字控制器的离散化设计步骤。

（1）根据式求出广义被控对象的脉冲传递函数G（z）
（2）根据系统的性能指标要求和其他约束条件，确定闭环系统的脉冲传递函数
（3）根据式求出数字控制器的脉冲传递函数D（z）
（4）根据D（z）求出差分方程，编写控制程序
（5）与硬件连接，进行系统调试
9、大林算法主要用来解决什么类型的控制问题？简述大林算法的设计目标。

答：大林算法是用来解决含有纯滞后对象的控制问题。

设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节。

10、圆弧插补有哪几个步骤？
(1)偏差判别(2)坐标进给(3)偏差计算(4)坐标计算(5)终点判别
11、串模干扰和共模干扰的含义。

答：串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声
共模干扰是指A/D转换器两个输入端上共有的干扰电压
12、信号的接地方式
答：安全接地工作接地屏蔽接地
13、数字程序控制方式的类型
点位控制、直线切削控制、轮廓的切削控制
14、软件抗干扰技术
软件抗干扰技术是当系统受到干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。

16、插补计算过程的步骤。

答：直线插补计算过程的步骤如下：
(1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；
(2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步；
(3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；
(4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。

圆弧插补计算过程的步骤如下：
(1)偏差判别 (2)坐标进给 (3)偏差计算 (4)坐标计算 (5)终点判别
17、步进电机的工作方式，步距角和齿距角的计算
答：步进电机可工作于单相通电方式，也可工作于双相通电方式或单相双相交叉通电方式。

18、简易工程法整定PID参数的方法。

答：P115 例题5.2 扩充临界比例度法、扩充响应曲线法、衰减曲线法
19、最少拍控制算法典型输入信号形式。

答：P117 等速与等加速
20 动态矩阵控制算法的含义
动态矩阵控制算法是一种基于对象阶跃响应的预测控制算法
21前馈控制器的理论基础
前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。

22采样定理的内容
答：当采样频率fs.max 大于信号中，最高频率fmax 的2倍时，即：fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号
、整地保留了原始信号中的信息，一般取2.56-4倍的信号最大频率；采样定理又称奈奎斯特定理
23、数字滤波的方法。

答：常用的数字滤波方法有7种。

（1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。

（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。

（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。

它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。

（4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果
（5）滑动平均值滤波法：采样时间短，可以提高检测速度
（6）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波
（7）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好
24、量化误差的定义
答：量化误差是指量化结果和被量化模拟量的差值,显然量化级数越多,量化的相对误差越小.量化级数指的是将最大值均等的级数,每一个均值的大小称为一个量化单位
25 内部总线的含义
答：内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一组信号线的集合。

26大功率驱动电路的驱动方式
固态继电器（直流固态继电器、交流固态继电器）、IGBT 、MOSFET
第二部分：计算题部分(复习重点)
第四章逐点比较法：直线插补和圆弧插补计算，步进电机齿距角和步距角的计算（课后作业题）
第五章：根据拉氏变换的表达式求Z 变换的表达式： 例如：)
1(5)(2+=s s s G ，求G(Z) 计算振铃幅度
最少拍无波纹控制器的设计，有波纹控制器的设计
波纹产生的原因
大林算法的设计目标
振铃现象及其消除方法
第六章的所有例题
第六章的习题3、7、9；第七章习题6、7、8
第三题答案
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=0.2s 。

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
1.计算机控制系统的结构特征是：（ ）
A.系统中均采用模拟器件；
B.系统中均采用数字器件；
C.系统是模拟和数字部件的混合系统；
2.计算机控制系统的工作方式主要有：（ ）
A.在线方式；
B.离线方式；
C.在线方式和离线方式；
3.计算机控制系统软件的主要功能是：（ ）
A.用来管理计算机本身的资源；
B.面向生产过程的程序；
C.A 和B 两种功能均有；
4.工控机的软件主要由以下几部分组成：（ ）
A.系统软件；
B.系统软件、工具软件和应用软件；
C.工具软件；
5.在大功率系统中，需要从电磁离合等大功率器件的触点输入信号，为了使触点工作可靠，要使用下列哪一种信号调理电路？（）
A.大功率输入调理电路；
B.小功率输入调理电路；
6.有源I/V变换主要是由哪些器件组成？（）
A.运算放大器、电阻组成；
B. 电阻
7.理想的多路转换开关具有以下特点：（）
A.开路电阻为无穷大，接通时的接通电阻为零；
B.开路电阻为零，接通时的接通电阻为无穷大；
8.计算机控制系统的外部干扰是与什么因素有关系？（）
A.由系统的结构布局，制造工艺决定；
B.外部条件和外部环境因素决定；
9.串模干扰是指：（）
A.是指叠加在被测信号上的干扰噪声；
B.是指输入通道中信号放大器两个输入端上共有的干扰电压；
10.浮地方式是指：（）
A.通过电容把设备的地线与大地相连；
B.设备的地线系统与大地之间良好连接；
C.设备的整个地线系统和大地之间无导体连接，以悬浮的地作为系统的参考电平；
11.三相反应式步进电机的定子材料和转子材料如下：（）
A.定子是由硅钢片叠成的，转子是由软磁材料制成的；
B.定子是由软磁材料制成的，转子是由硅钢片叠成的；
12.在数字PID控制中，引入积分控制的目的是为了：（）
A.是为了反映误差信号的变化率，进行有预见的控制；
B.提高控制精度；
13.最少拍无波纹控制器波纹产生的原因是由于：（）
A.控制量U（z）中含有左半单位圆的极点；
B.控制量U（z）中含有右半单位圆的极点；
14.大林算法的设计目标是为了解决如下问题：（）
A.是为了消除采样点之间的波纹；
B.含有纯滞后对象的控制问题；
15.在串级控制中，系统中的主要扰动应该包含在以下回路中：（）
A.应该包含在主控回路中；
B.应包含在副控回路中；
16.如果模拟信号频谱的最高频率为max f ，只要按照采样频率（ ）进行采样，那么采样信号就能唯一的复观。

A.max f 2≥f
B.max f 21f <
C.m ax f 2f <
D.max f 2
1≥f 17.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（ ）
A.7
B.8
C.9
D.10
18.( )数字滤波方法适用于周期性干扰。

A.平均值滤波法
B.中值滤波法
C.限幅滤波法
D.惯性滤波法
19.q=20mV 时，量化误差为±10mV ，0.990~1.009V 范围内的采样值，其量化结果都是：（ ）
A 、2
B 、1
C 、100
D 、50
20.软件抗干扰技术包括：（ ）
①数字滤波技术、②指令冗余技术、③软件陷阱技术
A 、①②③
B 、②
C 、③
D 、①。