计算机控制原理复习资料

一、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。

答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数KP。比例调节器简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数KP可以减小静差，但是KP过大会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡导致闭环系统不稳定。(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差直到偏差为零。积分时间常数TI大，积分作用弱，反之强。增大TI将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。

(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。

二、大林算法的设计目标？振铃现象是什么？振铃幅度定义？消除振铃现象？答：（1）大林算法的设计目标是使闭环传递函数Φ(s)相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节的串联，其中纯滞后环节的滞后时间τ与被控对象的纯滞后时间完全相同。这样就能保证使系统不产生超调，同时保证其稳定性。（2）所谓振铃现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。（3）振铃幅度RA用来衡量振铃强烈的程度。为描述振铃强烈的程度，应找出数字控制器输出量的最大值umax。由于这一最大值与系统参数的关系难于用解析的式子描述出来，所以常用单位阶跃作用下数字控制器第0次输出量与第1次输出量的差值来衡量振铃现象强烈的程度。（4）有两种方法可用来消除振铃现象。第一种方法是先找出D(z)中引起振铃现象的因子(z=-1附近的极点)，然后令其中的z=1，根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数Tc，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象。

三、何为积分饱和现象？如何消除积分饱和现象？

答：（1）在标准PID位置算法中，控制系统在启动、停止或大幅度提降给定值等情况下，系统输出会出现较大的偏差，这种偏差，不可能在短时间内消除，经过积分项累积后，会使控制量u(k)很大，甚至超过执行机构的极限umax。当负误差的绝对值较大时，也会出现u

四、给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。

答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下：(1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数。(2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)。(3)根据D(z)编制控制算法程序。

五、直接设计法的优点

答：优点（1）采样周期的选取只取决于被控对象本身，而与所采用的设计方法无关。不存在采样周期必须足够小的限制。（2）可以考虑采样点之间的性能。可以保证系统的时域控制指标，采样周期的选取也较为灵活。（3）直接设计法是根据给定的性能指标直接得到z域的数字控制器，控制规律及其算法可以针对不同对象的具体特性来确定。可以得到比相应连续系统更好的性能。

六、开关量、模拟量输入及输出通道的作用

答：开入：在计算机控制系统中，为了获取系统的运行状态或设定信息，经常需要进行开关量信号的输入。开出：在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关或启/停，某些控制算法也需要控制执行机构在一定时间T内全负荷工作一段时间t(0≤t≤T)，这些控制可通过计算机开关量输出通道来实现。模入：把从控制对象检测到的模拟信号，转换成二进制数字信号，经I/O接口送入计算机。模出：把计算机输出的数字量转换成模拟量。

七、什么是采样定理？简述采样周期选取的一般原则

答：（1）如果连续信号f(t)具有有限频谱，其最高频率为ωmax,则对f(t)进行周期采样且采样角频率ωs>=2ωmax时，连续信号f(t)可以由采样信号f﹡(t)唯一确定，亦即f﹡(t)可以无失真地恢复f(t)。（2）采样频率越高就越能如实反映被采样的连续信号的特征信息。从计算机控制系统角度来讲，选取过高的采样频率会使系统对硬件的要求过高，造成成本攀升，还会使干扰对系统的影响明显上升。因此应该综合考虑计算机控制系统中采样周期的选择问题。

八、为什么说增量型PID控制器调节比位置型PID调节效果更好? 二者的区别答：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小；(2)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；(3)在进行手动-自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡

九、为何采用不完全微分PID算法

答：（1）微分作用容易引起高频干扰（2）只在第一个采样周期起作用，不能按照偏差变化趁热在整个过程中起作用（3）作用第一个周期内太强，短时间容易产生较大缺陷控制量，易形成微分饱和。

十、采样/保持器的作用，为什么加入？

答：（1）在进行模数转换时，如果模拟信号的频率较高，就会由于A/D转换器的孔径时间而造成较大的转换误差，克服的方法是在A/D转换器之前设置采样保持电路。采样保持器平时处于“采样”状态，跟踪输入信号变化；进行A/D转换之前使其处于“保持”状态，则在A/D转换期间一直保持转换开始时刻的模拟输入电压值；转换结束后，又使其变为“采样”状态。（2）在多通道复用一个D/A 转换器的模拟输出方式中，为了从一个D/A转换器输出不同通道的不同模拟电压，也需要采用采样/保持器

十一、实时、在线、离线的含义

答：(1)指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的(2)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叫在线方式(3)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叫离线方式。