計算機控制技術(shù)期末復(fù)習(xí)試題附答案.docVIP

第一章 計算機控制系統(tǒng)概述1、計算機控制系統(tǒng)的概念是什么？計算機控制系統(tǒng)是以計算機技術(shù)、控制理論及自動化技術(shù)相結(jié)合并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的結(jié)果，是以自動控制理論為基礎(chǔ)，以計算機為手段的控制系統(tǒng)。2、計算機系統(tǒng)由哪些部分組成？并畫出方框圖。計算機控制系統(tǒng)由計算機、外部設(shè)備、操作臺、輸入通道、輸出通道、檢測裝置、執(zhí)行機構(gòu)、被控對象以及相應(yīng)的軟件組成。外部設(shè)備操作臺輸入通道檢測裝置輸出通道執(zhí)行機構(gòu)計算機被控對象3、計算機控制系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有哪些？穩(wěn)定性/動態(tài)指標(biāo)/穩(wěn)態(tài)指標(biāo)/能控性與能觀性4、計算機控制系統(tǒng)的主要特點有哪些？各項 連續(xù)控制系統(tǒng) 計算機控制系統(tǒng)信號形式 都是模擬信號 模擬信號、數(shù)字信號皆有控制規(guī)律實現(xiàn) 由模擬電路實現(xiàn) 由計算機通過程序?qū)崿F(xiàn)控制形式 整個過程始終連續(xù)控制 整個過程始終離散控制控制器作用 一個控制器控制一個回路一個控制器分時控制多個回路功能強度 簡單控制 具有豐富的指令系統(tǒng)和很強的邏輯判斷功能自動化程度 自動化程度低 便于實現(xiàn)控制與管理的一體化5、計算機控制系統(tǒng)是怎樣分類的？按功能和控制規(guī)律可分為幾類？一、按控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)特點分類操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC監(jiān)督控制系統(tǒng) SCC計算機分級控制集散控制系統(tǒng) DCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS2、 按控制規(guī)律分類程序和順序控制 PID控制最少拍控制復(fù)雜規(guī)律的控制智能控制第二章 離散控制系統(tǒng)及Z變換分析法1、計算機控制系統(tǒng)的信號形式有哪些？連續(xù)模擬信號:時間與幅值上均連續(xù)，如 r(t)、y(t)、u(t)離散模擬信號:時間是離散的，幅值上連續(xù)，如y*(t)、u*(t)離散數(shù)字信號:時間離散的，幅值為數(shù)字量，如y(kT)、u(kT)2、香農(nóng)(Shannon)采樣定理是如何描述的？一個連續(xù)時間信號f(t)，設(shè)其頻帶寬度是有限的，其最高頻率為max(或fmax)，如果在等間隔點上對該信號f(t)進行連續(xù)采樣，為了使采樣后的離散信號f *(t)能包含原信號f(t)的全部信息量。則采樣角頻率只有滿足下面的關(guān)系：s2max 采樣后的離散信號f *(t)才能夠無失真地復(fù)現(xiàn)f(t)。否則不能從f *(t)中恢復(fù)f(t)。其中，max是最高角頻率，s是采樣角頻率。它與采樣頻率fs、采樣周期T的關(guān)系為：3、簡述信號的恢復(fù)過程。零階保持器的作用是什么？其傳遞函數(shù)形式是什么？零階保持器作用：將前一個采樣時刻的采樣值f(kT)恒定地保持到下一個采樣時刻(k+1)T。也就是說在區(qū)間 kT，(k+1)T 內(nèi)零價保持器的輸出為常數(shù)。零階保持器的傳遞函數(shù) 設(shè)零階保持器在d(t)作用下的脈沖響應(yīng)h(t)，而h(t)又可以看成單位階躍函數(shù)1(t)與1(t-T)的迭加即：h(t)=1(t)-1(t-T)。取拉氏變換，得零階保持器的傳遞函數(shù):4、掌握常用信號的Z變換6、Z變換的滯后定理和超前定理是如何描述的？9、脈沖傳遞函數(shù)定義是什么？零初始條件下，離散輸出信號的Z 變換與離散輸入信號的Z變換之比。Y(z)R(z) G(z)=10、開環(huán)Z傳遞函數(shù)的求法：15、 采樣系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是什么？采樣系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點均位于z平面上以原點為圓心的單位圓內(nèi)。即|zi|116、17、求該系統(tǒng)在三種典型信號的作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。18、 掌握計算機控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析：勞斯判據(jù)。19、已知一采樣控制系統(tǒng)，試求：(1)系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。(2)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(3)系統(tǒng)對階躍輸入和斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差。？第三、四章 計算機控制系統(tǒng)的離散化設(shè)計1、D(z)的設(shè)計方法常見有哪兩種？（1）離散化設(shè)計方法直接設(shè)計方法（重點） 思想：已知被控對象的Z傳遞函數(shù)G(Z) ，根據(jù)所要求的性能指標(biāo)，設(shè)計數(shù)字控制器。（2）連續(xù)化設(shè)計方法間接設(shè)計方法 思想：先設(shè)計控制器的傳遞函數(shù)D(s)，然后采用某種離散化方法，將它變成計算機算法。2、最少拍系統(tǒng)概念？最少拍控制中主要研究哪三種類型的設(shè)計方法？最少拍設(shè)計：就是系統(tǒng)在典型輸入下，設(shè)計數(shù)字控制器D(z) 使閉環(huán)系統(tǒng)輸出在最少個采樣周期內(nèi)能準(zhǔn)確跟蹤輸入（或系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)誤差為0）。(1)最少拍控制器的設(shè)計：系統(tǒng)無誤差，簡單，但是本身缺陷多。(2)最少拍有紋波控制器的設(shè)計：系統(tǒng)無誤差，考慮了系統(tǒng)穩(wěn)定性，但輸出有紋波。(3)最少拍無紋波控制器的設(shè)計：系統(tǒng)無誤差，考慮了系統(tǒng)穩(wěn)定性，輸出無紋波。3、簡述數(shù)字控制器的離散化設(shè)計步驟。（1）求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)G(z);（2）根據(jù)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和其它約束條件，確定所需要的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)和閉環(huán)誤差脈沖傳遞函數(shù)e(z);（3）求取數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)；（4）根據(jù)D(z)求取控制算法的遞推計算公式，就可編寫控制算法程序。4、不同輸入時，最少拍控制器設(shè)計綜合：5、最少拍控制器的局限性體現(xiàn)在哪幾個方面？最少拍控制器的設(shè)計只是使系統(tǒng)對某一典型輸入的響應(yīng)為最少拍，但對其他典型輸入不一定為最少拍，甚至引起靜差和超調(diào)：當(dāng)針對某一典型的輸入函數(shù)R(z)設(shè)計的D(z)，用于次數(shù)較高的R(z)，系統(tǒng)將不能完全跟蹤，產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)針對某一典型的輸入函數(shù)R(z)設(shè)計的D(z)，用于次數(shù)較低的R(z)，系統(tǒng)將出現(xiàn)超調(diào)；顯然，一種典型的最少拍控制器只適應(yīng)一種特定的輸入，而不能適用于各種輸入。6、最少拍有紋波控制器的設(shè)計7、實例：設(shè)計最少拍有紋波控制系統(tǒng)。8、 最小拍有紋波控制器出現(xiàn)紋波的原因？數(shù)字控制器輸出u(k)在若干拍后，不為0或常值，是震蕩收斂的。9、最小拍有紋波控制器出現(xiàn)紋波后對系統(tǒng)有什么影響？消除紋波辦法？輸出在采樣點之間有偏差；增加了執(zhí)行元件的功率損耗和機械元件的磨損。最小拍無紋波控制器能夠消除輸出紋波。10、有紋波和無紋波設(shè)計唯一區(qū)別是什么？有紋波和無紋波設(shè)計唯一區(qū)別在于：有紋波設(shè)計時， 包含G(z)單位圓上和單位圓外的零點；無波紋設(shè)計時， 包含G(z)單位圓內(nèi)、單位圓上、單位圓外的所有零點。第5章 計算機控制系統(tǒng)的模擬化設(shè)計1模擬控制器的離散化方法有哪些？各有什么特點？1、沖激不變法2、加零階保持器的Z變換法（常用）3、差分變換法4、雙線性變換法5、頻率預(yù)畸變雙線性變換法6、零極點匹配法沖激不變法的特點： D(z)與D(s)的脈沖響應(yīng)相同。 若D(s)穩(wěn)定，則D(z)也穩(wěn)定。 D(z)不能保持D(s)的頻率響應(yīng)。（缺點） D(z)將s的整數(shù)倍頻率變換到Z平面上的同一個點的頻率，因而出現(xiàn)了混疊現(xiàn)象。（缺點）加零階保持器Z變換法的特點： 若D(s)穩(wěn)定，則D(z)也穩(wěn)定。 D(z)不能保持D(s)的脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)。（缺點）后向差分變換法的特點：穩(wěn)定的D(s)變換成穩(wěn)定的D(z)。D(z)不能保持D(s)的脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)。（缺點）前向差分變換法的特點： 穩(wěn)定的D(s)不能保證變換成穩(wěn)定的D(z)，且不能保證有相同的脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)。雙線性變換的特點：將整個S平面的左半面變換到Z平面的單位圓內(nèi)，因而沒有混疊效應(yīng)。穩(wěn)定的D(s)變換成穩(wěn)定的D(z)。D(z)不能保持D(s)的脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng)。（缺點）2 什么叫模擬PID 調(diào)節(jié)器的數(shù)字實現(xiàn)？它對采樣周期有什么要求？理由何在？?3 位置式PID 算法和增量式PID 算法是什么？各有什么樣的優(yōu)缺點？1 位置式2、增量式 當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)不需要控制量的全值，而是其增量，由位置式可以導(dǎo)出增量PID控制算法。利用增量型PID控制算法，可得到位置型PID控制算法的遞推形式，即兩者本質(zhì)相同，只是后者需要使用有附加積分作用的執(zhí)行機構(gòu)。但有如下優(yōu)點：(1)計算機只輸出控制增量，即執(zhí)行機構(gòu)位置的變化部分，因而誤動作影響?。?2)在k時刻的增量輸出u(k)，只需用到此時刻的偏差e(k)、以及前一時刻的偏差e(k-1)、前兩時刻的偏差e(k-2)，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計算時間；(3)在進行手動自動切換時，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡；4 試描述PID 調(diào)節(jié)器中比例系數(shù)，積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)的變化對閉環(huán)系統(tǒng)控制性能的影響（分別對動態(tài)響應(yīng)性能和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)性能影響）。1、比例控制對系統(tǒng)性能的影響對動態(tài)性能影響 Kp加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快；但當(dāng)Kp太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定；當(dāng)Kp太小時，使系統(tǒng)動作緩慢。對穩(wěn)態(tài)性能影響 加大比例控制Kp，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減少穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。2、 積分控制Ti對系統(tǒng)性能的影響對動態(tài)性能影響 積分控制Ti通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當(dāng)Ti太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定；當(dāng)Ti小時，對系統(tǒng)的性能影響減少。當(dāng)Ti合適時，過渡特性比較理想。對穩(wěn)態(tài)性能影響 Ti能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但Ti太大時，積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。3、 微分控制Td對系統(tǒng)性能的影響對動態(tài)性能影響 微分可以改善動態(tài)特性，如減少超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間縮短等。對穩(wěn)態(tài)性能影響 微分控制中允許加大比例控制，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。但Td太大時，超調(diào)量較大、調(diào)節(jié)時間較長。Td偏小時，超調(diào)量也較大、調(diào)節(jié)時間也較長。只有合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。5 PID 參數(shù)整定有些什么樣的方法？它們各自的特點和適應(yīng)范圍如何？試湊法（常用）擴充臨界比例度法歸一參數(shù)整定法擴充響應(yīng)曲線法優(yōu)選法變參數(shù)的PID控制（常用）各自特點和適應(yīng)范圍：略第6章 離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間分析法1、線性離散系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間表達式的表示形式？狀態(tài)方程輸出方程2、由差分方程導(dǎo)出離散狀態(tài)空間表達式：第12章 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)1 簡述計算機控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計的主要內(nèi)容？1研究被控對象、確定控制任務(wù)2確定系統(tǒng)整體方案(1)確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)(2)確定執(zhí)行機構(gòu)方案(3)控制系統(tǒng)總體“黑箱”設(shè)計(4)控制系統(tǒng)層次以及硬件、軟件功能劃分3建立數(shù)學(xué)模型，確定控制算法4硬件的設(shè)計(1)確定過程的輸入、輸出通道及其處理方式(2)計算機系統(tǒng)選擇(3)過程通道及接口設(shè)計(4)控制臺設(shè)計(5)可靠性設(shè)計(6)硬件調(diào)試5軟件的設(shè)計（1）選擇編程語言匯編語言高級語言混合語言（2） 軟件設(shè)計步驟問題定義 細化設(shè)計 編制源程序 形成可執(zhí)行代碼 調(diào)試 6系統(tǒng)仿真與調(diào)試(1) 實驗室硬件聯(lián)調(diào)(2) 實驗室軟件聯(lián)調(diào)(3) 實驗室系統(tǒng)仿真7現(xiàn)場安裝調(diào)試2 簡述過程輸入輸出通道的分類，組成及功能。一、 過程輸入輸出通道的組成與功能 根據(jù)過程