計控復習(空白)

1、1計算機控制系統(tǒng)由 和 兩大部分構成。2數(shù)字量輸入通道主要由 、 、 等組成。3假設ADC0809的基準電壓VREF（+）=5.12V，VREF（-）=0V，則此時它的量化單位q= mV；若輸入電壓VIN=3V，則輸出的轉(zhuǎn)換結(jié)果D= 1. 12位的A/D轉(zhuǎn)換器對幅度為5V的電壓信號進行轉(zhuǎn)換，它能分辨的最小電壓變化是_ _mV。4完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間稱為 時間。5寫出數(shù)字控制器連續(xù)化設計的五個步驟： 6設計對速度輸入的最少拍無紋波控制器時，被控對象應至少含 個積分環(huán)節(jié)。7若被控對象的G(z)分母比分子高N階，那么最少拍控制器的物理可實現(xiàn)的條件是 。8最少拍控制器有兩個主要特點： 和 。9

2、大林算法控制的響應特點是 ，其響應的調(diào)節(jié)時間長短可通過 改變。10設計串級控制系統(tǒng)時應把主要擾動包含在 回路中。11三相步進電機按三相六拍方式工作，各相通電次序為 。12集散控制系統(tǒng)在功能上實現(xiàn)了 集中和 分散，以適應不同類型的控制要求。13經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術是 、 、 和開關量軟件抗干擾技術等。2. 與采樣同樣時間點和時間間隔, 并由計算機輸出的_ _量被零階保持器變換成連續(xù)_ _信號輸送到被_ _對象。5. 完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間稱為_ _時間。6. 數(shù)字PID控制器有_式和_式兩種控制算法。7. 數(shù)字PID控制器參數(shù)的整定有_ _法和_ _法兩種。9. 計算機控制系統(tǒng)的抗干擾

3、措施主要有_ _抗干擾、_ _抗干擾和_ _自診斷技術。10. 集散控制系統(tǒng)在功能上實現(xiàn)了_ _集中和_ _分散, 以適應不同類型的控制要求。11. 離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)的特征根必須全部位于Z平面的_ _，只要有一個根在_ _，系統(tǒng)就不穩(wěn)定，對實際系統(tǒng)來說，處于穩(wěn)定邊界也稱為_ _系統(tǒng)。12. 模擬化設計的關鍵步驟是_ _。2. 為提高輸入模擬信號的頻率范圍，應在A/D轉(zhuǎn)換器前加 _電路。3. 大林算法適用于兩類被控對象，分別是 ， 。應用大林算法后的閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)是 6. 數(shù)字PID控制器有 式和 式兩種控制算法。7. 計算機控制系統(tǒng)的軟件抗干擾措施主要有 濾波、 技術和 技術。8

4、. DCS控制系統(tǒng)在功能上實現(xiàn)了 集中和 分散, 以適應不同類型的控制要求。9. 離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是系統(tǒng)的特征根必須全部位于Z平面的 ，只要有一個根在 ，系統(tǒng)就不穩(wěn)定，對實際系統(tǒng)來說，處于穩(wěn)定邊界也稱為 系統(tǒng)。二、如圖所示的計算機控制系統(tǒng)，請?zhí)顚懗龈鞑考拿Q并分別敘述各部件的功能三.試畫出一個多路模擬量輸入通道的結(jié)構框圖，說明各個環(huán)節(jié)作用和信號是如何傳遞的。四. 寫出位置式和增量式PID算法的公式, 假定要增加積分控制作用，應如何調(diào)節(jié)積分時間TI? 解：位置式算法 增量型控制算式 Kp為比例增益； KI=KpT/TI為積分系數(shù)；KD=KPTD/T為微分系數(shù)。 三、控制計算機設置Watc

5、hdog的目的是什么？簡單敘述Watchdog的工作原理。1 第一象限順圓弧插補偏差判別式是，請推導簡化偏差計算公式。五、設加工第一象限圓弧AB，起點A（1，5），終點（5，1），要求：a) 寫出偏差計算的遞推公式。b) 按逐點比較法插補進行列表計算。c) 畫出走步軌跡圖，并標出進給方向步數(shù)。解：a)設加工點處于m（xm,ym）點1） 若Fm0時則沿-y方向進給一步至m+1點的坐標值為xm+1= xm ym+1= ym-1 2） 若Fm<0時則沿+x方向進給一步至m+1點的坐標值為xm+1= xm+1 ym+1= ym b)進給的總步數(shù)Nxy=5-1+1-5=8 F0=0 步數(shù) 偏差判別

6、 坐標進給 偏差計算 坐標計算 終點判別起點 F0=0 x0=1，y0=5 Nxy=81F0=0 y F1=F02y019 x1=1，y1=4 Nxy=72F1<0 x F2=F12x116 x2=2，y2=4 Nxy=63F2<0 x F3=F22x211 x3=3，y3=4 Nxy=54F3<0 x F4=F32x316 x4=4，y4=4 Nxy=45F4>0 y F5=F42y411 x5=4，y5=3 Nxy=36F5<0 x F6=F52x518 x6=5，y6=3 Nxy=27F6>0 y F7=F62y613 x7=5，y7=2 Nxy=18

7、F7>0 y F7=F62y710 x8=5，y8=1 Nxy=0c)二. 設加工第二象限直線AB, 起點A(-3,2), 終點B(-9,6), 要求:(1) 按逐點比較法插補進行列表計算。(2) 畫出走步軌跡圖, 并標出進給方向步數(shù)。解: Nxy=-9-（3）+6-2=10 Xe=-9 Ye=6 F0=0步數(shù) 偏差判別 坐標進給 偏 差 計 算 終 點 判 斷 起點 F0=0 Nxy=101 F0=0 -X F1=F0-Ye=-6 Nxy=9 2 F1<1 +Y F2=F1-Xe= 3 Nxy=8 3 F2>0 -X F3=F2-Ye=-3 Nxy=7 4 F3<0

8、+Y F4=F3-Xe= 6 Nxy=6 5 F4>0 -X F5=F4-Ye= 0 Nxy=5 6 F5=0 -X F6=F5-Ye=-6 Nxy=4 7 F6<0 +Y F7=F6-Xe= 3 Nxy=3 8 F7>0 -X F8=F7-Ye=-3 Nxy=2 9 F8<0 +Y F9=F8-Xe= 6 Nxy=1 10 F9>0 -X F10=F9-Ye= 0 Nxy=0四. 一個8位A/D轉(zhuǎn)換器, 孔徑時間為100S, 如果要求轉(zhuǎn)換誤差在A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度(0.4%) 內(nèi), 求允許轉(zhuǎn)換的正弦波模擬信號的最大頻率是多少? 解：由誤差表達式 得：六、PID

9、控制的微分先行算法對基本PID控制做了什么改進？主要用于解決什么問題？設TD=0.2秒，T=1秒，3，用后向差分法求出微分先行環(huán)節(jié)的輸出和PI控制器的輸出（增量型）。解：1）PID控制的微分先行算法將對誤差的微分運算改為對反饋量的微分運算。 微分先行算法主要用于解決給定值大幅度變化時，微分環(huán)節(jié)引起控制量過大的問題。 2）（直接用拉氏反變換求微分方程也可以） 七、已知Smith預估器的方框圖，其中被控對象的離散模型為，請寫出Smith預估器的輸出的表達式，在計算機中如何實現(xiàn)純延遲環(huán)節(jié)。答：在內(nèi)存中專門設定N個單元作為存放信號m(k)的歷史數(shù)據(jù)，存儲單元的個數(shù)，其中為純滯后時間，T為采樣周期。每采

10、樣一次，把m(k)記入0單元，同時把0單元原來存放數(shù)據(jù)移到1單元，1單元原來存放數(shù)據(jù)移到2單元，依次類推，從單元N輸出的信號就是滯后N個采樣周期的m(k-N)信號。 七、三相步進電機按三相六拍方式工作，試寫出使得步進電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的通電次序，根據(jù)原理框圖寫出控制字。如何控制步進電機的速度，怎樣實現(xiàn)勻速、加速和減速運轉(zhuǎn)過程。解：正轉(zhuǎn)：AABBBCCCA 反轉(zhuǎn)：ACACBCBAB步進電機的速度控制：輸出字更換得越快，步進電機的轉(zhuǎn)速越高。輸出字更換得越慢，步進電機的轉(zhuǎn)速越低。 輸出字更換時間間隔不變,勻速轉(zhuǎn)動;輸出字更換時間間隔變小,加速轉(zhuǎn)動;輸出字更換時間間隔增大,減速轉(zhuǎn)動; 八、某熱處理爐溫度變

11、化范圍為01400，經(jīng)溫度變送器線性變換為420mA電流信號，選用的12位A/D轉(zhuǎn)換板的輸入電壓范圍是010V（對應數(shù)字量0000FFFH），要求當溫度達1400時，A/D輸入電壓為8V，求簡單無源I/V變換的電阻阻值，寫出編程時溫度量的計算公式。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為500H時，爐內(nèi)溫度為多少度？五、某熱處理爐溫度變化范圍為2001400，經(jīng)溫度變送器變換為05V電壓送至AD574, AD574的輸入范圍為010V。當t=KT時，AD574的轉(zhuǎn)換結(jié)果為408H，問此時的爐內(nèi)溫度為多少度(保留一位小數(shù))？解：工程量（溫度）最小、最大值分別是：Ymin=200, Ymax=1400.對應Ymin的A

12、/D輸出是Nmin=0, 對應Ymax的A/D輸出是Nmax=4095×5/10=2048,當AD574的轉(zhuǎn)換結(jié)果為408H時，對應的溫度是：七、已知被控對象的傳遞函數(shù)為 ，采樣周期T=1s，采用零階保持器。針對單位速度輸入信號設計最少拍無紋波系統(tǒng)的D(z)，并計算輸出響應y(k)、控制信號u(k)和誤差e(k)序列，畫出它們對時間變化的波形。解： d=0, q=2, v=1, w=1, j=1且j<q m=w+d=1 N=v-j+q=2 即 七、根據(jù)下圖所示計算機控制系統(tǒng)的模入通道方框圖，簡述針對通道零飄和增益變化的自動校準測量原理，并導出輸入電壓Vs的計算公式。解：通道的零

13、飄指的是通道輸入為零電壓時，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出不是對應零電壓的數(shù)字量。校準的辦法是將每次的測量值減去零電壓對應的數(shù)字量；通道增益的變化可用基準電壓與被測電壓相比較來校準。校準方法：1. 開關接地，獲得零電壓對應的A/D輸出值為x0；2開關接VR，獲得基準電壓值對應的A/D輸出值為x1；3開關接被測電壓，獲得A/D輸出值為x，則Vs用下式計算八、有一單反饋數(shù)字控制系統(tǒng)：其廣義對象為 ，按階躍輸入R(z)=1/(1-z-1)設計D(z)，給定的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 ，采樣周期T=0.7秒。1.求；2.設計數(shù)字控制器D(z)；3.計算系統(tǒng)在采樣點的輸出y(k)并作圖；4.判斷系統(tǒng)輸出的紋波情況； 解：

14、1. 2. 3因為包含了的所有零點，所以系統(tǒng)輸出無紋波?；蛘?只有有限項，進入穩(wěn)態(tài)后u(k)為常值，所以系統(tǒng)輸出無紋波。4 5. 單閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的被控對象，采樣周期為1秒。對應的廣義被控對象是，設計一個跟蹤單位速度輸入的最少拍無紋波控制器。(, )求出 （1）閉環(huán)傳遞函數(shù)； （2）數(shù)字控制器D(z)； （3）數(shù)字控制器的輸出u(k)的遞推公式； （4）系統(tǒng)經(jīng)過幾拍進入穩(wěn)態(tài)。解：（1） 根據(jù)G(z)可知，d=0, w=1, j=2, v=2, 由輸入信號可知，q=2于是 m=w+d=1+0=1n=v-j+q=2-2+2=2令 根據(jù)和的關系，求得 解得 則 ， （2） （3） 由 ，求得 （4

15、） 將展開，有項，說明系統(tǒng)經(jīng)過3拍進入 穩(wěn)態(tài)。1 寫出下圖所示結(jié)構框圖的Smith補償器的表達式，試從系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)說明加入補償器后，被控對象的純滯后對控制器的設計沒有影響。解：。 未加入補償器，閉環(huán)傳遞函數(shù)： 由于(s)分母含有純滯后環(huán)節(jié)，會使系統(tǒng)難于控制，甚至發(fā)生不穩(wěn)定。 加入補償器，閉環(huán)傳遞函數(shù)：此時(s)分母中不含有純滯后環(huán)節(jié)，控制器設計就不受純滯后環(huán)節(jié)的影響。2. 下圖是Smith預估控制系統(tǒng)。寫出結(jié)構框圖中；用雙線性變換求，采樣周期取0.1秒；求；求與的關系。3在下圖所示的計算機串級控制系統(tǒng)中，已知采樣周期為T，且有， ，其中a0、a1、b0、b1、b2是使D1（z）和D2（z）能夠?qū)崿F(xiàn)的常數(shù)，試寫出計算機串級控制算法。2. 下圖是計控PID實驗電路圖。請問被控對象怎么實現(xiàn)的？被控對象的傳遞函數(shù)G(s)是什么？系統(tǒng)由幾部分組成？控制計算機、信號源及A1和A2的作用是什么？敘述系統(tǒng)的基本控制原理。 答： 被控對象由運放A3、A4及阻容元件組成。傳遞函數(shù)是。系統(tǒng)的組成：控制計算機、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、信號源、A1和A2形成的誤差運算單元及A3，A4形成的被控對象?？刂朴嬎銠C完成PID功能及其它系統(tǒng)控制功能；信號源用于設定給定值；誤差運算單元計算出給定值與對象輸出的誤差。系統(tǒng)控制原理：1.