計算機控制技術(shù)復(fù)習(xí)重點俞光昀

1、第一章概述1,試考慮如圖1.1的蒸汽加熱爐自動控制系統(tǒng)可能會受到哪些干擾的影響蒸汽壓力，蒸汽溫度、進(jìn)料溫度、壓力、成分（比熱） ，傳 熱面積，環(huán)境溫度。.按給定值的不同，自動控制可分為哪幾類？進(jìn)料定值控制系統(tǒng)：如冰箱控制，反饋控制系統(tǒng)中的給定量如果恒定不變，主要克服干擾。隨動控制系統(tǒng)：導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，它需要迅速跟隨目標(biāo)的行蹤。. 一個簡單控制系統(tǒng)主要由哪幾個環(huán)節(jié)組成，它們的作用分別是什么？ 被控對象：自動控制系統(tǒng)需要進(jìn)行控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。變送器（檢測儀表、檢測元件）：對系統(tǒng)輸出量進(jìn)行測量的裝置。調(diào)節(jié)器（控制器、校正裝置，包含比較元件）：對系統(tǒng)的輸入量和輸出量進(jìn)行比較，給出偏差信號，起信

2、號綜合作用，并將偏差信號進(jìn)行比例、積分、微分等控制運算的器件，產(chǎn)生 控制信號操縱執(zhí)行元件，用于改善系統(tǒng)的性能。執(zhí)行器（執(zhí)行元件）：根據(jù)控制器的命令，改變操縱變量的大小，使被控制的輸出量和給定值一致。.簡單控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的的輸入和輸出分別是什么？系統(tǒng)的輸入和輸出又是什么?環(huán)節(jié)或系統(tǒng)輸入輸出被控對象調(diào)節(jié)參數(shù)，干擾參數(shù)被調(diào)參數(shù)變送器被調(diào)參數(shù)測量值測量值，給定值調(diào)節(jié)輸出執(zhí)行器調(diào)節(jié)輸出調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定值，干擾參數(shù)被調(diào)參數(shù)5.什么是被控對象特性？環(huán)節(jié)的特性，是指它的輸出參數(shù)和輸入?yún)?shù)之間的種種關(guān)系。被調(diào)參數(shù)和調(diào)節(jié)參數(shù)關(guān)系，稱調(diào)節(jié)通道；被調(diào)參數(shù)和干擾參數(shù)關(guān)系，稱干擾通道；.描述一個有自衡的非振蕩被控

3、對象的特性參數(shù)有哪些，它們的意義是什么？放大系數(shù)（也稱穩(wěn)態(tài)增益）K、時間常數(shù)T和時滯t ,需考慮調(diào)節(jié)通道和干擾通道。K0大，調(diào)節(jié)參數(shù)對被調(diào)參數(shù)影響大；Kf大，干擾參數(shù)對被調(diào)參數(shù)影響大。反之小。早。T0大，調(diào)節(jié)參數(shù)對被調(diào)參數(shù)影響過程慢;。0大，調(diào)節(jié)參數(shù)對被調(diào)參數(shù)影響開始晚;.什么是控制通道和擾動通道?參見5。Kf大，干擾參數(shù)對被調(diào)參數(shù)影響過程慢。反之快。cf大，干擾參數(shù)對被調(diào)參數(shù)影響開始晚。反之.已知圖示的儲水槽水位控制系統(tǒng)，試分析當(dāng)出水量突然增大時，該系統(tǒng)如何實現(xiàn)水位調(diào)節(jié)，試畫出該系統(tǒng)的方塊圖給定價一 Q山水號出水T 一液位J 一浮球2Jf杠桿3逆時針轉(zhuǎn)一針形閥T 一進(jìn)水T 一液位回升。.現(xiàn)有

4、下圖所示的換熱器出料溫度控制系統(tǒng)a)試畫出該系統(tǒng)的具體組成方塊圖。b)閥及調(diào)節(jié)器的選擇。c)d)e)杠枉針形1a儲水槽水位測最值浮球*指出該系統(tǒng)的被控對象、被控變量、操作變量各是什么？若蒸汽壓Ps突然增大dPs以后，試簡述蒸汽換班器出科該系統(tǒng)是怎樣實現(xiàn)自動控制作用的。試畫出上述衰減振蕩形式的過渡過程曲線被控對象：換熱器;被控變量：出料溫度;版10圖 換兇器溫度控制系統(tǒng)給定值操作變量：蒸汽流量。閥的選擇原則：安全原則，選氣開閥，信號中斷時關(guān)閉蒸汽;調(diào)節(jié)器選擇原則:高1-當(dāng)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線預(yù)設(shè)為正作用（測量值 T一調(diào)節(jié)輸出n,則PsT 一蒸汽流量T 一出料溫度T-TT輸出測量 值T-TC調(diào)節(jié)

5、器輸出T （正作用）一調(diào)節(jié)閥開度T （氣開閥）一蒸汽流量T 一出料溫度T T ,不符合負(fù) 反饋條件，故應(yīng)先反作用！調(diào)節(jié)過程：PsT一蒸汽流量T 一出料溫度T-TT輸出測量值T-TC調(diào)節(jié)器輸出J （反作用）一調(diào)節(jié)閥開度J （氣開閥）一蒸汽流量J 一出料溫度J ,實現(xiàn)調(diào)節(jié)。過渡過程曲線10.自動控制系統(tǒng)的單項控制指標(biāo)有哪些？余差：反映控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，系統(tǒng)給定值和系統(tǒng)穩(wěn)定時的測量值之差，叫做穩(wěn)態(tài)誤差。最大超調(diào)量或超調(diào)量：第一峰值相對于穩(wěn)態(tài)值的過調(diào)百分?jǐn)?shù)；過渡過程曲線達(dá)到第一個峰值所需的時間，稱為峰值時間tp。上升時間tr：曲線從零上升到第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時間。對于無振蕩的系統(tǒng)，則以由穩(wěn)態(tài)值白10

6、%上升到90%的時間作為上升時間。調(diào)節(jié)時間或過渡過程時間 ts：輸出量和穩(wěn)態(tài)值之間的偏差達(dá)到允許范圍（一般取5%或2%）并維持在此允許范圍內(nèi)，稱做過渡過程時間或調(diào)節(jié)時間。振蕩次數(shù)N：指在調(diào)節(jié)時間ts內(nèi)輸出值偏離穩(wěn)態(tài)值的振蕩次數(shù)。衰減比：指調(diào)節(jié)系統(tǒng)在最先兩個同向峰值和穩(wěn)態(tài)值之差的比值。第二章傳感器.試列舉日常生活，工作相關(guān)的各種物理量。溫度、濕度、氣壓、電量、水量、煤氣量。 。.試列舉你所了解的自動測量控制裝置中的傳感器。溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、電量傳感器、水量傳感器、煤氣傳感器。第三章執(zhí)行器.三類執(zhí)行器各有什么優(yōu)缺點？氣動執(zhí)行器：結(jié)構(gòu)簡單、價格低、防火防爆；電動執(zhí)行器：體積小、種類

7、多、使用方便；液壓執(zhí)行器：推力大、精度高。.執(zhí)行器分執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分，它們各起什么作用？執(zhí)行機構(gòu)：產(chǎn)生推力或位移的裝置；調(diào)節(jié)機構(gòu)：直接改變能量或物料輸送量的裝置。.電磁閥和調(diào)節(jié)閥有什么不同？電磁閥：當(dāng)線圈通電或不通電時，閥門打開或關(guān)閉。調(diào)節(jié)閥：通過改變閥芯的行程可改變調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，以達(dá)到連續(xù)調(diào)整流量的目的。60。，但是兩種通電方式有.步進(jìn)電動機三相雙拍制和三相單三拍制通電方式的步距角都是何區(qū)別，前者是否有什么優(yōu)點 ？前者兩相同時通電，轉(zhuǎn)矩較大；后者僅單相通電，精度高。前者優(yōu)點：輸出轉(zhuǎn)矩大；必有一相通電，故穩(wěn)定，不易振蕩。.為什么說安全火花儀表是本質(zhì)安全防爆儀表？電路在短路、開路及誤

8、操作等各種狀態(tài)下可能產(chǎn)生的火花都限制在爆炸性物質(zhì)的點火能量 以下，且溫度不超過可燃物的起燃點，故為本質(zhì)安全，稱本質(zhì)安全防爆儀表。.補充：如何構(gòu)建安全火花防爆系統(tǒng)？危險場所采用安全火花防爆儀表，安全場所采用普通儀表，危險場所和安全場所之間通過 防爆柵相連。機械式：常用的是干簧繼電器。結(jié)構(gòu)工業(yè)交流電圖319安全火花防爆系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)第四章 計算機輸入輸出技術(shù).請按照圖4.2式樣確定一組雙 T型電阻網(wǎng)絡(luò)窄帶帶阻濾波器電阻電容值。用來濾除工頻干擾。22.常見的模擬多2m7路開關(guān)有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點？簡單，閉合電阻小，開路電阻，但速度慢，壽命短。電子式：采樣速度快，體積小，壽命長，其缺點是導(dǎo)通電阻大。

9、3.什么情況下應(yīng)該采用 V/F轉(zhuǎn)換器組成A/D轉(zhuǎn)換器?將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。優(yōu)點：接口簡單；輸入方式靈活；抗干擾能力較強；方便遠(yuǎn)傳;缺點：轉(zhuǎn)換時間較長，一般需幾或幾十毫秒。第五章數(shù)據(jù)處理技術(shù).請總結(jié)本章介紹的各種數(shù)字濾波法的原理、方法（即算法）及適用場合。慣性濾波法：相當(dāng)于 RC低通濾波。算術(shù)平均值濾波：適用于本身在某一數(shù)值上下波動，具有平均值的信號，例如流量、液位等信號進(jìn)行濾波。N越大，平滑程度越好，但靈敏度較差。加權(quán)平均濾波法：類似算術(shù)平均濾波法，但各采樣時刻權(quán)重不同，以提高系統(tǒng)的靈敏度。中值濾波法：連續(xù)采樣 n次檢測信號（n=3,且為奇數(shù)），然后選擇大小居中的數(shù)據(jù)作為

10、有效 信號。適用于濾除脈沖性干擾的影響，克服偶然因素引起的波動或誤碼。防脈沖干擾平均值法（復(fù)合濾波法）：先用中值濾波法濾掉由于脈沖性干擾引起誤差的采樣值，然后對剩下的采樣值進(jìn)行算術(shù)平均濾波。既可以用于快速系統(tǒng)，也可以用于慢速系統(tǒng)?；瑒悠骄鶠V波法：用隊列作為測量數(shù)據(jù)存儲器，每進(jìn)行一次新的測量，扔掉隊首的一個數(shù)據(jù)，把測量結(jié)果放到隊尾，使隊列中始終保持N個“最新”的數(shù)據(jù)；適用于溫度、液位等變化緩慢參數(shù)的測量。程序判斷濾波法：1）限幅濾波一上下限濾波，用于消除大的干擾； 2）限速濾波一用于消 除快變干擾。.為什么要進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換（即標(biāo)度變換）?被測量一般均會被轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，故需將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為人

11、們熟悉的工程單位進(jìn)行 顯示或t己錄。度，變換成 4-20mA ,采用EM235 ,輸入.補充：標(biāo)度變換。變送器溫度測量范圍為0-150電流范圍0-20mA ,內(nèi)部信號范圍 0-32000 ,試 確定標(biāo)度變換公式。輸入范圍 0-20mA ,則對于 4-20mA ,實際為20%100%,內(nèi)部信號范圍為 0-32000,則其實際范 圍為 32000*20% 32000=6400 32000。y = y0 . 1-y0(x _x0) = 0 -xi - x0150-032000 - 6400(x-6400) =0.00586x -37.5第七章數(shù)字PID控制.補充：何為PID控制？ Kp, Ti和Td

12、的大小對比例，積分和微分作用分別有什么影響指Proportional（比例）+ Integral （積分）+ Derivative （微分）控制作用的總和。Kp T 一比例作用T ；（或8 （比例度/比例帶）T 一比例作用J ）Ki T 一積分作用T ；（或Ti （積分時間）T 一積分作用J ）Kd T 一微分作用T ；（或Td T 一微分作用D.增量式PID算法有什么優(yōu)點，適用于什么場合？3.使用增量式算法時，內(nèi)存中要保存哪幾個采樣時刻的采樣值？保存ek,ek山ekN。優(yōu)點是：錯誤動作影響小，不會引起誤差積累，實現(xiàn)手動-自動的無擾動切換更為方便。T TdAw*. = Wjt-以內(nèi)=G+ +

13、加Ml + 取T)=號 閻-唐+% +與3-陵jw +.在線整定或修改PID參數(shù)有什么好處？在完成系統(tǒng)控制白同時，可對 PID參數(shù)進(jìn)行在線修改。.整定PlD參數(shù)時，為什么 Kp要從小到大地增加，直到出現(xiàn)振蕩，而不能反過來，即從大到小地減??？Kp越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越差，極端情況下可能不穩(wěn)定！故使Kp從小到大變化進(jìn)行臨界振蕩搜索時，比較安全。.補充：簡述PID參數(shù)整定的基本步驟。選擇一個足夠短的采樣周期Tmin ;將數(shù)字控制器選為純比例控制，從小到大改變比例系數(shù)，直到系統(tǒng)的階躍響應(yīng)持續(xù)4-5次等幅振蕩為止，記此時的臨界比例系數(shù)Kr及臨界振蕩周期為Tro計算并圓整至適當(dāng)控制度。查臨界比例度經(jīng)驗參數(shù)表，

14、獲得所需的PID參數(shù)；使PID控制器按求得的參數(shù)運行，并反復(fù)試湊，直到獲得滿意的控制效果。第八章可編程序控制器1. 說明PLC的工作過程。周期性的循環(huán)掃描，包括三個主要步驟：輸入采樣、程序解算及輸出刷新階段。輸入采樣階段：PLC掃描所有輸入點，并將得到的輸入信號存放在輸入映像寄存器。程序解算階段：根據(jù)輸入映像寄存器中輸入點狀態(tài)及輸出映像寄存器中輸出點的狀態(tài)，逐條解算用戶程序。解算所得出的結(jié)果再寫回輸出映像寄存器中。輸出刷新階段：將輸出映像寄存器中每個輸出點的狀態(tài)一次性全部送到輸出鎖存寄存器，輸出鎖存寄存器再將這這些信號送至每個輸出端子驅(qū)動現(xiàn)場設(shè)備。輸出刷新以后，PLC 一般要進(jìn)行硬件自診斷，訪

15、問編程口，訪問通訊口，以及其他輔助工 作。2.補充：實現(xiàn)溫度控制，補充標(biāo)度變換功能， 設(shè)溫度測量范圍為 0-200度，設(shè)定工作點76度, 采樣周期150ms,比例系數(shù)為0.6,積分時間為90秒，微分時間為 30秒。系統(tǒng)設(shè)計：采用CPU226實現(xiàn)PID控制功能，采用 EM235模擬量的輸入、輸出操作。接線：連接 CPU226 和 EM235連接EM235和傳感器、驅(qū)動板AI0 : A+/A-,短路A+ , RA ,用于連接傳感器，輸入 0-20mA.AO0: V0/M0 ,用于連接驅(qū)動板，輸出 -1010V輸入信號變換：EM235對于0-20mA輸入，內(nèi)部變換為 0-32000 ,則當(dāng)輸入為 4

16、-20mA ,內(nèi)部將變換為 6400 32000。輸入歸一化：即將 4-20mA輸入變換至01區(qū)間。 TOC o 1-5 h z y1 - y01-01y =y。-(x -Xo) -0 (x-6400) -0 (x -6400)X - X032000 - 640025600標(biāo)度變換：即將 4-20mA輸入變換至0200度區(qū)間。y1 一 y0200 一 0200y = y0 (x -x0) = 0(x -6400) = 0(x - 6400)X1 - x032000 - 640025600設(shè)定點計算：全范圍為 0-200度，設(shè)定值為76度，將其歸一化為:yi y1-01尸兒箕他一幾片0 際(x-0)=嬴*76=0.38輸出信號變換:EM235對于內(nèi)部-3200032000,對應(yīng)產(chǎn)生輸出-1010V。則當(dāng)內(nèi)部數(shù)據(jù)為 0-32000時，所需輸出為0-10V。a) 輸出反歸一化：即將 01轉(zhuǎn)換為0-32000區(qū)間。y = y0 y0(x X0) = 0X1 - x032000 - 01 -0(x-0) =320