试卷A答案

南阳理工学院课程考试

参考答案与评分标准

考试课程：计算机控制技术 学年学期：2011-2012-2 试卷类型：A 考试时间：2012-06-07 一、填空题：（每空1分，共20分）

1.计算机控制系统的工作原理可以归纳为实时数据采集、实时控制决策和实时控制输出三个步骤。 2.计算机控制系统由计算机和 生产过程 两部分组成。

3.监督控制系统的两种结构形式为SCC+模拟调节器控制系统和SCC+DDC的分级控制系统。 4.实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统。 5.串行数据传输的线路通常有两种方式，也即平衡方式和不平衡方式。 6.三种地址译码方法是线选法、全译码法和部分译码。

7.数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。

8.香农采样定理：如果模拟信号（包括噪声干扰在内）频谱的最高频率为fmax，只要按照采样频率 f≥2fmax 进行采样，那么采样信号y* (t)就能唯一地复观y(t)。

9.采样/保持器具有两种工作方式，它们是 采样 和保持 。

10.为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常在传感器与A/D之间加入信号调理电路。 11.模拟输出通道的结构型式主要取决于 输出保持器 的构成方式。

12.在10位A/D转换器中，设满量程为±5V，试写出输入模拟量为5V时，其所对应的数字量为3FF H。 13.某微型机采样系统中，CD4051的INH端接+5V，控制端C、B、A接地时，选通 无 通道。 14.I/O通道的干扰类型包括：串模干扰 和共模干扰。

15.数控系统一般由数控装置、 驱动装置 、可编程控制器 和检测装置等。

16.常用的连续域——离散化设计方法有三种，分别是双线性变换法、后向差分法、前向差分法。 17.最少拍有波纹系统的性能指标要求包括准确性、快速性、稳定性。

二、判断题：（每题2分，共10分）（说明：认为陈述正确的在括号内打“√”；否则在括号内打“×”） （√）1. 软件是指计算机控制系统的程序系统，它分为系统软件和应用软件。 （√）2. A/D转换器的结束信号的连接方式是判断A/D转换方式的主要依据。 （√）3. 对于电动组合仪表DDZ-Ⅲ型采用的标准电动信号是DC4~20mA和DC1~5V。 （×）4. 最少拍系统设计时考虑了其输入信号的性质，因此对输入信号的变化适应性比较强。 （×）5. 无纹波系统的调整时间要增加若干拍，增加的拍数等于G(z)在单位圆内以及圆上的零点数。 三、单选题：（每题2分，共10分）（说明：将认为正确答案的字母填写在每小题的括号内）

（ D ）1. 若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入 器件完成控制量的切换工作。

A．锁存器锁存 B．多路开关 C．A/D转换器转换 D．反多路开关

（ C ）2. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是 。 A．0.3伏以下 B．0.7伏以上 C．-3伏以下 D．+3伏以上

（ B ）3. 步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是 。

A．步进电机可以直接接受数字量 B．步进电机可以直接接受模拟量 C．步进电机可实现转角和直线定位 D．步进电机可实现顺时针、逆时针转动

（ D ）4. 在实际应用中，PID调节可根据实际情况调整结构，但不能 。 A．采用增量型PID调节 B．采用带死区的PID调节 C．采用PI调节 D．采用I D调节

（ C ）5. 如下图所示，Vout2为8位D/A转换器的双极性输出端，若输入数字量D=11100000（B），基准参考电VREF=5V，则Vout2为 。

A. 4.375V B. -4.375V C. 3.75V D. -3.75V

四、简答题：（每题5分，共30分） 1．

参考答案：“在线”的含义是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式；（2分）“ 离线”的含义是指生产过程不和计算机直接连接，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。（3分）

2．计算机控制系统的典型型式有哪些？

参考答案：计算机控制系统的典型形式有：操作指导控制系统（1分）、直接数字控制系统 DDC（1分）、监督控制系统SCC（1分）、集散控制系统 DCS（1分）、现场总线控制系统FCS和综合自动化系统（1分）。

3. 什么叫过程通道?它是由哪些部分组成的？

参考答案：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称为过程通道（1分）。过程通道的组成：模拟量输入通道（1分）、模拟量输出通道（1分）、数字量输入通道（1分）和数字量输出通道组成（1分）。

4. 简述逐点比较法插补原理？

参考答案：所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值

进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。（2分）如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，（1分）如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走（1分）……如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。（1分）

5. 画出计算机控制系统的原理框图？ 参考答案：

或者

6. 数字控制器直接设计步骤是什么？ 参考答案：数字控制器的直接设计步骤如下：

(1)根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Φ(z)。（1分） (2)求广义对象的脉冲传递函数G(z)。（1分） (3)求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。（1分） (4)根据D(z)求取控制算法的递推计算公式。（1分） (5)校验。（1分）

五、分析与计算题：（每题15分，共30分）

1．设加工第三象限直线AB，起点为点A（0,0），终点为B（-3，-2），（1）试列表进行插补计算，（2）并作出走步的轨迹图。

参考答案：（1）根据起点和终点坐标，以及驱动设备的步长，可设xe=|-3|=3, ye=|-2|=2,确定步长计数器初值设为Nxy =|

-xe-x0 |+ |-ye-y0|=|-3-0|+ |-2-0|=3+2=5，其中xe =3，ye =2；x0 =0，y0 =0；初始偏差值F0=0。（3分） 根据第三象限直线的偏差与进给方向、坐标计算的关系，得到插补计算过程如下表所示。

步数 起点 1 2 3 4 5 （7分）

（2）根据以上插补计算过程，可以画出此直线插补的走步轨迹图如图所示。

F0=0 F1=-2<0 F2=+1>0 F3=-1<0 F4=+2>0 偏差判别 进给方向 -x -y -x -y -x 偏差计算 F0=0 F1= F0-ye=-2 F2= F1+xe=+1 F3= F2-ye=-1 F4= F3+xe=+2 F5= F4-ye=-0 终点判断 Nxy=5 Nxy=4 Nxy=3 Nxy=2 Nxy=1 Nxy=0

1-3-24-132A(0,0)-1-2

B(-3,-2)5 （5分）

2.在计算机控制系统中，假设被控对象的传递函数为 。已知

Gc(s)?10s(Tms?1)（1）用最少拍无纹波系统的设计方法T?Ts5m?0.02，采用零阶保持器，试针对单位速度输入函数，按以下要求设计：设计Ф(z)和D(z)；（2）求出数字控制器输出序列 u(k) 的递推公式；（3）画出采样瞬间数字控制器的输出和系统的输出曲线。

参考答案：由题意可求得广义对象的传递函数G(s)为

1?e?Ts10G(s)?H(s)Gc(s)?ss(Tms?1)

将其展开可求得其脉冲传递函数G(z)为

2Tm1Tm?TsG(z)?Z[G(s)]?10(1?e)[2??]ssTms?1TmTmTz?1?10(1?z)[??]?T/Tm?1?12?1(1?z)1?z1?ez?1

代入

T?Tm?0.025s，化简可得到

由

0.092z?1(1?0.718z?1)G(z)?(1?z?1)(1?0.368z?1) （2分）

G(z)的表达式可以看出其零点为-0.718（单位圆内）

，极点为1（单位圆上）和0.368（单位圆内），因此可知d=0

?1（注意分子中的z不能当作滞后因子），包含一个零点w=1，包含一个单位圆上的极点v=1，且一个极点在单位圆上

?1F(z)?1?fzn?v?j?q?2111j≤q，则有m?w?d?1；。所以；

j=1，输入为单位速度函数q=2，且

F2(z)?f21z?1?f22z?2

对于单位速度输入进行设计，选择

?e(z)?1??(z)?[?(1?aiz?1)](1?z?1)qF1(z)?(1?z?1)2(1?f11z?1)i?1v?j

?(z)?z[?(1?biz?1)]F2(z)?(1?0.718z?1)(f21z?1?f22z?2)?di?1w

，

由

?e(z)?1??(z)，可得

1?(1?0.718z?1)(f21z?1?f22z?2)?(1?z?1)2(1?f11z?1)展开有

1?(f11?2)z?1?(1?2f11)z?2?f11z?3?1?f21z?1?(f22?0.718f21)z?2?0.718f22z?3根据多项式相等，其对应系数相等的性质，得：

，

f11?0.592，f21?1.408， f22??0.825， （3分）

故可得其系统的闭环脉冲传递函数为

?1?(z)?(1?0.7z18?1?2)(z1.?408z0.825，

?e(z)?(1?z?1)2(1?0.592z?1)所以其数字控制器的脉冲传递函数为

。

1?(z)15.29(1?0.587z?1)(1?0.368z?1)D(z)??G(z)1??(z)(1?0.592z?1)(1?z?1)进一步可求得闭环系统的输出序列为

（2分）

Tz?1?1?1?2Y(z)?R(z)?(z)?(1?0.718z)(1.408z?0.825z)?12(1?z)?1.41Tz?2?3Tz?3?4Tz?4?5Tz?5...

Tz?1?12?1?1?2E(z)?R(z)?e(z)?(1?z)(1?0.592z)?T(z?0.592z)?12(1?z)

数字控制器的输出序列为

U(z)?Y(z)R(z)?(z)?G(z)G(z)?1?1Tz?1?1?1?2(1?z)(1?0.368z)?(1?0.718z)(1.408z?0.825z)?12(1?z)0.092z?1(1?0.718z?1)?0.38z?1?0.02z?2?0.09z?3?0.09z?4?...由此可得无纹波系统数字控制器和系统的输出波形如下图的a和b所示。

（3分）

0.40.350.30.250.20.150.10.05000.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2 （a） 数字控制器输出波形图 （2分） 0.250.20.150.10.05000.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2 （b） 系统输出波形图 （3分）

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