计算机控制技术 - 复习题

计算机控制技术复习

1.典型的工业生产过程分为哪几种？

答:典型的工业过程分为3种:连续过程,离散过程和批量过程. 2.计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？

答:计算机的工作步骤分为3步:实时数据采集,实时数据决策和实时数据处理. 3.计算机控制技术的工作方式有哪几种？

答:计算机控制技术的工作方式有2种,即在线方式和离线方式.

4.为什么要强调计算机控制中的实时性？

答:所谓实时性,就是指信号的输入 ,计算和输出都要在一定的时间范围内完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去的意义.所以要强调计算机控制中的实时性. 5.常用的计算机控制系统主机有哪几种？

答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机,单片机,DSP和智能调节器. 6.工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括哪两个组成部分。 包括硬件和软件。

7.计算机控制系统是由哪几部分组成的？ 各部分的作用是什么？

主要由硬件和软件两部分组成，硬件包括：主机及操作台、通用外设I/O接口与通道、信号的检测及变送、执行机构、被控对象组成；软件包括：系统软件、应用软件。 8.计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？

答:计算机控制系统中集散控制系统(DCS)的体系结构分为分散过程控制级,集中操作监控级,综合信息管理级三部分.

9、计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? (1)连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。

(2)阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。 (3)采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。

(4)数字信号：信号的时间以及幅值都是离散的，且幅值经过了量化处理。 10.现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？

答:现场总线控制系统(FCS)的结构模式为操作站---现场总线智能仪表 两层结构.(DCS为操作站-控制站-现场仪表 三层结构模式) 11、什么叫输入/输出通道?它是由哪些部分组成的？

在微型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输入输出通道。

输入输出通道的组成：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道组成。

12计算机监督系统（SCC）中，SCC计算机的作用是什么？

按照一定的数学模型计算给定值，并提供给DDC计算机 13.什么是计算机的总线？

答:所谓总线,就是计算机各模块之间互联和传送信息(指令,地址和数据)的一组信号线.分为内部总线和外部总线. 14.计算机的外部总线有哪几种？

答:计算机的外部总线有RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB等等.

15.RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？为什么RS-232C的传输距离不远？

答:RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共

的信号地线,共模信号不可避免地要进入信号传送系统中.当传输距离过远时,发送器与接收器各自会形成不同的对地电位.

16.RS-485串行通信总线采用什么传输方式？它与RS-422A串行通信总线的区别是什么？

答:RS-485串行通信总线采用的是不平衡传输方式.

区别在于RS-485为半双工工作方式,而RS-422A为全双工工作方式.且RS-422A适用于两点之间进行高速,远距离通信,而RS-485适用于多点之间进行高速,远距离通信. 17、为什么我们经常用到的标准信号是电流信号？何为标准信号：

为了避免低电平模拟信号传输带来的麻烦，经常要将测量元件的输出信号经变送器变送，如温度变送器、压力变送器、流量变送器等，将温度、压力、流量的电信号变成0～10mA或4～20mA的统一信号，然后经过模拟量输入通道来处理。

18. ADC0809转换器，采用的技术是什么？分析其工作原理。 P42

19.积分电路对数字量信号的调理过程。

P31为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,一般都就应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡.

20.采用光电耦合器的大功率输入调理电路的工作过程。 P32

21.什么是香农采样定理？

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,那么采样信号就能惟一地复观. 22.什么是量化误差？

量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的小数归整过程,由于量化过程是一个小数归整过程,因而存在量化误差,量化误差为(+_1/2)q.

23.什么是孔径时间和孔径误差？如何根据孔径时间和精度，确定信号的最大频率？ 完成一次A/D转换所需的时间称为孔径时间.

孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差,即为孔径误差. P41

24 如何选定采样周期T？

?wmax；

（1）据香农采样定理确定采样周期T的上限

（2）据执行机构和被控对象的特性：惯性大的对象，T取大； （3）从随动性、抗干扰的要求来看：T应取小一些； （4）要实时完成一个控制周期内的任务，T不能太小。

25. ADC0809 A/D转换器的特点，分析的工作过程。

ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器 P42

26.什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？ 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰信号. 高通,低通,带通滤波器.

尖峰型串模干扰民为主要干扰源时,用双积分A/D转换器. 采用双绞线作信号引线(减少电磁感应) 27.什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？

所谓共模干扰,是指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压. 抑制方法:变压器隔离 光电隔离 浮地屏蔽

28.，简述计算机控制系统在一个控制周期内应完成哪些事情？

应完成：被控物理量的采集A/D转换、数字滤波、偏差的计算、根据控制算法计算控制量、D/A刷新输出控制量。

29.计算机控制系统中有哪些类型的地线？信号接地方式应采用什么方式？

有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线

信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。

30.温度范围为0~1100℃，经温度变送器变换为0~5V的电压送至DC0809，ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为7A，试问：此时炉温为多少度？

31、在8位A/D转换器中，设满量程为±5V，则2.5V,0V,-2.5V对应的数字量为多少？

32、多路开关与反多路开关的作用？

系统将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要反多路开关器件完成控制量的切换工作。

反之，几个输入的信号接一个A/D转换器, 需要多路开关器件完输入信号的切换工作。

33、数字控制方式主要有哪几种？ 点位控制、直线控制、轮廓控制 34.逐点比较法直线插补原理

加工第三象限直线OA，起点为O(0，0)，终点坐标为A(-6，-4)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。P84

35.逐点比较法圆弧插补原理

加工第1象限逆圆弧AB，已知起点的坐标为A(4， 0)，终点的坐标为B(4，0)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。 P87

36.根据已知的三相步进电机的工作时序图，分析说明其工作方式。

A-B-C-A…….

37.已知三相步进机的转子为40个齿，定子为3对磁极，试求工作在三相六拍方式时的步距角和齿距角。 步距角:360/40/6=1度 齿距角360/40=9度

D(s)?38：求惯性环节 的差分方程 Ts?1U(S)1D(s)??解：由 有 (T1s?1)U(s)?E(s)E(S)T1s?111化成微分方程：

T1du(t)?u(t)?e(t)dt以采样周期离散上述微分方程得

?(kT)?u(kT)?e(kT)T1u 即

?(k)?u(k)?e(k)T1u用一阶后项差分近似代替得：

u(k)?u(k?1) 代入上式得 ?(t)?uT

整理得

u(k)?T1[u(k)?u(k?1)]?u(k)?e(k)T

T1Tu(k?1)?e(k)T?T1T?T139.根据模拟PID

的控制算法， u(t)?KP[e(t)?1TI?t0e(t)dt?TDde(t)] dt推导对应的离散化递推式。 P105 P106

u(t)?KP[e(t)?1TI?t0e(t)dt?TDtde(t)] dtk令t = kT， 简记为k；则：

?e(t)dt=?e(i)*T；

0i?1de(t)e(k)?e(k?1)=| dtTT 将上式代入原式，得：u(k)=Kp{e(k)+

TI

?e(i)+

i?1k?1i?1kTD[e(k)?e(k?1)]} TTD[e(k?1)?e(k?2)]} TTu(k-1)=Kp{e(k?1)+

TI?e(i)+

用上两式相减后整理得：

u(k)= u(k-1)+Kp(1?2TTTTD?)*e(k)-Kp(1?D)*e(k?1)+Kp(D)*e(k?2)

TTTIT40.数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？

增量算法不需要做累加,位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大的累加误差

增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,误动作影响大.

采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换.

41.数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？

Kp为比例增益,能减小误差,但不能消除稳态误差,但Kp加大会引起系统不稳定.。 直接决定控制作用的强弱，加大Kp可以减少系统的稳态误差，提高系统的动态响应速度. 过大会使动态质量变坏，引起被控制量振荡甚至导致闭环系统不稳定

Ti为积分时间常数 只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差 但它将使系统的动态过程变慢，积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡.从而使系统的稳定性变坏；

Td为微分时间常数，微分的控制作用是跟偏差的变化速度有关的，微分控制能够预测偏差．产生超前的校正作用，可以减小调整时间, 有助于减少超调,从而改变系统的动态性能.

在PID调节系统中，比例系数KP的确定比微分系数KI和积分系数KD更重要，因为它不但与本身有关，而且还和Kd，Ki有关 。

42.什么是积分饱和现象？积分分离算法的工作原理是什么？

所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样，造成控制性能恶化。这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象

积分分离算法的工作原理是:当偏差较大时,取消职分作用,当偏差较小时,才将积分作用投入.

|e(k)|>B时,采用PD控制,当|e(k)|<=B,采用PID控制(B为积分分离阈值) 43.最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？

最少拍控制算法本质上是时间最优控制算法,因为最少拍控制算法是以系统的快速性为主要性能指标.

44分别计算 8，10，12位的A/D转换器分辨率各为多少？ P226 7-23

45、什么是数字滤波器？列出三种数字滤波算法。

数字滤波是通过程序对信号作数字化处理，以减少干扰在信号中的比重。常用的有： 一阶滞后滤波、限制变化速率滤波、中值滤波等。

46、计算机控制系统设计的原则是什么？步骤是什么？

47、试结合温度控制系统、啤酒发酵过程控制系统等实例，分析计算机控制系统设计的步骤。

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