计算机控制系统答案

有错的地方帮忙改下1.简述采样定理的基本内容。答：采样定理:如果连续信号)(tf具有有限频谱，其最高频率为max,)(tf进行周期采样且采样角频率smax2时，连续信号)(tf可以由采样信号)(*tf唯一确定，亦即可以从)(*tf无失真地恢复)(tf。2.线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜zi｜1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。3.写出增量型PID的差分控制算式。答：增量型PID控制算式可以写为D1P112I[(2)]iiiiiiiiTTuuKeeeeeeTT4.如何消除比例和微分饱和现象？答：“积分补偿法”。其中心思想是将那些因饱和而未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。这样，动态过程也得到了加速。即，一旦u超限，则多余的未执行的控制增量将存储在累加器中；当控制量脱离了饱和区，则累加器中的量将全部或部分地加到计算出的控制增量上，以补充由于限制而未能执行的控制。5.何为最少拍设计？答：最少拍设计，是指系统在典型输入信号(如阶跃信号，速度信号，加速度信号等)作用下，经过最少拍(有限拍)，使系统输出的稳态误差为零。6.简述计算机网络的功能及特点。答：(1)数据信息的快速传输和处理，以实现实时管理和实时监控。(2)可共享计算机系统资源。(3)提高了计算机的可靠性。(4)能均衡负载、互相协作。(5)能进行分布处理。在计算机网络中，可根据具体要求选择网内最合适的资源来处理。(6)计算机网络的智能化，提高了网络的性能和综合的多功能服务，并能更加合理地进行应用，以提高综合信息服务的水平。7.干扰的作用途径是什么？答：无论是内部干扰还是外部干扰，都是从以下几个途径作用于系统的。1)传导耦合2)静电耦合3)电磁耦合4)公共阻抗耦合8.简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。9.什么是共模干扰和串模干扰？如何抑制？答：串模干扰及其抑制方法串模干扰：所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。也称为常态干扰。（2）串模干扰的抑制方法①采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；应用带通滤波器。②当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。③对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。④从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。⑤采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。共模干扰及其抑制方法(1)共模干扰：所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。(2)共模干扰的抑制方法①变压器隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，以使共模干扰电压Ｕcm不成回路，从而抑制了共模干扰。制下发光，传给光敏三极管来完成的。离共模干扰与有用信号器件。10.计算机控制系统中主机有那些？答:常用的计算机控制系统主机有可编程控制器，单片机，嵌入式控制系统，数字信号处理器，ARM处理器11.简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。答：(1)连续信号连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的,也可以是断续的。(2)模拟信号模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。(3)离散信号离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。(4)采样信号采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。(5)数字信号数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。12.简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数KP。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数KP可以减小静差，但是KP过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数TI大，则积分作用弱，反之强。增大TI将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。13．连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？答：与连续控制系统相比，计算机控制系统具有以下特点：(1)计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。(2)在计算机控制系统中，控制规律是由计算机通过程序实现的（数字控制器），修改一个控制规律，只需修改程序，因此具有很大的灵活性和适应性。(3)计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。(4)计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。(5)一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。(6)采用计算机控制，如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。14.为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取的措施有哪些？答：为提高计算机控制系统的可靠性，通常采取以下几种措施：(1)提高元器件和设备的可靠性。(2)采取抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力。(3)采用可靠性设计技术。(4)采用故障诊断技术。15.某加热炉温度变化范围为0～1600℃，经温度变送器和调理电路输出电压为1～5V，再经ADC0809转换（ADC0809的输入范围1～5V），使计算当采样数值为9BH时，所对应的加热炉温度是多少？16．画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下：17．在计算机控制系统中，一般有哪几种地线？答：在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。18.什么是采样或采样过程？答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称为离散化过程。19.什么是信号重构？答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。20.写出零阶保持器传递函数，引入零阶保持器对系统开环传递函数极点有何影响？答：零阶保持器的传递函数为01e()TsHss。零阶保持器的引入并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。21.数字控制器的连续化设计步骤？1、求出模拟调节器的传递函数D(S)2、选择合适的采样周期T3、把D(S)离散化，求出数字控制器的脉冲传递函数D(z)4、检验系统的闭环特性是否满足设计要求5、把D(z)变换成差分方程的形式，并编程实现6、现场调试22.简述数字滤波技术，其算法有哪些?答：所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一种程序滤波。算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。23.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。答：直接设计法或称离散化设计法的具体设计步骤如下：(1)根据已知的被控对象，针对控制系统的性能指标要求及其它约束条件，确定理想的闭环脉冲传递函数()Φz。(2)确定数字控制器的脉冲传递函数D(z)；根据D(z)编制控制算法程序。24.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。25．逐点比较法插补原理。逐点比较法又称代数运算法或醉步法，其基本原理是每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判断偏差的瞬时坐标与规定加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。26.用双线性变换法求模拟控制器21)(sssD等效的数字控制器，设采样周期T=0.5s。解：112111111123333.01110417.021121121)()(11zzzzzTzzTsDzDzzTs27.设被测温度变化范围为0oC~1200oC,如果要求误差不超过0.4oC,应选用分辨为多少位的A/D转换器？解：124.0120012logn28、已知)5(1)(sssF，求)(zF。解：1515-11511111()()(5)511e0.2(1-e)=(1)(1e)TTTFzFssszzzzzZZ29.已知10.15()0.05csGss，写出等效的增量型数字PID控制器的差分形式。解：1111112033()()()1()(203)3zcsTiiiiTzUzDzGszEzuuTee被控对象的传递函数为21ssGc30、已知某连续控制器的传递函数为2n22nn()2Dsss试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数)(zD，并给出控制器的差分形式。其中1sT。解：令1111112112112zzzzTzzTs112221nn22222121nnnnnnn21(21)()()()2(44)(28)44zszzzUzDzEzsszz控制器的差分形式为222nnnn222nnnnnn2844()(1)(2)(()2(1)(2))444444ukukukekekek31.某连续控制器设计为试用双线形变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器D(Z)。32.某炉温度变化范围为0～2000℃，要求分辨率为2℃，温度变送器的输出范围为0～5V。若A/D转换器的输入范围也是0～5V，则A/D转换器的字长应为多少位？若A/D转换器的字长不变，现通过变送器零点迁移将信号零点迁移到400℃，此时系统对炉温变化的分辨率为多少？解：Xmax=2000,Xmin=0,λ=2,由于A/D转换器的输入电压范围与温度变送器的输出电压范围都为0-5V，所以A/D转换器的字长应为：n=log2(1+(Xmax-Xmin)/λ)=log21001≈10若A/D转换器字长不变，改变零点偏移，此时Xmax=2000,Xmin=400,n=10，系统对炉温的分辨率为：λ=（2000–400）/（210–1）≈1.564℃33．采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关K的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则K闭合，由A1、A3组成跟随器，并向CH端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则K断开，外接电容保持K断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。34微型计算机控制系统（如下图所示）的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成：(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测