2015计算机控制复习

第一章1.计算机控制系统的组成。由控制器、D/A转换器、执行机构、A/D转换器、被控对象等组成。2.计算机控制系统的分类。按照功能分为：数据处理系统、直接数字控制系统、监督控制系统、分级计算机控制系统、集散控制系统。按控制规律分为：程序和顺序控制、比例积分微分控制、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。按控制方式分为：开环控制系统和闭环控制系统。第二章1.采样的定义，离散系统的定义。把时间上连续的信号变成时间上离散的采样信号或数字信号的过程称为采样。离散系统指的是：系统中一处或几处的信号是一串脉冲或数字信号，如采样系统或数字控制系统。2.采样周期的定义、周期采样、同步周期采样、多速率采样、随即采样的定义。采样开关相邻两次闭合瞬间的时间间隔T称为采样周期。周期采样:若在采样过程中T不变，则为周期采样。同步周期采样：指系统所有采样开关的T都为相等的常数且都同时开闭。多速率采样：指各采样开关以各自不同的T进行采样。随机采样：指各采样周期是随机变化的。3.香农定理的内容、意义及确定。若()ft是一个带宽为2max的有限带宽信号，则由采样信号*()ft能够无失真地恢复到原信号的()ft条件为：s≥2max。其中2sT为采样角频率意义：采样定理给出了采样后的离散信号能保持原连续信号全部特征所需的最低采样频率。确定s≥2max依据：离散信号（采样信号）频谱的主频谱和辅频谱互相分离，不产生频谱混叠。4.采样保持器的主要作用。（1）将模拟信号在t=KT时刻的采样值保持到A/D转换结束，减少转换误差；（2）减少D/A输出脉冲特性，保证控制信号输出的连续性；（3）通过一路D/A输出，把信号分配到多路输出，实现多路同步动作；5.Z变换及Z反变换。Z变换是用来分析和综合线性离散时间系统的一种数学工具。连续信号()xt、采样输出信号*()xt和单位脉冲序列()Tt之间有以下关系：*0()()()()()TkxtxttxkTtkTz反变换即如何由象函数F(z)求得序列f(kt)或采样函数f*(t)。6.Z变换后的性质。1．线性性质2.延迟定理3.超前定理4.初值定理5.终值定理6.复位移定理7.偏微分定理7.用Z变换求解差分方程。解差分方程的步骤：1、利用超前定理，对差分方程两边取z变换；2、代入已知条件，整理后得Y(z)的表达式；3、对Y(z)求z反变换即可得原差分方程的解。8.采样周期的选择原则及需考虑的因素。采样周期选择：（1）系统受扰动情况若扰动和噪声都较小，采样周期T应选大些；对于扰动频繁和噪声大的系统，采样周期T应选小些；（2）被控系统动态特性滞后时间大的系统，采样周期T应选大些；对于快速系统，采样周期T应选小些；（3）控制品质指标要求若超调量为主要指标，采样周期T应选大些；若希望过渡过程时间短些，采样周期T应选小些；影响采样周期选择的因素：（1）加于生产过程的扰动程度；（2）被控过程的动态特性；（3）使用的控制方式和执行机构的类型；（4）被控过程所要求的控制品质指标。第三章1.脉冲传函的定义及求取，广义脉冲传函及求取。脉冲传递函数定义为，在初始条件为零的前提下，系统输出信号的z变换与系统输入信号的z变换之比。1()[()][[()]][()]GZZGsZLGsZgt所谓广义对象通常是指保持器环节和被控对象环节串联后所构成的连续时间系统。广义对象的传递函数为12()()()()()()CzGzGzRzGzRz2.中间带采样开关与中间不带采样开关的串联系统的等效求法。中间带采样开关的串联系统12()()()()()()CzGzGzRzGzRz其中()Gz12()()GzGz为串联环节的开环脉冲传递函数。中间不带采样开关的串联系统1212()[()()]()GzZGzGzGGz其中，G1G2(z)是Z[G1(s)G2(s)]的简化记法。3.闭环系统的脉冲传函的求取。4.系统零极点在Z平面上的分布情况对系统性能的影响。采样系统脉冲传递函数的极点在z平面上的位置，决定了系统动态响应的速度。其中极点的模决定了系统脉冲响应序列是发散的还是衰减的，决定了系统的稳定性。(1)如果系统所有的极点的模都小于1，或者说系统所有的极点都位于z平面上以原点为圆心，以1为半径的单位圆内，则各项都对应着衰减的脉冲响应序列，随着，各项都趋向于零。因此，系统是渐近稳定的。()()()1()CzGzRzHGz(2)反之，若系统中有模大于1的极点，则当时，即使其它项都趋向于零，但是由于相应于模大于1的极点的那项的时间响应趋向于无穷大，造成系统单位脉冲响应也趋向于无穷大，因此系统为不稳定。5.采样系统稳定性判据。为了能利用劳斯判据，可以采用W变换。把z平面上的单位圆变成平面上的虚轴,把单位圆的外部变成右半平面，把单位圆的内部变成左半平面，如图所示。这样就可以通过劳斯判据判定平面上位于右半平面的特征根的个数来间接判定采样系统的稳定性。W变换是一双线性变换，令11z或11zz，即构成W变换。朱利-阿斯特隆姆判据6.采样的稳态误差与什么有关？如何计算？采样稳态误差的一方面与系统本身的结构有关，另一方面与外作用特性有关。采样控制系统的稳态误差与广义对象所对应的脉冲传递函数G(z)中所含z=1的极点个数密切相关。在非阶跃输入时还和采样周期有关。11()()()()1()limlimkzzRzeekzGz7.建立计算机控制系统的数学模型常用的方法有哪两种？其基本思想是什么？一种是将连续的被控对象离散化，得到它所等效的离散系统模型，然后在离散系统的范畴内分析整个闭环系统。另一种方法是将数字控制器等效为一个连续环节，然后采用连续系统的方法来分析与设计整个控制系统。第四章1.数字控制器的两种设计方法及其思想是什么？数字控制器的设计方法：模拟设计法和直接数字设计法。模拟设计法的思想：把整个控制系统看成是模拟系统，利用模拟系统的理论和方法进行分析和设计，得到模拟控制器后再通过某种近似，将模拟控制器离散化为数字控制器，并由计算机来实现。直接数字设计法的思想：把广义对象离散化，得到相应的以差分方程、脉冲传递函数或状态方程表示的离散系统模型，然后用离散系统的理论和方法直接设计数字控制器。2.PID参数整定的方法有哪些？其中的试凑法对参数整定的依据及整定的原则是什么？理论设计法、实验确定法（试凑法、工程整定法）依据：工程实践对控制系统的性能要求，PID参数对控制系统性能的影响。原则：1）先整定kp。将kp从小→大，使系统响应曲线略有超调，此时若系统无稳态误差或稳态误差已小到允许范围内，且认为响应曲线已属满意，则只需用比例调节器即可，而最优的kp即可确定。2）若在1）的基础上稳态误差太大，则需加入积分环节。整定时,先将1）中的kp略为缩小，再将Ti置为一较大值并连续减少，使得在保持系统良好动态性能的前提下消除稳态误差。反复进行，根据响应曲线的好坏反复修改kp和Ti，以期得到满意结果。3）若使用PI调节器消除了稳态误差，但动态响应仍不够满意，则可加入微分环节，构成PID调节器。在整定时，先将Td设为零，再逐步增加Td并同时进行1）2）步的调整。逐步凑试，直至满意。3.位置式PID算法和增量式PID算法各有何特点？位置式PID算法：只要系统的偏差没有消除，积分作用就会继续增加或减少，最后使控制量达到上或下的极限值，使得系统进入饱和范围，此时有可能使输出超过正常范围，造成较大超调。增量式PID算法：虽无累加和式，不会由积分项引起饱和，但当给定值突变时，比例及微分项的计算值也可能引起控制量超过极限值的饱和情况，从而减慢了系统的动态过程。4.位置式PID算法存在的缺陷，减少的关键在于什么？克服方法？位置式PID算法：只要系统的偏差没有消除，积分作用就会继续增加或减少，最后使控制量达到上或下的极限值，使得系统进入饱和范围，此时有可能使输出超过正常范围，造成较大超调。该现象称为积分饱和。减少的关键在于不能使积分项积累过大。克服方法：1、过限削弱积分法2、积分分离法5.与传统的模拟控制系统相比，计算机控制系统在结构上的特点及算法实现上的优势。特点：1.以计算机微处理器为核心2.具有A/D、D/A转换通道优势：1.有很大的通用性和灵活性2.容易实现复杂和先进的控制算法6.最少拍控制系统的定义、缺陷及改进方法。最少拍无纹波控制系统的D（Z）设计、U(Z)和C(Z)的求取并画出相应图形。最少拍控制系统：是在最少的几个采样周期内达到在采样时刻输入输出无误差的系统。五步法注意：此时w为G(z)的所有零点个数。第七章1.CPU对过程通道的控制方式。1、程序查询方式2、中断控制方式3、直接存储器存取（DMA）方式2.模拟量输入通道的组成。传感器、放大电路、多路转换开关、采样保持、A/D转换、接口电路3.采样保持器的作用。对模拟信号进行采样，在A/D转换期间对采样信号进行保持。4．分辨率的定义。分辨率是指A/D转换器对于输入模拟信号的分辨能力，其定义为满量程电压与最小有效位（LSB）的比值。5.光电隔离的作用。为隔断外界电信号对计算机控制系统的干扰，通常采用光电隔离技术，以阻断外界电信号电路的串扰。6.模拟量输出通道的组成。PC总线、接口电路、D/A转换器、光电隔离、功率驱动、执行机构第八章1.常用数字滤波的方法。1.程序判断滤波2.平均值滤波(1).算术平均滤波(2)去极值平均滤波(3).加权平均滤波(4)滑动平均滤波3.中值滤波4.限幅滤波5.惯性滤波2.标度变换的任务及计算。标度变换的任务是把计算机系统检测的对象参数的二进制数值还原变换为原物理量的工程实际值。数字量Nx对应的工程量Ax0000()XXmmNNAAAANN式中：A0——一次测量仪表的下限（测量范围最小值）；N0——仪表下限所对应的数字量；Am——一次测量仪表的上限（测量范围最大值）；Nm——仪表上限所对应的数字量；Ax——实际测量值(工程量)；Nx——实际测量值所对应的数字量。3.线性标度变换的前提条件。前提条件是传感器的输出信号与被测参数之间呈线性关系.