计算机控制简答题与答案

一、选择题(10×2’)二、简答题(5×7‘)1、什么是软件陷阱？通常安排在什么地方？如何实现？软件陷阱就是在非程序区设立拦截措施，使程序进入陷阱的技术。即通过一条引导程序，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。软件陷阱安排在以下四种地方：未使用的中断向量区，未使用的大片ROM区，程序中的数据表哥去已经程序中一些指令串中间的断裂点处。2、FCS相对DCS而言有什么优点？什么是现场总线，目前有哪五种比较典型的现场总线技术？FCS顺应了自动控制系统的发展潮流，代表潮流与发展方向。FCS更只用于较快的数据传输速率，以及更灵活的处理数据手段。安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式，串行，多点通信的数据总线叫做现场总线。目前应用比较多的有FF,LonWorks,Profibus,WorldFIP以及CAN等。3、简述扩充响应曲线法整定PID参数的步骤。1．数字控制器不介入控制系统，让系统处于手动操作状态，将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来。然后突然改变给定量，给对象一个输入信号。2.用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线。3.在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ，被控对象时间常数Tτ以及它们的比值Tτ/τ4、A/D,D/A转换器在计算机控制系统中有什么作用？A/D转换是为了将现场检测的连续信号量化处理变换成数字信号，以便计算机进行处理；D/A转换是将计算机输出的离散的数字量变化成连续信号，使之能够控制被控对象。5、数字控制器的连续化设计步骤是什么？答：设计假想的控制器ds；选择采样周期T;将DS离散化为DZ;设计有计算机实现的控制算法；校验6、简述数据通信线路的三种工作制式。单工通信：所传送的信息始终朝着一个方向；半双工通信：信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻仅仅限于某一方向上的传输；双工通信：通信系统中的设备可以同时接受和发送数据。7、什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？计算机控制系统就是利用计算机（单片机，ARM,PLC,PC机，工控机等）来实现生产过程自动控制的系统。主要由主机，I/O设备，通信设备，现场仪表，系统仪表，应用软件几部分组成。8、何谓I/O通道？模拟量输入通道由哪几部分组成？I/O接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁。模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。9、为什么要引进积分分离PID算法？如何实现？当系统有较大的扰动或给定值有大幅度改变时，积分作用会对系统的动态性能造成影响，特别是对具有大滞后的被控对象，如温度，成分等的控制系统，滞后现象更为严重，为此引进积分分离PID算法。当偏差e(k)较大时，取消积分作用；当偏差较小时，使用积分作用。即当|e（k）δ|时，采用P或PD控制；当|e（k）=δ|时，采用PI或PID控制.10、试叙述扩充临界比例度法整定PID参数的步骤。1．选择一个组后短的采样周期2．用选定的采样周期使系统工作3．选择控制度4。根据选定的控制度，求得Ts，Kp，Ti，Td的值12、采样周期的选择需要考虑那些因素？1给定值的变化频率2被控对象的特性3使用的控制算式和执行机构的类型4控制的回路数13、数字控制器的离散化设计步骤是什么？1求得带零阶保持器的被控对象的广义脉冲传递函数G（z）2根据系统性能指标要求以及实现的约束条件构造闭环z传递函数Φ（z）3确定数字控制器的传递函数D（z）4由D（z）确定控制算法并编制程序15、什么是并行通信和串行通信？它们各自有什么优缺点？并行通信是指所传送数据的各位同时发送或接收，数据有多少位，就要有多少根传输线，并行传送的速度高，但传输距离受到限制;串行通信是指所传送数据一位一位按顺序发送或接收，只用很少的几根信号就可以完成数据交换。串行通信速度低。但传送的距离可以很长。16、什么是微分先行PID控制算法？如何实现？微分作用不是对偏差，而是仅对输出信号进行微分。可以起到缓冲滤波作用，避免执行机构在给定量发生突变时产生剧烈冲击的方案叫做微分现行算法。17、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？实时的含义就是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成。在线方式是指只要计算机对受控对象或受控生产过程能够行使直接控制，不需要人工干预。离线方式是指控制计算机没有直接参与控制受控对象或受控生产过程，它只完成受控对象或受控过程的状态检测，并对检测的数据惊醒处理；而后指定出控制方案和输出控制指示，操作人员参考控制指示，人工手动操作使控制部件对受控对象或受控过程进行控制。18、模拟输入通道由哪几部分组成，各部分起什么作用？答：信号处理；采样；采样/保持；数据放大器；A/D转换器和控制电路19、说明限幅滤波法的原理。数字滤波方法有哪些？限幅滤波就是把两次相邻采样值之间的差值的绝对值求出来，然后与相邻两次采样所允许的最大差值ΔY进行比较的滤波方法，如果小于或等于ΔY，表示本次采样值为有效，否则取上次有效值为本次的有效采样值。数字滤波只要有：1，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2，中值滤波3，限幅滤波4，惯性滤波。20、步进电机驱动控制电路包括哪几部分，各部分起什么作用？主要由1。脉冲信号的产生环节，其作用是通过脉冲信号的占空比的大小来控制电机转速2。信号分配环节，其作用是控制步距角3。功率放大环节，作为驱动系统最为主要的部分来尽量克服电机的反电势。21、什么是积分饱和现象？怎样引起的？如何消除？计算机输出量超出正常运行范围的状态称为饱和状态，由于是由积分作用引起的，所以称其为积分饱和。产生原因是当给定值突变，负载突变或系统启动和停机时，系统的偏差会较大，在积分项的作用下，往往会产生较大的超调，并出现长时间的波动。可以通过遇限削弱积分法，有效偏差法和积分分离法予以消除。23、控制度的含义是什么？控制度定义为数字控制系统误差平方的积分与对应的模拟控制系统误差平方的积分之比，即控制度=[∫𝑒2(𝑡)𝑑𝑡]∞0𝐷𝐷𝐶[∫𝑒2(𝑡)𝑑𝑡]∞0模拟24、计算机抗干扰措施有哪些？经常采用硬件抗干扰技术，软件抗干扰技术和电源抗干扰技术。25、什么是指令冗余，如何实现？指令冗余技术就是采用在程序中人为地插入一些空操作指令或将有效的单字节指令重复书写，来保证程序所实现的功能不变的技术。一般是在对程序流向起决定作用的指令之前以及影响系统工作状态的重要指令之前加入两，三条NOP空指令，还可以每隔一定的数目的指令插入NOP指令，以保证跑飞的程序迅速纳入正轨。三、计算题(45’)1.直线插补Fm≥0Fm＜0所在象限进给方向偏差计算所在象限进给方向偏差计算一、四＋xFm+1=Fm–ye一、二＋yFm+1=Fm+xe二、三－x三、四－y2.D(s)-D(z)-U(k)1.位置型算法2．增量型算法其中：3.最少拍有(无)纹波最少拍无纹波：(1)单位阶跃输入响应：Φ(z)=𝑎𝑧−1(1+0.718)𝑧−1Φ𝑒(𝑧)=(1−𝑧−1)(1+𝑏𝑧−1)(2)单位速度输入响应：Φ(z)=(𝑎0𝑧−1+𝑎1𝑧−2)(1+0.718)𝑧−1Φ𝑒(𝑧)=(1−𝑧−1)2(1+𝑏𝑧−1)(2)单位加速度输入响应：Φ(z)=(𝑎0𝑧−1+𝑎1𝑧−2+𝑎2𝑧−3)(1+0.718)𝑧−1Φ𝑒(𝑧)=(1−𝑧−1)3(1+𝑏𝑧−1)同时有Φ𝑒(𝑧)=1−Φ(z)比较系数求解D(z)=1𝐺(𝑍)Φ(z)Φ𝑒(𝑧)最少拍有纹波：1）确定考虑稳定性条件和准确性条件：111)(,1)(,1)(zzRssRtr2112)1()(,1)(,)(zTzzRssRttr3111232)1(2)1()(,1)(,21)(zzzTzRssRttr111)(,1)(,)(zezGassGetGatat()ez1111()(1)(1)()vqejjzazzfz)11()()(sTsTKsEsUdipkjdipkekeTTjeTTkeKku0)]}1()([)()({)()()1()(kukuku)1()1()()(210keqkeqkeqkuTTKqTTKqTTTTKqdpdpdip210)21()1(其中，是关于的多项式：2）确定虑稳定性条件和可实现性条件：3）确定的阶次n，l考虑快速性条件：n、l尽量小且和的阶次相等。同时有Φ𝑒(𝑧)=1−Φ(z)比较系数求解D(z)=1𝐺(𝑍)Φ(z)Φ𝑒(𝑧)4.大林算法相应的，系统的闭环脉冲传递函数为因此，数字控制器的传递函数为5.模糊控制1()fz1z11111()1...nnfzfzfz()z121()(1)()umiizzbzfz1220212()...llfzffzfz12(),()fzfz()ez()zsesTs11)(1/1/1)1(1)(zezesTeZzTTNTTs1/1//1)1(1)1()(1)(1)()(1)(NTTTTTTNzezeezzGzzzGzD