智能控制期末考试卷.doc

一填空题：1.自动控制系统按给定值分类为： 定值控制系统 ， 程序控制系统 ， 随动控制系统 2. 被控对象特征的分类，即响应曲线的分类： 有自衡非振荡过程的相应曲线 ，无自衡非振荡过程的相应曲线，有自衡振荡过程的相应曲线，具有反向特性的过程的相应曲线3. 被控对象的特征参数有：时间参数，放大系数，时滞4. 控制通道是：操作变量对被控变量的作用途径 扰动通道是：扰动对被控变量的作用途径 5. 五种典型的外作用函数：阶跃函数，斜坡函数，单位抛物线函数，单位脉冲函数，正弦函数 6. 传感器是 将被测非电量变换成电量的装置7. 传感器通常由 敏感元件，转化元件，其他辅助部件 组成8香农定理是 。9. A/D的类型： 立即型，双积分型， 逐位反馈比较型 10. 干扰抑制的基本原则： 消除干扰，远离干扰，防止干扰窜入11.接地的原则是： 当频率10MHZ时，可以采用多点接地，当在1MHZ到10MHZ 时， 若地线长度小于波长的1/20 ，则采用单点接地，否则采用多点接地12. 抑制共模干扰的有效方法是：使用浮地输入双层屏蔽放大器 13. Watchdog（看门狗）的基本工作原理： 14. PLC的组成： 电源 ， 输入组件 ，输出组件， CPU及存储器，编程器 15. 在状态转移图中，每个状态具有 驱动负载，指定转移条件，指定转移方向三个功能。16. 集散控制系统DCS基本组成部件从功能上可划分为： 基本控制器，通信通道及接口，人-机联系装置17. CIMS主要包括了几种基础技术： 网络技术， 分布式数据库技术，自动控制技术，CAD/CAM技术 ,柔性制造系统。18. 集散控制系统采用什么设计原则： 分散操作，集中控制， 分而治之， 综合管理。19.控制系统的性能指标主要有： ， ， 20. 按干扰作用的方式可分为： 常态干扰 ，共态干扰 21. PLC的工作过程是一个 周期性的循环扫描 的过程，这个过程可以分为三个主要步骤：输入采样阶段，程序解算阶段， 输出刷新 。22.抑制长线传输中波反射的方法有： 波阻抗的测量，终端匹配，始端匹配 。 P151 选择衰减度为1/4左右，稳定性和快速性都较好。扩充临界比例度法：用来整定数字PID算是中的T ，Kp， Ti ，TdA/D的步骤：采样、量化、编码。安全火花仪表：把电路在各种状态下可能产生的火花都限制在爆炸性物质的点火能量以下，是本质安全防爆仪表二计算题1.P89 计算字长2.推导惯性滤波的算法，如何确定数字滤波系数3.推导折线逼近分段插值算法，阐述最小二乘法的工作原理最小二乘法的工作原理：曲线由直线代替，挑最好的直线的标准是：由于各点都有偏差，各点偏差的和要达到最小，则最接近这条曲线的为最优；但是由于有正负，所以直接相加不可以，要用绝对值，但是绝对值又不好算，则用平方，所以称之为最小二乘法。4.推导位置式PID算式，或增量式PID 算式三 问答1.对象有哪几个特性参数？说明数学意义和物理意义？对控制通道和扰动通道有何不同影响？按阶跃作用有哪几种相应曲线？分别说明其控制的难易度？干扰按干扰方式的分类分为什么? 各性质是什么？A 放大系数：在控制通道中，稳定情况下尽量大；在扰动通道中，稳定情况下尽量小。B 时间常数：在控制通道和扰动通道中，当时间常数大，被控对象比较稳定，容易控制，因此在稳定情况下，尽量快。C 时滞：在控制通道中，时滞/时间参数0.5-0.6的被控对象往往需要特殊的控制规律，在扰动通道中 时滞没什么影响常态干扰：叠加在被测信号上的干扰共模干扰：测控系统模拟量输入通道的A/D转换器的两个输入端上共有的干扰电压。2. 涡流流量传感器的工作原理涡流发生器与流体的接触部分的形状是梯形，这种形状可以提高产生涡流的稳定性，使得涡流频率和流速具有良好的线性；当涡流产生时，其内部产生一定的应力，这种应力经涡流发生器的内部安装的压电元件检测后，再由电路对得到的信号进行处理，就可以得到与涡流频率相对应的脉冲频率，最终以模拟电压的形式输出，由于流量与涡流频率成正比，因此只要得到了涡流频率，就可得到 相对应的流量。3.被控参量的数字化全过程有那些环节步骤？有那些设备部件？解释说明其中每一步骤的功能作用？现场数据通过传感器取进来，需用测量放大器把信号放大，通过I/V变换把信号量规格化。由于多路共用一个A/D，所以需要多路转换器，由于转换需要一定时间，被控量会改变，为了保持被控量不变，需要采样保持器，再通过A/D转换器转换成数字，通过接口逻辑电路把数据传送到PC总线上，但由于PC总线上的信息还是被控量+信号干扰，所以需要数字滤波，得到干干净净的信号，最后还需通过数字转换将函数关系转换为所需的量。4. 两种开关的优缺点比较，且如何结合使用？(1)优缺点机械接触式多路开关优点：闭合时接触电阻小，断开时阻抗高。缺点：通断时间较长，且在通断时可能会有火花。电子无触点开光优点：采样速度快，工作频率高。缺点：导通电阻大，驱动部分和开关元件部分不独立，影响小信号测量的精度。(2)若要求交换快，则用电子无触点开关，而机械接触式多路关速度慢，两种开关可以串在一起使用，尽量使用机械接触式多路开关，如果速度来不及，才使用电子无触点开关。5. 解释PID工作原理？物理意义？各有什么优缺点？如何扬长避短？实际工程有哪些常用的组合？1. P：比例控制，控制作用的变化量与偏差大小成正比； I：积分控制，控制作用的变化量与偏差的时间大小成正比； D：微分控制， 控制作用的变化量与偏差的变化速度成正比；2. P: 控制作用最有效， I：有偏差，积分变， 无偏差，积分动，在停止的情况下一定无偏差， D： 抵着偏差的方向，系统不容易震荡，较稳定3. P：控制作用最有效，但是有静差， I：无静差，无偏差，积分止，有偏差，积分动，但是不稳定，容易引起震荡， D: 抵着偏差的方向， 较稳定，但是不能单独存在，容易引入干扰，可以间接减少偏差 但是不会消除偏差4. I： 可以利用积分分离法，遇限削弱法，变速积分PID算法D：可以利用四点中心查分法，实际微分PID 算法5. P . I . PI .PD. PID6.带键盘数码管A/D转换器的测控系统中，如何考虑主控程序和终端程序的分工协调？数码管具有动态和静态刷新方法，静态简单，但是硬件复杂，成本高，动态省硬件简单，成本低，但是软件复杂；这里选择动态方式，且每5ms刷新一次； 键盘每20ms刷新一次，而a/D转换需要1s刷新一次； A/D与A口相连，数码管与A,B口相连，键盘与B 口相连，在刷新的时候，需一个一个做，避免闪烁，解决冲突，中断由定时器引起，每5ms中断一次，先判断是否是20MS到，若是，就扫描键盘，当有键按下，将键值保存到newkey中，并置击键标志，以便在键盘服务子程序对相应键进行处理；若记时到1s ，就启动A/D在转换，直到结束后置A/D转化结束标志，以便主程序进行处理数码管有段选和位选，我们使用两种组合点亮数码管。数码管具有动态和静态刷新方法，静态实现简单，但是硬件复杂，成本高，动态简单且省硬件、成本低，但是软件复杂，较废时间。经过比较之后选择动态方式，每5ms（256-96 * 32*）刷新一次； 先检测键盘是否有键被按下，当测试到某个见背按下后时，程序设置了（10ms20ms）的去抖动时间，然后才读取键值。假设1S内按20个按键，平均每个按键按下时间是50ms，因此检测键盘时间取小于50ms，每20ms刷新一次。根据香农定理，1s采样最快，因此A/D转换需要1s采样一次。 A/D与A口相连，数码管与A,B口相连，键盘与B 口相连，在遇冲突的时候：做A/D时，A口关；做键盘时，B口关。避免闪烁，解决冲突，中断由定时器引起，每5ms中断一次，先判断是否是20MS到，若是，就扫描键盘，当有键按下，将键值保存到newkey中，并置击键标志，以便在键盘服务子程序对相应键进行处理；若记时到1s ，就启动A/D在转换，直到结束后置A/D转化结束标志，以便主程序进行处理7. 闭环开环的不同和优缺点：主要的不同：有无检测被控量1开环控制系统开环控制系统特点：控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行。优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。2 闭环控制系统闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。具有自我调节功能，控制器在发现某一过程状态记录与实际有偏差时，可以及时采取补救措施闭环的作用：应用反馈，减少偏差。优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。三，综合：1. 反馈控制系统的工作原理控制器执行器对象传感器扰动给定值被控量1. 框图2. P18图 工作原理3. P22课后习题4. P77图 工作原理？功能？是什么装置？用在什么地方？5. P83图4.13 工作原理(放大几倍)?（会计算）6.如图 解释工作原理，并说明是什么设备？用在什么地方？当开关闭合，UI = UO 输出量跟随输入量，即为跟随器；在某一个瞬间，开关断开，第一放大器，UI等于输出量，第二个放大器，UO跟随电容变，一般是保持断开的电压，即为保持器，A/D在转化中保持电压，因此为采样保持器。7. P94 图4.34 解释原理？1，画出波形图，当模拟开关合上时，恒流源向积分器反向充电，当Uit上升到tos结束时，师模拟开关断开，开始了由ui向C充电过程，周而复始，从而形成了此脉冲，3.F=1/T=1/O8. 模仿P164的三个例子。 画出梯形图，波形图，判断输入输出是什么关系？能完成什么功能？判断是什么装置？用于什么地方？ 数码管有段选和位选，我们使用两种组合点亮数码管。数码管具有动态和静态刷新方法，静态实现简单，但是硬件复杂，成本高，动态简单且省硬件、成本低，但是软件复杂，较废时间。经过比较之后选择动态方式，每5ms（256-96 * 32*）刷新一次 先检测键盘是否有键被按下，当测试到某个见背按下后时，程序设置了（10ms20ms）的去抖动时间，然后才读取键值。假设1S内按20个按键，平均每个按键按下时间是50ms，因此检测键盘时间取小于50ms，每20ms刷新一次。根据香农定理，1s采样最快，因此A/D转换需要1s采样一次 A/D与A口相连，数码管与A,B口相连，键盘与B 口相连，在遇冲突的时候：做A/D时，A口关；做键盘时，B口关。避免闪烁，解决冲突