计算机控制系统.doc

1.计算机控制系统有哪些特点？
答：1.控制规律的实现灵活.方便。
2.控制精度高
3.控制效率高
4.可集中操作显示
5.可实现分机控制与整体优化
6.存在着采样延迟
2.计算机控制系统有哪些类型？
答：1.操作指导控制系统2.直接数字控制系统（DDC）
2. 监督计算机控制系统(SCC)
3. 分布式控制系统（DCS）
3. 模拟控制器离散化方法：1、后行差分法2、双线性变换法3、加零阶保持器的Z变换法
6.数字控制器实现方法：1.、直接程序设计法2、串行程序设计法3、并行程序设计法
7.用双线性变换法求下列模拟控制器等效的数字控制器，设采样周期T=1s

解双线性变换法：D(Z)=8.用后向差分法求下列模拟控制器等效的数字控制器，设采样周期T=1s
解：后向差分法
4.设有模拟控制器 D(s)=分别用后向差分法.双线性变换法和加零阶保持器的Z变换方法离散化处理，求其对应的数字控制器D（z)
(采样周期为T=0.1s)
解：（1）向后差分法
(2）双线性变换法
（3）加零阶保持器的Z变换方法5.设控制系统器的数字控制器为使用三种实现方法写出便于计算机编程的控制器输出的差分方程。
解：(1)直接程序设计法
u(k)=5e(k)+1.25e(k-1)
+0.6u(k-1)-0.05u(k-2)
（2） 串行程序设计法

(3)并行程序设计法
36、 设被测温度变化范围为0--1200度，如果要求误差不超过0.4度，应选用分辨率为多少位A/D转换器。
解：D0==0.000333
N1log2(1+)=
log2(1+)11.5
选分辨率为12位的A/D转化器
9.已知某模拟控制器的传递函数,设采样周期T=0.25s，使用双线性变换法求出相应的
等效数字控制器D(z)及输出的差分方程。
解：

10.已知某模拟控制器的传递函数为D(S)=
设采样周期T=1试用零极点匹配法求出相应的等效数字控制器D(z)及输出的差分方程。
11已知某数字控制器为试给出并行程序设计编程时差分方程
解：

12. 设某控制系统数字控制器为

试用直接程序法、串行程序法、并行程序法确定实现，并画出实现的框图。
解

13.PID控制：按偏差信号的比例、积分和微分进行控制的控制器称为PID控制其控制规律称为PID控制算法；
PID控制作用：1、比例环节作用：能迅速反映偏差，从而减小偏差，但不能消除静差，KP的加大会引起系统的不稳定。
2. 积分环节的作用：只要系统存在偏差，积分环节就会产生控制作用减小偏差，直到最终消除偏差，但积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现震荡
3. 微分的作用：有助于系统减小超调，克服震荡，加快系统的响应速度减小调节时间，从而改善了系统的动态性能。但Td过大，会使系统出现不稳定
14. 试写出数字PID控制的位置式和增量式比较它们的优缺点。
位置式：数字PID控制算法缺点：每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累计计算误差
增量式数字PID控制算法优点：编程简单，对历史数据要求不高而且可以递推使用占用内存单元少运算速度快
15. 积分饱和：系统有较大的扰动或给定值有较大变化时由于系统的惯性偏差e将随之增大，标准PID算法中的积分项将有较大的积累值，以致使位置式PID的计算结果超出uminuumax所限定范围。
主要由PID位置算式中的积分项引起的
消除方法：对PID控制算法计算出的控制量进行约束，也就是对积分项和微分项进行改进，形成各种改进的数字PID控制算法

16.PID控制器三个参数对系统响应的影响为：1.增大比例系数Kp一般会加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但是如果比例系数过大，会使系统有较大的超调，并产生震荡稳定性下降
2.增大积分时间常数Ti有利于减小超调，减小震荡，提高系统的稳定性，但加大消除静差的时间，是调节时间变长。
3.增大为分时间常数Td有利于加快系统响应，减小超调，增加稳定性，但它是系统抗干扰的能力下降对扰动有较敏感的响应
17.积分控制消除系统的稳态误差
18.设临界振荡周期为2.5秒临界比例系数为6，控制度为1.5，试用扩充临界比例度法确定数字PID控制器的参数。
解：由题可知Tr=2.5s
Kr=6 控制度为1.5
则：用扩充临界比例度法确定数字PID控制器参数：
T=0.09Tr=0.09×2.5s
=0.225s
Kp=0.34Sr=0.34=
0.34×=0.0567
Ti0.43Tr=
0.43×2.5s=1.075
Td=0.20Tr=0.20×2.5s=0.5
19. 已知写出等效的数字PID控制器增量式的差分形式
解：
20.已知某连续控制器的传递函数为现用数字PID控制器控制算法实现它，舍采样周期T=1s，试分别写出相应PID控制算法的增量式和位置式。
解：设有微分环节即：
Kp=2 Ki=Kp==11.76
T=11.76 Kd=0
增量式：21.设最小拍控制系统如图，被控制对象的传递函数
T=0.5S,采用零阶保持器设计单位速度输入时的最小拍控制器。
由速度信22.最小拍系统：在数字控制过程中一个采样周期成为一拍，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，经过最小个采样周期使系统输出的稳态误差为零。
性能指标：1、调节时间最短2。在采样点处无静差
不足之处：图像在除采样点外存在波纹干扰。
23. 已知某过程对象的传递函数为G(S)试用达林算法设计数字控制器设采样周期T=0.5S.
解：据题意可知，τ=0.76s，T1=0.4S,K=1, N=τ/T=1.21，设期望闭环传递函数的惯性时间常数T0=0.15S,则
24。振铃现象：数字控制器的输出u（k）以接近二分之一的采样频率大幅度上下摆动称为振铃现象。
产生原因：数字控制器D(z)在z平面上z=-1附近有极点。当z=-1时，振铃现象最严重，在单位圆内离z=-1越远，振铃现象越弱
消除方法：1.、参数选择法2、消除振铃因子法
25、 已知被控对象的传递函数为，设采样周期T=1s，设计单位数独输入信号下的最小拍控制器，计算出输出响应y（k），控制信号u（k），画出波形。
解：

26. 给定被控对象的传递函数G(z)=0.265z-1（1+2.78z-1）（1+0.2z-1）/（1-z-1）2（1-0.286z-1），针对单位速度输出信号的最小拍控制器计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应，并绘制图形。
解：

27. 设被控对象的传递函数为G(s)=，闭环反馈采用PID控制器，传递函数为D(s)=采样周期T=0.5s，是设计Smith预估补偿器，并画出计算机实现流程图。

30、 被控对象的传递函数为去采样周期T=0.9s 期望闭环传递函数的时间常数T=0.5S
试用Dahlin算法设计数字控制器。绘制系统的单位阶跃响应曲线。判断有误振铃现象？若有如何修改控制器。
解：

29、设被控制对象传递函数为，期望闭环系统时间常数T0=0.1S,取采样周期T=1s，试用Dshlin算法设计数字控制器。判断有无振铃现象,若有计算振铃幅度，并消除振铃现象。
解：

31过程通道：必须设置进行信息传递和转换的连接通道，即过程通道。
过程通道分为：1、模拟量输入通道2、模拟量输出通道3、数字量输入通道4、数字量输出通道
数字量输出通道结构：输出锁存器：锁存CPU输出数据光电耦合器：保证计算机安全、可靠的工作将CPU与驱动电路之间的强电及干扰信号隔离 输出驱动器：用来驱动继电器或执行机构的功率放大器
32、多路开关作用：将输入信号按一定顺序送到放大器或采样保持器。
理想要求：电阻无穷大，切换速度快，噪声小，寿命长，工作可靠
33.采样保持器作用：使得A/D转期间保持输入模拟信号不变
保持电容的大小对数据采集系统的影响：应选取漏电阻抗较大的电容同时在保证采样速度的前提下，可适当增加CH的电容量
34.模拟量输出通道组成：接口电路、D/A转换器、输出保持器、多路开关、低通滤波电路和功放电路
35。步进电动机控制系统：1.单电压功率放大电路：电路的电压E一般选择在10到100v左右有的高达200
2、双电压功率放大电路：采用两种电源电压的功放电路3、斩波型功率放大电路：缺点是在高低压连接处电流出现高、低谷点，这样必然引起力矩在谷点时下降

37、 利用ADC0809和单片机接口，完成8路模拟量的循环采集。画出原理图并编写相关程序。
38、 在数据采样系统中，不是所有的输入通道都需要加采样保持器，只有在信号变化频率较高而A/D转换速度又不高以致孔径误差影像转换精度时，或者要求同时进行多路采样后情况下才需要设置采样保持电路，对于一些变化缓慢的产生过程参数可以不设置保持电路

39、 某执行机构的输入变化范围为0--10mA,灵敏度为0.05mA，试选择满足上述要求的D/A转换器和V/I变换器

因此选分辨率为8位的D/A转换器
28、 设被控对象的传递函数为G(s)=，期望闭环系统时间常数T0=4.5s，去采样周期T=1s，试用Dahlin算法设计数字控制器.
解：被控对象是具有滞后一阶惯性环节