计控复习空白.docx
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计控复习空白.docx
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计控复习空白
1.计算机控制系统由和两大部分构成。
2.数字量输入通道主要由、、等组成。
3.假设ADC0809的基准电压VREF(+)=5.12V,VREF(-)=0V,则此时它的量化单位q=mV;若输入电压VIN=3V,则输出的转换结果D=
1.12位的A/D转换器对幅度为5V的电压信号进行转换,它能分辨的最小电压变化是___mV。
4.完成一次A/D转换所需的时间称为时间。
5.写出数字控制器连续化设计的五个步骤:
6.设计对速度输入的最少拍无纹波控制器时,被控对象应至少含个积分环节。
7.若被控对象的G(z)分母比分子高N阶,那么最少拍控制器的物理可实现的条件是。
8.最少拍控制器有两个主要特点:
和 。
9.大林算法控制的响应特点是,其响应的调节时间长短可通过改变。
10.设计串级控制系统时应把主要扰动包含在回路中。
11.三相步进电机按三相六拍方式工作,各相通电次序为。
12.集散控制系统在功能上实现了集中和分散,以适应不同类型的控制要求。
13.经常采用的软件抗干扰技术是、、和开关量软件抗干扰技术等。
2.与采样同样时间点和时间间隔,并由计算机输出的__________量被零阶保持器变换成连续________信号输送到被_______对象。
5.完成一次A/D转换所需的时间称为______时间。
6.数字PID控制器有_____式和_____式两种控制算法。
7.数字PID控制器参数的整定有___法和____法两种。
9.计算机控制系统的抗干扰措施主要有___抗干扰、___抗干扰和__自诊断技术。
10.集散控制系统在功能上实现了__集中和__分散,以适应不同类型的控制要求。
11.离散系统稳定的充要条件是系统的特征根必须全部位于Z平面的__,只要有一个根在____,系统就不稳定,对实际系统来说,处于稳定边界也称为__系统。
12.模拟化设计的关键步骤是____。
2.为提高输入模拟信号的频率范围,应在A/D转换器前加_电路。
3.大林算法适用于两类被控对象,分别是,。
应用大林算法后的闭环系统传递函数是
6.数字PID控制器有式和式两种控制算法。
7.计算机控制系统的软件抗干扰措施主要有滤波、技术和技术。
8.DCS控制系统在功能上实现了集中和分散,以适应不同类型的控制要求。
9.离散系统稳定的充要条件是系统的特征根必须全部位于Z平面的,只要有一个根在
,系统就不稳定,对实际系统来说,处于稳定边界也称为系统。
二、如图所示的计算机控制系统,请填写出各部件的名称并分别叙述各部件的功能
三.试画出一个多路模拟量输入通道的结构框图,说明各个环节作用和信号是如何传递的。
四.写出位置式和增量式PID算法的公式,假定要增加积分控制作用,应如何调节积分时间TI?
解:
位置式算法
增量型控制算式
Kp为比例增益;KI=KpT/TI为积分系数;KD=KPTD/T为微分系数。
三、控制计算机设置Watchdog的目的是什么?
简单叙述Watchdog的工作原理。
1.
第一象限顺圆弧插补偏差判别式是
,请推导简化偏差计算公式。
五、设加工第一象限圆弧AB,起点A(1,5),终点(5,1),要求:
a)写出偏差计算的递推公式。
b)按逐点比较法插补进行列表计算。
c)画出走步轨迹图,并标出进给方向步数。
解:
a)设加工点处于m(xm,ym)点
1)若Fm≥0时
则沿-y方向进给一步至m+1点的坐标值为
xm+1=xm
ym+1=ym-1
∴
2)若Fm<0时
则沿+x方向进给一步至m+1点的坐标值为
xm+1=xm+1
ym+1=ym
∴
b)进给的总步数Nxy=∣5-1∣+∣1-5∣=8F0=0
步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别
起点F0=0x0=1,y0=5Nxy=8
1F0=0-yF1=F0-2y0+1=-9x1=1,y1=4Nxy=7
2F1<0+xF2=F1+2x1+1=-6x2=2,y2=4Nxy=6
3F2<0+xF3=F2+2x2+1=-1x3=3,y3=4Nxy=5
4F3<0+xF4=F3+2x3+1=6x4=4,y4=4Nxy=4
5F4>0-yF5=F4-2y4+1=-1x5=4,y5=3Nxy=3
6F5<0+xF6=F5+2x5+1=8x6=5,y6=3Nxy=2
7F6>0-yF7=F6-2y6+1=3x7=5,y7=2Nxy=1
8F7>0-yF7=F6-2y7+1=0x8=5,y8=1Nxy=0
c)
二.设加工第二象限直线AB,起点A(-3,2),终点B(-9,6),要求:
(1)按逐点比较法插补进行列表计算。
(2)画出走步轨迹图,并标出进给方向步数。
解:
Nxy=│-9-(-3)│+│6-2│=10Xe=-9Ye=6F0=0
步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断
起点F0=0Nxy=10
1F0=0-XF1=F0-Ye=-6Nxy=9
2F1<1+YF2=F1-Xe=3Nxy=8
3F2>0-XF3=F2-Ye=-3Nxy=7
4F3<0+YF4=F3-Xe=6Nxy=6
5F4>0-XF5=F4-Ye=0Nxy=5
6F5=0-XF6=F5-Ye=-6Nxy=4
7F6<0+YF7=F6-Xe=3Nxy=3
8F7>0-XF8=F7-Ye=-3Nxy=2
9F8<0+YF9=F8-Xe=6Nxy=1
10F9>0-XF10=F9-Ye=0Nxy=0
四.一个8位A/D转换器,孔径时间为100μS,如果要求转换误差在A/D转换器的转换精度(0.4%)内,求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少?
解:
由误差表达式
得:
六、PID控制的微分先行算法对基本PID控制做了什么改进?
主要用于解决什么问题?
设TD=0.2秒,T=1秒,
=3,用后向差分法求出微分先行环节的输出
和PI控制器的输出
(增量型)。
解:
1)PID控制的微分先行算法将对误差的微分运算改为对反馈量的微分运算。
微分先行算法主要用于解决给定值大幅度变化时,微分环节引起控制量过大的问题。
2)
(直接用拉氏反变换求微分方程也可以)
七、已知Smith预估器的方框图,其中被控对象
的离散模型为
,请写出Smith预估器的输出
的表达式,在计算机中如何实现纯延迟环节
。
答:
在内存中专门设定N个单元作为存放信号m(k)的历史数据,存储单元的个数
,其中
为纯滞后时间,T为采样周期。
每采样一次,把m(k)记入0单元,同时把0单元原来存放数据移到1单元,1单元原来存放数据移到2单元,…,依次类推,从单元N输出的信号就是滞后N个采样周期的m(k-N)信号。
七、三相步进电机按三相六拍方式工作,试写出使得步进电机正转和反转的通电次序,根据原理框图写出控制字。
如何控制步进电机的速度,怎样实现匀速、加速和减速运转过程。
解:
正转:
A-AB-B-BC-C-CA
反转:
A-CA-C-BC-B-AB
步进电机的速度控制:
输出字更换得越快,步进电机的转速越高。
输出字更换得越慢,步进电机的转速越低。
输出字更换时间间隔不变,匀速转动;
输出字更换时间间隔变小,加速转动;
输出字更换时间间隔增大,减速转动;
八、某热处理炉温度变化范围为0~1400℃,经温度变送器线性变换为4~20mA电流信号,选用的12位A/D转换板的输入电压范围是0~10V(对应数字量000~0FFFH),要求当温度达1400℃时,A/D输入电压为8V,求简单无源I/V变换的电阻阻值,写出编程时温度量的计算公式。
当A/D转换结果为500H时,炉内温度为多少度?
五、某热处理炉温度变化范围为200~1400℃,经温度变送器变换为0~5V电压送至AD574,AD574的输入范围为0~10V。
当t=KT时,AD574的转换结果为408H,问此时的炉内温度为多少度(保留一位小数)?
解:
工程量(温度)最小、最大值分别是:
Ymin=200,Ymax=1400.
对应Ymin的A/D输出是Nmin=0,
对应Ymax的A/D输出是Nmax=4095×5/10=2048,
当AD574的转换结果为408H时,对应的温度是:
℃
七、已知被控对象的传递函数为
,采样周期T=1s,采用零阶保持器。
针对单位速度输入信号设计最少拍无纹波系统的D(z),并计算输出响应y(k)、控制信号u(k)和误差e(k)序列,画出它们对时间变化的波形。
解:
d=0,q=2,v=1,w=1,j=1且j ∴m=w+d=1 N=v-j+q=2 ∴ ∴ 即 七、根据下图所示计算机控制系统的模入通道方框图,简述针对通道零飘和增益变化的自动校准测量原理,并导出输入电压Vs的计算公式。 解: 通道的零飘指的是通道输入为零电压时, A/D转换器的输出不是对应零电压的数字量。 校准的办法是将每次的测量值减去零电压对 应的数字量;通道增益的变化可用基准电压 与被测电压相比较来校准。 校准方法: 1.开关接地,获得零电压对应的A/D输出值为x0; 2.开关接VR,获得基准电压值对应的A/D输出值为x1; 3.开关接被测电压,获得A/D输出值为x,则Vs用下式计算 八、有一单反馈数字控制系统: 其广义对象为 ,按阶跃输入[R(z)=1/(1-z-1)]设计D(z),给定的闭环脉冲传递函数为 ,采样周期T=0.7秒。 1.求 ; 2.设计数字控制器D(z); 3.计算系统在采样点的输出y(k)并作图; 4.判断系统输出的纹波情况; 解: 1. 2. 3.因为 包含了 的所有零点,所以系统输出无纹波。 或者 只有有限项,进入稳态后u(k)为常值,所以系统输出无纹波。 4. 5.单闭环数字控制系统的被控对象 ,采样周期为1秒。 对应的广义被控对象是 ,设计一个跟踪单位速度输入的最少拍无纹波控制器。 ( ) 求出 (1)闭环传递函数 ; (2)数字控制器D(z); (3)数字控制器的输出u(k)的递推公式; (4)系统经过几拍进入稳态。 解: (1) 根据G(z)可知,d=0,w=1,j=2,v=2,由输入信号可知,q=2 于是m=w+d=1+0=1 n=v-j+q=2-2+2=2 令 根据 和 的关系,求得 解得 则 , (2) (3) 由 ,求得 (4) 将 展开,有 项,说明系统经过3拍进入稳态。 1.写出下图所示结构框图的Smith补偿器 的表达式,试从系统闭环传递函数说明加入补偿器后,被控对象的纯滞后对控制器的设计没有影响。 解: 。 未加入补偿器,闭环传递函数: 由于Φ(s)分母含有纯滞后环节,会使系统难于控制,甚至发生不稳定。 加入补偿器,闭环传递函数: 此时Φ(s)分母中不含有纯滞后环节,控制器设计就不受纯滞后环节的影响。 2.下图是Smith预估控制系统。 写出结构框图中 ;用双线性变换求 ,采样周期取0.1秒;求 ;求 与 的关系。 3.在下图所示的计算机串级控制系统中,已知采样周期为T,且有 , ,其中a0、a1、b0、b1、b2是使D1(z)和D2(z)能够实现的常数,试写出计算机串级控制算法。 2.下图是计控PID实验电路图。 请问被控对象怎么实现的? 被控对象的传递函数G(s)是什么? 系统由几部分组成? 控制计算机、信号源及A1和A2的作用是什么? 叙述系统的基本控制原理。 答: 被控对象由运放A3、A4及阻容元件组成。 传递函数是 。 系统的组成: 控制计算机、A/D转换器、D/A转换器、信号源、A1和A2形成的误差运算单元及A3,A4形成的被控对象。 控制计算机完成PID功能及其它系统控制功能;信号源用于设定给定值;误差运算单元计算出给定值与对象输出的误差。 系统控制原理: 1.控制计算机定时让A/D转换器采样误差E,得到对应的数字量,2.然后经PID控制律计算出控制量,3.再由D/A转换器转变成模拟控制量,送往被控对象。 以上过程重复进行。 3.写出数字PID控制增量式计算公式。 若要减弱积分控制作用,如何调节积分时间常数。 下图是某PID控制系统在单位阶跃输入下的输出响应图,应怎样调节PID参数可使系统超调变小,稳态误差变小? 答: PID增量式计算公式 减小积分控制作用,可增大积分时间常数 从减小Kp和减小 入手。 填空(20分) 选择(10分) 简答(30分) 分析计算(40分) 如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合!
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