计算机控制技术复习题解析.docx

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计算机控制技术复习题解析

计算机控制技术复习题

一、填空题

1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为。

2、弱电控制与强电控制之间常用的隔离方式有变压器隔离、继电器隔离和等。

3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、。

4、在计算机控制系统中，被测信号有和两种输入方式。

5、信号接地方式应采用方式，而不采用方式。

6、主要的电源干扰包括、、和。

7、数字程序控制方式有、、。

8、插补计算过程由、、、四个步骤组成。

9、将D（S）离散化为D（Z）常用方法有、、。

10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，

则步距角是和齿距角是。

11、三相步进电机通常有、和工作方式

12、PID控制中对积分项可采取、、和四

种改进措施。

13、对微分项进行改进主要有和两种方

法。

14、按简易工程法整定PID参数的方法有、和。

15、最少拍控制算法有、和三种典型输

入信号。

二、选择题

1、已知偏差e（k）,积分分离阈值β，以下正确的是（）

A.当e（k）>β时，采用PI控制B.当e（k）>β时，采用PD控制

C.当e（k）≤β时，采用PD控制D.当e（k）≤β时，采用PI控制

2、设加工第一象限直线OA，起点为O（0,0），终点为A（6,3），进行插补计算

所需的坐标进给的总步数Nxy为（）

A.7B.8C.9D.10

1

3、已知离散系统脉冲传递函数为：

G（Z）=（Z+0.5）/（Z-0.5+j0.5）^2,可知该

系统是（）。

A.稳定的B。

不稳定的C。

中性稳定的

4、若连续系统为Gc（s）稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得Gc（z）

（）。

A.也是稳定的B。

是不稳定的C。

稳定性不一定

三、问答题

1、什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？

2、什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？

3、什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些？

4、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用哪些措施？

5、MAX1232的主要功能有哪些？

6、计算机控制系统中有哪些类型的地线？

7、何谓数字程序控制？

数控系统由哪四大部分组成？

8、什么是插补器？

常用哪两种形式？

插补计算的宗旨是什么？

9、第一象限直线逐点比较法插补的原理是什么？

10、画出三相步进电机分别在三种工作方式下的电压波形图。

11、数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？

12、数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？

13、最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？

14、最少拍控制算法的局限性是什么？

15、已知模拟调节器的传递函数为

Ds

1

1

0.17s

0.185s

试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。

16、已知模拟调节器的传递函数为

Ds

10.17

s

0.85s

试写出相应数字控制器的位置型PID算法和增量型PID控制算式，设采样周期

T=0.2s。

17、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为

2

D（s）

1

0.18

s

0.2

5s

0

.

2

1s

若采样周期T=1S,试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式。

并比较两

种算法特点。

18、简述应如何选择计算机控制系统中采样周期？

19、什么叫积分饱和？

它是怎么引起的？

如何消除？

20、简述扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定PID参数的步骤。

21、数字控制器的离散化设计步骤是什么？

22、等效离散化设计方法存在哪些缺陷？

23、什么是信号重构？

24、写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传

递函数的极点有何影响？

25、已知某连续控制器的传递函数为

2

D（s）

n

22

s2s

nn

试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数D（z），并给出控制器

的差分形式。

其中T1s。

26、被控对象的传递函数为

Gcs

1

2

s

采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：

（1）最少拍无纹波系统的设计方法，设计（z）和Dz；

（2）求出数字控制器输出序列u（k）的递推形式。

3

计算机控制技术复习题

一、填空题

1、通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。

2、弱电控制与强电控制之间常用的隔离方式有变压器隔离、继电器隔离和光电

隔离等。

3、常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤。

4、在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入

方式。

5、信号接地方式应采用一点接地方式，而不采用多点接地方式。

6、主要的电源干扰包括噪声，尖峰，断电，浪涌_。

7、数字程序控制方式有点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。

8、插补计算过程由偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断四个步骤组成。

9、将D（S）离散化为D（Z）常用方法有双线性变换法、前向差分法、后向差分法。

10、三相步进机的转子为60个齿，定子为3对磁极，工作在三相六拍方式时，

则步距角是1度和齿距角是6度。

步距角:

360/60/6=1度

齿距角360/60=6度

11、三相步进电机通常有单相三拍、双相三拍和三相六拍工作方式

12、PID控制中对积分项可采取积分分离、抗积分饱和、梯形积分

和消除积分不灵敏区四种改进措施。

13、对微分项进行改进主要有不完全微分PID控制算法和微分先行PID控制

算式两种方法。

14、按简易工程法整定PID参数的方法有扩充临界比例度法、扩充响应曲线法

和归一参数整定法。

15、最少拍控制算法有单位阶跃信号、单位速度信号和单位加速度信号三种典型

输入信号。

二、选择题

4

1、已知偏差e（k）,积分分离阈值β，以下正确的是（B）

B.当e（k）>β时，采用PI控制B.当e（k）>β时，采用PD控制

C.当e（k）≤β时，采用PD控制D.当e（k）≤β时，采用PI控制

2、设加工第一象限直线OA，起点为O（0,0），终点为A（6,3），进行插补计算

所需的坐标进给的总步数Nxy为（C）

A.7B.8C.9D.10

3、已知离散系统脉冲传递函数为：

G（Z）=（Z+0.5）/（Z-0.5+j0.5）^2,可知该

系统是（A）.

A.稳定的B。

不稳定的C。

中性稳定的

4、若连续系统为Gc（s）稳定，采用一阶向前差分离散化方法离散，所得Gc（z）

（C）。

A.也是稳定的B。

是不稳定的C。

稳定性不一定

三、问答题

1、什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？

串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰信号。

高通,低通,带通滤波器。

尖峰型串模干扰民为主要干扰源时,用双积分A/D转换器，

采用双绞线作信号引线（减少电磁感应）

2、什么是共模干扰，抑制的方法有哪些？

所谓共模干扰,是指A/D转换器两个输入端公有的干扰电压。

抑制方法:

变压器隔离光电隔离浮地屏蔽

3、什么是长线传输干扰，抑制的方法有哪些？

长线传输干扰是指:

长线传输受到外界干扰,具有信号延时,高速度变化的

信号在长线中传输时,还会出现波反射现象。

抑制方法:

终端匹配始端匹配

4、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用哪些措施？

①Watchdog（俗称看门狗）②电源监控（掉电检测及保护）③复位

5、MAX1232的主要功能有哪些？

5

（1）电源监控

（2）按钮复位输入（3）监控定时器

6、计算机控制系统中有哪些类型的地线？

有模拟地线,数字地线,安全地线,系统地线,交流地线

7、何谓数字程序控制？

数控系统由哪四大部分组成？

就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机床）按规定

的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的控制方式。

由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。

8、什么是插补器？

常用哪两种形式？

插补计算的宗旨是什么？

用于完成插补计算，就是按给定的基本数据（如直线的终点坐标,圆弧的起、

终点坐标等），插补（插值）中间坐标数据，从而把曲线形状描述出来的一种计算。

直线插补、二次曲线插补

宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些

中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。

9、

（1）第一象限直线逐点比较法插补的原理是什么？

从直线的起点（即坐标原点）出发，当Fm≥0时，沿＋x轴方向走一步；当Fm

＜0时，沿＋y方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标（xe,ye）相等时，发

出终点到信号，停止插补。

（2）第一象限圆弧的插补原理？

10、

（1）画出三相步进电机分别在三种工作方式下的电压波形图。

（2）微机如何控制x轴、y轴电机的？

并写出三种工作方式下的输出字表。

11、数字PID位置式和增量式算法的各自特点是什么？

增量算法不需要做累加,位置算法要用到过去的误差的累加值,容易产生大

的累加误差；

增量算法得出的是控制量的增量,而位置算法的输出是控制量的全量输出,

误动作影响大；

采用增量算法,易于实现手动到自动的无冲击切换。

12、数字PID控制算法中，Kp、Ti、Td的物理调节作用分别是什么？

Kp为比例增益,能减小误差,但不能消除稳态误差,但Kp加大会引起系统不

6

稳定。

Ti为积分时间常数。

只要有足够的时间,积分控制将能完全消除误差。

但积

分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡。

Td为微分时间常数。

可以减小调整时间,从而改变系统的动态性能。

13、最少拍控制算法本质上是什么算法，为什么？

最少拍控制算法本质上是时间最优控制算法,因为最少拍控制算法是以系统

的快速性为主要性能指标。

14、最少拍控制算法的局限性是什么？

最少拍控制器对典型输入信号的适应性较差；

15、已知模拟调节器的传递函数为

Ds

1

1

0.19s

0.385s

试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。

Ds

U

E

s

s

1

1

0.86s

0.185s

则Us0.085SUsEs0.17SEs

dut

ut0.085et0.17

dt

det

dt

uk0.085

uk

uk1e

e

k

0.17

T

ke

T

k

1

把T=0.2S代入得

1.425uk0.425uk14.5ek3.5ek-1

位置型uk3.1579ek2.4561ek10.2982uk1

增量型ukukuk13.1579ek2.4561ek10.7018uk1

16、已知模拟调节器的传递函数为

Ds

10.17

s

0.85s

试写出相应数字控制器的位置型PID算法和增量型PID控制算式，设采样周期

T=0.2s。

7

10.17s11

解：

因为）

Ds21K（1Tds

（）

p

0.20s0.17sTs

i

所以p2T0.17T0

K，，

id

故位置型PID控制器

u（k）Ke（k）

P

T

T

I

k

i0

e（i）

T

D

e（k）

e（k

T

1）

k0.2

2e（k）e（i）

0.4

i0

k0.4

2e（k）e（i）

0.87

i0

故增量型PID控制器

u（k）u（k1）u（k）

u（k1）Ke（k）e（k1）Ke（k）Ke（k）2e（k1）e（k2）

PID

u（k1）2e（k）e（k1）

0.2

0.187

e（k

）

u（k1）4.35e（k）2e（k1）

17、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为

2

0.13.5ss

D（s）

1.5s

若采样周期T=1S,试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式。

并比较两

种算法特点。

D（s）

U

E

（

（

s

s

）

）

2

s

7

1

5

s

U（s）7E（s）2sE（s）

1

5s

E

（

s

）

u（t）7e（t）2

de

（

dt

t

）

1

5

e

（

t

）

dt

e（k）e（k1）T

k

u（k）7e（k）2e（i）

T5

i0

将T=1代入上式，得

k

u（k）9e（k）2e（k1）0.2e（i）

i0

u（k1）9e（k1）2e（k2）0.2

k

1

e（

i）

i0

8

u（k）u（k）u（k1）

9.2e（k）11e（k1）2e（k2）

18、简述应如何选择计算机控制系统中采样周期？

答：

（1）首先确定采样周期的上下限：

上限根据采样定理来确定；下限根据计算机执行程序和输入输出所耗费的时

间来确定。

（2）其次要考虑的因素有：

①给定值的变化率；②被控对象的特性；③执行机构的类型；④控制算法的类

型；⑤控制回路数。

19、什么叫积分饱和？

它是怎么引起的？

如何消除？

解：

（1）如果执行机构已经到极限位置，仍然不能消除静差时，由于积分

作用，尽管PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构

已无相应的动作，这就叫积分饱和。

（2）1、当偏差产生跃变时，位置型PID算式的输出将急剧增大或减小，

有可能超过执行机构的上（下）限，而此时执行机构只能工作在上限。

2、系统输出需要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产

生一个很大的积累值。

3、当系统输出超过给定值后，偏差反向，但由于大的积分积累值，控制量

需要相当一段时间脱离饱和区。

因此引起系统产生大幅度超调，系统不稳

定。

（3）常用的改进方法：

积分分离法和抗积分饱和

20、简述扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定PID参数的步骤。

扩充临界比例度法整定PID参数的步骤：

（1）选择一个足够短的采样周期T，例如被控过程有纯滞后时，采样周期T取滞

后时间的1/10以下，此时调节器只作纯比例控制，给定值r作阶跃输入。

（2）逐渐加大比例系数Kp，使控制系统出现临界振荡。

由临界振荡过程求得相应

的临界振荡周期Ts，并记下此时的比例系数Kp，将其记作临界振荡增益Ks。

此

时的比例度为临界比例度，记作

1

sK

s

。

9

（3）选择控制度，所谓控制度是数字调节器和模拟调节器所对应的过渡过程的误

差平方的积分之比。

（4）根据控制度，查表求出T、Kp、Ti和Td值。

（5）按照求得的整定参数，投入系统运行，观察控制效果，再适当调整参数，直

到获得满意的控制效果为止。

扩充响应曲线法整定PID参数的步骤：

（1）断开数字调节器，让系统处于手动操作状态。

将被调量调节到给定值附近并

稳定后，然后突然改变给定值，即给对象输入一个阶跃信号。

（2）用仪表记录被控参数在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图所示。

（3）在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ、被控对象的时间常数Tc，以及

它们的比值Tc/τ。

（4）由τ、Tc、Tc/τ值，查表，求出数字控制器的T、Kp、Ti和Td。

21、数字控制器的离散化设计步骤是什么？

数字控制器的直接设计步骤如下：

（1）根据控制系统的性质指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函

数Φ（z）。

（2）求广义对象的脉冲传递函数G（z）。

（3）求取数字控制器的脉冲传递函数D（z）。

（4）根据D（z）求取控制算法的递推计算公式。

23、等效离散化设计方法存在哪些缺陷？

答：

等效离散化设计方法存在以下缺陷：

（1）必须以采样周期足够小为前提。

在许多实际系统中难以满足这一要求。

（2）没有反映采样点之间的性能。

特别是当采样周期过大，除有可能造成控

制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。

因此，系统的调节

品质变坏。

10

（3）等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系

统（只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统），而不可

能超过它。

因此，这种方法也被称为近似设计。

23、什么是信号重构？

答：

把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。

26、写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传递函数的极点有

何影响？

答：

零阶保持器的传递函数为

H（s）

0

Ts

1e

s

。

零阶保持器的引入并不影响

开环系统脉冲传递函数的极点。

27、已知某连续控制器的传递函数为

2

D（s）

n

22

s2s

nn

试用双线性变换法求出相应的数字控制器的脉冲传递函数D（z），并给出控制器

的差分形式。

其中T1s。

解：

令s

2

T

z

z

1

1

2

T

1

1

z

z

1

1

2

1

1

z

z

1

1

D（z）

2221

U（z）

（z2z1）

nn

2222212

E（z）s2sz（44）z（28）z44

1

1

nnnnnnn

2

s

1

1z

控制器的差分形式为

222

2844

nnnn

u（k）u（k1）u（k2）（e（k）2e（k1）e（k2））

222

444444nnnnnn

26、被控对象的传递函数为

Gcs

1

2

s

采样周期T=1s，采用零阶保持器，针对单位速度输入函数，按以下要求设计：

（1）最少拍无纹波系统的设计方法，设计（z）和Dz；

（2）求出数字控制器输出序列u（k）的递推形式。

解：

广义对象的脉冲传递函数

-Ts

1e1

GczΖZ

2

ss

1e

Ts

1

3

s

T

2-1

z

21

1

z

z

2

1

1

11

将T=1S代入，有

G

c

z

-1

z

21

1

z

z

1

1

2

最少拍无纹波设计步骤：

1）根据广义对象的传递函数确定参数已知N=2，M=2

N（分母多项式的幂次）所以d=0

M（分子多项式的幂次）w=1

d=N-M延时v=2，j=2；

w在所有零点的总数（不包括无穷远的零点）q=2（单位阶跃输入）

v在z平面的单位圆上或圆外极点的个数

j在z平面的单位圆上极点的个数

q（输入类型）

2）确定F1（z）和F2（z）的幂次m和n

mwd1

nvjj

max（,q）2

mwd

nvjmax（j,q

）所以：

12

F1（z）1fzfzf1mz

1112

m

F1（z）1fz

11

1

12

F2（z）fzfzf2

2122

nz

n

1

F2（z）fzfz

2122

2

3）确定Фe（z）

vj

e

vj

（z）（1

i1

az

i

11

）（1z

max（

）

j,q）

F

1

（z）

e

1z1max（j,q）Fz

（1

z）1（z）（1az）

（1）（）

i

i1

（1z

1

）

2

（1

f

11

z

1

）

1（

1

f2）z（1

11

2

f

11

）z

2

fz

11

3

4）确定Ф（z）

w

d1Fz

（z）z（1bz）2（）

i

i1

w