计算机控制技术试题集

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1、一、填空题(每空2分，共20分)1. 闭环负反馈控制的基本特征是 。2 闭环控制系统里，不同输出与输入之间的传递函数分母 。3 惯性环节的主要特点是，当其输入量发生突然变化时，其输出量不能突变，而是按变化。4 静态误差系数是系统在典型外作用下精度的指标，静态误差系数越大，精度。5.系统的相稳定裕度M，定义为开环频率特性在截止频率c处。6 离散系统稳定性与连续系统不同，它不仅与系统结构和参数有关，还与 系统的有关。7. 零阶保持器是一个相位滞后环节，它的相频特性 ( )=。8. 若已知闭环系统自然频率为 5，经验上，采样频率s应取 。9 .通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为 。10.为使传感器

2、特性与 A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与 A/D之 间加入。、选择题(每题2分，共10分)1. 在计算机控制系统里，通常当采样周期T减少时，由于字长有限所引起的量化误差将。A增大；B减小；C不变。2. 控制算法直接编排实现与串联编排实现相比，有限字长所引起的量化误 差。A较大；B较小；C相当3. 某系统的Z传递函数为G(z) = 0.5(z+0.5) / (z+1.2)(z-0.5)，可知该系统A稳定的；B不稳定的；C临界稳定的。4. 若以电机轴的转角为输入量，电机轴的转速为输出量，贝U它的传递函数 为环节 。A积分；B微分；C惯性。5 .在确定A/D变换器精度时，通常要求它的精度应

3、传感器的精度A大于；B 小于；C等于。三、简答题（每小题5分，共20分）1图1为水箱水位自动控制系统，试说明基本工作原理。-Qi图12已知单位负反馈闭环控制系统的单位阶跃响应的稳态误差为0.1,试问该系统为几型系统，系统的开环放大系数为多少 ？3试简单说明系统稳定性与稳态误差相互矛盾的关系。4 试表述采样定理，并说明若一高频信号采样时不满足采样定理，采样后 将会变成何种信号。四、（10分）已知单位负反馈系统开环传递函数为G（S）= n /S（S+2 n）实测求得单位阶跃响应的c%=4.3%, ts=2.5秒，试写出闭环传递函数并求 , 为多少。五、（10分）现已知某炉温变化范围为 01000C

4、，测试时，采用9位的A/D变 换器（带符号位），试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。若测试时，通过变送器将测试起点迁移到500r，保持同样的系统对炉温变化的分辩率，试问此时 可采用几位的A/D变换器就可以了。六、（10分）已知系统方块图如图2所示C(z)1）试写出系统闭环传递函数R(z)t取值范围。2）若K=2,试求使系统稳定的（已知 Z1/s2=Tz/（z-1）2）七、（20分）已知调节器传递函数为T=0.5 秒Gc(s) 一上 1L_U(s +0.2) E(s)1） 试用一阶向后差分变换法，将其离散，求Gc（z）=?2）将Gc（z）用第二种直接程序法编排实现，试求u （k）表达式，并画出

5、结构图;3）将该算法分成算法I与算法II，并画出编程的流程图。计算机控制技术试题（3）评分标准（参考）一、填空题（每空2分，共20分）1 测量偏差、纠正偏差；2相同；3 按指数规律变化；4越高；5相角与 180度之差；6.采样周期；7. T/2; 8.一 10 n； 9串模干扰；10.调理 电路。二、选择题（每空2分，共10分）1. A； 2. A； 3. B； 4. B； 5 B。三、简答题（每小题5分，共20分）1. 由于出水干扰Qo使水位下降时，浮子下降，进水口打开，水位逐渐增高，浮 子逐渐上浮，当达到给定高度时，浮子将进水口堵死，从而保持设定高度。2. 1）零型系统；2） 0.仁1心+

6、K）K=93. 通常，在系统正向通道加入积分环节或增大开环放大系数，将会减少稳态误 差，但将会降低系统的稳定程度。4. 若连续信号所含频率分量的最高频率为 -max，为使其采样信号不失真，采样 频率s 2 max ；若不满足采样定理，一个高频信号将会变成低频信号。四、（10分）21） G （s）nT（ 3 分）s 2 n n2） o% 总1m.043，匕=0.707（4 分）tsT.5 ，- n ：-1.82r a ds（ 3 分）评分：由于计算有误，使 n计算有误，可给1分五、（10分）1)2(1000o)/ , 故厶=3.9; (5 分)1)2(1000o)/ , 故厶=3.9; (5 分

7、)2)2n 1000 o _500o )/3.9， 故 n lg 128 .2/lg 2 =7( 5 分)评分：于计算有误导致第2问有误，但计算方法正确，可给 3分。 六、（10分）1） g（z）仝 z yeT0.50.5K (1 _z s s _0.5 KTTz0.5 KT(z _1)2_(z _1)疔(z)_1 4G (z) (z _J 40.5 KT )2).(z) =z _1 -0.5KT ，K =2 ,(z) =z _1 -T =0要求 丨 z | 丄T_1| ：1， J ：（1 _T ） ：1(1 _T)卞，T0评分：1）每小问各为5分2）若因（z）有错，导致T有错，但求T方法正确

8、，可得3分;3）求G （z）方法正确，但计算有误,可得七、（20分）1）S=(1-z-1)/TGc(z)=(1.5-z-1 )/(1.1-z-1)丄.36 (1.67z)竺(1 _0.9z 丄)E (z)m(k)I白：1. 360. 9m(k J)- 0. 9 12）u(k) 0.9u(k 1)吋1.36e(k) -0.67 e(k 1)；3）u(k ) =1.36e(k)亠u返回II:U1 =0.9u(k)-0.91e(k)评分:1）第1小题10分，其余两小题各5分;2）由于第1小题计算有误，使第2、3小题有误，但方法正确，可给5分;3）在第 2 小题中，若采用减小延迟方法绘结构图时亦算正确

9、第一章1. 典型的工业生产过程分为哪几种？答:典型的工业过程分为 3 种:连续过程 ,离散过程和批量过 程.2. 计算机控制系统的工作步骤分为哪几步？答 :计算机的工作步骤分为 3 步:实时数据采集 ,实时数据决 策和实时数据处理 .3. 计算机控制技术的工作方式有哪几种？答:计算机控制技术的工作方式有 2 种,即在线方式和离线方 式.4. 为什么要强调计算机控制中的实时性？答 :所谓实时性 ,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 ,亦即计算机对输入信息 ,以足够快的速度 进行控制 ,超出了这个时间 ,就失去了控制的时机 ,控制也就失 去的意义 .所以要强调计算机控制中的

10、实时性 .5. 常用的计算机控制系统主机有哪几种？答 :常用的计算机控制系统主机有可编程控制器,工控机 ,单片机 ,DSP 和智能调节器 .6. 计算机控制系统中集散控制系统的体系结构分为哪几部分？答:计算机控制系统中集散控制系统（DCS）的体系结构分为分散过程控制级 ,集中操作监控级 ,综合信息管理级三部分 .7. 现场总线控制系统的结构模式分为哪几部分？答:现场总线控制系统（FCS）的结构模式为操作站-现场总 线智能仪表 两层结构 .（DCS 为操作站 -控制站-现场仪表 三层 结构模式 ）第二章1. 什么是计算机的总线？答:所谓总线 ,就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令,地址和数据

11、 ）的一组信号线 .分为内部总线和外部总线 .2. 计算机的外部总线有哪几种？答:计算机的外部总线有 RS-232C,RS-485,IEEE-488,USB 等 等.3. RS-232C串行通信总线采用什么传输方式？为什么RS-232C的传输距离不远？答:RS-232C串行通信总线采用的是不平衡传输方式.由于发送器和接收器之间有公共的信号地线 ,共模信号不可避免地要 进入信号传送系统中 .当传输距离过远时 ,发送器与接收器各 自会形成不同的对地电位 .4. RS-485 串行通信总线采用什么传输方式？它与 RS-422A 串 行通信总线的区别是什么？答:RS-485串行通信总线采用的是不平衡传

12、输方式.区别在于 RS-485 为半双工工作方式 ,而 RS-422A 为全双工工 作方式 .且 RS-422A 适用于两点之间进行高速 ,远距离通信 ,而 RS-485 适用于多点之间进行高速 ,远距离通信 .5. 数字量 I/O 的接口芯片有什么作用？有哪些典型芯片？P306. 积分电路对数字量信号的调理过程。P31 为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号,一般都就应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡 .7. 采用光电耦合器的大功率输入调理电路的工作过程。P328. 什么是香农采样定理？香农采样定理 :如果模拟信号 (包括噪声干扰在内 )频谱的最高 频率为fmax,只要按照采样

13、频率f=2fmax进行采样，那么采样信 号就能惟一地复观 .9. 什么是量化误差？量化过程实际上是一个用 q 去度量采样值幅值高低的小数归 整过程 ,由于量化过程是一个小数归整过程,因而存在量化误差 ,量化误差为 (+_1/2)q.10. 什么是孔径时间和孔径误差？完成一次 A/D 转换所需的时间称为孔径时间 . 孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差,即为孔径误差.11. 采样保持器的工作原理？ P4112. 结合具体电路， 分析以 AD574A 为核心的 A/D 过程通道的 工作过程。P45VINS13. 什么是串模干扰，抑制的方法有哪些？WUTtOUT VOUTCH 串模干扰是指叠加

14、在被测信号上的干扰信号.t 高通 ,低通 ,带通滤波器 .采样 保持尖峰型串模干扰民为主要干扰源时各，用双积分A/D转换器波性图 2-8 采样保持器 采用双绞线作信号引线 （减少电磁感应 ）14. 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15. 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16. 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

15、线，交流地线第三章图3-19 8路12位 A/D转换模板电路1. 逐点比较法直线插补原理加工第三象限直线 OA，起点为0（0,0），终点坐标为A（-6，-4），试进行插补计算并作出走步轨迹图。P842. 逐点比较法圆弧插补原理加工第四象限逆圆弧 AB，已知起点的坐标为A（0，-4），终点的坐标为B（4，0），试进行插补计算并作出走步轨迹图。P873根据已知的三相步进电机的工作时序图，分析说明其工作 方式。A I B 1 I1 LC 1 IA-B-C-A 4.已知三相步进机的转子为40个齿，定子为3对磁极，试求工作在三相六拍方式时的步距角和齿距角。步距角:360/40/6=1度齿距角360/40

16、=9度第四章11：求惯性环节D(s)-的差分方程TiS +1解：由 50=鵲=右 有(T-S 1)U(SE(S)化成微分方程：T- dU u(t) =e(t)dt以采样周期离散上述微分方程得u(kT ) u(kT ) =e(kT) 即u(k) u(k) =e(k)用一阶后项差分近似代替得:u(t)u (k) -u (k -1)stT代入上式得u(kT ) u(kT ) =e(kT) 即u(k) u(k) =e(k)u(kT ) u(kT ) =e(kT) 即u(k) u(k) =e(k)整理得1u(k) -u(k -1) u(k) =e(k)Tu(k)TiTTiu(k -1)TT1e(k)2.

17、 根据模拟PID的控制算法，分别写出数字PID位置式和增量 式算法。P105 P1063. 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.4. 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

18、 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 .5. 什么是积分饱和现象？积分分离算法的工作原理是什么？所 谓积 分饱和 现象是 指若 系统存 在一个 方向 的偏 差， PID 控制器的输出由于积分作用的不断累加而加 大，从而导致 u(k) 达到极限位置。此后若控制器输出继 续增大， u(k) 也不会再增大，即系统输出超出正常运行 范围而进入了饱和区。一旦出现反向偏差，u(k) 逐渐从饱和区退出。 进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。此段 时间内， 执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反 向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样， 造成控制性能恶化。 这种现象称为积分饱和现象或积分 失控现象积分分离算法的工作原理是 :当偏差较大时 ,取消职 分作用 ,当偏差较小时 ,才将积分作用投入 .|e(k)|B时，采用PD控制，当|e(k)|v=B,采用PID控制(B 为积分分离阈值 )6. 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 .7. 最少拍控制算法的三种典型输入信号分别是什么？三种典型输入信号分别是单位阶跃信号 ,单位速度信号 ,单 位加速度信号8. 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