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1、机电系统计算机控制复习题 一、填空与简答 1. 什么是最少拍控制？最少拍系统有什么局限性？ 所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对某种特定的输入在最少几个采样周期内达到输出无静差的系统。 最少拍系统的局限性有：(1)对输入信号形式适应性差;(2)对参数变化敏感;(3)控制量容易超出限制范围;(4)采样 点之间存在纹波。 2. 电磁兼容性： EMC(Electromagnetic Compatibility) EMC 定义：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能 力 电磁兼容性包括两方面：EMI(电磁干扰)、EMS(电磁耐受)两方面。 其中 EMI 包括
2、：CE（传导干扰） 、RE（辐射干扰） 、PT(干扰功率测试)等等 EMS 包括：ESD(静电放电） 、RS（辐射耐受） 、EFT/B(快速脉冲耐受)、surge（雷击） 、CS（传导耐受）等等。 3. 计算机控制系统的抗干扰设计： 1干扰按作用形式可分为共模干扰和差模干扰； 2干扰进入控制系统的作用途径有：辐射干扰辐射干扰（对计算机内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对计算机 通信网络的辐射，由通信线路感应引入干扰）和传导干扰传导干扰（来自电源、来自信号线、来自接地系统） 。 3.共模干扰的抑制：消除不同接地点之间的电位差。 （1）变压器隔离（2）光电隔离（3）浮地输入双层屏蔽 （4）采用具
3、有高共模抑制比的仪表放大器接成差动放大器作为输入放大器 4.串模干扰的抑制:(1)在输入回路中接入模拟滤波器;(2)使用双积分式 A/D 转换器;(3)采用双绞线作为信号 线;(4)电流传送;(5)前置放大;(6)尽早进行 A/D 转换。 采取隔离和屏蔽措施 4. 简述数字滤波及其优点，并写出常用的滤波原理。 1所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重。 2数字滤波的优点： （1）可靠性高、稳定性好； （2）可以对频率很低的信号实现滤波； （3）灵活、方便、功能 强； （4）成本低。 3数字滤波的基本原理有： （1）程序判断滤波：限幅滤波法和限速滤波法（2）中值滤波
4、（3）算术平均值滤波 （4）加权平均值滤波（5）滑动平均值滤波（6）惯性滤波（7）复合数字滤波。 5. 采样定理： .)()( )(, )()( max * max 有效频谱中的最高频率为原信号。其中原来的连续信号 能够不失真地复现滤波器，则采样信号再通过一个理想的低通满足若采样频率 进行采样，周期连续信号的连续信号对于一个具有有限频谱 tftf tf tf ss 2 6. 孔径时间：完成一次 A/D 转换所需要的时间tA/D。100%t x f 2 ? %./ 大频率换的正弦模拟信号的最换精度之内，则允许转如果要求转换误差在转 ，孔径时间为转换器，量化精度为位的一个sDA101010 7.
5、如果一个 A/D 转换器，不含有零阶保持器，则此 A/D 转换只适合于控制精度要求不高和信号为缓变信号两种 情况。 8. 数字 PID 控制器: 采用串联超前校正：采用串联超前校正： 改善系统的稳定性,增加稳定裕度（作用在中频段） 。 拓宽系统的通频带,提高系统的快速响应，改善动态性能。 相位超前校正不影响系统的稳态误差。 需要注意的是：带宽的扩展，减弱了系统的抗干扰能力。 采用串联滞后校正：采用串联滞后校正： 校正不稳定的系统（作用在中、高频段，实现较大的衰减，保证在较大的 K 情况下，满足相对稳定性） ； 提高系统的稳态精度（作用在低频段） ； c o p y r ig h t c u n
6、 t uCW S 使系统的相位滞后；减小稳定裕度； 限制系统的通频带；快速性变差；抗高频干扰能力加强； PID 控制的优点：控制的优点： 比例控制简单易行 积分控制的加入（扰动作用点之前的前向通道）能消除静差(阶跃输入信号)，改善系统的稳态性能 微分控制的加入，提高了系统的快速性 比例系数、积分时间常数、微分时间常数相互独立，参数整定方便 PID 的控制规律：的控制规律： （1） 增大比例系数将加快系统的响应速度， 减小静差(有差系统)， 超调增大， 振荡次数增多， 使调节时间加长， 稳定性变差。 （2）积分变弱积分变弱, 减小超调，减小振荡，使系统更稳定，稳态误差增大，抑制高频干扰。减小超调
7、，减小振荡，使系统更稳定，稳态误差增大，抑制高频干扰。 （3）增加 微分控制，可改善系统的动态特性，如减小超调量，缩短调节时间，允许加大比例控制，提高控制精度。但应 当注意，微分时间常数偏大或偏小时，系统的超调量仍然较大，此外，微分作用也使得系统对扰动变得敏感， 不影响稳态误差。 防止积分饱和的方法有：防止积分饱和的方法有：积分分离法、变速积分法、遇限削弱积分法、带死区的 PID 控制 微分项的改进算方有：微分项的改进算方有：不完全微分、微分先行、和抑制干扰的 PID 控制算法。 复极点位置与系统响应之间关系复极点位置与系统响应之间关系 极点位置与脉冲响应的变化趋势：极点越靠近圆点，收敛越快；极点的幅角越大，振荡频率越高。 计算机控制系统的一般要求有：稳定性、精确性、快速性，分别用 稳定裕度、稳态指标和动态指标进行描述。 T T T T d dd 8 2 44 21,)()(，：极点 周期：幅角、振荡频率、振荡 他各处均振荡。在正实轴上不振动，其 越高。；俯角越大，振动频率越靠近原点，收敛越快 。外的发散，圈上的临界在单元圈内的收敛，圈 3 82 4 3 4 3 43 T T T T d dd ,)()(，：极点 c o p y r ig h t c u n t uCW S
