《级计算机控制理论大作业》由会员分享，可在线阅读，更多相关《级计算机控制理论大作业（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2011 级计算机控制理论考试题（一）简答题1.简要回答计算机控制系统的组成？计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。2. 常用的数字滤波方法有哪些，分别适用于什么场合？算术平均值方法可以减少系统的随机干扰对采集结果的影响。实质是对采样数据 y(i)的 m 次测量值进行算术平均，作为时刻 kT 的有效输出采样值 )(ky，即为方便求平均值，m 值一般取 2、4、8、16 之类的 2 的整数幂，以使用移位来代替除法。这种方法可以有效的消除周期性的干扰。得到当前采样时刻的递推平均值这种滤波方法可以根据需要突出信号的某一部分，抑制信号的另一部分。适用于纯滞后较大、采样周期短的过程
2、。平均值滤波方法主要用于对压力、流量等周期性的采样值进行平滑加工，但对偶然出现的脉冲性干扰的平滑作用尚不理想，因而不适用于脉冲性干扰比较严重的场合。中值滤波对于去掉由于偶然因素引起的波动或采样器不稳定造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。为提高滤波效果，可以仿照模拟系统 RC 低通滤波器的方法，将普通硬件 RC 低通滤波器的微分方程用差分方程来表示，用软件算法来模拟硬件滤波器的功能。该种滤波方法模拟了具有较大惯性的低通滤波功能，主要适用于高频和低频的干扰信号。3. 前馈控制的基本思想是什么，给出其完全补偿的条件。前馈控制是按扰动量进行控制的，当系统出现扰动时，前馈控制就按扰动量直接产生校正作用，
3、以抵消扰动的影响，这是一种开环控制形式。前馈控制典型结构图如下图中： 是被控对象扰动通道的传递函数； 是前馈控制器的传递函)(sGn )(sDn数； 是被控对象控制器的传递函数；n、u、y 分别为扰动量，控制量，被控量。假定 =0，则有 1 )()()()(21 sNGssYs nn完全补偿的条件：若要使前馈作用完全补偿扰动作用，则应使扰动引起的被控量变化为零，即 因此 由此可得前馈控制器的0)(Y0)()(GDnn传递函数 )(sGDnn4. 输入输出通道中经常会遇到什么干扰？如何进行抑制？按产生原因：放电干扰、高频振荡干扰、浪涌干扰。按扰动传导模式：串模干扰、共模干扰。按干扰波形及性质分类
4、：持续正弦波干扰、偶发脉冲电压、脉冲序列。抑制方法：抗串模干扰：光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、布线隔离、硬件滤波电路、过电压保护电路。抗共模干扰：平衡对称输入、选用高质量的差动放大器、控制系统的接地技术。（二）举例说明 PID 控制算法应用及其参数调整方法。将偏差的比例 (P)、积分 (I) 和微分 (D) 通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称之为 PID 控制器。其控制规律为： tDIpdteTetktu01其传递函数形式为：sTksEUGDIp1PID 算法控制温度将温度传感器采样输入作为当前输入，然后与设定值进行相减得偏差 ek，然后再对之进行 PID 运算产生输出结果
5、fOut，然后让 fOut 控制定时器的时间进而控制加热器。为了方便 PID 运算，首先建立一个 PID 的结构体数据类型，该数据类型用于保存 PID 运算所需要的 P、I、D 系数，以及设定值，历史误差的累加和等信息（1）Kp 对动态特性的影响：比例控制 Kp 加大，使系统的运动灵敏度加快，Kp 偏大，振荡次数增加，调节时间加长。当 Kp 太大时，系统会趋于不稳定。若 Kp 太小，又会使系统的动作缓慢。（2） Kp 对稳态特性的影响：加大比例控制 Kp 在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差 ess，提高控制精度，但是加大 Kp 只是减少 ess，却不能完全消除稳态误差。（3）Ti 对动态特性
6、的影响：积分控制 Ti 通常使系统的稳定性下降。Ti 太小时系统将不稳定。Ti 偏小，振荡次数较多。Ti 太大，对系统性能的影响减小。当Ti 合适时，过渡特性比较理想。（4）Ti 对稳态特性的影响：积分控制 Ti 能消除系统的稳态误差，提高系统的控制精度。但若 Ti 太大时，积分作用太弱，以致不能减小稳态误差。（5）当 Td 偏大时，超调量 p 较大，调节时间较长。当 Td 偏小时，超调量p 也较大，调节时间也较长。只有合适时，可以得到比较满意的过渡过程。PID 参数整定：a. 首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。如果系统没有静差或
7、静差已小到允许范围内，并且响应曲线已属满意，那么只须用比例控制器即可。b. 如果仅调节比例调节器参数，系统的静差还达不到设计要求时，则需加入积分环节。整定时首先置积分时间 为一较大值，并将经第一步整定得到的比IT例系数略微缩小，然后减小积分时间，使在保持系统良好的动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与待定整数。c. 若使用比例积分器能消除静差，但动态过程经反复调整后仍达不到要求，这时可加入微分环节。在整定时，可先置微分时间 为零。在第二步整定的基DT础上，增大 ，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意
8、DT的调节效果和控制系数。（三）智能控制的几个重要分支是什么？各有何特点?1. 人工智能（AI）：是一个知识处理系统,具有记忆,学习,信息处理,形式语言,启发式推理等功能。“人工智能”一词最初是在 1956 年 Dartmouth 学会上提出的。从那以后，研究者们发展了众多理论和原理,人工智能的概念也随之扩展。人工智能是一门极富挑战性的科学，从事这项工作的人必须懂得计算机知识，心理学和哲学。人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，如机器学习，计算机视觉等等，总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。但不同的时代、不同的人对这种“复杂工
9、作”的理解是不同的。例如繁重的科学和工程计算本来是要人脑来承担的, 现在计算机不但能完成这种计算, 而且能够比人脑做得更快、更准确, 因之当代人已不再把这种计算看作是“ 需要人类智能才能完成的复杂任务”, 可见复杂工作的定义是随着时代的发展和技术的进步而变化的, 人工智能这门科学的具体目标也自然随着时代的变化而发展。它一方面不断获得新的进展, 一方面又转向更有意义、更加困难的目标。目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够实现人工智能技术的机器就是计算机, 人工智能的发展历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。除了计算机科学以外, 人工智能还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学
10、、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。2. 运筹学(OR):是一种定量优化方法,如线性规划,网络规划,调度，管理,优化决策和多目标优化方法等。3. 自动控制(AC):描述系统的动力学特性,是一种动态反馈。自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
