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1、-复习题汇总1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进展检测，并输入给计算机。(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进展分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时以及为什么强调实时性：所谓“实时，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间围完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进展处理，并在一定的时间作出反响并进展控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。(2)“在线
2、方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直承受计算机的控制，就叫做“联机方式或“在线方式。(3)“离线方式：假设生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直承受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进展联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机方式或“离线方式。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.4.什么是香农采样定理？ 香农采样定理:如果模拟信号(包括噪声干扰在)频谱的最高频率为fma*,只要按照采样频率f=2fma*进展采样,则采样信号就能惟一地复现.5.什么是量化误差？ 量化过程实际上是一个用q去度量采样
3、值幅值上下的小数归整过程,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.6. 什么是积分饱和现象？积分别离算法的工作原理是什么？ 所谓积分饱和现象是指假设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)到达极限位置。此后假设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，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
4、失控现象 积分别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)|=B,采用PID控制(B为积分别离阈值)7.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.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9.微型计算机控制系统的特点是什么？微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：a.控制规律灵活多样，改动方便b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高d
5、.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度10.操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制构造。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进展处理，计算出各控制量应有的较适宜或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。(2) 直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进展巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进展比拟，再进展控制运算，然后通过输出通道控制执行机
6、构，使系统的被控参数到达预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。(3) 计算机监视控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory puter Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进展控制，系统不能运行在最正确状态，而SCC系统不仅可以进展给定值控制，并且还可以进展顺序控制、最优控制以及自适应控制等。11、计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？答：1操作指导控制系统 优点：构造简单，控制灵活，平安。 缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。2直接数字控制系统DDS 优
7、点：实时性好，可靠性高，适应性强。3监视控制系统SCC 优点：生产过程始终处于最优工况。4分散控制系统DCS 优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。5现场总线控制系统FCS 优点：与DCS相比，降低了本钱，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统构造。12.采样保持器有什么作用？保持模拟量信号不变，以便完成A/D转换；同时采样几个模拟信号，以便进展数据处理和测量；减少D/A转换器的输出“毛刺；把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出电压的稳定性。13.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？为什么？不是，对于输入信号变化很慢，如温
8、度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度，就不必再选用采样保持器。14.数字控制器的模拟化设计步骤是什么？模拟化设计步骤：1设计假想的模拟控制器D(S)2正确地选择采样周期T3将D(S)离散化为D(Z)4求出与D(S)对应的差分方程5根据差分方程编制相应程序。15.在PID调节器中系数、各有什么作用？对调节品质有什么影响？答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反响的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数KP。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限值的控制对象存在稳态误差
9、。加大比例系数KP可以减小差稳态误差，但是KP过大时，会使系统的动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。(2)积分调节器：为了消除在比例调节中的剩余稳态误差，可在比例调节的根底上参加积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。积分时间常数TI大，则积分作用弱，反之强。增大TI将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。(3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进展控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的参加将有助于减小
10、超调，克制振荡，使系统趋于稳定。16.什么是数字PID位置型控制算法和增量型控制算法？试比拟它们的优缺点。为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟PID算式离散化，变为数字PID算式，为此，在采样周期T远小于信号变化周期时，作如下近似(T足够小时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分接近)：于是有：u(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如控制阀门的开度)一一对应，所以称之为位置型PID算法。在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量u(k)不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得u(k)产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以实际
11、中当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，可以采用增量型PID算法。当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型PID控制算法。与位置算法相比，增量型PID算法有如下优点：(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度缺乏时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。(2)为实现手动自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度u0，假设采用增量型算法，其输出对应于阀门位置
12、的变化局部，即算式中不出现u0项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。(3)采用增量型算法时所用的执行器本身都具有存放作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。17.有哪几种改良的数字PID控制器？有四种：1积分别离PID控制算法2不完全微分PID控制算法3带死区的PID控制算法4消除积分不灵敏区的PID控制18.采样周期的选择需要考虑那些因素？(1)从调节品质上看，希望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提高控制精度。通常保证在95%的系统的过渡过程时间，采样6次15次即可。(2)从快速性和抗扰性方面考虑，希望采样周期尽量短，这样给定值的改变可以迅速地通过
13、采样得到反映，而不致产生过大的延时。(3)从计算机的工作量和回路本钱考虑，采样周期T应长些，尤其是多回路控制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间较大时，常选T=1/41/8。(4)从计算精度方面考虑，采样周期T不应过短，当主机字长较小时，假设T过短，将使前后两次采样值差异小，调节作用因此会减弱。另外，假设执行机构的速度较低，会出现这种情况，即新的控制量已输出，而前一次控制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此T必须大于执行机构的调节时间。8.简述扩大临界比例度法、扩大响应曲线法整定PID参数的步骤。扩大临界比例度法整定PID参数的步骤：(1)选择一个足够短的采样周
14、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。(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。扩大响应曲线法整定PID参数的步骤：(1)断开数字调节器，让系统处于手动
15、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，如下图。(3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间、被控对象的时间常数Tc，以及它们的比值Tc/。(4)由、Tc、Tc/值，查表，求出数字控制器的T、Kp、Ti和Td。9.数字控制器直接设计步骤是什么？由广义对象的脉冲传递函数可得闭环脉冲传递函数，可求得控制器的脉冲传递函数D(z)。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(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。12.何为振铃现象？如何消除振铃现象？所谓振铃现象是指数字控制器的输出u(k)以接近二分之一的采样频率大幅度上下摆动。它对系统的输出几乎是没有影响的，但会使执行机构因磨损而造成损坏。消除振铃现象的方法：1参数选择法对于一阶滞后对象，如果合理选择期望闭环传递函数的惯性时间常数T0和采样周期T，使RA
