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1、第一部分：简答题（复习重点）占第一部分：简答题（复习重点）占 25-3025-30 分分第一章：习题 1、3、61 实时，在线离线方式的含义实时，在线离线方式的含义实时，指信号的输入，计算，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， 控制也就失去了意义。在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接相连， 并受计算机控制的方式称为在线方式， 生产过程中不和计算机相连， 且不受计算机控制， 而是依靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。3 3控制系统按功能分类控制系统按功能分类操作指导控制系统直接数字控制系统监督计算
2、机控制系统集散控制系统现场总线控制及计算机集成制造系统6 6DCSDCS 与与 FCSFCS 特点特点DCS 系统每一级都有自己的功能，基本上是独立的，但级与级之间或同级的计算机又有一定的联系，相互之间实现通信。FCS 信号传输实现全数字化系统结构采用全分散化现场设备具有互操作性通信网络为开放式互联网络技术和标准实现了全开放画出计算机控制系统的基本框图，画出计算机控制系统的基本框图，简述计算机控制过程的控制步骤。简述计算机控制过程的控制步骤。能完成多种控制任务，由于计算机只能处理数字信号， 为了信号的匹配，在计算机的输入和输出必须配置 A/D 转换器以及 D/A 转换器。反馈量经A/D 转换器
3、转换为数字量后，输入计算机。控制步骤；在控制系统中引入计算机， 利用计算机的运算，逻辑判断和记忆等功计算机根据数据偏差，按某种控制规律进行运算，计算结果再经 D/A 转换器转换为模拟信号输出到执行机构，完成对被控对象的控制。第二章：1工业控制计算机，及其特点工业控制计算机，及其特点? ?工业控制计算机是以计算机为核心的测量和控制系统， 处理来自工业系统的输入信号， 再根据控制要求将处理结果输出到控制器，去控制生产过程，同时对生产进行监督和管理。特点; 1可靠性高2实时性好3环境适应性好4 丰富的输入输出模块5系统扩展性和开放性好6 控制软件包功能强7 系统通信功能强 8 冗余性。2工业控制机有
4、哪几部分构成工业控制机有哪几部分构成各部分作用各部分作用典型的工控机由加固型工业机箱，工业电源，主板机，显示板，硬盘驱动器，光盘驱动器，各类输入输出接口模块，显示器，键盘，鼠标，打印机等组成。主板机作用主板机作用； 将采集到的实时信息按照预定程序进行必要数值计算， 逻辑判断，数据处理，即使选择控制策略并将结果输出到工业过程。系统总线系统总线；分为外部总线及内部总线，内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道。 外部总线是工控机与其他计算机和智能设备进行信息传送的公共通道。I/OI/O 模块模块；是工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道，人人- -机接口机接口；操作员与计
5、算机之间进行信息交换，用于显示生产过程状况，也可用于修改运行参数。通信接口；通信接口；工控机与其他计算机，智能设备进行信息传送的通道。系统支持系统支持；1 监控定时器，当系统因干扰或软故障等原因出现异常时，能够使系统自动恢复运行，提高系统的稳定性。2 电源掉电监测，工业现场出现电源掉电故障时，发现并保护当时的重要数据和计算机各寄存器的状态 3 后备储存器保证系统掉电后所存数据不丢失 4实时日历时钟，事件驱动机时间驱动能力。磁盘系统磁盘系统4常用外部总线常用外部总线外部总线指用于计算机与计算机之间或计算机与其他智能外设之间的通信线路。 常用外部总线有 IEEE-488 并行总线，RS-232C
6、串行总线和 RS-485 通信总线第三章第三章习题习题1 1接口与接口技术接口与接口技术接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁， 接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术，过程通道过程通道过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和交换的连接通道， 包括模拟量输入通道，模拟量输出通道，数字量输入通道，数字量输入通道。以便进行数据处理和测量3减少 D/A 转换器的输出毛刺， 消除输出电压的峰值及缩短稳定输出值的建立时间4把一个 D/A 转换器的输出分配到几个输出点， 保证输出的稳定性习题习题 1111D/AD/AA/DA/D 转换电路中模拟地与数字地应如何连接？转换电路中模拟地与数
7、字地应如何连接？P74习题习题 1212串模干扰串模干扰 共模干扰共模干扰 ？如何抑制？如何抑制？串模干扰指叠加在被测信号上的干扰噪声，共模干扰指 A/D 转换器两个输入端上共有的干扰电压。抑制串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号高，则采用低通滤波器抑制 2 对于电磁感应产生的串模干扰，对被测信号进行放大，提高电路中的信号噪声比， 或即可能早的完成 A/D转换在进行长线传输3 从选择器件入手， 利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰 4利用数字滤波技术对已经进入计算机的串模干扰进行数据处理抑制共模干扰； 1 利用双端输入的放大器做前置放大器， 2 利用变压器胡光电耦合器吧各种模拟负载和数字信号隔离
8、3 采用双层屏蔽-浮地输入方式习题习题 1313数字信号通道一般采取哪些抗干扰措施？数字信号通道一般采取哪些抗干扰措施？1 数字信号负逻辑传输2 提高数字信号电压等级3通过光电耦合隔离4提高输入端门限电压习题习题 1414接地型式接地型式? ? 常用接地技术？常用接地技术？分为安全接地，工作接地，屏蔽接地。接地技术有浮地-屏蔽接地一点接地多点接地屏蔽接地设备接地第四章：习题习题 1 1顺序控制？特点顺序控制？特点? ?顺序控制是指以预先定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作顺序，对控制过程各阶段顺序进行自动化控制。特点：1顺序控制系统的输入，输习题习题 8 8采样保持器作用采样保持器作用1
9、 保持采样信号不变，完成 A/D 转换 2同时采样几个模拟量，出信号以开关量信号为主 2逻辑关系复杂3控制程序客观4可靠性要求高习题习题 2 2顺序控制系统类型顺序控制系统类型? ?1 按顺序执行的继电-接触器控制系统 2 半导体逻辑顺序控制系统 3 可编程顺序控制系统4微机顺序控制系统习题习题 4 4数字程序控制？方式？数字程序控制？方式？ 数字程序控制系统就是能根据数据和预先编号的程序，控制生产机械按照规定的工作顺序， 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：1 按照被控对象的运动轨迹分为点位控制直线切削控制 轮廓切削控制2根据有无检测反馈原件分为闭环数字程序控制开
10、环数字程序控制习题习题 5 5逐点比较法？逐点比较法？原理：每当画笔或刀具向某一方向移动一步， 就进行一次偏差计算和偏差判别， 也就是到达新的点位置和理想线型上对应点的理想位置坐标之间的偏移程度， 然后根据偏差的大小确定下一步移动方向， 使画笔或刀具始终紧靠理想线型运动， 获得步步紧逼的效果。由于采用一点一比较，一步步逼近的方法，因此称为逐点比较法。补充：三相步进电机有哪几种工作方式？分别写出每种工作方式的通电顺序补充：三相步进电机有哪几种工作方式？分别写出每种工作方式的通电顺序1 单三拍工作方式通电顺序 A-B-C-A-.2 双三拍工作方式通电顺序 AB-BC-CA-AB-.3 三相六拍工作
11、方式 通电顺序 A-AB-B-BC-C-CA-A-.第五章：习题习题 1 1数字控制器模拟化设计方法步骤？数字控制器模拟化设计方法步骤？1 设计假想的连续控制器 D(s)2选择采样周期 3 将 D(s)离散化为 D(Z)4设计由计算机实现的控制方法5校验习题习题 5 5采样周期的选择需要考虑哪些因素？采样周期的选择需要考虑哪些因素？1 作用于系统的扰动信号频率 fn2 对象的动态特性 3 测量控制回路4与计算字长有关习题习题6 6简述离散化设计方法的设计步骤？简述离散化设计方法的设计步骤？1由H(s)和G(s)求取广义对象的脉冲传递函数HG(z)2根据控制系统的性能指标机实现的约束条件构造闭环
12、脉冲传递函数Gc(z)3根据 D(z)=Gc(Z)/HG(z)Ge(z)确定数字控制器的脉冲传递函数 D(z)4由 D(z)确定控制算法并编制程序补充：数字控制系统的原理图以及广义对象的脉冲传递函数、 闭环脉冲传递函数、误差脉冲传递函数、以及数字控制器的Z 变换的表达式；大林算法的设计目标，大林算法的设计目标， 设计适合的数字控制器设计适合的数字控制器 D(z), 使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望值为一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联， 并期望闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间，即闭环传递函数为G s解决问题的类型解决问题的类型第6章：习题习题 5 5、标度变换在工程上的意
13、义？什么情况下使用标度变换？、标度变换在工程上的意义？什么情况下使用标度变换？意义：在测量过程中，所有参数都经过变送器或传感器再利用相应的信号调理电路， 将非电量转换为电量， 并进一步转换为 A/D 转换器所能接受的统一电压信号，又由A/D 转换器将其转换为数字量送到计算机进行显示，打印等操作。而 A/D 转换后的这些数字量并不一定等于原来带量纲的参数值，它仅仅与被测量的幅值有一定的函数关系，所以必须把这些数字量转换为带有量纲的数据，以便显示，记录，打印，报警以及操作人员对生产过程进行监督和管理。1线性参数标度变换前提条件是被测参数值与 A/D 转换结果为线性关系。 2 非线性参数标度变换适用
14、于 A/D 转换结果与被测量为线性关系的系统习题习题 1010什么是越限报警处理？什么是越限报警处理？在计算机控制系统中，被测参数经上述数据处理后，参数送显示。但为了安全起见，对于一些重要的参数要判断是否超出了规定工艺参数的范围。 如果超过了规定的数值，进行报警处理。补充：全自动校准结构图，并说明如何实现全自动校准补充：全自动校准结构图，并说明如何实现全自动校准1微机控制多路开关使S 与 3 接通，则输入电压U=0,测出此时的 A/D 值 No.2微机控制多路开关使S 与 1 接通，则输入电压U=Ur,测出此时的 A/D 值 Nr.第二部分：计算题部分第二部分：计算题部分( (复习重点复习重点
15、) )第四章逐点比较法：直线插补和圆弧插补计算，步进电机齿距角和步距角的计算第五章：根据拉氏变换的表达式求Z 变换的表达式：例如：G(s) 5，求 G(Z)s2(s 1)计算振铃幅度最少拍无波纹控制器的设计，有波纹控制器的设计（书上例题必须会）波纹产生的原因大林算法的设计目标振铃现象及其消除方法第五章的所有例题第五章的习题 3、7、8、9、10、11注：大林算法的计算题不考第六章、习题 8另外：第六章内容中数字滤波技术包括的内容，软件抗干扰技术包括的内容必须明白第五章第三题答案已知模拟调节器的传递函数为已知模拟调节器的传递函数为Ds1 0.17s0.085s试写出相应数字控制器的位置型试写出相
16、应数字控制器的位置型 PIDPID 算法和增量型算法和增量型 PIDPID 控制算式，设采样周期控制算式，设采样周期 T=0.2sT=0.2s。解：因为Ds10.17s11 2 （ 1） Kp(1Tds)0.085s0.17sTis所以Kp 2，Ti 0.17，Td 0。故位置型 PID 控制器Tke(k)e(k 1)u(k) KPe(k)e(i)TDTIi0T0.2k 2e(k)e(i)0.17i00.4k 2e(k)e(i)0.17i0故增量型 PID 控制器u(k) u(k 1) u(k) u(k 1) KPe(k) e(k 1) KIe(k) KDe(k) 2e(k 1) e(k 2)
17、0.4 u(k 1) 2e(k) e(k 1)e(k)0.17 u(k 1) 4.35e(k) 2e(k 1)补充题：1、已知模拟调节器的传递函数为Ds1 0.17s1 0.085s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。DsUs10.17sEs10.085s则Us 0.085SUs Es 0.17SEsdutdet17ut 0.085dt et 0.dtuk0.085ukuk 1ekek 1 ek0.17TT把 T=0.2S 代入得1.425uk0.425uk 1 4.5ek3.5ek-1位置型uk 3.1579ek2.4561ek 10.2982uk 1增量
18、型uk ukuk 1 3.1579ek2.4561ek 10.7018uk 12、已知某控制系统模拟控制器的传递函数为0.1 3.5s s2D(s) 0.5s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。U ( s )12 s 7 E ( s )5 s1U ( s ) 7 E ( s ) 2 sE( s ) E ( s )5 sd e ( t )1u ( t ) 7 e ( t ) 2e ( t ) d td t5D ( s ) e(k)e(k 1)Tku(k) 7e(k) 2e(i)T5i0将 T=1 代入上式，得ku(k) 9e(k)2e(k 1)
19、0.2e(i)i0u(k 1) 9e(k 1) 2e(k 2) 0.2e(i)i0k1u(k) u(k) u(k 1)9.2e(k)11e(k1)2e(k2)注意：有关数字控制器的位置型和增量型控制算式的求解必须掌握。注意：有关数字控制器的位置型和增量型控制算式的求解必须掌握。3 3、某炉温度变化范围为 03000，要求分辨率为2，温度变送器的输出范围为 0-5V。 若 A/D 转换器的输入范围也是 0-5V， 求 A/D 转换器的字长应为多少位？若 A/D 转换器的字长不变，现通过变送器零点迁移将信号零点迁移到800，此时系统对炉温变化的分辨率为多少？（与第六章第 8 题同类型）解：Xmax = 3000, Xmin = 0, = 2, 由于 A/D 转换器的输入电压范围与温度变送器的输出电压范围都为 0-5V，所以 A/D 转换器的字长应为：n = log2 (1 + (Xmax - Xmin)/ ) = log22901 12若 A/D 转换器字长不变，改变零点偏移，此时 Xmax = 3000, Xmin = 800,n = 12，系统对炉温的分辨率为： = （3000 800）/（212 1） 0.537。系统的信息通道；系统的信息通道；1 1过程输出通道过程输出通道 2 2过程输入通道过程输入通道 3 3人人- -机交互通道机交互通道
