计算机控制系统复习题答案

《计算机控制系统》课程复习题答案

、知识点：计算机控制系统的基本概念。具体为

了解计算机控制系统与生产自动化的关系；掌握计算机控制系统的组成和计算机控制系统的主要特性；理解计算机控制系统的分类和发展趋势。

回答题：

1. 画出典型计算机控制系统的基本框图；

答：典型计算机控制系统的基本框图如下：

2. 简述计算机控制系统的一般控制过程；

答：（1）数据采集及处理，即对被控对象的被控参数进行实时检测，并输给计算机进行处理；（2）实时控制，即按已设计的控制规律计算出控制量，实时向执行器发出控制信号。

3. 简述计算机控制系统的组成；

答：计算机控制系统由计算机系统和被控对象组成，计算机系统又由硬件和软件组成。

4. 简述计算机控制系统的特点；

答：计算机控制系统与连续控制系统相比，具有以下特点：

⑴计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。

⑵计算机控制系统修改控制规律，只需修改程序，一般不对硬件电路进行改动，因此具有很大的灵活性和适应性。

⑶能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。

⑷计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。

⑸一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。

⑹采用计算机控制，便于实现控制与管理一体化。

5. 简述计算机控制系统的类型。

答：（1）操作指导控制系统;

(2) 直接数字控制系统； (3) 监督计算机控制系统

(4) 分级计算机控制系统 二、知识点：计算机控制系统的硬件基础。具体为

了解计算机控制系统的过程通道与接口；掌握采样和保持电路的原理和典型芯片的应 用，掌握输入/输出接口电路：并行接口、串行接口、 A/D 和D/A 的使用方法，能根据控制

系统的要求选择控制用计算机系统。

回答题：

1. 给出多通道复用一个 A/D 转换器的原理示意图。

2. 给出多通道复用一个 D/A 转换器的原理示意图。

3. 例举三种以上典型的三端输出电压固定式集成稳压器。

答：W78系列,如 W7805 7812、7824 等；W79系列，女口 W7805 7812、7824 等

4. 使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？

答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。

5. 说明隔离电源的基本作用。

答：为了实施隔离技术，隔离电源可以为被隔离的各个部分提供独立的或相互隔离 的电源供电，以切断各个部分间的电路联系。

6. 什么是采样或采样过程?

答：采样或采样过程，就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程，有时也称 为离散化过程。

徹型计算机

接口

⅛晡

A/D 转换 电路

采样/ 保持 •雒

放大

微型计算机

丿， ” •

通道选掙

调理 电路

CXf=I J 2r -j fl⅛⅛ 保持电吝

7. 简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。

答：⑴连续信号。

(2) 模拟信号。

(3) 离散信号。

(4) 采样信号。

(5) 数字信号。

8. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型?

答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。

(1) 周期采样。指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。

(2) 同步采样。如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样。

(3) 非同步采样。如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭。

(4) 多速采样。如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同。

(5) 随机采样。若相邻两次采样的时间间隔不相等。

9. 什么是信号重构?

答：把离散信号变为连续信号的过程，称为信号重构，它是采样的逆过程。

10. 写出零阶保持器的传递函数。

1 一-Z S

答：零阶保持器的传递函数为H o(S)==。

S

11. 引入零阶保持器对系统开环传递函数的极点有何影响？

答：零阶保持器的引入并不影响开环系统脉冲传递函数的极点。

12. 简述采样定理的基本内容。

答：采样定理：如果连续信号f(t)具有有限频谱，其最高频率为「max,则对f(t)进行周期采样且采样角频率- 2 'max时，连续信号f (t)可以由采样信号f* (t)唯一确

定，亦即可以从f * (t)无失真地恢复f (t)。

13. 简述连续信号的定义。

答：连续信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值可以是连续的，也可以是断续的。

14. 简述离散信号的定义。

答：模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号，它的幅值在某一时间范围内是连续的。模拟信号是连续信号的一个子集，在大多数场合与很多文献中，将二者等同起来，均指模拟信号。

15. 简述采样信号的定义。

答：采样信号是离散信号的子集，在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多场合中，我们提及离散信号就是指采样信号。

16. 简述数字信号的定义。

答：数字信号是幅值整量化的离散信号，它在时间上和幅值上均是离散的。

三、知识点：数字控制器的模拟化设计方法。具体为

介绍数字控制器的模拟化设计方法，掌握模拟控制器与数字控制器的转换方法，掌握数字PID 控制器的设计方法及存在的问题、改进的办法。

回答题：

1. 简述比例调节作用。

答：比例调节器对偏差是即时反应的，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K P O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静差。加大比例系数K P可以减小静差，但

是K P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. 简述积分调节的作用

答：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。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T I 大，则积分作用弱，反之强。增大T I 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. 简述微分调节的作用

答：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行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。

4. 为什么会出现比例和微分饱和现象？

答：当给定值发生很大跃变时，在PID 增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出

的控制增量可能比较大（由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小）。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。

5. 如何消除比例和微分饱和现象?

答：抑制比例和微分饱和的办法之一是用积分补偿法”。其中心思想是将那些因饱和而

未能执行的增量信息积累起来，一旦有可能再补充执行。