《计算机控制技术》复习资料

《计算机控制技术》 复习资料1

一、填空题

1、在计算机控制系统几种典型的应用中 系统是开环的控制结构， 系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式， 系统能自动的改变给定值，使生产过程达到最优。

2、STD总线是一种规模最小，面向工业控制，设计周密的 位系统总线，VME总线是1981年推出的第一代 位工业开放标准总线。 3、D/A转换器的转换原理可以归纳为“按权展开，然后相加”，因此D/A转换器内部必须要有一个 ，以实现按权值分别进行D/A转换。

4、数控系统由输入装置、输出装置、 和 4部分组成，其一般步骤是曲线分割、 、 。

5、PID控制中积分饱和会引起输出超调使系统不稳定，通常改进的方法有 法 、 法和有限偏差法。

6、根据步进电机的结构分析可知，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，改变步进电机的 可以改变其运行方式；改变 ，可以控制步进电机的正、反转。

7、达林算法的目标是设计合适的数字控制器D(z)，使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望为一个 和 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。

8、在连续系统中，表示输入信号和输出信号关系的数学模型用 和 来描述；在离散系统中，则用 、 和离散状态空间表达式来描述。 二、简答题

1、 过程输入输出通道与主机交换的信息类型有哪些？

2、 画出数字量输入/输出通道的结构。

3、 什么是共模干扰？抑制共模干扰的措施有哪些？ 4、 振铃现象是怎样产生的？它有什么危害？应怎样克服？ 5、 简述冗余技术及其分类。

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答案

一、填空题

1、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统； 2、8、32； 3、解码网络； 4、控制器、插补器、插补计算、折线逼近； 5、遇限削弱积分法、积分分离法； 6、各相的通电方式或脉冲分配、通电顺序； 7、纯滞后环节、一阶惯性环节（顺序可互换）； 8、微分方程、传递函数、差分方程、脉冲传递函数。 二、简答题

1、答：1）数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，包括数字量和模拟量。 2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。

3）控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。

2、答：数字量输入通道结构如图1所示：

图1

图2

数字量输出通道的结构如图2所示：

3、答：所谓共模干扰是指在A/D转换器两个输入端上公有的干扰电压。抑制共模干扰常用的方法有：（1）利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，使共模干扰电压由于不成回路而得到有效抑制。（2）利用光电耦合器把各种模拟负载与数字信息源隔离开来，即把“模拟地”和“数字地”断开。（3）采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。

4、答：所谓振铃（Ringing）现象，是指数字控制器的输出u(k)以1/2采样频率（2T采样周期） 大幅度上下摆动。振铃现象对系统的输出几乎无影响，但会增加执行机构的磨损，并影响多参数系统的稳定性。消除振铃现象的方法是找出D(z)中引起振铃的因子(z=-1附近的极点)， 令其中的z=1。根据终值定理，这

样处理不影响输出量的稳态值但瞬态特性会变化，数字控制器的动态性能也会影响。

5、答：所谓冗余，也称容错技术或故障掩盖技术，就是为了保证整个系统在局部发生故障时能够正常工作，而在系统中设置一些备份部件，一旦故障发生便启动备份部件投入工作，使系统保持正常工作。冗余技术包括1）硬件冗余 。用增加硬件设备的方法，当系统发生故障时，将备份硬件顶替上去，使系统仍能正常工作。2）信息冗余。为防止系统因故障等原因而丢失信息，常将重要数据或文件多重化，复制一份或多份“拷贝”，并存于不同空间。3）指令冗余。为避免程序跑飞，在程序中人为的插入一些空操作指令或将有效的单字节指令重复书写，使失控的程序遇到该指令后，能够调整至正常轨道。

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《计算机控制技术》 复习资料2

一、判断题

1. 在工业过程控制系统中，由于被控对象所处环境复杂，常使采样值偏离实际值。所以一

般要加入滤波环节，且常常将模拟滤波和数字滤波同时使用。（ ）

2. 在显示系统中，若为动态显示，需将待显示数变成显示码才能输出到显示器 进行显示。

若在显示电路中增加一级锁存器，则可直接将待显示数输出到显示器进行显示。（ ） 3. A/D转换器的结束信号的连接方式是判断A/D转换方式的主要依据。（ ）

4. 由于各种传感器提供的电压信号范围很宽，需要通过可编程增益放大器，对信号进行调

整，使A/D转换器满量程信号达到均一化。（ ）

5. DAC0832是常用的8位D/A转换器，内部设有两级缓冲器，目的是使转换数椐得到充分

缓冲，确保转换精度。（ ）

6. 在PID调节系统中，积分I的作用是消除静差，所以积分分离PID不能消除静差（ ）。 7. 在计算机控制系统中，常常需要设计报警电路，无论在什麽情况下，也不管原因如何，

只要略微超限，立即报警。 （ ）

8. 步进电机之所以能转动，其关键原因是错齿。（ ）

9. 多路开关CD4051的作用就是把多路模拟信号转换成一路信号。（ ）

10. 某系统采用程序判断滤波方式进行数据处理，发现总有一些杂波无法滤掉，原因是采样

时间间隔太大（ ）。

二 简答题

1. 平均滤波有几种？并说明各自的特点。

2. 手动后援是控制系统中的一个环节，在系统运行时它有何作用？在手动与自动之间进行

切换时要求什么？

3. 说明算术平均滤波、加权平均滤波和滑动平均滤波之间的区别以及各自的用途。 4. 在微型机控制系统中，如何将非线性参数线性化？ 5. 简要说明多路开关的主要特点。

答案

一、1-5 TFTTT 6-10 FFTTF 二、简答题

1. 平均滤波有几种？并说明各自的特点。

平均滤波有三种：算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波。算术平均滤波每一次采样

值所占的比例均相等；加权平均滤波则每次采样值所占的比例不等，可以突出某些部分，使其所占的比例增大，但各次采样的系数总和为∑Ci=0；而滑动平均滤波则是每次只更新一个采样值，因而采样速度快。

2. 手动后援是控制系统中的一个环节，在系统运行时它有何作用？在手动与自动之间进行

切换时要求什么？

手动后援是控制系统中的一个环节，对于连续工作的系统，当自动调节出现问题时，可暂时

用手动的办法维持工作，待问题解决后，再恢复自动控制，保证工作的连续性。在手动与自动之间进行切换时要求尽量平稳，最好是无扰动切换。

3. 说明算术平均滤波、加权平均滤波和滑动平均滤波之间的区别以及各自的用途。 算术平均滤波每一次采样值所占的比例均相等；可用于任何场合，如压力、流量等。加权平

均滤波则每次采样值所占的比例不等，可以突出某些部分，使其所占的比例增大，但各次采样的系数总和为∑Ci=0；这种滤波主要用于那些想突出采样的某些部分的场合。而滑动平均滤波则是每次只更新一个采样值，因而采样速度快。此滤波主要用于实时性要求比较快的场合。

4. 在微型机控制系统中，如何将非线性参数线性化？

经实验得出正确的参数曲线，根据精度要求取点，精度要求高处多取点，其他地方少取点，

相临两点连线，用直线代替曲线，在保证精度的前提下实现非线性参数分段线性化。 5. 简要说明多路开关的主要特点。 半导体多路开关的特点是：（答5条即可）

（1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排； （2）直接与TTL（或CMOS）电平相兼容； （3）内部带有通道选择译码器，使用方便； （4）可采用正或负双极性输入；

（5）转换速度快，通常其导通或关断时间在1ms左右，有些产品已达到几十到几百纳秒（ns）；

（6）寿命长，无机械磨损；

（7）接通电阻低，一般小于100W，有的可达几欧姆；

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（8）断开电阻高，通常达109W以上。

《计算机控制技术》 复习资料3

一、填空题

1．控制器是为达到系统要求的性能所使用的控制装置，它可采用 、机械或液压技术来完成控制操作。

2.在连续系统中，表示输入信号和输出信号关系的数学模型用 和 来描述；在离散系统中，则用 、 和离散状态空间表达式来描述。

二、简答题

1. 现场总线控制系统的特点是什么？ 2. 常用的外部总线有哪些？并做简要说明。

3. 计算机控制系统的抗干扰措施有哪些？并做简要说明。

4. 描述PID调节器中的比例参数，积分常数和微分常数的变化对闭环系统控制性能的影响。

5. 简述振铃现象产生的原因及其消除方法。 6. 简述计算机控制系统硬件的设计步骤。 7. 简述OSI参考模型的7层功能及协议。

答案

一、填空题

1、电气； 2、微分方程，传递函数（位置可互换），差分方程，脉冲传递函数（位置可互换） 二、简答题

1.答：信号传输实现了全数字化，从最底层逐层向最高层均采用通信网络互联；系统结构采用分散化，现场总线的节点是现场设备或现场仪表，如传感器、变送器、执行器等；现场设备具有互操作性，改变了DCS控制层的封闭性和专用性，不同厂家的现场设备既可互联也可呼唤，并可以统一组态；通讯网络为开放式互联网络，可及其方便地实现数据共享；技术和标准实现了全开放，面向任何一个制造商和用户。

2.答：（1）IEEE-488并行通信总线：包含16条信号线和地线；16根信号线可分成三组：8组双向数据总线、3根数据字节传送总线、5根接口管理总线，均为低电平有效。（2）RS-232C串行通信总线：RS-232C串行通信总线是DTE和DCE间传输串行数据的接口总线。RS是推荐标准的缩写，232是识别代号，C是标准的版本号。该标准提供了一个利用公用电话网络作为传输介质、通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定。（3）RS-485标准总线：RS-485的工作方式是半双工，在某一时刻，一个发送一个接收；RS-485是RS-449的子集的一个变形，可在1200m的双绞线上进行数字通信，速率可达90kbit/s。 3.答：（1）串模干扰的抑制：双绞线做信号引线；引入滤波电路。 （2）共模干扰的抑制：变压器隔离；光电隔离；浮地屏蔽。

（3）长线传输的干扰抑制：波阻抗的测量；终端阻抗的匹配；始端阻抗匹配。

（4）信号线的选择与敷设。

4.答：（1）比例参数的作用：迅速反应误差，加大比例系数，可以减小静差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定。

（2）积分常数的作用：消除静差，但容易引起超调，甚至出现振荡。 （3）微分常数的作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统动态性

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能。

5.答：振铃产生的原因：控制量U(z)中含有单位圆内左半平面接近z1的极点，离z1越近，振铃幅度越大；单位圆内右半平面的零点会加剧振铃现象；单位圆内右半平面的极点会减弱振铃现象。 振铃现象消除的方法：

（1）找出Dz中引起振铃的因子（z1附近的极点），令其中的z1； （2）从保证闭环系统的特性出发，选择合适的周期T来抑制振铃现象。 6.答：选择系统总线和主机机型，包含微型计算机系统构成方案选择和微型计算机性能指标选择；选择输入输出通道模块，包含数字量输入输出通道和模拟量输入输出通道；选择变送器和执行机构。

7.答：OSI参考模型的7层功能及协议从下至上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。