2014计算机控制复习剖析

1、第一章计算机控制系统的组成。由控制器、 D/A 转换器、执行机构、 A/D 转换器、被控对象等组成。计算机控制系统的分类。按照功能分为：数据处理系统、直接数字控制系统、监督控制系统、 分级计算机控制系统、集散控制系统。按控制规律分为：程序和顺序控制、比例积分微分控制、 最少拍控制、 复杂规律的控制、智能控制。按控制方式分为：开环控制系统和闭环控制系统。第二章采样的定义，离散系统的定义。把时间上连续的信号变成时间上离散的采样信号或数字信号的过程 称为采样。离散系统指的是： 系统中一处或几处的信号是一串脉冲或数字信 号，如采样系统或数字控制系统。采样周期的定义、周期采样、同步周期采样、多速率采样、

2、随即采样的定义。采样开关相邻两次闭合瞬间的时间间隔 T 称为采样周期。周期采样 : 若在采样过程中 T 不变，则为周期采样。同步周期采样：指系统所有采样开关的 T 都为相等的常数且都同时开 闭。多速率采样：指各采样开关以各自不同的 T 进行采样。随机采样：指各采样周期是随机变化的。香农定理的内容、意义及确定。若f(t)是一个带宽为 max的有限带宽信号，则由采样信号f*(t)能够无失真地恢复到原信号的f (t)条件为： s 20= max。其中仁=为采样角频率 意义：采样定理给出了采样后的离散信号能保持原连续信号全部特征 所需的最低采样频率。确定Os 2%ax依据：离散信号(采样信号)频谱的主

3、频谱和辅频谱 互相分离，不产生频谱混叠。采样保持器的主要作用。将模拟信号在t=KT时刻的采样值保持到A/D转换结束，减少转换误差;减少D/A输出脉冲特性，保证控制信号输出的连续性;通过一路D/A输出，把信号分配到多路输出，实现多路同步动作;5.Z变换及Z反变换。Z变换是用来分析和综合线性离散时间系统的一种数学工具。连续信号x(t)、采样输出信号x*(t)和单位脉冲序列 (t)之间有以下关系：x*(t) = x(t)eT(t)二无 x(kT尸(t-kT)Z反变换即如何由象函数F(z)求得序列f(kt)或采样函数f*(t)。Z变换后的性质。1线性性质 2.延迟定理 3.超前定理 4.初值定理 5.

4、终值定理 6.复位移定理 7.偏微分定理用 Z 变换求解差分方程。解差分方程的步骤： 1、利用超前定理，对差分方程两边取 z变换;2、代入已知条件，整理后得 Y（z） 的表达式； 3、对丫（z）求z反变换即可得原差分方程的解。采样周期的选择原则及需考虑的因素。采样周期选择：1）系统受扰动情况若扰动和噪声都较小， 采样周期 T 应选大些；对于扰动频繁和噪声大的系统，采样周期 T 应选小些；2）被控系统动态特性滞后时间大的系统， 采样周期 T 应选大些；对于快速系统， 采样周期 T 应选小些；3）控制品质指标要求若超调量为主要指标， 采样周期 T 应选大些；若希望过渡过程时间短些，采样周期 T 应

5、选小些； 影响采样周期选择的因素：1）加于生产过程的扰动程度；2）被控过程的动态特性；3）使用的控制方式和执行机构的类型；被控过程所要求的控制品质指标。第三章脉冲传函的定义及求取，广义脉冲传函及求取。脉冲传递函数定义为，在初始条件为零的前提下，系统输出信号的Z 变换与系统输入信号的Z 变换之比。G(Z) = ZG(s) = ZLG(s) = Zg(t)所谓广义对象通常是指保持器环节和被控对象环节串联后所构成的 连续时间系统。广义对象的传递函数为C(z) = Gi(z)G2 (z)R(z) = G (z)R(z)中间带采样开关与中间不带采样开关的串联系统的等效求法。中间带采样开关的串联系统 C(

6、z) = Gi(z) G2 (z) R(z) = G(z) R(z) 其中G(z) = Gi(z)G2(z)为串联环节的开环脉冲传递函数。中间不带采样开关的串联系统 G(z)二ZG(z)G2(z) = GG2(z)其中，G1G2(z)是ZG1(s)G2(s)的简化记法。闭环系统的脉冲传函的求取。系统零极点在Z平面上的分布情况对系统性能的影响。采样系统脉冲传递函数的极点在 Z平面上的位置，决定了系统动态响 应的速度。其中极点的模决定了系统脉冲响应序列是发散的还是衰减 的，决定了系统的稳定性。(1)如果系统所有的极点的模都小于1，或者说系统所有的极点都位于Z平面上以原点为圆心，以1为半径的单位圆内

7、，则各项都对应着衰减的脉冲响应序列，随着，各项都趋向于零。因此，系统是渐近稳定的。(2)反之，若系统中有模大于1的极点，则当时，即使其它项都趋向于零，但是由于相应于模大于1的极点的那项的时间响应趋向于无穷大，造成系统单位脉冲响应也趋向于无穷大，因此系统为不稳定。采样系统稳定性判据。为了能利用劳斯判据，可以采用W变换。把Z平面上的单位圆变成0.平 面上的虚轴，把单位圆的外部变成右半平面，把单位圆的内部变成左半平面，如图所示。这样就可以通过劳斯判据判定平面上位于右 半平面的特征根的个数来间接判定采样系统的稳定性。Z+ 1W变换是一双线性变换，令“肓，即构成变换。朱利-阿斯特隆姆判据采样的稳态误差与

8、什么有关？如何计算?采样稳态误差的一方面与系统本身的结构有关，另一方面与外作用特 性有关。采样控制系统的稳态误差与广义对象所对应的脉冲传递函数G(z)中 所含z=1的极点个数密切相关。在非阶跃输入时还和采样周期有关。/、八、/ZT、 R(z)z 1 + G (z)e-lime(klim()zt1建立计算机控制系统的数学模型常用的方法有哪两种？其基本思想是什么?一种是将连续的被控对象离散化，得到它所等效的离散系统模型，然 后在离散系统的范畴内分析整个闭环系统。另一种方法是将数字控制器等效为一个连续环节， 然后采用连续系统的方法来分析与设计整个控制系统。第四章数字控制器的两种设计方法及其思想是什么

9、？数字控制器的设计方法：模拟设计法和直接数字设计法。模拟设计法的思想： 把整个控制系统看成是模拟系统， 利用模拟系统 的理论和方法进行分析和设计，得到模拟控制器后再通过某种近似， 将模拟控制器离散化为数字控制器，并由计算机来实现。直接数字设计法的思想： 把广义对象离散化， 得到相应的以差分方程、 脉冲传递函数或状态方程表示的离散系统模型， 然后用离散系统的理 论和方法直接设计数字控制器。PID 参数整定的方法有哪些？其中的试凑法对参数整定的依据及整定的原则是什么？理论设计法、实验确定法（试凑法、工程整定法）依据：工程实践对控制系统的性能要求，PID 参数对控制系统性能的 影响。原则：1）先整定

10、kp。将kp从小7大，使系统响应曲线略有超调，此时若系统无稳态误差或稳态误差已小到允许范围内，且认为响应曲线已属满意，则只需用比例调节器即可，而最优的 kp 即可确定。2）若在 1）的基础上稳态误差太大，则需加入积分环节。整定时 ,先将 1）中的 kp 略为缩小，再将 Ti 置为一较大值并连续减少，使得在保持系统良好动态性能的前提下消除稳态误差。 反复进行， 根据响应曲线的好坏反复修改 kp 和 Ti ，以期得到满意结果。3）若使用 PI 调节器消除了稳态误差，但动态响应仍不够满意，则可加入微分环节，构成 PID 调节器。在整定时，先将 Td 设为零，再逐步增加 Td 并同时进行 1）2）步的

11、调整。逐步凑试，直至满意。3.位置式 PID 算法和增量式 PID 算法各有何特点？位置式 PID 算法：只要系统的偏差没有消除， 积分作用就会继续增加 或减少，最后使控制量达到上或下的极限值， 使得系统进入饱和范围， 此时有可能使输出超过正常范围，造成较大超调。增量式PID算法：虽无累加和式，不会由积分项引起饱和，但当给定 值突变时，比例及微分项的计算值也可能引起控制量超过极限值的饱 和情况，从而减慢了系统的动态过程。位置式 PID 算法存在的缺陷，减少的关键在于什么？克服方 法？位置式PID算法：只要系统的偏差没有消除，积分作用就会继续增加 或减少，最后使控制量达到上或下的极限值， 使得系

12、统进入饱和范围， 此时有可能使输出超过正常范围， 造成较大超调。 该现象称为积分饱 和。减少的关键在于不能使积分项积累过大。克服方法： 1、过限削弱积分法 2、积分分离法与传统的模拟控制系统相比， 计算机控制系统在结构上的特点 及算法实现上的优势。特点： 1.以计算机微处理器为核心 2.具有 A/D 、D/A 转换通道优势：1.有很大的通用性和灵活性 2.容易实现复杂和先进的控制算法最少拍控制系统的定义、缺陷及改进方法。最少拍无纹波控制系统的 D( Z )设计、 U(Z) 和 C(Z) 的求取并画出相应图形。最少拍控制系统： 是在最少的几个采样周期内达到在采样时刻输入输 出无误差的系统。五步法

13、 注意：此时w为G(z)的所有零点个数。第七章1.CPU 对过程通道的控制方式。1、程序查询方式 2、中断控制方式 3、直接存储器存取( DMA )方式模拟量输入通道的组成。传感器、放大电路、多路转换开关、采样保持、 A/D 转换、接口电路采样保持器的作用。对模拟信号进行采样，在 A/D 转换期间对采样信号进行保持。4分辨率的定义。分辨率是指 A/D 转换器对于输入模拟信号的分辨能力，其定义为满 量程电压与最小有效位(LSB )的比值。光电隔离的作用。为隔断外界电信号对计算机控制系统的干扰，通常采用光电隔离技术，以阻断外界电信号电路的串扰。模拟量输出通道的组成。PC总线、接口电路、D/A转换器、光电隔离、功率驱动、执行机构第八章1.常用数字滤波的方法。1程序判断滤波 2平均值滤波 (1).算术平均滤波 (2)去极值平均滤波 (3).加权平均滤波 (4)滑动平均滤波中值滤波限幅滤波 5惯性滤波2.标度变换的任务及计算。标度变换的任务是把计算机系统检测