微机控制技术复习题及答案

微机控制技术复习题及答案一、判断题1、对于输入信号为单位斜坡时设计的最少拍无差系统，输入单位加速度时就不再是最少拍无差系统。（对）2、按最少拍原则设计的系统是时间最优系统，因此，只要采样周期足够小，系统进入稳态的时间就足够短，这在实际中是不可实现的。（错）3、W变换法设计系统的步骤是先令中的Z=（或），从而应用频率法分析和设计系统。（错）4、离散系统稳定的充分必要条件是闭环脉冲传递函数的所有极点都在Z平面上单位圆的内部。（对）5、数字控制器在物理上的可实现性要求其当前的输出与将来的输入无关。（对）

6、采样周期T的选择原则之一是：根据被控对象的特性，快速系统的T应取大，反之，应取小。（错）7、所谓二自由度PID控制，就是使目标值跟踪特性为最优的PID参数和使外扰抑制特性为最优的PID参数能分别地进行整定，使两特性同时达到最优。（对）8、带死区的PID控制中，当不希望调节动作过于频繁时，可减小死区宽度。（错）

9、对于带纯滞后环节的控制系统，使用史密斯纯滞后补偿原理后，可以消除其纯滞后环节对系统稳定性的影响。（对）10、在实际控制系统系统中，当PID控制器输出的控制量直接控制步进电动机时，应采用增量式PID控制。（对）11、防止积分整量化误差的方法主要是为了避免在进行PID运算时，积分项不能始终起作用。（对）12、模拟调节器相对于数字调节器更容易实现复杂控制规律。（错）

13、最少拍无差有波纹系统是指最短时间进入稳态后输入与输出完全相等。（对）

14、一般地说，如果输入A/D转换器的信号变化很快，采样精度要求较高，就应在A/D转换前加入采样保持器。（对）15、串行通信与串行D/A转换是一回事，都是将并行数据串行输出。（错）16、一般来说，采用双端输入的差动运算放大器、或光耦器件有利于抑制共模干扰。（对）17、对于带纯滞后环节的控制系统，使用史密斯纯滞后补偿原理后，可以将纯滞后部分等效于反馈环之外，消除其纯滞后环节对系统稳定性的影响。（对）18、如果按大林提出的简单修正算法来消除振铃现象，则对系统的稳态输出无影响，但对动态性能有影响。（对）19、模拟调节器相对于数字调节器更容易实现复杂控制规律。（错）

20、逐次逼近式A/D转换器与计数器式A/D转换器相比，后者转换速度更快。（错）

21、进入I/O通道的干扰按其对电路的作用形式，通常可分为串模和共模干扰。（对）22、在选择PID参数时，引出控制度的概念，当控制度等于“2”时，数字控制器与模拟控制器的控制效果相当。（错）23、要使二阶系统输出获得理想动态品质，其闭环幅频满足的条件是相频满足的条件是。（对）24、A/D转换器的分辨率与转换精度是一回事，分辨率高，则转换精度也高。（错）

25、对于斜坡输入信号设计的最小拍无差系统，对于其它输入信号仍然是最小拍无差的。（错）

26、大林把控制量以二分之一的采样频率振荡的现象称为“振铃现象”。（对）

27、最少拍有波纹系统的缺陷之一是输出在采样点上的值与输入不相等。（错）28、要实现最少拍无波纹控制，在被控对象含有足够积分环节的前提下，还应包含的单位圆上和单位圆外的零点。（错）

29、为了实现最少拍无差控制，的表达式中需含有的全部极点。（对）

二、填空题1、8位D/A转换器的分辩率是满刻度值/255。2、数字调节器与模拟调节器相比更能实现复杂控制规律。3、计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制。4、为了实现最少拍有波纹控制，闭环脉冲传递函数中应包含的所有单位圆上或圆外零点，为了实现最少拍无波纹控制，闭环脉冲传递函输中应包含的所有零点。5、按最少拍原则设计的系统是时间最优系统。6、最少拍无波纹与最少拍有波纹系统相比其闭环脉冲传递函数中的阶次要高一些，调整时间长一些。7、大林把这种控制量以1/2的采样频率振荡的现象称为“振铃”。8、分析结果表明：与间的脉冲传递函数表达式中，包含有Z平面单位圆内接近-1的负实数极点，则会产生振铃现象。9、如果按大林提出的简单修正算法来防止振铃现象，则对系统的稳态输出无影响，但对系统的动态性能有影响。10、数字控制器的模拟化设计法是在采样周期必须足够小，除必须满足采样定理外，采样周期的变化对系统性能影响不大的条件下使用的。11、计算机输出控制量的保持一般有两种方案，一种是一个输出通道设置一个D/A转换器的结构形式（数字量保持方案），一种是多个输出通道公用一个D/A转换器的结构形式（模拟量保持方案），前者与后者相比D/A转换器使用数量多。12、常用的A/D转换器有计数器式，双积分式，逐次逼近式。13、为了消除稳态误差，的表达式中须含有因式（1-Z-1）q。14.、常用的I/O控制方式是程序控制方式，中断控制方式、直接存储器存取方式。15、微型计算机控制系统中解决中断优先级的办法是软件查询方式，雏菊链法，专用硬件方式。16、满足实时控制要求的使用条件是所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等于任意外围设备的最短响应时间。17、最短响应时间是某台设备相应两次请求服务的最短间隔时间。18、I/O接口的编址方式为I/O接口独立编址方式、I/O接口与存储器统一编址方式。19、提高CPU总线驱动能力是因为负载过重时，各信号线的电平就会偏离正常值，‘0’电平偏高活‘1’电平偏低，造成系统工作不稳定，不可靠，抗干扰能力差，严重时甚至损坏器件。20、输入端采样保持器与输出端模拟保持器相比，原理是相同，但前者保持时间短，而后者长。21、D/A转换器按工作方式分为D/A转换和串行D/A转换，前者转换速度快，而后者转换速度慢。22、如果按大林提出的简单修正算法来防止振铃现象，则对系统的稳态输出无影响，但对系统的动态性能有影响。23、同样位数的D/A转换器，在双极性输出幅值与单极性幅值相同的情况下，前者分辨率降低。24、逐次逼近式A/D转换器与计数器式A/D转换器相比，转换速度快。25、进入I/O通道的干扰按其对电路的作用形式，通常可分为串模干扰和共模干扰。26、当执行元件为步进电机时，PID控制器宜采用增量式算法。27、在选择PID参数时，引出控制度的概念，当控制度等于1.05，数字控制器与模拟控制器的控制效果相当。28、按二阶工程设计法设计数字控制器时，要使二阶系统输出获得理想动态品质，其闭环系统满足的条件是模：A(W)=1、相位移：Φ（w）=0，此时推出的开环传递函数为积分惯性环节，且相位裕量大于45度。29、对最少拍控制系统设计的具体要求是：准确性要求对典型的参考输入信号，在到达稳态后，系统的采样点的输出值能准确跟踪输入信号且无静差快速性要求在各种系统在有限拍内到达稳态的设计中系统准确跟踪输入信号所需要的采样周期应为最少；稳定性要求数字控制器D(Z)必须在物理上可实现且闭环系统须是稳定的。30.物理上可实现的系统其控制器当前的输出只与与当前输入的信号，以前的输入信号，以前的输出信号有关，而与将来的输入信号无关。三、简答题1、什么叫共模干扰，其抑制方法有哪些？答：共模干扰也称共态干扰，是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。抑制方法有：变压器隔离、光电隔离、浮地隔离、采用仪表放大器提高共模抑制比。2、在计算机控制系统中，一般有哪几种地线？答：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地五种。3、简述逐点比较法插补答：刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走……如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。4、数字控制器的模拟化设计法是怎样的一种设计法，这种设计方法的缺点是什么？答：在一定条件下，把计算机控制系统近似地看成模拟系统，用连续系统的理论来进行动态分析和设计，再讲设计结果变成数字计算机的控制算法。缺点：采样保持频率足够高，满足香浓定理外，还要求采样周期对系统性能影响不大，当系统为多回路控制时，难以满足要求。模拟调节器调节能力有限，当控制系统较为复杂时，就难以甚至无法实现。5.二自由度PID控制与一自由度PID控制相比有什么不同，有什么优缺点？答：一自由度PID控制中，抑制外扰和目标跟踪值两特性是矛盾的，这是由于只能设定一种PID参数；而二自由度就是使目标值跟踪特性为最优的PID参数和使外扰抑制特性为最优的PID参数，能分别独立地进行整定，使两特性同时达到最优。优点：提高了系统设计的自由度，改善了系统的品质。6.说明史密斯纯滞后补偿原理，并说明这种补偿方法的最终目的是什么？答：原理：与D(s)并接一补偿环节Gp(s)（1-e^-τs），用来补偿被控对象中的纯滞后部分。目的：消除纯滞后部分对控制系统的影响。7.什么是量化过程和量化单位？为什么会产生量化误差，怎样来减小量化误差？答：量化过程：用一组数码(如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号的过程。量化单位q：量化后二进制数的最低位所对应的模拟量的值。由于量化后的数值是以量化单位为单位逼近模拟量得到的，所以总存在量化误差。在采样过程中我们可以通过提高采样频率，选择足够的字长来减小量化误差。8.计算机控制系统中的模拟量输入、输出通道各由哪几部分组成，各部的功用是什么？答：模拟量输入通道：信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A/D转换器和控制电器；模拟量输出通道：D/A转换器、输出保持器、多路切换开关、低通滤波电路和功放电路。9.什么是微分先行PID祘法？它有几种型式，各适用于什么场合？答：微分先行PID算法是将微分运算放在前面进行。它有两种结构：一种是对输出量先行微分，适用于给定量频繁升降的场合；另一种是对偏差先行微分，适用串级控制的副控回路。10.程序设计通常分为哪五个步骤？答：问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计四、论述题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，则称为同步采样。(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，则称为非同步采样。(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，则称多速采样。(5)随机采样：若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。3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。4什么是振铃现象？如何消除振铃现象？答：所谓振铃(Ringing)现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减的振荡。有两种方法可用来消除振铃现象。第一种方法是先找出D(z)中引起振铃现象的因子(z=-1附近的极点)，然后令其中的z=1，根据终值定理，这样处理不影响输出量的稳态值。第二种方法是从保证闭环系统的特性出发，选择合适的采样周期T及系统闭环时间常数Tc，使得数字控制器的输出避免产生强烈的振铃现象。综合分析题1.下图为水箱水位自动控制系统，试说明其基本工作原理。1.解：由于出水干扰Qo使水位下降时，浮子下降，进水口打开，水位逐渐增高，浮子逐渐上浮，当达到给定高度时，浮子将进水口堵死，从而保持设定高度。2.设某步进电机为A、B、C、D四相，每一相控制电路如下图所示：试完成：1）说明图中芯片4N25、达灵顿管T的作用；2）已知8255A的端口地址为2060H、2061H、2062H、2063H，试用8255A位控方式写出使步进电机A相、B相、C相和D相通电的程序(只要求正转)。解：1）图中光电隔离器4N25的作用有两个：隔离和耦合；

2）相关程序如下所示：ORG2000H

START：MOVA，80H

；8255初始化

MOVDPTR，#2063H

MOVX@DPTR,A

MOVA,#01H

；A相通电

MOVX@DPTR,A

MOVA,#03H

；B相通电

MOVX@DPTR,A

MOVA,#05H

；C相通电

MOVX@DPTR,A

MOVA,#07H