《计算机控制技术复习资料2.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制技术复习资料2.doc（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、计算机控制技术复习资料1. 从本质上讲，计算机控制系统的工作过程可归纳为：实时数据采集、实时控制决策、实时输出控制。2. 计算机控制系统的软件组成包括：系统软件、应用软件 3. 计算机控制系统的硬件组成包括：主机板、内部总线和外部总线、人机接口、磁盘系统、通信接口、输入输出通道4. 计算机控制系统的典型形式有：数据采集和监视系统、直接数字控制系统 (DDC)、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统。 5. 具有如下特点的控制系统属于集散控制系统：“采用分散控制、集中操作、分级管理和综合协调的设计原则与网络化的控制结构，形成分级分布式控制。” 6. 所谓总线就是在模块和模块之间或设备与设备
2、之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。7. 总线按其传送数据的方式可分为串行总线和并行总线；8. 数据总线用于CPU与其他部件之间传送信息（数据和指令代码）。具有三态（高阻、“1”和“0”三种状态）控制功能，而且是双向传输的，即CPU通过数据总线可以接收来自其它部件的信息，也可以通过数据总线向其它部件发送信息。9. 数据线的宽度表示了总线数据传输的能力，反映了总线的性能。10. 地址总线用来传送CPU要访问的存储单元或I/O接口地址信号。地址信号一般由CPU发往其它芯片，属于单向总线，但也具有三态控制功能。11. 地址总线的数据位数决定了该总线构成的微机系统的寻址能力
3、。12. 控制总线用于传输控制命令和状态信息。根据不同的使用条件，控制总线有的为单向，有的为双向；有的为三态，有的为非三态。13. 接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 14. CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：速度不匹配、时序不匹配、信息格式不匹配、信息类型不匹配。因此，I/O设备一般不和微机内部直接相连15. 接口的作用主要就是为了解决计算机与外部设备连接时存在的各种矛盾。16. 在计算机和生产过程之间传递和变换信息的装置称为输入输出过程通道。17. 计算机控制系统的过程通道分为四类：模拟量输入通道和模拟量输出通道，数字量输入通道
4、和数字量输出通道。 18. 数字量(开关量)信号共同特征就是这些信号的是以二进制的逻辑 “1”和“0”出现的，代表生产过程的一个状态。19. 数字量输入接口（DI）作用就是采集生产过程的状态信息。20. 数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入口地址译码电路等组成。 21. 数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部装置或生产过程的状态信号。22. 为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。23. 如图所示为从开关、继电器等接点输入信号的小功率输入调理电路，试述该电路是如何清除由于
5、接点的机械抖动而产生的振荡信号以及其工作原理？ 图 小功率输入调理电路答案：一般都应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡。原理：闭和K时，电容C放电，反相器反相为1；断开K时，电容C充电，反相器反相为0。24. 数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成 。25. 在数字量输出通道中，从锁存器中出来的是TTL电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。如图所示为小功率功率晶体管输出驱动继电器电路，试述该电路工作过程，及D与R的作用。图 功率晶体管输出驱动继电器电路答案：作用过程：当TTL电平为1时，晶体管截止，J不吸合；当TTL电平为0时，晶体管导通，J吸合。D的
6、作用是泄流，通过D放掉J上所带的电荷，防止反向击穿；R的作用是限流。26. 数控系统组成由输入装置、 输出装置、 控制器和插补器等四大部分组成。其中，控制器和插补器功能以及部分输入输出功能由计算机承担。 27. 所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一条直线，并不是真正的直线。28. 所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。29. 在一个点位控制系统中，只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位。如孔加工机床，如钻床
7、、镗床、冲床等。 30. 这种控制也主要是控制行程的终点坐标值，不过还要求刀具相对于工件平行某一直角坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。31. 轮廓的切削控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。32. 逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量(每走一步的距离即步长)取得足够小，就可达到加工精度的要求。33. 逐点比较法直线插补计算的四个步骤：偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断。34. 设加工第一象限直线OA，起点为O(0，0)，终点坐标为A(6，4)，试进
8、行插补计算并作出走步轨迹图。答案：坐标进给的总步数Nxy=|6-0|+|4-0|=10, xe=6,ye=4,F0=0,xoy=1. 插补计算过程如表，步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断起点 F00 Nxy101F00x F1F0ye04=4 Nxy92F10y F2F1xe462 Nxy83F20x F3F2ye24=2 Nxy74F30y F4F3xe264 Nxy65F40x F5F4ye440 Nxy56F50x F6F5ye04 =4 Nxy47F60y F7F6xe462 Nxy38F70x F8F7ye24 =2 Nxy29F80y F9F8xe264 Nxy110F90x F
9、10F9ye44 =0 Nxy0走步轨迹如图轨迹如图：35. 逐点比较法圆弧插补计算的五个步骤：偏差判别，坐标进给，偏差计算，坐标计算，终点判断。36. 设加工第一象限逆圆弧AB，已知圆弧的起点坐标为A（4，0），终点坐标为B（0，4），试进行插补计算并作出走步轨迹图。答案：插补计算过程如表，走步轨迹如图。步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F00x04，y00 Nxy81F00xF1F02x017x1x013，y10 Nxy72F10y F2F12y116x23，y2y111 Nxy63F20y F3F22y213x33，y3y212 Nxy54F30y F4F32y312x43
10、，y4y313 Nxy45F40xF5F42x413x5x412，y53 Nxy36F50y F6F52y514x62，y6y514 Nxy27F60x F7F62x611x7x611，y74 Nxy18F70xF8F72x710x8x710，y84 Nxy037. 数字控制器的连续化设计是忽略控制回路中所有的零阶保持器和采样器，在S域中按连续系统进行初步设计，求出连续控制器，然后通过某种近似，将连续控制器离散化为数字控制器，并由计算机来实现。38. PID调节器的基本结构：比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器、比例积分微分调节器。 39. 比例调节的特点：比例调节器对于偏差是即时反应，
11、偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用使被控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。只有当偏差发生变化时，控制量才变化。 40. 比例调节的缺点：不能消除静差；Kp过大，会使动态质量变坏，引起被控量振荡甚至导致闭环不稳定。41. 积分调节的特点：调节器的输出与偏差存在的时间有关。只要偏差不为零，输出就会随时间不断增加，并减小偏差，直至消除偏差，控制作用不再变化，系统才能达到稳态。42. 积分调节的缺点：降低响应速度。 43. 微分调节的特点：在偏差出现或变化的瞬间，产生一个正比于偏差变化率的控制作用，它总是反对偏差向任何方向的变化，偏差变化越快，反对作用越强。故微分作用的加入将有
12、助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。它加快了系统的动作速度，减小调整时间，从而改善了系统的动态性能。 44. 缺点：Td太大，易引起系统不稳定。 45. PID调节器在阶跃信号的作用下，首先是比例和微分作用，使其调节作用加强，然后是积分作用，直到消除偏差。46. PID控制算法有两种形式：PID位置式控制算法、PID增量式控制算法。47. PID控制算法中，积分的作用：消除残差，提高精度。48. 在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累。由于系统的惯性和滞后，在积分累积项的作用下，往往会产生较大的超调和长时间的波动。此时采用积分分离改
13、进措施。49. 为了消除积分不灵敏区，通常采用以下措施：增加A/D转换位数，加长运算字长，这样可以提高运算精度。 当积分项uI(k)连续n次出现小于输出精度的情况时，不要把它们作为“零”舍掉，而是把它们一次次累加起来，直到累加值SI大于时，才输出SI ，同时把累加单元清零 。50. PID控制算法中，微分环节的引入对于干扰特别敏感，当系统中存在高频干扰时，会降低控制效果。51. 当被控量突然变化时，正比于偏差变化率的微分输出就很大。但由于持续时间很短，执行部件因惯性或动作范围的限制，其动作位置达不到控制量的要求值，这样就产生了所谓的微分失控52. PID调节器的微分作用对于克服系统的惯性、减少
14、超调、抑制振荡起着重要的作用。53. 数字控制器的离散化设计步骤如下： 1.求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要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数Gc(z)。3. 求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)。4. 根据D(z)求取控制算法的递推计算公式则：数字控制器的输出U(z)为数字控制器D(z)的计算机控制算法(时域表示法)为按照上式，就可编写出控制算法程序。54. 所谓最少拍控制，就是要求设计的数字调节器能使闭环系统在典型输入作用下，经过最少拍数达到输出无静差。显然这种系统对闭环脉冲传递函数的性能要求是快速性和准确性。55. 在数字控制系统中，通常把一个采
15、样周期称为一拍。56. 计算机控制系统如图所示，对象的传递函数采样周期T=0.5s，系统输入为单位速度函数，试设计最小拍调节器D(z).解：广义对象传递函数为由于r(t)=t，得求得的控制器的脉冲传递函数检验：由此可见，当K2以后，误差经过两拍达到并保持为零。上式中各项系数，即为y(t)在各个采样时刻的数值。57. 一种典型的最少拍闭环脉冲传递函数Gc(z)只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。58. 传感器把生产过程的信号转换成电信号，然后用AD转换器把模拟信号变成数字信号，读入计算机中，完成数据的采集。对于这样得到的数据，一般要进行一些预处理，其中最基本的处理有线性化处理、标度变换和系
16、统误差的自动校准。59. 某温度控制系统的温度范围为0至200，要求分辨为0.005(即相当于1)，可求出A/D转换器字长。答案： 7.65 因此，取A/D转换器字长为8位。 60. 连续化设计技术设计离散控制器要求相当短的采样周期，因此只能实现较简单的控制算法。61. 为了提高工业控制系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰措施是不够的，需要进一步借助于软件措施来克服某些干扰。经常采用的软件抗干扰技术是数字滤波技术、开关量的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱技术等。 62. 由于干扰而使程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环，采取使程序纳入正规的措施，如指令冗余、软件陷阱、“看门狗”技术等；63.
17、所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰在有用信号中的比重，故实质上它是一种程序滤波。64. 主要的数字滤波算法：算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法 65. 下面的程序是根据累加器A内容的正、负、零情况进行三分支的程序，请指出哪些语句属于软件陷进？JNZ XYZ ;零处理 LJMP ABC NOP NOP LJMP ERRXYZ: JB ACC.7, UVW ；正数处理LJMP ABCNOP NOP LJMP ERRUVW:；负数处理ABC: ；取结果 RET NOP NOP LJMP ERR答案：NOP NOP LJMP ERR都属于软件陷进。66. 下列程序是利用
18、减法比较两无符号数的大小程序段（数放A、B中），请指出哪些语句是指令冗余？CLRC SUBBA, B NOP NOP JC BBIG BBIG:NOP.67. 如图所示为计算机控制系统组成框图，简述其工作过程。答案：所谓计算机控制，就是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电量送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。除此之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。 如果还需要对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况以及按照工艺所要求该物理量的设定值进行判断；然后在输出装置中输出相应的电信号，并且推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务。