例  某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

某时刻测得热电势Ex =34.66mV，由该热电偶的分度表可直接查出其相应温度Tx=834 ℃

例  某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

现用式计算，先从表中查得所策热电势值处于7-8号折点的段内，将各有关数值代入上式得：

其相对误差为：

例  某系统用镍铬—镍铝热电偶测温，先将温度400-1000℃的范围按每60℃一段划分为10段，各段用直线近似，折线上各折点的T-E值如表所列。

       再用前式计算

例某烟厂用计算机数据采集系统采集烟叶发酵室的温度变化情况，该室温度测量范围是20-80℃，所得模拟信号为1-5V,采用铂热电阻（线性传感元件）测温，用8位A/D转换器转换为数字量，转换器输入0-5V时输出是00H-0FFH。某一时刻，计算机采集到的数字量为0B7H。由计算式作工程量线性转换。

    由给定条件得为： ymax =80 ℃， ymin=20 ℃，

                                  Nmax=0FFH=255，

                                  Nx=0B7H=183,

        在温度为20 ℃时，因检测所得模拟电压是1V.所以相应的数字量应为255X1/5=51,

    对测量数字量OB7H的工程量线性转换结果为

                y= 20℃十（80-20)（183-51）／（255-51)=58.21 ℃

    工程量线性转换的程序框图如图十9所示．

1 现场总线有何特点

现场总线技术特点

        1、系统的开放性

        2、互可操作性与互用性

        3、现场设备的智能化与功能自治性

        4、系统结构的高度分散性

        5、对现场环境的适应性

1 为什么PI控制器引入积分环节可消除系统的静态误差？

答：PI控制器对于偏差的阶跃响应除有按比例变化的成分外，还带有累积的成分，即积分作用成分。只要偏差e(t)不为零，它将通过累积作用影响控制量u(t)，以求减小偏差，直至偏差为零，控制作用不再变化，系统达到稳态。因此，积分作用的加入可以消除系统静差

2 写出位置式和增量式？

答在工业过程控制中，数字PID控制算法通常又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法

（1）位置式PID控制算法

按模拟PID控制算法的算式，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微分，作如下近似变换：

上式中T为采样周期。为书写方便，以后将e(kT)简化表示为e(k)等，即省去T。将式代入式，可得离散的PID表达式

式中k——采样序号，K=0，1，2，…；

      u(k)——第k次采样时刻的计算机输出值；

      e(k)——第k次采样时刻输入的偏差值；

      e(k-1)——第(k-1)次采样时刻输入的偏差值；

      KI——积分系数；

      Kp——微分系数·

2）增量式PID控制算法

当执行机构需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量（例如去驱动步进电机）时，可由式导出提供增量的PID控制算法：

2）增量式PID控制算法

 可以进一步改写：

3 增量式的优点？

答：1)由于计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小，从而不会严重影响生产过程。

2）手动一自动切换时冲击小。控制从手动到自动切换时，可以做到无扰动切换。此外，当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故仍然能保持原值。

3）算式中不需要累加。控制增量Au(k)的确定仅与最近k次的采样值有关，较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。

4 数字PID控制器算法的改进

答积分分离PID算式不完全微分的PID控制算式  微分先行PID算式  带有死区的PID控制

静态比例控制系统结构方框图获得。由上式可以看到，控制器的直流增益越大，控制稳态误差越小。

比例积分（PI）控制器  时域上看：只要有偏差，就要积分  频域上看：稳态增益为无穷大。

4抑制共模干扰的措施有：

(1)  采用差分放大器做信号前置放大  

(2)  采用隔离技术将地电位隔开

51．串模干扰及其抑制

可以采取下列措施尽量减少其影响。

◆采用输入滤波器进行电磁屏蔽和良好的接地选择合适的ADC  使用电流信号传输

例4—1  某热处理炉温度测量仪表的量程为200～800℃，在某一时刻计算机采样并经数字滤波后的数字量为0CDH，求此时温度值为多少？(设仪表量程为线性的)

解：已知A0＝200℃，Am＝800℃，Nx＝0CDH＝(205)D，Nm＝0FFH＝255，

    根据式(4—10)，此时温度为

=(800—200)十200＝682(℃)

6 标度变换和非线性能否转换？

   答：生产过程的非电参数首先由测量仪表转换成4-20mA或1-5V的模拟电信号，再经过A/D转换后成为一定位数的数字量信号，才有可能被计算机采集，这数字量信号虽然与被测参数的大小有一定的联系，但毕竟不是被测量的工程量值，为了能直接显示或打印出被测的工程量值，应利用计算机进行计算，把数字量恢复为工程量，因而才有“工程量转换”之说，这种转换也可称为“标度变换”。

7

当“若Ａ１时的结果”为Ｂ１，则

因此

8 前馈－反馈控制的优点

答□可简化前馈控制系统，只须对影响被控参数最显著的干扰进行补偿，而对其他许多次要的干扰仍由反馈予以克服，这样即保证了精度又简化了系统。2由于反馈回路的存在，降低了对前馈控制算式精度的要求。3 前馈－反馈控制可实现控制精度高、稳定性好和控制及时。4提高了前馈控制模型的适应性。

9 常用的A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。

        逐次逼近式：转换时间短（几个微秒～几百个微秒），但抗干扰能力较差。

        双斜积分式：转换时间长（几十个毫秒～几百个毫秒），抗干扰能力较强。

10 （3）采样/保持器

必要性：

A/D转换器都需要一定的时间完成量化及编码的操作。在转换过程中，如果模拟量变化，将直接影响转换精度。

在同步系统中，几个并联的量均需要取同一瞬时的值。

作用：

使输入到A/D转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变。但转换之后， A/D变换器的输入信号能够跟踪模拟量的变化。

11 4.1.1  数据采集系统的基本功能

 数据采集系统一般应具有以下几个方面的功能

1)对多个输入通道输入的生产现场信息能够按顺序逐个检测（巡回检测），或按指令对某一通道进行检测（选择检测）。

2)能够对所采集的数据进行检查和处理。

3)当采集到的数据超出上限或下限值时，系统能够产生声光报警信号，提示操作人员处理。

4)在系统内部能存储采集数据。

    5)能定时或按需随时以表格形式打印采集数据。

    6)具有实时时钟。

    7)系统在运行过程中，可随时接受由键盘输入的命令，以达到随时选择采集、显示、打印的目的。

12 模糊控制特点：

(1)适用于不易获得精确数学模型的被控对象，其结构参数不很清楚或难以求得，只要求掌握操作人员或领城专家的经验或知识。

(2)模糊控制是一种语言变量控制器。

(3)系统的鲁棒性强，尤其适用于非线性、时变、滞后系统的控制．

模糊关系运算

（1）并运算

（2）交运算

（3）补运算  

（4）合成运算

如果R是集合A到B的关系，S是集合B到C的关系，设Q是由　　

定义的关系，则称Q为R和S的合成关系，其相应的运算称为合成运算。

例6.4　在研究人的年龄这个论域中，年龄分别为25岁、30岁和35岁的3个人是否属于“年轻人”集合的问题时，可设“年轻人”模糊集合A的隶属函数为

例6.5　设集合A表示甲、乙两个学生（x1电气工程学院学生，x2为建筑工程学院学生）；集合B为表示某学生考试科目，B＝｛高等数学，大学英语，控制理论，建筑学原理｝，两学生的期末成绩如下表。

学生集合A与考试科目集合B之间关于成绩的模糊关系为

相应的模糊关系矩阵

计算机控制系统的个电路模块之间，现场信号采集与计算机控制之间，弱电控制羽抢点控制之间的隔离方式有变压器隔离、继电气隔离和光电隔离等。

第二篇：计算机控制技术历年试卷习题总结

1. PID控制算法中积分分离法是针对什么问题提出的？改进方法是什么？

答：问题的提出：偏差较大时，积分的滞后作用会影响系统的响应速度，引起较大的超调并加长过渡过程，尤其对时间常数较大、有时间滞后的被控对象，更加剧了振荡过程。

改进方法：偏差较大时，取消积分作用，进行快速控制；偏差较小时，投入积分作用，消除静差。

2、PID控制器算法改进的措施有哪几种？

   1、采用不完全微分数字控制器

   2、针对纯滞后系统采用具有纯滞后补偿的数字控制器

   3、为防止积分饱和，采用积分分离的方法

3. PID控制算法中微分项的改进有哪几种方法？并简述其改进方法。

答：（1）不完全微分PID控制算法。改进方法是在标准PID输出后串联一阶惯性环节。（2）微分先行PID控制算法。改进方法是调节器采用PI控制规律，将微分作用移到反馈回路上，只对被控量微分，不对偏差微分。（3）微分平滑算法。改进方法是采用微分平滑算法，取邻近4个采样点的微分平均值作为微分控制器的输出。

4. 画出直接数字控制系统的组成框图，简述其工作原理，并指出其具有特点。

 答：组成框图：

（1）原理：用一台计算机对多个被控参数巡回检测，对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值上。

（2）特点：计算机直接参与控制，系统经计算机构成了闭环。 一台计算机可以取代多个模拟调节器，它利用了计算机的分时能力。

5、画出操作指导控制系统的组成框图，简述其工作原理，并指出其具有特点。

1）原理：计算机只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。

2）特点： 由操作人员（或别的控制装置）根据测量结果来改变设定值或者进行必要的操作。 

一台计算机可代替大量常规显示和记录仪表，从而对整个生产过程进行集中监视，可得到更精确的结果，对指导生产过程有利。

                              

6、画出多路模拟量输入通道的一般组成框图，并简述每一部分的作用或功能。

答：多路模拟量输入通道的一般组成框图：

信号处理装置:

（1）标度变换：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被测模拟信号变换成统一的标准信号。

（2）滤波电路：滤掉或消除干扰信号，保留或增强有用信号。

（3）线性化处理：对信号进行线性化处理，使它接近线性化。

（4）电参量转换电路：电信号之间的转换。

多路转换器：把各路模拟量分时接到A／D转换器进行转换，实现了CPU对各路模拟量分时采样。

采样保持：对变化的模拟信号快速采样，并在转换过程中保持模拟信号。

数据放大器：把传感器的信号从毫伏电平按比例放大到典型的A／D转换器输入电平。

A／D转换器：把通道输入的模拟量转换成数字量，通过I/O接口电路送入CPU。7、数字控制器直接设计法的步骤是什么？

1、根据控制系统的性能指标要求和其他约束条件，确定所需要的闭环脉冲传递函数Φ(z)。

2、求出广义对象的脉冲传递函数G(z)，

3、由求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)

4、由D(z)求取控制算法的递推计算公式。

8、采用数字控制器的直接设计方法设计一个控制系统时，Φ(z)的确定应遵循哪些原则？

答：Φ(z)的确定应遵循的原则如下：

（1）物理可实现性：设计的控制器必须在物理上是可实现的。

（2）稳定性：系统在外界的扰动下偏离原来的平衡状态，在扰动消失后，系统自身有能力恢复到原来平衡的特性。

（3）准确性：系统对稳态误差的要求。

（4）快速性：系统输出跟踪输入信号的调节时间要求。

9、达林算法适用于什么被控对象？其设计目标是什么？。

达林算法适用纯滞后对象。

达林算法的设计目标是使整个闭环系统的期望传递函数等效为一个惯性环节和一个延迟环节串联，并使整个闭环系统的纯滞后时间与被控对象G0(s)的纯滞后时间 相同，即 式中，Tτ为期望的惯性时间； 为纯滞后， = dT (d=1, 2, …)。

10、确定快速无波纹系统的闭环脉冲传递函数Φ(z)时，必须满足哪些条件？

  1、无波纹的必要条件是被控对象的Gc(s)中含有无波纹系统所必须的积分环节 数。

2、满足有波纹系统的性能要求和D(z)的物理可实现的约束条件全部适用。

3、无波纹的附加条件是：Φ(z)的零点中包括G (z)在z平面单位圆外，圆上和圆内的所有零点。

11、史密斯预估补偿数字控制器的设计步骤是什么？

答：（1） 求广义对象传递函数

（2）按不带纯滞后的G’(z)被控对象的设计数字控制器D(z)，并满足系统的性能要求。控制规律可以是PID控制、最少拍有纹波控制、最少拍无纹波控制等。（3）加入纯滞后环节后，

12、多微处理器控制系统的结构有哪些形式？并简述其结构特点。

答：（1）分级式结构。把一台微处理器作为主处理器，担任控制其他微处理器的任务，其他微处理器作为从处理器，在主处理器的统一控制下，完成各自独立的子任务。

   （2）并行结构形式。各微处理器之间没有固定的主从关系，互相通信。又分为：

①全互连式。每台微处理器都要与组成系统的其他微处理器建立通信；

②总线式。整个系统公用一条或多条总线，各微处理器、存储器和外部设备都挂到总线上，通过总线控制器来解决多个微处理器使用总线问题，沟通各微处理器与存储器或外部设备之间的联系；

③共享存储器式。通过一个多端口存储器来实现存储器的共享，并进行微处理器间的通信。

13、多微处理器控制系统中，常用的串行通信标准总线有哪些？

  常用的串行通信标准总线有：（1）RS-232-C（2）RS—422—A/RS—423—A和RS—485（3）通用外设接口标准

14、简述大林算法的基本原理。

达林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ(s)相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即，并期望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象GC(s)的纯滞后时间τ相同。

达林算法的

一、已知模拟PID控制器的输出为：

写出数字PID位置型控制算法u(k)的递推式，并画出相应的程序流程图。

答：数字PID位置型控制算式u(k)的递推形式：

二、设加工第一象限直线OA，起点为坐标原点O（0，0），终点坐标为A(6，4)。要求：（1）列出逐点比较法插补计算的过程。（2）做出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。

解：

三、在计算机控制系统中，被控制对象的传递函数为

                 

采样周期T=1s。试设计在单位速度输入函数时，最少拍有波纹控制系统的数字控制器D(z)，并求出误差E(z)、控制器输出U(z)和系统输出Y(z)。

已知：

答：

广义对象的脉冲传递函数为：

上式中不含纯滞后环节d=0；无在单位圆上颌单位圆外的零点，u=0；有一个在单位圆上或单位圆外的极点，v=1；有一个单位圆上的极点，j=1；速度输入，q=2，且j<q。故m=u+d=0，n=v-j+q=2

对于单位速度输入，确定

解之得： f₂₁=2，f₂₂=-1

故：

 

控制器

误差为：

控制器输出

系统输出

1、一般的计算机控制系统由   计算机    、   I/O接口电路   、通用外部设备和工业生产对象组成

2、计算机控制系统的控制过程可归纳为数据采集   和  控制    两个步骤。

3、计算机控制系统一般可以分为操作指导控制系统、  直接数字控制系统、计算机监督控制系统、  分布式控制系统和计算机集成制造系统五种类型。

4、常用的数字滤波算法有程序判断滤波、  中值滤波     、  算术平均滤波   、加权平均值滤波、滑动平均值滤波、   低通滤波    和复合数字滤波等。

5、模拟量输出通道一般包括计算机控制接口、  D/A转换器     、  驱动电路和 执行机构  等几个部分。

6、简单地讲，顺序控制就是按 时序或    事序   规定工作的自动控制。

7、数字程序控制系统一般由  输入装置、输出装置、控制器和插补器   四部分构成。

8、多微处理器控制系统常见的并行结构有全互连式、总线式和共享存储器式三种形式。

9、输入输出接口有两种编址方式，分别是存储器统一编址方式和  I/O接口编址方式    。

10、外设与CPU之间交换信息有数据、 状态信息  和  控制信息    三种。

11、在计算机控制系统中数据有数字量、  模拟量   和   开关量   三种类型。

12、CPU与外设交换数据有三种控制方式，分别是  程序查询方式  、  中断控制方式  和直接存储器存取方式。

13、串行通信中有两种最基本的通信方式，分别是异步通信和   同步通信    。

14、香农定理指出：如果模拟信号的最高频率为f_max，只要满足   f ≥ 2f_max  条件，采样信号就能无失真地恢复原连续信号。

15、计算机控制系统中自行设计的键盘有独立式按键和   行列式键盘两种。

16、顺序控制是以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作    顺序地完成工作的自动控制。

17、信号的基本形式有   连续信号、     离散信号      、    采样信号    、

     数字信号     和采样保持信号。

18、多微处理器控制系统中，常用的串行接口总线标准有RS-232   、   RS-422  

    RS-485      和20mA电流环。

19、输入通道通常包括     测量部分     、  信号调理电路  、模拟多路开关、以及输入控制接口等。

20、典型的顺序控制系统一般由开关量输入接口电路、  开关量输入接口电路、执行机构、控制对象、检测机构、系统控制器、显示与报警电路七部分组成。

21. 在多微处理器控制系统中，常用的并行总线有PC总线和STD总线  两种。