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计算机控制技术复习题

计算机控制技术复习题


A.系统中各生产环首尾相接形成一个环 一、 填空 1.计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表。 2.计算机监督系统 SCC 的作用是:按照一定的数学模型计算给定值并提供给 DDC 计算机。 3.闭环控制系统是指输出量经反馈环节回到输入端,对控制产生影响。 4.多路开关的作用是完成模拟量的切换。 5..采用 ADC0809 构成模拟量输入通道,ADC0809 在其中起模拟量到数字量的 转换和多路开关的作用。 7.ADC0809 中 EOC 呈高电平, 可以向 CPU 申请中断, 说明转换已经结束,EOC 呈低电平,说明处于转换过程中。 8.当 D/A 转换器的位数多于处理器的位数时, 需要两级数据缓存, 数据分批传送, 输入的所有数字位必须同时进行转换。 9.防止抖动是能否正确读取键值得必要环节, 实现方法是可以用硬件电路或软件 程序实现。 10.采用共阴极 LED 多位数码管显示时, 位选信号为低电平, 段选信号为高电平。 11.在 LED 多位数码管显示电路中,段选模型决定数码管显示的内容。 12..开关量控制系统中,常设有光电隔离器,起耦合、隔离和开关的作用。 14.小功率直流电机控制系统中,改变转子上的通电极性,以便改变电机的转向。 15..RS-232-C 串行总线电气特性规定逻辑 1 的电平是-3V 以下。 18..采用全双工通信方式,数据传输的方向性结构为可以在两个方向上同时传 输。 20.半双工可以在两个方向上传输,但不能同时传输。 21.采用异步传输方式,设数据位为 7 位,1 位校验位,1 位停止位,则其通信效 率为 70%. 22.在工业过程控制系统中采集的数据常掺杂有干扰信号,可以通过数字滤波程 序和模拟滤波电路来提高信/噪比。 23.标度变换就是把数字量转换成人们熟悉的十进制工程量。 24.使 A/D 转换器满量程信号达到均一化的含义是任何情况下 A/D 转换器的输入 最大值都为满量程。 25.比例调节的强弱可调,作用比较强,几乎贯穿整个调节过程。 26.在计算机控制系统中,T 的确定十分重要,原因是 T 太小,系统精度不够。 27.一般而言,纯微分控制不使用,因为微分作用仅出现在偏差变化的过程中。 28.PID 调节可根据实际情况调整结构,但不能采用 ID 调节。 29.PI 调节系统, I 作用随时间的增长而加强, 只要时间足够长, 静差一定会消除。 30.引起调节的根本原因是偏差,偏差的正、负决定调节作用的方向;偏差的大、 小决定调节作用的强弱;偏差为零,调节作用为零。 二、 选择题 1. 下面关于微型计算机控制技术的叙述,正确的是(D) 。 A. 微型计算机控制 技术只能用于单片机系统 B . 任何控制系统都可以运用微型计算机控制技 术 C. 微型计算机控制技术不能用于自动化仪表 D. 微型计算机控制技术可用 于计算机控制系统及自动化仪表 2. 计算机监督系统(SCC)中,SCC 计算机的作用是(B) 。 A. 接受测量值和 管理命令并提供给 DDC 计算机 B. 按照一定的数学模型计算给定值并提供给 DDC 计算机 C. 当 DDC 计算机 出现故障时,SCC 计算机也无法工作 D. SCC 计算机与控制无关 3.关于现场总线控制系统,下面的说法中,不正确的是(C) 。 A.省去了 DCS 中的控制站和现场仪表环节 B.采用纯数字化信息传输 C.只有同一家的 FCS 产品才能组成系统 D.FCS 强调“互联”和“互操作性 4.闭环控制系统是指(B) 。 B.输出量经反馈环节回到输入端,对空置产生影响 C.系统的输出量供显示和 打印 D.控制量只与控制算法和给定值相关 5 . 下 列 缩 写 表 示 现 场 可 编 程 控 制 逻 辑 阵 列 的 是 (D) 。 A.PLC B.PLD C.GAL D.FPGA 6.多路开关的作用(A) 。 A.完成模拟量的切换 B.完成数字量的切换 C.完成模拟量与数字量的切换 D.完成模拟量和数字量的切换 6.A/D 转换器的 VREF(-)VREF(+)分别接-5V 和+5V,说明它的(A) 。 A. 输入为双极性, 范围是-5V 至+5V B. 输入为双极性, 范围是-10V 至+10V C. 输 出为双极性,范围是-FFH 至+FFH D.输入为单极性,范围是 0 至+5V 7.在 LED 多位数码管显示电路中, (B) A. 位选模型决定数码管显示的内容 B. 段 选模型决定数码管显示的内容 C.段选模型决定哪位数码管显示 D. 不需要位选 模型 8.无论动态显示还是静态显示都需要进行译码,即将(D) A.十进制数译成二 进制数 B.十进制数译成十六进制数 C.十进制数译成 ASCII 码 D.十进制数译 成 7 段显示码 9.在计算机交流电机控制系统中,需要解决的问题是(D) A.将交流变成只留 后并放大 B .将直流变成交流后并放大 C .设单向开关,使直流电通过并放 大 D.设双向开关,使交流电通过并放大 10.开关量控制系统中,常设有光电隔离器,下面的描述中错误的是(A) A.将 被控系统与微型机控制控制系统间完全断开,以防 CPU 受到强电的冲击 B.将 被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连接成系统,实现控制。 C.控制 信号到位时被控电路接通,否则电路切断,起开关作用 D.耦合、隔离和开关 11.小功率直流电机控制系统中, 正确的做法是 (B)A. 改变定子上的通电极性, 以便改变电机的转向 B.改变转子上的通电极性,以便改变电机的转向 C.在定 子上通以交流电,电机可周期性变换转向 D.在转子上通以交流电,电机可周期 性变换转向 12.RS-232-C 串行总线电气特性规定逻辑 1 的电平是 (C)A. 0.3V 以下 B.0.7V 以下 C.-3V 以下 D.+3V 以上 13. 主计算机与通信处理机通过 RS-232C 电缆相接, 两台设备的最大距离为 (C) 时,适合用近距离电缆连接 A.5 米 B.10 米 C.15 米 D.20 米 14.采用全双工通信方式,数据传输的方向性结构为(A) A.可以在两个方向上 同时传输 B.只能在一个方向上传输 C.可以在两个方向上传输,但不能同时进行 D.以上均不对 15.下列关于半双工的叙述中,正确的是(C) A.只能在一个方向上传输 B.可以在两个方向上同时传输 C.可以在两个方向上传输,但不能同时传输 D.以上均不对 16.RS-232C 的电气特性规定使用(D) A.TTL 电平 B.CMOS 电平 C.正逻辑 电平 D.负逻辑电平 17.采用异步传输方式,设数据位为 7 位,1 位校验位,1 位停止位,则其通信效 率为(B) A.30% B.70% C.80% D.20% 18.在工业过程控制系统中采集的数据常掺杂有干扰信号, (D)来提高信/噪比 A.只能通过模拟滤波器 B.只能通过数字滤波器 C.可以通过数字滤波程序或模拟滤波电路 D.可以通过数字滤波程序和模拟滤 波电路 19.若模拟量微机控制系统的采样部分选用数字表,则(B) A.微机直接接收数 字量,无须在进行滤波 B.微机直接接受数字量,仍需进行滤波 C.须将数字表 的输出先转换成模拟量, 再送入微机处理 D. 无论数字量还是模拟量微机都能接 收,但需要进行滤波

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20.下面关于标度变换的说法正确的是(C) A.标度变换就是把数字量编程工 程量 B.标度变换就是把数字量转换成与工程量相关的模拟量 C.标度变换就是把数 字量转换成人们所熟悉的十进制工程量 D.上述说的都不对 21.使 A/D 转换器满量程信号达到均一化的含义是(A) A.任何情况下 A/D 转 换器的输入最大值都为满量程 B.任何情况下 A/D 转换器的输入都为满量程 C.任何情况下 A/D 转换器的输出最大值都为满量程 D.任何情况下 A/D 转换 器的输出都为满量程 22. 关于比例调节, 下面的叙述中不正确的是 (C) A.比例调节作用比较强 B.比 例调节作用的强弱可调 C. 比例调节可消除一切偏差 D. 比例调节作用几乎贯穿整个调节过程 23.在 PID 调节系统中,若想增强微分作用,正确的做法是(B) A. 加大系数 Ti B.加大系数 Kp C.加大系数 KI D.加大系数 T 24.在计算机控制系统中,T 的确定十分重要,原因是(A) A.T 太小,系统 精度不够 B.T 太小,积分作用过强 C.T 太小,微分作用太强 D.T 太小,积 分作用过弱 25.一般而言,纯微分控制不使用,因为(A) A.微分作用仅出现在偏差变化的 过程中 B.微分作用太强 C.没有比例调节时微分不起作用 D.偏差变化较小时 微分不起作用 26.在实际应用中,PID 调节可以根据实际情况调节结构,但不能(D) A.采用 增量型 PID 调节 B.采用带死区的 PID 调节 C.采用 PI 调节 D.采用 ID 调节 27.关于 PI 调节系统,下列叙述正确的是(B) A.P 调节中,系数 Kp 足够大,P 作用就不会残留静差 B.I 作用随时间的增长而加强,只要时间足够长,静差一定会消除 C.P 作用可 以贯穿整个调节过程,只要偏差在,调节作用就在 D.PI 调节有时也会留有静 差 28.引起调节的根本原因是偏差,所以在下列说法中,不正确的是(D) A.偏差 的正、负决定调节作用的方向 B.偏差的大、小决定调节作用的强、弱 C.偏差 为零,调节作用为零 D.偏差太大,调节失效 29.手动后援是自动控制系统中常见的环节,当系统出现问题时,立即投入手动, (B)用手动的方式,通过模拟量进行控制。 A.从手动/自动切换点开始 B.从 自动/手动切换点开始 C.从零开始启动系统.D 从 2.5V(中点) 开始启动系统 .。 30.当系统有阶跃信号输入时,微分项急剧增加,易引起振荡,解决的措施是 (D) A.加大采样周期 B.减小偏差量 C.在本次 PID 调节量中适当(由程序员定)加入前次微分调节量 D.在本次 PD 调节量中加入 a 倍前微分调节量 三、 简答题: ⒈直接数字控制系统 答:在实际控制中,当系统所选择的采样周期较大或对控制质量要求较高时, 通常需要从被控对象的特性出发,直接根据采样理论来设计数字控制器,这种 方法就是直接数字设计,所形成的控制系统就是直接数字控制系统。 ⒉动态过程 答:系统在外加信号作用下,被控量随时间变化而变化的过程称为控制系统的 动态过程,反映了系统的动态特性。 ⒊数字滤波 答:数字滤波就是通过某种计算或判断程序来减少干扰信号在有用信号中的比 重。 4、简述什么是自动控制。 答:采用控制装置自动地﹑有目的地对机器设备或生产过程进行控制,使之达 到预期的状态或性能要求,这个过程就是自动控制。

5、简述数字滤波中的算术平均滤波的滤波原理。 答:算数平均滤波就是把n个采样值相加,然后取算术平均值作为本次有效的 采样信号。 6、简述 PID 调节器的基本原理。 答: PID 调节器的基本原理是将被测参数由传感器变换成统一的标准信号送入调 节器,与系统设定值进行比较,产生出的偏差经 PID 运算后送到执行机构,来 改变系统的进给量,实现被测量的自动调节。 7、连续控制系统相比,计算机控制系统具有哪些特点? 答:与连续控制系统相比,计算机控制系统具有以下特点: (1) 计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 (2) 在计算机控制系统中,控制规律是由计算机通过程序实现的(数字控制器) , 修改一个控制规律,只需修改程序,因此具有很大的灵活性和适应性。 (3) 计算机控制系统能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 (4) 计算机控制系统并不是连续控制的,而是离散控制的。 (5) 一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式,同时控制多个回路。 (6) 采用计算机控制,如分级计算机控制、集散控制系统、计算机网络等,便于 实现控制与管理一体化,使工业企业的自动化程度进一步提高。 8、简述计算机控制系统的一般控制过程。 答:(1) 数据采集及处理,即对被控对象的被控参数进行实时检测,并输给计算 机进行处理。 (2) 实时控制,即按已设计的控制规律计算出控制量,实时向执行器发出控 制信号。 9、增量型 PID 控制算式具有哪些优点? 答:(1)计算机只输出控制增量,即执行机构位置的变化部分,因而误动作影响 小; (2)在 i 时刻的输出 ui,只需用到此时刻的偏差,以及前一时刻,前两时刻的偏差 ei-1,ei-2 和前一次的输出值 ui-1,这大大节约了内存和计算时间; (3)在进行手动-自动切换时,控制量冲击小,能够较平滑地过渡。 10、什么是硬件故障冗余系统? 答:硬件故障冗余系统的定义是:如果一个系统在出现一定的运行性故障时, 依靠系统冗余硬件的内驻能力,仍能保持系统连续正确地执行其程序和输入、 输出功能,则称这一系统为硬件故障冗余系统。 11、什么是采样或采样过程? 答:采样或采样过程,就是抽取连续信号在离散时间瞬时值的序列过程,有时 也称为离散化过程。 12、何为积分饱和现象? 答:在标准 PID 位置算法中,控制系统在启动、停止或者大幅度提降给定值等 情况下,系统输出会出现较大的偏差,这种较大偏差,不可能在短时间内消除, 经过积分项累积后,可能会使控制量 u(k)很大,甚至超过执行机构的极限 umax。 另外,当负误差的绝对值较大时,也会出现 u<umin 的另一种极端情况。显然, 当控制量超过执行机构极限时,控制作用必然不如应有的计算值理想,从而影 响控制效果。这类现象在给定值突变时容易发生,而且在起动时特别明显,故 也称“起动效应” 。 13、使用光电隔离器件时,如何做到器件两侧的电气被彻底隔离? 答:光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。

14、写出零阶保持器的传递函数,引入零阶保持器对系统开环传递函数的极点 有何影响? 答:零阶保持器的传递函数为 H 0 ( s )

?

1 ? e ?Ts s

。零阶保持器的引入并不影

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响开环系统脉冲传递函数的极点。 15、阶跃响应不变法的基本思想是什么? 答:阶跃响应不变法的基本思想是:离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列 与模拟控制器的阶跃响应的采样值一致。 16、如何消除积分饱和现象? 答:减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。因此当偏差大于某个规 定的门限值时,删除积分作用,PID 控制器相当于一个 PD 调节器,既可以加快 系统的响应又可以消除积分饱和现象,不致使系统产生过大的超调和振荡。只 有当误差 e 在门限 五、 分析题 1、分析比例调节、积分调节和微分调节的作用及过程。 答:(1)比例调节器:比例调节器对偏差是即时反应的,偏差一旦出现,调节器 立即产生控制作用,使输出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 KP。比例调节器虽然简单快速,但对于系统响应为有限值的控制对 象存在静差。加大比例系数 KP 可以减小静差,但是 KP 过大时,会使系统的动 态质量变坏,引起输出量振荡,甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器:为了消除在比例调节中的残余静差,可在比例调节的基础上加 入积分调节。积分调节具有累积成分,只要偏差 e 不为零,它将通过累积作用影 响控制量 u,从而减小偏差,直到偏差为零。积分时间常数 TI 大,则积分作用 弱,反之强。增大 TI 将减慢消除静差的过程,但可减小超调,提高稳定性。引 入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器:为加快控制过程,有必要在偏差出现或变化的瞬间,按偏差变

? 之内时,加入积分控制,相当于 PID 控制器,则可消除静

差,提高控制精度。 17. 简述采样定理的基本内容。 答:采样定理: 如果连续信号

f (t ) 具有有限频谱,其最高频率为 ? max ,



f (t ) 进行周期采样且采样角频率 ?s ? 2?max 时, 连续信号 f (t ) 可以由

采样信号

f * (t ) 唯一确定,亦即可以从 f * (t ) 无失真地恢复 f (t ) 。

18. 写出增量型 PID 的差分控制算式。 答:增量型 PID 控制算式可以写为

化的趋向进行控制,使偏差消灭在萌芽状态,这就是微分调节的原理。微分作 TD T ui ? ui ?1 ? K P [ei ? ei ?1 ? ei ? (ei ? 2ei ?1 ? ei ?2 )]用的加入将有助于减小超调,克服振荡,使系统趋于稳定。 TI T 2、阐述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。 19. 为提高计算机控制系统的可靠性,通常采取的措施有哪些? 答:为提高计算机控制系统的可靠性,通常采取以下几种措施: (1) 提高元器件和设备的可靠性。 (2) 采取抗干扰措施,提高系统对环境的适应能力。 (3) 采用可靠性设计技术。 (4) 采用故障诊断技术。 20.简述网络控制系统的特点。 答:网络控制系统通常具备下述特点 (1) 非定常性。数据到达的时刻不再是定常和有规则的, 更不能再用简单的采样 时间来刻画。 (2) 非完整性。由于数据在传输中可能发生丢失和出错,数据不再是完整的,当 然数字控制中也可能有类似的现象,但在网络控制中发生的可能性要大得多。 (3) 非有序性。由于网络传输时间的不确定,先产生的数据可能迟于后产生的数 据到达远程控制系统。因此, 数据到达的次序可能不再遵守原有的时间顺序。 非确定性。由于数据到达的随机性,整个控制过程已不再是一个确定性的系统, 而是一个随机系统。 四、 画图题 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 答:(1) 连续信号 连续信号是在整个时间范围均有定义的信号,它的幅值可以是连续的、也可以 是断续的。 (2) 模拟信号 模拟信号是在整个时间范围均有定义的信号,它的幅值在某一时间范围内是连 续的。模拟信号是连续信号的一个子集,在大多数场合与很多文献中,将二者 等同起来,均指模拟信号。 (3) 离散信号 离散信号是仅在各个离散时间瞬时上有定义的信号。 (4) 采样信号 采样信号是离散信号的子集,在时间上是离散的、而幅值上是连续的。在很多 场合中,我们提及离散信号就是指采样信号。 (5) 数字信号 数字信号是幅值整量化的离散信号,它在时间上和幅值上均是离散的。 六﹑综合题 计算机控制系统基本组成主要的模块有:主机、外部设备、I/O 接口及输入输出 通道、测量与执行机构及操作台等。请分析: (1)计算机控制系统中主机的功能。 (2) I/O 接口及输入输出通道的功能。 答: ⑴主机是计算机控制系统的核心,它通过接口电路向系统中的各个部件发出控 制命令,并对被控对象的现场参数进行巡回检测﹑数据处理﹑计算和逻辑判断 等操作。⑵I/O 接口及输入输出通道是主机和被控对象之间进行信息交换的纽 2、给出多通道复用一个 D/A 转换器的原理示意图。 答: 带,在计算机控制的各个接口中,采用较多的是串行﹑并行和直接数据传送等 可编程 I/O 接口。输入输出通道主要完成外设信号到主机所需数字信号转换的 模/数转换器,完成主机输出数字信号到外设所需信号转换的数/模转换器。

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