计算机控制技术试卷及答案(新)

一、 填空题

1.工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件 和软件两个组成部分。

2.计算机控制系统中常用的控制器有可编程序控制器、工控机、单片机、DSP、智能调节器等。 3.在计算机控制系统中，被测信号有单端对地输入和双端不对地输入两种输入方式。 4.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器。

5.模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。

8.模块化程序设计一般包括 自顶向下 和自底向上 两种设计方法。

10.计算机控制系统的输入变送器和输出执行机构的信号统一为0~10mA DC或4~20mA DC。

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1.计算机系统由 和 两大部分组成。计算机、生产过程

2.集散控制系统（DCS）的结构模式为： .操作站—控制站—现场仪表 3.变送器输出的信号为 或 的统一信号。0~10mA、4~20mA 10.采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1、实时的概念不能脱离具体的过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时系统必定是在线系统。

2、典型的工业生产过程可分为：连续过程、离散过程、批量过程。

3、计算机控制系统的典型型式：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、综合自动化控制系统。

4、计算机控制系统的发展趋势：控制系统的网络化、智能化、扁平化、综合化。

5、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。

6、在计算机控制系统中，模拟量输入通道的任务是把系统中检测到的模拟信号，变成、二进制数字信号，经接口送往计算机。

7、计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用看门狗、电源监控（掉电检测及保护）、复位等方法。 9、香农采样定理：如果模拟信号（包括噪声干扰在内）频谱的最高频率为fmax，只要按照采样频率f≥2fmax进行采样，那么采样信号y* (t)就能唯一地复观y(t).

10、程序设计通常分为5个步骤，即问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计。

二、名词解释

信号调理——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。

有源I/V变换——主要是利用有源器件运算放大器、电阻来实现将变送器输出的标准电流信号变换成标电压信号。

积分分离——在PID控制中，为了提高控制性能，当偏差e(k)较大时，取消积分作用（采用PD控制）；当偏差e(k)较小时才将积分作用投入（采用PID控制）。

模糊集合——在人类思维中，有许多模糊的概念，如大、小、冷、热等，都没有明确的内涵和外延的集合。

软件陷阱——就是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。

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1.采样过程 按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，变成在时刻0、T、

2T、…kT的一连串脉冲输出信号的过程。

2.地线 是信号电流流回信号源的地阻抗路径。” 3.数字程序控制就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械(如各种加工机床)按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制 4.数据 是描述客观事物的数、字符，以及所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的集合。 5.积分饱和 如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作

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接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁。

过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

所谓量化，就是采用一组数据来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。

自动校准是指在系统开机后或每隔一定时间自动测量基准参数，然后计算误差模型，获得并存储误差补偿因子。

HMI就是使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口。

---------------------------------------------------------------------------------- 三、选择题

1.下列不属于数字控制方式的是（ C ）

A、点位控制 B、直线控制 C、网格控制 D、轮廓控制 2.8位的A/D转换器分辨率为（ C ）

A、0.01587 B、0.007874 C、0.003922 D、0.0009775 3.专家控制系统大致可以分为（ D ）

①专家自整定控制 ②专家自适应控制 ③专家监督控制 ④混合型专家控制 ⑤仿人智能控制

A、①②③⑤ B、②④⑤ C、②③④⑤ D、①③④⑤

4.一个8位的A/D转换器(量化精度0.1%)，孔径时间3.18μm，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（ B ） A、5Hz B、50Hz C、100Hz D、500Hz 5.某热处理炉温度变化范围为0~1350℃，经温度变送器变换为1~5V的电压送至ADC0809，ADC0809的输入范围为0~5V，当t=KT时，ADC0809的转换结果为6A，此时炉温为（C ） A、588.98℃ B、288.98℃ C、361.23℃ D、698.73℃

——————————————————————————————————————————— 1.如果模拟信号频谱的最高频率为fmax，只要按照采样频率（A ）进行采样，那么采样信号就能唯一的复观。

11 A.f≥2fmax B.f

222.一个10位的A/D转换器（量化精度0.1%），孔径时间10μs，如果要求转换误差在转换精度类，则

允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为（ B ）

A.15Hz B.16Hz C.17Hz D.14Hz 3.设加工第一象限直线OA，起点为O（0,0），终点为A（6,3），进行插补计算所需的坐标进给的总步数Nxy为（ C ）

A.7 B.8 C.9 D.10 4.( A )数字滤波方法适用于周期性干扰。

A.平均值滤波法 B.中位值滤波法 C.限幅滤波法 D.惯性滤波法 5.已知偏差e（k),积分分离阈值β，以下正确的是（B ）

A.当e(k)>β时，采用PI控制 B.当e(k)>β时，采用PD控制 C.当e(k)≤β时，采用PD控制 D.当e(k)≤β时，采用PI控制

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1、如图1所示，Vout为8位D/A转换器的双极性输出端，若输入数字量D=11100000（B），基准参考电VREF=5V，则Vout为：（ C ）

A、4.375V B、-4.375V C、3.75V D、-3.75V

2、对于电动组合仪表DDZ-Ⅲ型采用的标准电动信号是：（ B ）

A、DC 0~10mA、DC0~20V B、DC4~20mA、 DC1~5V C、DC 0~10mA 、DC1~5V D、DC4~20mA、DC0~20V 4、q=20mV时，量化误差为±10mV，0.990~1.009V范围内的采样值，其量化结果都是：（ D ） A、2 B、1 C、100 D、50 5、软件抗干扰技术包括：（D ）

①数字滤波技术、②开关量的软件抗干扰技术、③指令冗余技术、④软件陷阱 A、①②③ B、②③④ C、①②④ D、①②③④

四、简答题

1.什么是干扰，干扰来源，抗干扰措施。答：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。外部干扰和内部干扰。硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。

2.逐点比较法插补原理。答：所谓逐点比较法插补，就是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，看这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。

3. 简述数字滤波技术，其算法有哪些? 答：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。算术平均值法、中位值滤波法、限幅滤波法、惯性滤波法。

5.数字控制器的连续化设计步骤？ 答：设计假想的连续控制器、选择采样周期T、将DS离散化

为Dz、设计由计算机实现的控制算法、校验五个步骤。

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1.什么是计算机控制系统？它的工作原理是怎样的？ 2.什么是共模干扰？如何抑制？

3.直线插补计算过程有哪几个步骤？ 4.程序设计通常分为哪五个步骤？ 5.如何消除积分饱和？

1计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。从本质上看，计算机控制系统的工作原理可纳为以下三个步骤：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出

2共模干扰是指A/D转换器两个输入端上公有的干扰电压。其抑制方法：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采用仪表放大器提高共模抑制比。

3偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断

4问题定义、程序设计、编码、调试、改进和再设计

5对计算出的控制量u（k）限幅，同时，把积分作用切除掉。

_______________________________________________________________________________ 1、什么叫共模干扰，其抑制方法有哪些？

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。

A(4,6)2、在计算机控制系统中，一般有哪几种地线？

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

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0一步、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、设加工第二象限直线OA，起点为O（0，0），终点坐标为A（-4，6），试用直线插补法在图（2）上做出走步轨迹图（标明方向）。

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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. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。

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。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。

4. 采样保持器LF398工作原理图如下图，试分析其工作原理。

答：LF398的电路原理：放大器A2作为比较器来控制开关S的通断，若IN+的电压高于IN-的电压，则S闭合，由A1、A3组成跟随器，并向CH端外接的保持电容充电；IN+的电压低于IN-的电压时，则S断开，外接电容保持S断开时刻的电压，并经A3组成的跟随器输出至Aout。

5. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？

答：线性离散控制系统稳定的充要条件是： 闭环系统特征方程的所有根的模｜zi｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。

6. 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。

7. 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。

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