计算机控制系统期末试题一、选择题（每题4分）1.二阶系统的超调量与 CA.固有频率无关，阻尼比无关B. 固有频率有关，阻尼比有关C. 固有频率有关，阻尼比无关D. 固有频率无关，阻尼比有关2.连续控制系统的不稳定性条件是S平面的 D 部分。

A.单位圆内B. 单位圆外C. 左半D.右半3.计算机控制系统是以__A___为核心部件的自动控制系统。

A.计算机B. 控制器C. 转换器D.保持器4.下列哪个不是计算机控制系统控制过程的步骤？BA.数据采集B. 数据转换C. 计算机控制量D.输出控制信号5.下列哪个不属于计算机控制系统的过程输入通道。

DA.温度B. 压力C. 流量D.继电器6. 单位阶跃输入下输出响应，经过_B___周期就稳定在设定值上。

A. TB.2T C 3T D.4T7.低通滤波器可以让高于 A Hz虑掉。

A50 B. 60 C. 70 D.808.计算机控制系统稳定性条件是Z平面的___A___部分。

A单位圆内 B. 单位圆外C. 左半 D.右半9.连续控制系统的稳定性条件是S平面的___C___部分。

A单位圆内 B. 单位圆外C. 左半 D.右半10.下列属于共模干扰？DA电容的静电耦合 B. 长线传输的互感C.磁场耦合 D.变压器漏电二、判断题（每题2分）1. 输入输出通道时计算机控制系统的核心。

（F）2. 连续控制系统的传递函数分母式系统的特征多项式，代表系统的固有特性？（T）3. 计算机的硬件对计算机控制系统的非常重要，管理计算机的程序及过程控制的应用程序。

（F）4. 被控对象可以是模拟量，不可以是开关量。

（F）5.一般采用多路通道共享采样/保持或模数转换器。

（T）6. 转速传感器的激励绕组与输出绕组之间在空间相差180°（F）7. PID的积分环节经常单独使用。

（F）8. 空间辐射干扰中来自通道的干扰最大。

（F）9. 低通滤波器可让80Hz的工频信号无衰减地通过。

（F）10.计算机控制系统的分析与设计是以系统的数学模型为基础。

（T）三、简答题（每题5分）1．传递函数的特点？答：1）传递函数的分母是系统的特征多项式，代表系统的固定特征；分子代表输入与系统的关系，而与输入量无关，因此传递函数表达了系统本身的固有特性。

2）传递函数不说明被描述系统的具体物理结构，不同的物理系统可能具有相同的传递函数。

3）传递函数比微分方程简单，通过拉普拉斯变换将时域内复杂的微积分运算转化为简单的代数运算。

4）当系统输入典型信号时，输出与输入有对应关系。

特别地，当输入时单位脉冲信号时，传递函数就表示系统的输出函数。

因而，也可以把传递函数看成单位脉冲响应的像函数。

5）如果将传递函数进行代换s=jw，可以直接得到系统的频率特性函数。

2．什么是采样及采样器开关形式可以分为？答：采样是将连续模拟信号转换为时间离散、幅值等于采样时刻输入信号值的离散模拟信号的过程，采样器可以看作是不同形式的开关，每隔一段时间使开关闭合得到那一时刻信号的幅值从而完成一次采样。

（1）周期采样：指任意相邻两次采样的时间间隔相等的采样方式，其相邻两次采样之间的间隔也称为采样周期T。

（2）随机采样：这种采样形式没有固定的采样周期，是根据需要来选择采样时刻的。

（3）同步采样：如果一个系统中有多个采样开关，他们的采样周期相同且同时采样。

（4）非同步采样：如果一个系统中有多个采样开关，他们的采样周期相同但不同时采样。

（5）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，但他们的采样周期不相同。

为了提高控制质量，变化比较快的模拟量采用较高的速率进行采样和控制。

3．D/A转换器的主要性能指标？答：（1）分辨率指转换器对输入量变化所能作出反应的敏感程度，通常用数字量的位数来表示。

（2）建立时间指输入数字量满量程变化时，暑促模拟量达到终值范围内时所需的时间。

对于输出是电流转换器来说，建立时间很快，约几十纳秒；输出为电压时，则建立时间主要取决于运算放大器的响应时间。

（3）线性误差理想的转换器的输入输出特性应是线性的。

在满量程范围内，偏离理想转换特性的最大误差称线性误差。

该误差用最低有效位LSB的分数来表示。

（4）温度范围好的转换器温度-40℃-85℃。

（5）输出电平常用转换器有电流和电压两种输出形式。

对于电流输出型，低得输出为20mA，高的达3A；电压型一般为5V-10V，高者达24V-30V。

4．二阶系统时间响应的性能指标？答：二阶系统时间响应的性能指标1）要使二阶系统具有满意的动态性能指标，必须选择合适的阻尼比和无阻尼固有频率。

提高固有频率，可以提高二阶系统的响应速度，减少上升时间、峰值时间和调整时间；增大阻尼比可以减弱系统的振荡性能，即降低超调量，但增大上升时间和峰值时间。

一般情况下，系统在欠阻尼状态下工作，若阻尼比过小，则系统的振动性能不符合要求，瞬态特性差。

因此，通常要根据允许的超调量来选择阻尼比。

2）系统的响应速度与振荡性能之间存在矛盾。

因此，若既要减弱系统振荡，又要系统具有一定的响应速度，则只有选择合适阻尼比和固有频率才能实现。

2．程序运行失常的软件抗干扰1）设置软件陷阱当干扰导致程序计数器PC值混乱时，可能造成CPU离开正确的指令顺序而跑飞到非程序区去执行一些无意义地址中的内容，或进入数据区，把数据当作操作码来执行，使整个工作紊乱，系统失控。

针对这种情况，可以在非程序区设置陷阱，一旦程序飞到非程序区，很快进入陷阱，然后强迫程序由陷阱进入初始状态。

5．干扰的来源的种类？答：1）供电系统干扰2）输入输出通道干扰3） 空间辐射干扰１、 什么是数字滤波技术？与传统的模拟滤波器相比他有什么优点？说明常用数字滤波器的工作原理及其适用的对象。

（１５分）答：所谓数字滤波技术，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，实质上是一种程序滤波。

与模拟滤波器相比，数字滤波器具有以下优点：1、数字滤波是用程序实现的不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好；2、数字滤波可以对频率很低的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷；3、数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

常用的数字滤波器的方法有：1、算术平均值法，按输入的N 个采样为数据χi （I = 1-N ），寻找这样一个y ，使y 与各采样值间的偏差的平方和为最小，算术平均值的算法如下：∑==N i ix N y 11，平均值滤波法适用于周期性干扰2、中位值滤波法，其原理是对被测参数连续采样m 次（3≥m ）且是奇数，并按大小顺序排列，再取中间值作为本次采样的有效数据；中位值滤波法适用于偶然的脉冲干扰；3、限幅滤波法，由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数据偏离实际值太远，为此采用上下限或限制变化率的方法去除干扰；限幅滤波法适用于偶然性的脉冲干扰；4、惯性滤波法，根据惯性滤波法的频率特性，若滤波系数α越大，则带宽越窄，滤波频率也越低；惯性滤波法适用于高频及低频的干扰信号。

1、请说明过程通道的概念，过程通道可能存在的干扰的种类及其抑制的方法。

（１５分）答：过程通道是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。

包括模拟量输入通道（AI ）、模拟量输出通道（AO ）、数字量/开关量输入通道（DI ）、数字量/开关量输出通道（DO ）。

过程通道上存在的干扰有：1、串模干扰－叠加被测量信号上的干扰信号，串模干扰的抑制方法有：根据干扰频率与被测采样频率的高低比较，对应采用高通、低通、带通滤波器；利用双积分式A/D 转换器抑制尖峰干扰；利用前置放大提高信噪比、采取隔离和屏蔽抑制电磁感应；利用逻辑器件的特性抑制；采用双绞线作信号引线抑制。

2、共模干扰－模/数转换器两个输入端公有的干扰电压；共模干扰的抑制方法有：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、信号在长线传输中可能出现的问题－传输通道长，易受外界干扰；传输过程有信号延时；可能会出现波反射现象；长线传输干扰的抑制方法有：采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配。

3,工业控制机是计算机在工业过程控制中的应用，请问工业控制计算机由哪几部分组成？各部分的作用是什么？工业控制计算机由哪些特点？（１０分）3、答：工业控制计算机包括硬件和软件两部分，其中硬件包括：1、主机板－是工业控制机的核心；2、内部总线和外部总线，内部总线是工业控制机内部各组成部分进行信息传递的公共通道，外部总线是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道；3、人－机接口，由标准的PC 键盘、显示器和打印机组成；4、系统支持功能－包括监控定时器、电源调电检测、保护重要数据的后备存储体、实时日历时钟、磁盘系统和通信接口；5、输入输出通道－是工业控制机和生产过程之间设置的信号传递和变换的连接通道。

软件是工业控制机的程序系统，可分为系统软件、支持软件和应用软件三个部分。

工业控制机总的特点是小型化、组合化、模块化、标准化。

可靠性高和可维护性好；环境适应性强；具有控制的实时性；完善的输入/输出通道；软件向结构化与组态化发展；适当的计算精度和运算速度。

8,什么是数字PID 位置控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点？答：数字PID 位置型控制算法：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++=∑=T k e k e T i e T T k e K k u D k i I P )1()()()()(0，位置型控制算法提供执行机构的位置u(k)，比如阀门的开度，需要累计e(i)。

数字PID 增量型控制算法：)2()1()()(210-+-+=∆k e q k e q k e q k u ，其中：T T K q TT K q TT T T K q D P D P D I P =+-=++=210)21()1(。

增量型算法与位置型算法比较： （1）增量型算法不需做累加，计算误差后产生的计算精度问题，对控制量的计算影响较小。

位置型算法用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差。

（2）增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会影响系统的工作。

位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。