68 秋季计算机控制技术(A卷)1参考答案.pdf

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本专科课程考试试题参考答案及评分标准开课单位：自动化工程学院控制系学生所在学院：自动化工程学院（学年秋季学期）√A卷□B卷试卷3/54学分/学时课程编号□公共课□基础课√专业课课程类别计算机控制技术课程名称√必修□选修修读方式专业/年级√闭卷□开卷□其他考试方式出题教师一、简答题（30分）1.计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。操作指导控制，直接数字控制，监督控制，分散型控制，现场总线控制，综合自动化。（5分）2.计算机首先通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制生产过程。（5分）3.(1)香农采样定理给出了采样周期的上限Tmax。采样周期的下限Tmin为计算机执行控制程序和输入输出所耗费的时间，系统的采样周期只能在Tmin与Tmax之间选择。(2)其他因素①给定值的变化频率、②被控对象的特性、③执行机构的类型、④控制算法的类型、⑤控制的回路数。4.中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样m次(m≥3)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。中位值滤波法和平均值滤波法结合起来使用，滤波效果会更好。即在每个采样周期先用中位值滤波法得到m个滤波值，再对这m个滤波值进行算术平均，得到可用的被测参数。平均值滤波法适用于周期性干扰，中位值滤波法适用于偶然的脉冲干扰。（5分）5.串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，其抑制方法有采用滤波器、信号前置放大、选择逻辑器件、采用双绞线传输等。共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压，可采用变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽等方法。采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射。（5分）6.现场总线是连接工业过程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通讯网络，与控制系统和现场仪表联用，组成现场总线控制系统。一对N结构、可靠性高、可控状态、互换性、互操作性、综合功能、分散控制、统一组态、开放式系统。（5分）二、分析题（15分）增大比例系数KP一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间TI有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。增大微分时间TD亦有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在凑试时，可参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例，后积分，再微分的整定步骤。(1)首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围内，并且响应曲线已属满意，那么只须用比例调

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节器即可，最优比例系数可由此确定。(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小(如缩小为原值的0.8倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。(3)若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在整定时，可先置微分时间TD为零。在第二步整定的基础上，增大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。三、计算题Tz解：由后向差分，s=z−1，且采样周期S=1s.所以，因D(z)=D(s)1+0.083z−1−1.085−0.085z1.17−0.17z1−1，=zz1+0.17z−1z−1=Tzs=故，进行Z的反变换，可得位置式递推算法u(k)=0.078u(k-1)+1.08e(k)-0.16e(k-1)四、绘图题（10分）1.插补计算过程如下表（4分）终点判断坐标计算偏差计算坐标进给偏差判别步数Nxy=10x0=5,y0=0F0=0起点Nxy=9x1=x0-1=4,y1=0F1=F0-2x0+1=-9-xF0=01Nxy=8x2=4,y2=y1+1=1F2=F1+2y1+1=-8+yF1<02Nxy=7x3=4,y3=y2+1=2F3=F2+2y2+1=-5+yF2<03Nxy=6x4=4,y4=y3+1=3F4=F3+2y3+1=0+yF3<04Nxy=5x5=x4-1=3,y5=3F5=F4-2x4+1=-7-xF4=05Nxy=4x6=3,y6=y5+1=4F6=F5+2y5+1=0+yF5<06Nxy=3x7=x6-1=2,y7=4F7=F6-2x6+1=-5-xF6=07Nxy=2x8=2,y8=y7+1=5F8=F7+2y7+1=4+yF7<08Nxy=1X9=x8-1=1,y9=5F9=F8-2x8+1=1-xF8>09Nxy=0X10=x9-1=0,y10=5F10=F9-2x9+1=0-xF9>010（4分）五、计算题（10分）0123415254376x根据表3-5，可作出走步轨迹如图3-13所示。y510948321

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3120021解：（1）n1≥log2(1+)=log4018.65，取n=10；（取为大于等于9都算对）（5分）（2）•=1400−800=6000.59oC（5分）2n1−11023六、计算题（15分）解：首先求取广义对象的脉冲传递函数−1−1=3.679z(1+0.718z)(1−z−1)(1−0.3679z−1)由G(z)的表达式和Gc(s)知，满足无纹波设计的必要条件，且d=0,q=2,v=1,w=1,j=1,且j＜q，故有m=ω+d=1n=v−j+q=2对单位速度输入信号，选择−12−1−1⌠2−1⌡11⌠⌡−1∫−+(1−z)1−z1−0.3679z=10(1−z)⌠⌠⌡⌡∫10⌡⌡z−1s(s+1)×⌠=(1−z)Zss(s+1)G(z)=Z⌠∫1−e−Ts10111−12−1⌡−1z)(1+fz)−1q∫v−j⌡i=1Φe(z)=1−Φ(z)=⌠·(1−aiz)⌠(1−z)F(z)=(1−Φ(z)=z22221−1−1−d⌠⌠∫·z−2)(1−bz)F(z)=(1+0.718z)(fz−1+f⌡i=1⌡iω[11∫f∫∫22=−0.718f[22∫f/1−2f11=−(f22+0.718f21)/f21=1.4081−Φ(z)=1−(1+0.718z−1)(fz−1+fz−2)=(1−z−1)2(1+fz−1)212211即1-fz-1-(f+0.718f)z-2-0.718fz-3=1+(f-2)z-1+(1-2f)z-2+fz-321222122111111f11−2=−f21f11=0.592=−0.825故有Φ(z)=(1+0.718z−1)(1.408z−1−0.852z−2)Φ(z)=(1−z−1)2(1+0.592z−1)e

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=1.41z−2+3z−3+4z−4+5z−5+…U(z)=Y(z)=R(z)Φ(z)−1−1−2D(z)=1Φ(z)G(z)1−Φ(z)=(1−z−1)(1−0.3679z−1)×(1+0.718z−1)(1.408z−1−0.825z−2)3.679z−1(1+0.718z−1)(1−z−1)2(1+0.592z−1)=(1−0.3679z−1)(1.408−0.825z−1)3.679(1−z−1)(1+0.592z−1)=0.272(1−0.3679z−1)(1.408−0.825z−1)(1−z−1)(1+0.592z−1)Tz−1Y(z)=R(z)Φ(z)=(1+0.718z)(1.408z−0.825z)(1−z−1)2=0.38z−1+0.02z−2+0.09z−3+0.09z−4+…数字控制器和系统的输出波形如图所示。=−2−1−−1(1−z−1)(1−0.3679z−1)3.679z−1(1+0.718z−1)×(1+0.718z)(1.408z0.825z)×Tz−1(1−z−1)2G(z)G(z)七、设计题（10分）（1）三相步进电机控制接口示意图微型计算机DODODO012PCL-73089DODODO10驱动电路y轴步进电机驱动电路x轴步进电机ISA总线a)数字控制器输出b)系统输出

第5页：步进电机三相六拍输出字表

步进电机三相六拍输出字表：下表列出相关数据。