1、 計算機控制技術 部分答案1.1 什么叫微型計算機控制系統？微型計算機在微型計算機控制系統中起哪些作用？解：微型計算機控制是集控制工程、微型計算機技術、電子技術、傳感與檢測技術、通信技術等多門學科于一體的綜合型學科，具有很強的理論性和實踐性。1.2 與模擬控制系統相比微型計算機控制系統的硬件結構特征表現在哪些方面？解： 表現在系統控制器由微型計算機擔當，系統參數分析和驅動量值計算等均由微型計算機運行程序完成。1.3 與模擬控制系統相比微型計算機控制系統的功能特征表現在哪些方面？解：1）以軟件代替硬件 2）數據保存 3）顯示設備、方法與內容 4）多系統互聯1.4 與模擬控制系統相比微型計算機控制

2、系統的時限特征表現在哪些方面？解：“實時”，即指在規定的時間內完成規定的任務。（1）實時數據采集；（2）實時決策運算；（3）實時控制輸出。1.5 與模擬控制系統相比微型計算機控制系統的工作方式特征表現在哪些方面？解：控制器在控制系統中的工作方式有在線、離線兩種。微型計算機在線工作方式：微型計算機在控制系統中直接參與控制或交換信息。 微型計算機離線工作方式：微型計算機不直接參與對被控對象的控制（或不直接與被控對象交換信息，而是僅將有關的控制信息記錄或打印出來，再由人來聯系，按照微機提供的信息完成相應的操作控制。1.8微型計算機控制系統硬件結構一般由哪幾部分組成？各部分相互關系如何？解：（1）工業

3、生產過程；（2）過程通道；（3）接口；（4）主機（核心內容控制程序）（5）人機交互通道與操作控制臺。 關系：過程通道處于工業生產過程和主機接口之間，擔負著生產過程與主機交換信息的任務，接口處于過程通道與主機之間，起著信息傳遞的作用。主機起著決策作用，可由操作控制臺控制。1.11 微型計算機DDC系統由哪幾部分構成？試述其基本工作原理，解：基本工作原理：微型計算機根據決策算法計算出的驅動量直接用于調節生產過程中的被控參數3.1 用于過程通道接口的電路有何結構特征？解：它必須深入到過程通道內部對過程通道中各子環節，如多路轉換、可編程放大、采樣/保持、A/D 轉換、D/A轉換等進行關系上、功能上、時

4、間上等的有序控制。3.2 為什么說微型計算機控制系統的接口與過程通道是融為一體的？解：因為在微型計算機控制系統中接口與過程通道緊密相連，如輸入輸出信息的傳送，主機都是通過接口與過程通道進行的。而且接口深入到過程通道內部，對其子環節進行關系上、功能上、時序上的控制。因此說接口與過程通道是融為一體的。3.3 有哪一種常說的數據傳送方法不適宜接口與過程通道之間傳遞數據？解：DMA方式；因為過程通道的工作速度差異很大、3.6 簡述設計模擬量輸入過程通道應考慮的基本問題，并在圖36所示典型模擬輸入過程通道結構圖基礎上自行演變為一種模擬量輸入過程通道結構，且說明其特點。解：1）輸入輸出信號形式的轉換；2）

5、微型計算機與控制對象兩個異步系統的同步和通信聯絡。3）高速的微機與低速的控制對象實現速度匹配; 4)數據格式轉換、數制轉換、AD、/轉換、電平轉換、功率轉換；5）微弱信號放大、濾波、整形，強電信號幅度衰減、濾波、整形，信號幅度規范；6）數據通道與子環節工作控制的端口分配；7）接口電路中的端口觸發，時序及負載能力.3.15 簡述串行A/D轉換器基本工作原理。解：串行A/D轉換的基本原理是在外部控制信號的控制下，轉換出一個數據就輸出一個數據，控制信號的同期不短于對輸入模擬信號轉換并輸出數字結果所需要的最少時間。4.1 數據采集系統應具備哪些功能？解：1）具有實時時鐘；2）對多個輸入通道輸入的生產現

6、場信息，能夠按順序逐個檢測返回檢測； 3）能夠對所采集的數據進行檢查和處理；4）當采集到的數據超過上限值或下限值時，系統能夠產生聲光報警，提示操作者處理；5）能定時或按需要隨時以表格形式打印采集數據；6）在系統內部能存儲采集數據；7）系統在運行過程中，可隨時接受由鍵盤輸入的命令，以達到隨時選擇采集、顯示、打印的目的。4.2 數據采集系統主要完成哪些任務？解：微型計算機數據采集系統的任務是對產生現場的過程參數定時進行檢測、記錄、存儲、處理、打印、制表、顯示及越限報警。4.3 數據采集系統中數據應做到哪些處理？解：模擬量數據采集的預處理：1）有效性檢查；2）數字濾波。 后處理技術：1）工程量標度變

7、換；2）參數的線性化處理；3）上下限檢查4.4 有效性檢查和上下限報警有何區別？解：有效性檢查是通過檢查輸入信號是否在標準信號限界值之內來判斷出是否有效，而上下限檢查是在確定有效性之后，檢查信號是否在給定值以內。4.5 數字濾波是怎樣實現的？有哪些方法？解：數字濾波是通過一定的計算機程序來減少干擾信號在有用信號中的比重。有7中方法：1）限幅濾波；2）限速濾波；3）算術平均濾波；4）加權平均濾波；5）中值濾波；6）防脈沖干擾算術平均濾波；7）慣性濾波。4.6 為什么說中值濾波適用于慢變化過程參數的采樣，而不適于快變化過程參數的采樣？解：中值濾波能有效地濾除由于偶然因素引起采樣值濾波的脈沖干擾，對

8、快速變化的過程參數不能達到效果，故不能用于快速變化過程參數的采樣。5.1 PI控制器有什么特點？為什么加入積分的作用可以消除靜差？解：1）U（t）=1/T2* 積分控制作用不僅與偏差的大小有關，而且與偏差的存在時間有關，只要存在著偏差，積分控制作用就始終存在，直至偏差完全消除，積分控制作用才維持不變。 2）有1）分析可知只要積分時間足夠長，積分控制作用就可以完全消除偏差。5.2 PID控制器有什么特點？解：1）PID控制器綜合了比例、積分、微分三種控制作用，即能加快系統響應速度，減少振蕩，克服超調，又能有效消除靜差，使系統的靜態和動態品質得到很大改善。2）加入微分控制作用后，在偏差剛出現或變化

9、的瞬間，不僅可以根據偏差量做出及時反應（即比例控制作用），使偏差得到較好的抑制或消除，這樣可以大大減小系統的動態偏差和調節時間，使系統的動態調節品質得以改善。5.3什么是位置式數字PID控制算法和增量式數字PID控制算法？試比較它們的優缺點、解：U(k) = Kp e(k)+Ki +Kde(k)- e(k-1) 計算機輸出U(k)直接控制執行機構，即執行機構在U(k)指定的位置，稱之為位置式PID控制算法。該方法缺點：1）一旦計算機出故障，執行機構也會隨之作故障變化；2）求U（k）要作累加運算，計算量大，時間長，對快速系統將影響實時性和精確度。 U（k）=Ae(k)-B e(k-1)+C e(

10、k-2),其中A=Kp+Ki+Kd;B=Kp+2Kd;C=Kd.只要知道前兩次及本次采樣偏差，便可方便求出U（k）.位置式PID控制算法優點：1）由于計算機每次只輸出U（k），機器發生故障時影響小，2）可實現手動自動的無擾動切換；3）無累加計算。5.5主要有哪幾種改進型PID算式？它們分別使用于何種場合？解：1）積分分離PID控制算法；2）不完全微分PID控制算法；3）微分先行PID控制算法；4）帶有死區的PID控制算法。 它們分別適用于下列場合：1）針對啟動、停止、大幅增減R（t）;2）一些大慣性對象或過渡過程遲鈍、緩慢的執行機構；3）超調量過大，調節閥動作劇烈的系統；4）控制動作頻繁。5.

11、6 PID控制器的Kp、Ti和Td各參數對系統的控制性能有何影響？解：（1）比例系數Kp對系統性能的影響：1）對靜態性能的影響，比例系數Kp增大使系統動作靈敏，加快調節速度，但Kp偏大，容易引起系統振蕩，反而使調節時間加長；2）對靜態性能的影響,在系統穩定的前提下，加大比例系數Kp可以減小靜差。（2）積分時間常數Ti對系統性能的影響 Ui(t)=Kp/Ti;由式可知：Ti增加，Ui(t)減小；所以U（t）減小有利于減小超調.尤其是在T0處，Ti增加，Ui(t)對U（t）的貢獻下降，不由于Ui(t)的加入而產生超調，從而抑制振蕩，提高系統的穩定性，但靜差的消除隨之變慢。 （3）微分時間常數T0對

12、系統性能的影響 Ud(t)=Td KP de(t)/dt 在t0處，U（t0）=Kpe(t0)+Td Kp de(t)/dt 所以Td越大對U（t0）的貢獻越大，有利于加速系統的響應，但由于微分作用時間短，基本不會加大超調量和影響穩定性，對y(t)噪音具有較好抑制能力，從而提高了系統穩定.但Td 過大對通道干擾信號也會產生誤動作，因為降低了系統干擾能力。5.7 采樣周期T的選取需要考慮哪些因素？解:1)對象的動態特性影響；2）擾動信號影響；3）控制品質要求；4）控制算法要求；5）計算機及A/D、D/A性能的影響；6）執行機構的響應速度的影響；7）控制回路多少的影響。5.8 PID參數整定有哪幾

13、種形式？簡要說明他們的適用范圍解:1)理論計算，適用于精確的數學模型；2）工程整定法，適用于不依賴于被控對象的數學模型。5.9 試述擴充臨界比例度法整定PID參數的方法。解：（1）選擇T：純滯后時間（T）的1/10以下；（2）以Tmin為采樣周期，在純比例控制器下，使直到系統出現等幅震蕩；（3）選擇控制度，控制度=;(4)由控制度確定T、Kp、Ti、Td；（5）再用試湊法，調整T、Kp、Ti、Td以獲得更為滿意的數值。例：如圖為DDC系統，控制對象的滯后時間為10S，試整定其參數。解：1）選擇最小采樣周期Tmin=1s ; 2)去掉I、D環節使Kp 增大，直到系統出現等幅振蕩，其Tr=10s

14、, Kp=Kr=10;(3)控制度為1.05；（4）查表，查出T、Kp、Ti、Td等值6.1 什么是順序控制？順序控制系統有什么特點？解：順序控制：指生產設備及生產過程根據生產工藝要求，按照邏輯運算、順序操作、定時和計數等規則，通過預先編好的程序，在現場輸入信號作用下，使執行機構按預定程序動作實現開關為主的自動控制。特點：（1）順序控制系統的輸入、輸出信號以及開關量信號為主；（2）控制邏輯關系較為復雜；（3）控制程序客觀；(4)順序控制系統要求可靠性高。6.2 按控制系統的構成器件的特點順序控制系統有哪幾種？解：1）繼電器控制裝置；2)半導體邏輯控制裝置；3）可編程控制器。6.5 什么是數字程

15、序控制？解：數字程序控制，是指控制系統根據某一輸入指令所規定的工作順序、運動軌跡，運動距離和運動速度等，是該系統完成規定工作的一種控制。6.6 簡述逐點比較插補法計算過程。解：（1）偏差判別：判別偏差函數的正、負，以確定刀具相對于所加工曲線的位置。（2）進站：根據偏差判別的結果確定刀具的進站向誤差最小的方向移動;(3)偏差計算：依據建立的偏差函數計算出刀具在新位置上偏離給定曲線的偏差值，為下一個循環做好準備。（4）終點判別：判斷刀具是否到達曲線的終點，如果刀具已達到曲線的終點，插補工作結束；如果刀具未到達曲線的終點，則返回到（1）繼續插補、6.7 簡述逐點比較插補法的終點判別法。解：有如下兩種

16、方法：1)對x方向和y方向分別設置減法計數器Nx和Ny,是其初始值為終點坐標值Xe,Ye.在X坐標（或Y坐標）進給一步時，就在Nx計數器（或Ny計數器）中減去1，知道這兩個計數器中的值都減到零時，到達終點。2）用一個終點計數器，置其初始值為x和y兩個坐標進給的總步數Nxy，x坐標或y坐標進給一步，Nxy就減1，若Nxy=0,則達到終點。6.13 試利用AT89551的P1.0，P1.1端子，設計可調速、調的小功率直流電機控制系統。要求：（1）提供電路圖（2）闡述所設計系統的調速、調向原理；（3）提供控制軟件.解：（1）略，見圖P169 （2）通過脈沖寬度調制（PWM）來調節系統速度，即通過改變

17、電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值來控制電機速度。可通過改變電樞電壓的極性，電機隨時改變轉向。（3）略。6.14 簡述如何實現三相步進電機的旋轉方向、速度、角度的控制。解：三相步進電機定子的每相都有一對磁極，每個磁極都只有一個齒，轉有4個齒，分別為0,1，2，3齒，直流電源U通過開關、B、分別對步進電機的、C相繞輪流通電：A接通時，則A相磁極和轉子0,2號齒對齊，同時轉子1,3號齒和B、C相磁極形成錯齒；B接通時，由于B相繞組和1,3號齒之間磁力作用，使得轉子1,3號齒與B對齊，這就使得轉子往前轉動；再一次打開關閉C、A、B、C就能使轉子依次轉動下去，很顯然，對A，B，C二相繞組輪流通電一次

18、的周期越小則轉動的速度越快，反之轉動速度越慢步距角,N為N拍方式，Z為轉子齒數。7.1 什么叫模糊集合？舉例說明普通集合與模糊集合的主要區別.解：我們將在不同程度上具有某種特定屬性的所有元素的總和稱為模糊集合.模糊集合沒有明確的內涵和外延，而普通集合具有清晰的外延和內涵。如模糊集合，“青年”的概念是多層面的，如年齡上的、專業上的、管理上的等等。而普通集合“20歲得青年人”，其元素范圍可準確的表達為20歲+0天的人，（20歲+365天）的人7.6 模糊矩陣與模糊關系有何異同？解：模糊關系一定是由模糊矩陣來刻劃的，即R的表現形式一定是模糊矩陣，但模糊矩陣不一定是模糊關系。7.12 什么叫人工神經網

19、絡？有哪些優點？解：1）人工神經網絡是對人腦若干基本特征的抽象和模擬，人工神經網絡以對大腦的生理研究成果為基礎，其目的在于模擬大腦的機理與機制，實現某個方面的功能；2）人工神經網絡有如下突出優點：（1）可以充分逼近任何復雜的非線性關系，給非線性控制問題帶來新的希望；（2）所有定量或定性信息等分布存儲于網絡的各神經元，故有很強的魯棒性和容錯性，適用于復雜、大規模和多變量系統的控制；（3）采用并行分布處理方法使快速的大量運算成為可能，因而能夠有較好的耐故障能力；（4）可學習和自適應未知或不確定系統；（5）能夠同時處理定性、定量知識；（6）神經網絡不僅能通過軟件而且可借助硬件實現并行處理。7.14

20、神經網絡有哪些常見結構？各結構有何特點？解：1）前向網絡；2）反饋網絡；3）相互結合型網絡；4）混合型網絡8.3 RS232C在實際應用中有幾種接線方式解：1）具有MODEM設備的遠距離通信；2）近距離通信。近距離通信時，通信雙方可以通過RS232C直接對接。8.5 USB有哪些傳輸方式？各方式的用途如何？解：1）控制傳輸方式。該方式用來配置和控制主機到USB設備的數據傳輸方式和類型。設備調制指令、設備狀態檢查及確認命令均采用這種傳輸方式，當USB設備受到這些數據和命令后，將依據先進先出的原則處理達到的數據。2）中斷傳輸方式。雖然該方式傳輸的數據量小，但這些數據需要及時處理，以達到實時效果。此

21、方式主要用在鍵盤、鼠標以及操縱桿等設備上。3）同步傳輸方式。該方式用來連接需要連續傳輸數據且對數據的正確性要求不高，而對時間極為敏感的外部設備，如麥克風、喇叭以及電話等。同步傳輸方式以固定的傳輸速率，連續不斷地在主機和USB設備之間傳輸數據，在傳送數據發生錯誤時，USB并不處理這些錯誤，而是繼續進行新數據的傳送。4）批傳送方式。該方式用來傳輸要求正確無誤的大批量數據。通常，打印機、掃描儀和數碼相機以這種方式與主機進行連接。第三章 微機數控系統習題及參考答案1.什么是數控系統？數控系統包括哪些？數控系統是采用數字電子技術和計算機技術，對生產機械進行自動控制的系統，它包括順序控制和數字程序控制兩部

22、分。2.什么是順序控制系統？它由哪幾部分組成？微機順序控制方式是指以預先規定好的時間或條件為依據，按預先規定好的動作次序順序地進行工作。一般地，把按時序或事序規定工作的自動控制稱為順序控制。它包括系統控制器、輸入電路、輸入接口、輸出電路、輸出接口、檢測機構、顯示與報警電路。3.微機數控系統由哪些部分組成？各部分的作用是什么？由五部分組成。(1)輸入裝置：一般指微機的輸入設備，如鍵盤。其作用是輸入數控系統對生產機械進行自動控制時所必需的各種外部控制信息和加工數據信息。(2)微機：微機是MNC系統運算和控制的核心。在系統軟件指揮下，微機根據輸入信息，完成數控插補器和控制器運算，并輸出相應的控制和進

23、給信號。若為閉環數控系統，則由位置檢測裝置輸出的反饋信息也送入微機進行處理。(3)輸出裝置：一般包括輸出緩沖電路、隔離電路、輸出信號功率放大器、各種顯示設備等。在微機控制下，輸出裝置一方面顯示加工過程中的各有關信息，另一方面向被控生產機械輸出各種有關的開關量控制信號(冷卻、啟、停等)，還向伺服機構發出進給脈沖信號等。(4)伺服機構：一般包括各種伺服元件和功率驅動元件。其功能是將輸出裝置發出的進給脈沖轉換成生產機械相應部件的機械位移(線位移、角位移)運動。(5)加工機械：即數控系統的控制對象，各種機床、織機等。目前已有專門為數控裝置配套設計的各種機械，如各種數控機床，它們的機械結構與普通機床有較

24、大的區別。4.什么是逐點比較插補法？直線插補計算過程和圓弧插補計算過程各有哪幾個步驟？逐點比較法插補運算，就是在某個坐標方向上每走一步（即輸出一個進給脈沖），就作一次計算，將實際進給位置的坐標與給定的軌跡進行比較，判斷其偏差情況，根據偏差，再決定下一步的走向（沿X軸進給，還是沿Y軸進給）。逐點比較法插補的實質是以階梯折線來逼近給定直線或圓弧曲線，最大逼近誤差不超過數控系統的一個脈沖當量（每走一步的距離，即步長）。直線插補計算過程的步驟如下： (1)偏差判別：即判別上一次進給后的偏差值Fm是最大于等于零，還是小于零；(2)坐標進給：即根據偏差判斷的結果決定進給方向，并在該方向上進給一步； (3)

25、偏差計算：即計算進給后的新偏差值Fm+1，作為下一步偏差判別的依據；(4)終點判別：即若已到達終點，則停止插補；若未到達終點，則重復上述步驟。圓弧插補計算過程的步驟如下：(1)偏差判別(2)坐標進給(3)偏差計算(4)坐標計算(5)終點判別5.若加工第二象限直線OA，起點O（0，0），終點A（-4，6）。要求：(1)按逐點比較法插補進行列表計算；(2)作出走步軌跡圖，并標明進給方向和步數。解：由題意可知xe=4,ye=6，F0=0，我們設置一個總的計數器Nxy,其初值應為Nxy=|6-0|+|-4-0|=10，則插補計算過程如表31所示。根據插補計算過程表所作出的直線插補走步軌跡圖如下圖所示。

26、表31步數偏差判別坐標進給偏差計算終點判別起點F0=0Nxy=101F0=0-XF1=F0-ye=-6Nxy=92F10+YF2=F1+xe=-2Nxy=83F20-XF4=F3-ye=-4Nxy=65F40+YF5=F4+xe=0Nxy=56F5=0-XF6=F5-ye=-6Nxy=47F60+YF7=F6+xe=-2Nxy=38F70-XF9=F8-ye=-4Nxy=110F90+YF10=F9+xe=0Nxy=06.設加工第一象限的圓弧AB，起點A（6，0），終點B（0，6）。要求：(1)按逐點比較法插補進行列表計算；(2)作出走步軌跡圖，并標明進給方向和步數。解：插補計算過程如表32所

27、示。終點判別仍采用第二種方法，設一個總的計數器Nxy，每走一步便減1操作，當Nxy=0時，加工到終點，插補運算結束。下圖為插補過程中的走步軌跡。表32步數偏差判別坐標進給偏差計算坐標計算終點判別起點F0=0x0=6,y0=0Nxy=121F0=0-XF1=0-12+1=-11x1=5,y1=0Nxy=112F10+YF2=-11+0+1=-10x2=5,y2=1Nxy=103F20+YF3=-10+2+1=-7x3=5,y3=2Nxy=94F30+YF4=-7+4+1=-2x4=5,y4=3Nxy=85F40-XF6=5-10+1=-4x6=4,y6=4Nxy=67F60-XF8=5-8+1=

28、-2x8=3,y8=5Nxy=49F80-XF10=9-6+1=4x10=2,y10=6Nxy=211F100-XF11=4-4+1=1x11=1,y11=6Nxy=112F110-XF12=1-2+1=0x12=0,y12=6Nxy=07.三相步進電機有哪幾種工作方式？分別畫出每種工作方式的各相通電順序和電壓波形圖。有三種工作方式：（1）三相單三拍工作方式各相的通電順序為ABC,各相通電的電壓波形如圖3.1所示。圖3.1單三拍工作的電壓波形圖（2）三相雙三拍工作方式雙三拍工作方式各相的通電順序為ABBCCA。各相通電的電壓波形如圖3.2所示。圖3.2雙三拍工作的電壓波形圖（3）三相六拍工作方

29、式在反應式步進電機控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結合起來，就產生了六拍工作方式，其通電順序為AABBBCCCA。各相通電的電壓波形如圖3.3所示。圖3.3三相六拍工作的電壓波形圖8. 采用三相六拍方式控制X軸走向步進電機。P1.0P1.1P1.2P1.7非門非門非門光電隔離功率放大步進電機ABC方向控制(“1”正轉,“0”反轉)8031主程序: MOV A，#0FH；方向輸入信號 MOV P1，AXMM： MOV A，P1 JNB ACC.7，XM；P1.7=0反轉 LCALL STEP1；調正轉子程序 SJMP XMMXM： LCALL STP2；調反轉子程序 SJMP XMM+X走步子程

30、序： STEP1： MOV DPTR，#TAB；指表頭 CLR A MOVX A，A+DPTR；取數 CJNE A，#05H，S11；是否最后單元 MOV DPTR，#TAB； 重置表頭 SJMP S12S11： INC DPTR；地址加1 S12： MOV R0，#7FH；延時 S13： DJNZ R0，S13； CLR A； MOVX A，A+DPTR；取數據 MOV P1，A RET-X走步子程序： STEP2： MOV DPTR，#TAB CLR A MOVX A，A+DPTR； CJNZ A，#01H，S21 MOV DPTR，#TAB ADD DPTR，#0006H SJMP S1

31、2S21： CLR C DEC DPL SJMP S12TAB： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05第四章 微型計算機控制系統的控制算法習題及參考答案1.數字控制器的模擬化設計步驟是什么？模擬化設計步驟：（1）設計假想的模擬控制器D(S)（2）正確地選擇采樣周期T（3）將D(S)離散化為D(Z)（4）求出與D(S)對應的差分方程（5）根據差分方程編制相應程序。2.某連續控制器設計為試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數字控制器D(Z)。雙線形變換法：把代入，則前向差分法：把代入，則 后向差分法：把代入，則3.在PID調節器中系數、各有什么作用？它們對調節品質有什么影

32、響？系數為比例系數，提高系數可以減小偏差，但永遠不會使偏差減小到零，而且無止境地提高系數最終將導致系統不穩定。比例調節可以保證系統的快速性。系數為積分常數，越大積分作用越弱，積分調節器的突出優點是，只要被調量存在偏差，其輸出的調節作用便隨時間不斷加強，直到偏差為零。在被調量的偏差消除后，由于積分規律的特點，輸出將停留在新的位置而不回復原位，因而能保持靜差為零。但單純的積分也有弱點，其動作過于遲緩，因而在改善靜態品質的同時，往往使調節的動態品質變壞，過渡過程時間加長。積分調節可以消除靜差，提高控制精度。系數為微分常數，越大微分作用越強。微分調節主要用來加快系統的相應速度，減小超調，克服振蕩，消除

33、系統慣性的影響。4.什么是數字PID位置型控制算法和增量型控制算法？試比較它們的優缺點。為了實現微機控制生產過程變量，必須將模擬PID算式離散化，變為數字PID算式，為此，在采樣周期T遠小于信號變化周期時，作如下近似(T足夠小時，如下逼近相當準確，被控過程與連續系統十分接近)：于是有：u(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執行機構的位置(如控制閥門的開度)一一對應，所以稱之為位置型PID算法。在這種位置型控制算法中，由于算式中存在累加項，因此輸出的控制量u(k)不僅與本次偏差有關，還與過去歷次采樣偏差有關，使得u(k)產生大幅度變化，這樣會引起系統沖擊，甚至造成事故。所以實際中當執行機構需要的

34、不是控制量的絕對值，而是其增量時，可以采用增量型PID算法。當控制系統中的執行器為步進電機、電動調節閥、多圈電位器等具有保持歷史位置的功能的這類裝置時，一般均采用增量型PID控制算法。與位置算法相比，增量型PID算法有如下優點：(1)位置型算式每次輸出與整個過去狀態有關，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產生較大的累積計算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項，從而可消除調節器的積分飽和，在精度不足時，計算誤差對控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。(2)為實現手動自動無擾切換，在切換瞬時，計算機的輸出值應設置為原始閥門開度u0，若采用增量型算法，其輸出對應于閥門位置的變化部分，即算式中

35、不出現u0項，所以易于實現從手動到自動的無擾動切換。(3)采用增量型算法時所用的執行器本身都具有寄存作用，所以即使計算機發生故障，執行器仍能保持在原位，不會對生產造成惡劣影響。5.已知模擬調節器的傳遞函數為試寫出相應數字控制器的位置型和增量型控制算式，設采樣周期T=0.2s。則 把T=0.2S代入得位置型增量型6.有哪幾種改進的數字PID控制器？有四種：（1）積分分離PID控制算法（2）不完全微分PID控制算法（3）帶死區的PID控制算法（4）消除積分不靈敏區的PID控制7.采樣周期的選擇需要考慮那些因素？(1)從調節品質上看，希望采樣周期短，以減小系統純滯后的影響，提高控制精度。通常保證在9

36、5%的系統的過渡過程時間內，采樣6次15次即可。(2)從快速性和抗擾性方面考慮，希望采樣周期盡量短，這樣給定值的改變可以迅速地通過采樣得到反映，而不致產生過大的延時。(3)從計算機的工作量和回路成本考慮，采樣周期T應長些，尤其是多回路控制時，應使每個回路都有足夠的計算時間；當被控對象的純滯后時間較大時，常選T=（1/41/8）。(4)從計算精度方面考慮，采樣周期T不應過短，當主機字長較小時，若T過短，將使前后兩次采樣值差別小，調節作用因此會減弱。另外，若執行機構的速度較低，會出現這種情況，即新的控制量已輸出，而前一次控制卻還沒完成，這樣采樣周期再短也將毫無意義，因此T必須大于執行機構的調節時間

37、。8.簡述擴充臨界比例度法、擴充響應曲線法整定PID參數的步驟。擴充臨界比例度法整定PID參數的步驟：(1)選擇一個足夠短的采樣周期T，例如被控過程有純滯后時，采樣周期T取滯后時間的1/10以下，此時調節器只作純比例控制，給定值r作階躍輸入。(2)逐漸加大比例系數Kp，使控制系統出現臨界振蕩。由臨界振蕩過程求得相應的臨界振蕩周期Ts，并記下此時的比例系數Kp，將其記作臨界振蕩增益Ks。此時的比例度為臨界比例度，記作。(3)選擇控制度，所謂控制度是數字調節器和模擬調節器所對應的過渡過程的誤差平方的積分之比。(4)根據控制度，查表求出T、Kp、Ti和Td值。(5)按照求得的整定參數，投入系統運行，

38、觀察控制效果，再適當調整參數，直到獲得滿意的控制效果為止。擴充響應曲線法整定PID參數的步驟：(1)斷開數字調節器，讓系統處于手動操作狀態。將被調量調節到給定值附近并穩定后，然后突然改變給定值，即給對象輸入一個階躍信號。(2)用儀表記錄被控參數在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖所示。(3)在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時間、被控對象的時間常數Tc，以及它們的比值Tc/。(4)由、Tc、Tc/值，查表，求出數字控制器的T、Kp、Ti和Td。9.數字控制器直接設計步驟是什么？計算機控制系統框圖如圖41所示。圖41計算機控制系統框圖由廣義對象的脈沖傳遞函數可得閉環脈沖傳遞函數，可求得控制器的脈沖傳遞函數D(z)。數字控制器的直接設計步驟如下：(1)根據控制系統的性質指標要求和其它約束條件，確定所需的閉環脈沖傳遞函數(z)。(2)求廣義對象的脈