計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 太原理工大學(xué) 考試 知識(shí)點(diǎn) 總結(jié) (13屆葬儀落整理)

1、第1章 緒論1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是在自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。2、畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖，并分別說明各單元的作用。A/D轉(zhuǎn)換器：將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)；控制器：將反饋信號(hào)與給定值信號(hào)進(jìn)行比較，得到的偏差信號(hào)按照一定的控制算法輸出數(shù)字控制信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換器：將數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器執(zhí)行器：接受模擬控制信號(hào)，改變被控對象的控制參數(shù)值被控對象：工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)器等。2、簡述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一般控制過程。(1) 數(shù)據(jù)采集及處理，即對被控對象的被控參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。(2) 實(shí)時(shí)控制，即按已設(shè)計(jì)的控制規(guī)律計(jì)算出控制

2、量，實(shí)時(shí)向執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)。3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成4、與連續(xù)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有哪些特點(diǎn)？(1) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng)。(2) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由計(jì)算機(jī)通過程序?qū)崿F(xiàn)的（數(shù)字控制器），修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應(yīng)性。(3) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制規(guī)律。(4) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。(5) 一個(gè)數(shù)字控制器經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式，同時(shí)控制多個(gè)回路。(6) 采用計(jì)算機(jī)控制，如分級計(jì)算機(jī)控制、集散控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步

3、提高。5、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)的輸出不直接控制被控對象，只是采集信息，操作人員根據(jù)結(jié)果操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是一種開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)通過檢測元件對一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測，并經(jīng)過輸入通道送入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后發(fā)出控制信號(hào)直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到預(yù)定值。（3）監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出最佳控制輸出送給模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程，從而使生產(chǎn)過程始終處于最佳工作狀態(tài)。 （4）分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：裝置控制級、工廠集中控制級、

4、車間監(jiān)督級、企業(yè)管理級第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)1、開關(guān)量信號(hào)輸入通道的主要作用是什么？在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了獲取系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或設(shè)定信息，經(jīng)常需要進(jìn)行開關(guān)量信號(hào)的輸入。2、模擬量信號(hào)輸入通道的主要作用是什么？把從控制對象檢測到的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，經(jīng)I/O接口送入計(jì)算機(jī)。3、開關(guān)量信號(hào)輸出通道的主要作用是什么？答：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開/關(guān)或啟/停，某些控制算法也需要控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一定時(shí)間T內(nèi)全負(fù)荷工作一段時(shí)間t(0tT)，這些控制可通過計(jì)算機(jī)開關(guān)量輸出通道來實(shí)現(xiàn)。4、模擬量信號(hào)輸出通道的主要作用是什么？把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。5、說明

5、光電耦合器的作用、用法及注意事項(xiàng)。光電耦合器的作用：從工業(yè)現(xiàn)場獲取的信號(hào)電平往往高于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯電平，可能從現(xiàn)場引入高壓信號(hào)損害計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。因此用光電耦合器進(jìn)行電氣隔離。（電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換）光電耦合器的用法：當(dāng)輸入側(cè)(即發(fā)光二極管)流過一定的電流IF時(shí)，發(fā)光二極管開始發(fā)光，它觸發(fā)光敏三極管使其導(dǎo)通；當(dāng)撤去該電流時(shí)，發(fā)光二極管熄滅、三極管截止。這樣，就實(shí)現(xiàn)了以光路來傳遞信號(hào)，保證了兩側(cè)電路沒有電氣聯(lián)系，從而達(dá)到了隔離的目的。光電耦合器的注意事項(xiàng)： 輸入側(cè)導(dǎo)通電流：要使光電隔離器件導(dǎo)通，必須在其輸入側(cè)提供足夠大的導(dǎo)通電流，以使發(fā)光二極管發(fā)光。不同的光電隔離器件的導(dǎo)通電流也不同，典型的導(dǎo)

6、通電流IF=10mA。 頻率特性：受發(fā)光二極管和光敏元件響應(yīng)時(shí)間的影響，光電隔離器件只能通過一定頻率以下的脈沖信號(hào)。因此，在傳送高頻信號(hào)時(shí)，應(yīng)該考慮光電隔離器件的頻率特性，選擇通過頻率較高的光電隔離器。 輸出端工作電流：光電隔離器輸出端的灌電流不能超過額定值，否則就會(huì)使元件發(fā)生損壞。一般輸出端額定電流在mA量級，不能直接驅(qū)動(dòng)大功率外部設(shè)備，因此通常從光電隔離器至外設(shè)之間還需設(shè)置驅(qū)動(dòng)電路。 輸出端暗電流：這是指光電隔離器處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，流經(jīng)輸出端元件的電流，此值越小越好。在設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，應(yīng)考慮由于輸出端暗電流而可能引起的誤觸發(fā)，并予以處理。 隔離電壓：它是光電隔離器的一個(gè)重要參數(shù)，表示了其電壓

7、隔離的能力。 電源隔離：光電隔離器件兩側(cè)的供電電源必須完全隔離。光電隔離器件兩側(cè)的供電電源也必須完全隔離。6、開關(guān)量輸出的輸出信號(hào)處理。（1）隔離處理（2）電平轉(zhuǎn)換和功率放大（小功率低壓開關(guān)量輸出、繼電器輸出、晶閘管輸出、功率場效應(yīng)管輸出、集成功率電子開關(guān)輸出 ）7、多路A/D轉(zhuǎn)換器電路有幾種常見方案，各有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？（1）采用集成多路A/D轉(zhuǎn)換器，或選擇內(nèi)含集成多路A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器。 優(yōu)點(diǎn):設(shè)計(jì)簡潔、可靠性高 缺點(diǎn)：有時(shí)各模擬量輸入互相串?dāng)_。（2）每個(gè)模擬量輸入配置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。缺點(diǎn)：當(dāng)系統(tǒng)中模擬量輸入較多時(shí)，硬件費(fèi)用會(huì)迅速增加、可靠性降低，一般不采用這種方案，僅在考慮轉(zhuǎn)換速度、

8、各模擬量互相串?dāng)_等情況下使用。（3）采取多路模擬量輸入復(fù)用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的方案。8、在A/D轉(zhuǎn)換器前使用采樣-保持器有什么作用？這里采樣保持器中的“采樣”和2.6節(jié)中的“采樣”有何區(qū)別？答：在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，如果模擬信號(hào)的頻率較高，就會(huì)由于A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時(shí)間(即轉(zhuǎn)換時(shí)間)而造成較大的轉(zhuǎn)換誤差，克服的方法是在A/D轉(zhuǎn)換器之前設(shè)置采樣保持電路。采樣保持器平時(shí)處于“采樣”狀態(tài)，跟蹤輸入信號(hào)變化；進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前使其處于“保持”狀態(tài)，則在A/D轉(zhuǎn)換期間一直保持轉(zhuǎn)換開始時(shí)刻的模擬輸入電壓值；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，又使其變?yōu)椤安蓸印睜顟B(tài)。2.6節(jié)中的“采樣”指抽取連續(xù)信號(hào)在離散時(shí)間瞬時(shí)值的序列過程。9、模擬

9、量輸入隔離、放大、濾波。隔離：光電隔離、共模電壓的隔離（光電隔離、電容隔離技術(shù)、隔離放大器）放大：測量放大器、程控增益放大器 濾波：硬件、軟件10、多路D/A轉(zhuǎn)換器電路有幾種常用方案，各有何優(yōu)、缺點(diǎn)？（1）為每一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的D/A轉(zhuǎn)換器。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快、精度高、工作可靠，即使某一通道出現(xiàn)故障也不會(huì)影響其他通道的工作，相應(yīng)軟件的編制也比較簡單。缺點(diǎn)：如果模擬量信號(hào)輸出通道較多，就會(huì)使系統(tǒng)造價(jià)增加很多，尤其是采用高精度的D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)。（2）多通道復(fù)用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，并輔以多路模擬開關(guān)和采樣保持放大器來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)方案是由計(jì)算機(jī)通過多路模擬開關(guān)分時(shí)地把一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出送至各個(gè)采樣保

10、持放大器，并由保持電容對模擬量信號(hào)進(jìn)行保持。優(yōu)點(diǎn)：成本較低。缺點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、可靠性差，受運(yùn)算放大器的輸入阻抗、模擬開關(guān)和保持電容的漏電阻等因素的影響，導(dǎo)致保持電容上的電壓信號(hào)逐漸衰減，需要計(jì)算機(jī)定時(shí)刷新輸出，也因此占用了CPU的大量時(shí)間。適用于輸出通道不多且對速度要求不高的場合。11、常用的集成穩(wěn)壓器三端輸出電壓 固定式正輸出/負(fù)輸出、可調(diào)式 集成穩(wěn)壓器12、簡述典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中所包含的信號(hào)形式。(1) 連續(xù)信號(hào)：連續(xù)信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值可以是連續(xù)的,也可以是斷續(xù)的。(2) 模擬信號(hào)：模擬信號(hào)是在整個(gè)時(shí)間范圍均有定義的信號(hào)，它的幅值在某一時(shí)間范圍內(nèi)是連

11、續(xù)的。模擬信號(hào)是連續(xù)信號(hào)的一個(gè)子集，在大多數(shù)場合與很多文獻(xiàn)中，將二者等同起來，均指模擬信號(hào)。(3) 離散信號(hào)：離散信號(hào)是僅在各個(gè)離散時(shí)間瞬時(shí)上有定義的信號(hào)。(4) 采樣信號(hào)：采樣信號(hào)是離散信號(hào)的子集，在時(shí)間上是離散的、而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離散信號(hào)就是指采樣信號(hào)。(5) 數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)是幅值整量化的離散信號(hào)，它在時(shí)間上和幅值上均是離散的。13、什么是采樣或采樣過程？采樣或采樣過程，就是抽取連續(xù)信號(hào)在離散時(shí)間瞬時(shí)值的序列過程，有時(shí)也稱為離散化過程。14、什么是采樣開關(guān)？常見的采樣方式有幾種？完成采樣操作的裝置稱為采樣開關(guān)。(1) 周期采樣：指相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等，也稱

12、為普通采樣。(2) 同步采樣：如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同且同時(shí)進(jìn)行采樣，則稱為同步采樣。(3) 非同步采樣：如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同但不同時(shí)開閉，則稱為非同步采樣。(4) 多速采樣：如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，每個(gè)采樣開關(guān)都是周期采樣的，但它們的采樣周期不相同，則稱多速采樣。(5) 隨機(jī)采樣：若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔不相等，則稱為隨機(jī)采樣。15、函數(shù)的數(shù)學(xué)定義是什么？區(qū)分(t)和(t-kT)的含義，并畫出它們的幾何圖形。函數(shù)有下列性質(zhì) ： 。即在任意t0時(shí)刻，函數(shù)的積分或函數(shù)的強(qiáng)度為1。根據(jù)函數(shù)的這個(gè)性質(zhì)，對任意連續(xù)函數(shù)f(t)和任意整數(shù)k有 其

13、中，T為采樣周期。從上式可以看出， d(t-kT) 可以把f(t)在kT時(shí)刻的值提取出來，也就是說，函數(shù)具有采樣功能。16、寫出理想采樣開關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并給出其圖形表達(dá)方式。函數(shù)表示為： 。k為任意整數(shù)。那么理想采樣開關(guān)可以描述為理想單位脈沖函數(shù)序列：17、簡述采樣定理的基本內(nèi)容及采樣周期選取的一般原則采樣定理: 如果連續(xù)信號(hào)具有有限頻譜，其最高頻率為,則對進(jìn)行周期采樣且采樣角頻率時(shí)，連續(xù)信號(hào)可以由采樣信號(hào)唯一確定，亦即可以從無失真地恢復(fù)。從理論上講，采樣頻率越高就越能如實(shí)反映被采樣的連續(xù)信號(hào)的特征信息。但是，從計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)角度來講，選取過高的采樣頻率會(huì)使系統(tǒng)對硬件的要求過高，造成成本攀升

14、，并且還會(huì)使干擾對系統(tǒng)的影響明顯上升。因此，應(yīng)該綜合考慮計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中采樣周期的選擇問題。（按系統(tǒng)閉環(huán)頻帶選取、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)選取、系統(tǒng)開環(huán)階躍響應(yīng)的上升時(shí)間選取、生產(chǎn)過程控制的經(jīng)驗(yàn)選取）18、什么是信號(hào)重構(gòu)？答：把離散信號(hào)變?yōu)檫B續(xù)信號(hào)的過程，稱為信號(hào)重構(gòu)，它是采樣的逆過程。19、試推導(dǎo)零階采樣-保持器的傳遞函數(shù)，說明它和理想低通濾波器之間的特性差異。引入零階保持器對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)有何影響？答：零階保持器在奈奎斯特頻率以外的增益不為零，在相位上相當(dāng)于引入T/2的時(shí)間延遲，因此其性能劣于理想低通濾波器，信號(hào)恢復(fù)效果也稍差。不影響。20、數(shù)字濾波的概念及方法。答：是把A/D轉(zhuǎn)換得到的

15、數(shù)據(jù)通過軟件按照一定的算法進(jìn)行平滑加工等處理，再送給控制程序運(yùn)算，以增強(qiáng)其有效信號(hào)、消除或減小各種干擾和噪聲，從而提高控制精度和系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。限幅濾波方法、中值濾波方法、算術(shù)平均濾波方法、一階滯后濾波方法、復(fù)合濾波方法。21、已知連續(xù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試求采用計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制時(shí)采樣周期的選擇范圍。答：將系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)寫成 從而：T10.25秒，t10.04秒，q12p/32秒0.196秒。得tmin0.04秒。22、差分方程式離散系統(tǒng)的一個(gè)完整描述，它完全反映了一個(gè)實(shí)際物理系統(tǒng)的特征；系統(tǒng)的穩(wěn)定性只取決于系統(tǒng)的通解，即系統(tǒng)的特征根；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性取決于特征根的分布。23、開關(guān)量輸入

16、信號(hào)基本類型：1位的狀態(tài)信號(hào)、成組的開關(guān)信號(hào)、數(shù)字脈沖信號(hào)。24、共模電壓是指多根信號(hào)線對參考電壓的相等的部分。若是相差的部分則為差模電壓。25、W7800系列是三端式正輸出集成穩(wěn)壓器。輸入端1、輸出端2、公共端3。輸入端和公共端之間電容C1為濾波電容，0.33uF，改善紋波和抑制高頻干擾。輸出端和公共端之間電容C2，0.1uF，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。W7900系列三端固定式輸出集成穩(wěn)壓器。W7800的3為公共端，W79001位公共端。第四章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特性分析1、穩(wěn)定：在有界輸入作用下，系統(tǒng)的輸出也是有界的。2、線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？答： 閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模zi1

17、，即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于z平面的單位圓內(nèi)。3、霍爾維茨判據(jù)：由系統(tǒng)特征方程各系數(shù)組成的主行列式及其順序主子式全部為正。4、線性離散系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性：系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)輸入下的過渡過程特性。5、線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是否只與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)？答：線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，不但與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，而且與輸入序列的形式及幅值有關(guān)。除此之外，離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與采樣周期的選取也有關(guān)。6、線性離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)的定義是什么？答：零初始條件下，系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸出采樣函數(shù)z變換和輸入采樣函數(shù)z變換之比。第五章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的間接設(shè)計(jì)方法1、數(shù)字控制器的間接設(shè)計(jì)法：先根據(jù)給定的

18、性能指標(biāo)及各項(xiàng)參數(shù)，應(yīng)用連續(xù)系統(tǒng)理論的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)模擬控制器，再按照離散化方法將模擬控制器離散化為數(shù)字控制器。2、脈沖響應(yīng)不變法基本思想:離散近似后的數(shù)字控制器的脈沖響應(yīng)gD(kT)是模擬控制器的脈沖響應(yīng)采樣值g(kT)的T倍。特點(diǎn):模擬控制器穩(wěn)定，則離散近似后的數(shù)字控制器也可保證穩(wěn)定。由于z變換的多值映射特性，容易出現(xiàn)頻率“混疊”現(xiàn)象。應(yīng)用范圍：模擬控制器應(yīng)具有部分分式結(jié)構(gòu)或能較容易地分解為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。模擬控制器具有陡衰減特性，且適宜應(yīng)用在有限帶寬信號(hào)的場合。3、階躍響應(yīng)不變法基本思想：離散近似后的數(shù)字控制器的階躍響應(yīng)序列與模擬控制器的階躍響應(yīng)的采樣值一致。特點(diǎn)：模擬控制器穩(wěn)定，離散近似后的數(shù)

19、字控制器亦穩(wěn)定。由于零階保持器的低通濾波特性，可減少“混疊”現(xiàn)象，可保持穩(wěn)態(tài)增益不變。 模擬控制器應(yīng)具有并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式或容易分解成部分分式形式。由于數(shù)字控制器內(nèi)含有零階保持器，該方法只能用于低通網(wǎng)絡(luò)，且要求保持階躍響應(yīng)不變的系統(tǒng)。4、零極點(diǎn)匹配映射法基本思想：根據(jù)s域與z域的轉(zhuǎn)換關(guān)系z=eTs，可將s平面的零極點(diǎn)直接一一對應(yīng)地映射到z平面上，使數(shù)字控制器的零極點(diǎn)與模擬控制器的零極點(diǎn)完全相匹配。5、z變換設(shè)計(jì)法結(jié)論（1）采樣周期T必須取得足夠小，才能使D(z)接近Gc(s)的性能；（2）雙線性變換法是最好的離散化方法，它在低采樣頻率下仍然保持良好的性能；（3）如果以增益作為唯一的準(zhǔn)則，零極點(diǎn)匹配法

20、性能最好；（4）對連續(xù)傳遞函數(shù)Gc(s)=Gc1(s)Gc2(s)Gcn(s)可分別對Gc1(s) , Gc2(s) , , Gcn(s)等效離散得到D1(z), D2(z), , Dn(z)，則D1(z) , D2(z) , , Dn(z)的乘積即為離散近似后的數(shù)字控制器D(z)。6、簡述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的作用。(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對偏差是即時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)KP。比例調(diào)節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數(shù)KP可以減小靜差，但是KP過大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)

21、的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。積分時(shí)間常數(shù)TI大，則積分作用弱，反之強(qiáng)。增大TI將減慢消除靜差的過程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。(3)微分調(diào)節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。7、增量型PID控制算式具有哪些優(yōu)

22、點(diǎn)？(1)計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，因而誤動(dòng)作影響小。(2)在i時(shí)刻的輸出ui，只需用到此時(shí)刻的偏差，以及前一時(shí)刻、前兩時(shí)刻的偏差ei-1、ei-2和前一次的輸出值ui-1，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間。(3)在進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換時(shí)，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡。8、PID位置型控制算式 增量型PID控制算式 遞推型PID控制算式9、為什么會(huì)出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象？答：當(dāng)給定值發(fā)生很大躍變時(shí)，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分計(jì)算出的控制增量可能比較大(由于積分項(xiàng)的系數(shù)一般小得多，所以積分部分的增量相對比較小)。如果該計(jì)算值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么，控制

23、作用必然不如應(yīng)有的計(jì)算值理想，其中計(jì)算值的多余信息沒有執(zhí)行就遺失了，從而影響控制效果。10、 如何消除比例和微分飽和現(xiàn)象？答：“積分補(bǔ)償法”。其中心思想是將那些因飽和而未能執(zhí)行的增量信息積累起來，一旦有可能再補(bǔ)充執(zhí)行。這樣，動(dòng)態(tài)過程也得到了加速。即，一旦超限，則多余的未執(zhí)行的控制增量將存儲(chǔ)在累加器中；當(dāng)控制量脫離了飽和區(qū)，則累加器中的量將全部或部分地加到計(jì)算出的控制增量上，以補(bǔ)充由于限制而未能執(zhí)行的控制。11、何為積分飽和現(xiàn)象？答：在標(biāo)準(zhǔn)PID位置算法中，控制系統(tǒng)在啟動(dòng)、停止或者大幅度提降給定值等情況下，系統(tǒng)輸出會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，這種較大偏差，不可能在短時(shí)間內(nèi)消除，經(jīng)過積分項(xiàng)累積后，可能會(huì)使控

24、制量u(k)很大，甚至超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)的極限umax。另外，當(dāng)負(fù)誤差的絕對值較大時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)uumin的另一種極端情況。顯然，當(dāng)控制量超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限時(shí)，控制作用必然不如應(yīng)有的計(jì)算值理想，從而影響控制效果。這類現(xiàn)象在給定值突變時(shí)容易發(fā)生，而且在起動(dòng)時(shí)特別明顯，故也稱“起動(dòng)效應(yīng)”。12、如何消除積分飽和現(xiàn)象？答：減小積分飽和的關(guān)鍵在于不能使積分項(xiàng)累積過大。因此當(dāng)偏差大于某個(gè)規(guī)定的門限值時(shí)，刪除積分作用，PID控制器相當(dāng)于一個(gè)PD調(diào)節(jié)器，既可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)又可以消除積分飽和現(xiàn)象，不致使系統(tǒng)產(chǎn)生過大的超調(diào)和振蕩。只有當(dāng)誤差e在門限之內(nèi)時(shí)，加入積分控制，相當(dāng)于PID控制器，則可消除靜差，提高控制精度。1

25、3、PID參數(shù)整定方法試湊法、簡易工程法（擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法）14、如何利用試湊法調(diào)整PID算法的參數(shù)？(1)先整定比例部分：將比例系數(shù)KP由小調(diào)大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)趨勢，直到得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍之內(nèi)，同時(shí)響應(yīng)曲線已較令人滿意，那只需用比例調(diào)節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定。(2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。整定時(shí)一般先置一個(gè)較大的積分時(shí)間系數(shù)TI,同時(shí)將第一步整定得到的比例系數(shù)KP縮小一些(比如取原來的80%)，然后減小積分時(shí)間系數(shù)，使在保持系統(tǒng)較好的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的靜差得到消除。在此過程中，可以根據(jù)響應(yīng)曲線的變化趨勢反復(fù)地改變比例系數(shù)KP和積分時(shí)間系數(shù)TI,從而實(shí)現(xiàn)滿意的控制過程和整定參數(shù)。(3)如果即使有比例積分控制器消除了偏差，但動(dòng)態(tài)過程仍不令人滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成PID控制器。在整定時(shí)，可先置微分時(shí)間系數(shù)TD為零，在第二步整定的基礎(chǔ)上，增大微分時(shí)間系數(shù)TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)KP和積分時(shí)間系數(shù)TI，逐步試湊，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制