計(jì)算機(jī)控制理論考試題

1、2010級(jí)計(jì)算機(jī)控制理論考試題專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： （一）簡(jiǎn)答題1. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括哪幾個(gè)部分？答：計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)由主板機(jī)、內(nèi)部在線和外部在線、人機(jī)接口、磁盤系統(tǒng)、通信接口、輸入輸出通道。2. 什么是數(shù)字濾波？常用的數(shù)字濾波方法有哪些，分別適用于什么場(chǎng)合？ 答：所謂數(shù)字濾波，就是通過(guò)一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾在有用信 號(hào)中的比重。常用的數(shù)字濾波方法有：平均值濾波法、中位值濾波法、限幅濾波法、慣性濾波法、加權(quán)平均值濾波法。其中平均值濾波法適用于周期性干擾，中位值濾波法和限幅濾波法適用于高頻及低頻的干擾信號(hào)，加權(quán)平均值濾波法適用于純遲延較大的被控對(duì)象。3. 前饋控制的基本思想是

2、什么，給出其完全補(bǔ)償?shù)臈l件。答：前饋控制則是按擾動(dòng)量進(jìn)行控制的，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，特別是系統(tǒng)滯后嚴(yán)重時(shí)擾動(dòng)量直接產(chǎn)生校正作用，以抵消擾動(dòng)的影響，這是一種開(kāi)環(huán)控制形式，在控制算法和參數(shù)選擇合適的情況下，可以達(dá)到很好的精度。 完全補(bǔ)償條件：若要使前饋?zhàn)饔猛耆a(bǔ)償擾動(dòng)作用，則應(yīng)使擾動(dòng)引起的被控量變化為零，即Y（s）=0。4. 輸入輸出通道中經(jīng)常會(huì)遇到什么干擾？如何進(jìn)行抑制？答：（1）串模干擾。若常態(tài)干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則采用輸入低通濾波器來(lái)抑制高頻常態(tài)干擾；若常態(tài)干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低，則采用輸入高通濾波器來(lái)抑制低頻常態(tài)干擾；若常態(tài)干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)，則應(yīng)用帶通濾波器較為適宜；當(dāng)

3、尖峰型常態(tài)干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙斜率積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱常態(tài)干擾的影響。在常態(tài)干擾主要來(lái)自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，或者盡可能早地完成A/D變換或采取隔離和屏蔽等措施。從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來(lái)抑制常態(tài)干擾；采用雙絞線作信號(hào)引線的目的是減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)節(jié)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呈反向抵消。（2）共模干擾。進(jìn)行抑制的方法有變壓器隔離、光電隔離、浮地隔離。采用儀表放大器提高共模抑制比。（3）長(zhǎng)線傳輸干擾。長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制方法是采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或者把它抑制到最低限度。5. 什么是DCS和FCS，F(xiàn)CS相對(duì)

4、于DCS有哪些改進(jìn)？答：DCS：分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）也稱集散控制系統(tǒng)。 FCS：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System）。1） FCS的信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。2） 把DCS控制站的功能化整為零，分散的分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。3） FCS的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互操作性，不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備既可以連也 可以互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。4） FCS的通信網(wǎng)絡(luò)為開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可

5、以同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，用戶可極方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。5） FCS的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了全開(kāi)放，無(wú)專利許可要求，可供任何人使用。（二）寫出數(shù)字PID控制算法的位置式和增量式兩種標(biāo)準(zhǔn)算法并簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題： 數(shù)字PID控制算法的位置式： 增量式：1. 積分分離法克服位置式PID積分飽和作用的原理。答：當(dāng)被控量和給定值偏差大時(shí)，取消積分控制，以免超調(diào)量過(guò)大；當(dāng)被控量和給定值接近時(shí)，積分控制投入，消除靜差。亦即：當(dāng)時(shí)，采用PD控制；當(dāng)時(shí)，采用PID控制。其積分分離閥值應(yīng)根據(jù)具體對(duì)象及控制要求確定，若過(guò)大，達(dá)不到積分分離的目的；若值過(guò)小，一旦被控量無(wú)法跳出各積分分離區(qū)，只進(jìn)行PD控制，就會(huì)

6、出現(xiàn)誤差。2. PID參數(shù)Kc、Ti、Td對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性有何影響，簡(jiǎn)述試湊法進(jìn)行PID參數(shù)整定的步驟？答： Kc增大，系統(tǒng)響應(yīng)加快，靜差減小，但系統(tǒng)振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降；Ti i增大，系統(tǒng)超調(diào)減小，振蕩減弱，但系統(tǒng)靜差的消除也隨之減慢；Td增大，調(diào)節(jié)時(shí)間減小，快速性增強(qiáng)，系統(tǒng)振蕩減弱，穩(wěn)定性增強(qiáng)，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。試湊法PID參數(shù)整定的步驟：1） 首先只整定比例部分。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)者的需要，則要求加入積分環(huán)節(jié)。3） 若使用比例積分控制器消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不滿足需要，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分控制器。3. 采樣周期

7、的選擇應(yīng)綜合考慮哪幾個(gè)因素？答：（1）首先要考慮的因素：香農(nóng)采樣定理給出采樣周期的上限；。 （2）其次要考慮一下各方面的因素：1）給定值變化頻率：加到被控對(duì)象的給定值變化頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高。 2）被控對(duì)象的特性：若被控對(duì)象是慢速的熱工或化工對(duì)象時(shí)，采樣周期一般取得較大；若被控對(duì)象是較快速的系統(tǒng)時(shí)，采樣周期應(yīng)取得較小。 3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型：執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作慣性大，采樣周期應(yīng)該大一些，否則執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)不及反映數(shù)字控制器輸出值的變化。 4）控制算法的類型：當(dāng)采用PID算法時(shí)，積分作用和微分作用與采樣周期T的選擇有關(guān)。 5）控制的回路數(shù)：控制的回路數(shù)n與采樣周期T有下列關(guān)系：（三）什么是預(yù)測(cè)控制的三要

8、素？常見(jiàn)的預(yù)測(cè)控制的方案有哪些？ 答：預(yù)測(cè)控制的三要素有模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正。 在預(yù)測(cè)控制算法中，需要一個(gè)描述對(duì)象動(dòng)態(tài)行為的基礎(chǔ)模型，稱為預(yù) 測(cè)模型。它應(yīng)具有預(yù)測(cè)的功能，即能夠根據(jù)對(duì)象的歷史信息和選定的未來(lái)輸入，預(yù)測(cè)其未來(lái)輸出值。這里強(qiáng)調(diào)的只是模型的功能，而不是其結(jié)構(gòu)形式。因此，預(yù)測(cè)控制打破了傳統(tǒng)控制中對(duì)模型結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格要求，不但可以采用傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程這類傳統(tǒng)的參數(shù)模型，也可以采用階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)這類沒(méi)有結(jié)構(gòu)化的非參數(shù)模型，為在復(fù)雜工業(yè)過(guò)程中簡(jiǎn)化建模提供了方便。 預(yù)測(cè)控制是一種優(yōu)化控制算法。在控制的每一步，它向未來(lái)有限步的輸出提出優(yōu)化要求，并利用預(yù)測(cè)模型展現(xiàn)出不同控制作用下未來(lái)的情

9、景，以此來(lái)確定最優(yōu)的控制輸入。這通常涉及到一個(gè)有限參數(shù)的非線性規(guī)劃問(wèn)題。這一優(yōu)化過(guò)程不是離線進(jìn)行，而是反復(fù)在線進(jìn)行即滾動(dòng)向前推移的。由于每一步的優(yōu)化都建立在實(shí)際的基礎(chǔ)上，因而能彌補(bǔ)模型失配、時(shí)變、干擾等不確定因素對(duì)于優(yōu)化的影響，要比傳統(tǒng)的最優(yōu)控制具有更好的魯棒性。 預(yù)測(cè)控制在進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化時(shí)，強(qiáng)調(diào)優(yōu)化基點(diǎn)應(yīng)與系統(tǒng)實(shí)際一致，這是通過(guò)反饋校正實(shí)現(xiàn)的，即在每一步檢測(cè)實(shí)際輸出，并與模型輸出比較構(gòu)成誤差信息，然后，以此修正對(duì)未來(lái)輸出的預(yù)測(cè)值。這種閉環(huán)預(yù)測(cè)在一定程度上考慮了模型以外的種種不確定因素對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，因而在優(yōu)化過(guò)程中，可以比僅基于模型的開(kāi)環(huán)預(yù)測(cè)提供更接近實(shí)際的輸出預(yù)側(cè)值。 常見(jiàn)的預(yù)測(cè)控制的方案

10、有：動(dòng)態(tài)矩陣控制DMC ，模型算法控制MAC， 廣義預(yù)測(cè)控制。（四）智能控制的幾個(gè)重要分支是什么？各有何特點(diǎn)？ 答：1、模糊控制。模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語(yǔ)言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。 2、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制室一種基本上不依賴于精確數(shù)學(xué)模型的先進(jìn)控制方法，比較設(shè)用于那些具有不確定性或高度非線性的控制對(duì)象，并具有較強(qiáng)的適應(yīng)和學(xué)習(xí)能力。 3、專家控制。專家控制利用先驗(yàn)知識(shí)和在線信息，具備實(shí)時(shí)推理和決策的能力，能對(duì)時(shí)變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和易受到

11、各種干擾的受控過(guò)程給出有效地控制決策，并通過(guò)增加知識(shí)量來(lái)不斷改善控制系統(tǒng)的性能，它能夠取代熟練操作個(gè)人完成程序性任務(wù)，運(yùn)行方便可靠。 4、預(yù)測(cè)控制。預(yù)測(cè)控制室一類算法的統(tǒng)稱，基本思想都是采用工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中較易測(cè)取的對(duì)象階躍響應(yīng)或脈沖響應(yīng)等非參數(shù)模型，從中去除一系列采樣時(shí)刻的數(shù)值作為描述對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的信息，由此預(yù)測(cè)未來(lái)的控制量及響應(yīng)，從而構(gòu)成預(yù)測(cè)模型，形成預(yù)測(cè)控制。 5、遺傳算法控制。遺傳算法以決策變量的編碼作為運(yùn)算對(duì)象，直接以適應(yīng)度作為搜索信息，無(wú)需導(dǎo)數(shù)等其它輔助信息，使用多個(gè)點(diǎn)的搜索信息，具有隱含并行性，使用概率搜索技術(shù)，而非確定性規(guī)則。 6、分層遞階控制。根據(jù)分級(jí)管理系統(tǒng)中十分重要的“精度隨智能提高而降低”的原理而分級(jí)分配的。 7、自適應(yīng)控制。是一個(gè)