一、??????????? 填空題：

1.???????? 計算機控制系統是利用工業控制計算機來實現生產過程自動控制的系統，它由控制計算機本體和受控對象兩大部分組成；

2.???????? 工業生產中的自動控制系統隨控制對象、控制算法和采用的控制器結構的不同而有所差別。其結構形式一般分為閉環系統和開環系統兩種；

3.???????? 計算機控制系統的發展趨勢可以概括為網絡化、集成化、智能化和標準化；

4.???????? 按照所采用的總線標準可將工控機分為以下4類：1)PC總線工控機；2)STD總線工控機；3)VME總線工控機；4)多總線工控機；

5.???????? 計算機采集被控對象狀態信息的方式常用的有下列幾種：查詢控制方式、中斷控制方式和DMA控制方式。

6.???????? 在選用多路開關時需要考慮下列參數：1)通道數量；2)泄漏電流；3)切換速度；4)開關電阻；5)參數漂移及每路電阻的一致性。

7.???????? 數字控制器在設計方法上可以分為：模擬化設計方法和離散化設計方法。

8.???????? 為了克服積分飽和作用常使用兩種方法：遇限削弱積分法和積分分離法。

9.???????? 任何控制系統設計，均應滿足系統的準確性要求、快速性要求、穩定性要求及在物理上的可實現要求。

10.???? 狀態空間設計法包括狀態反饋設計法和狀態觀測器設計法。

11.???? 最早應用于工業過程的預測控制算法主要有動態矩陣控制(DMC)和模型算法控制(MAC)。

12.???? 應用程序根據其功能的不同，主要分為控制程序、數據采集及處理程序、巡回檢測程序和數據管理程序。

13.???? 應用程序設計通常分為5個步驟：問題定義、程序設計、編碼、調試、維護和再設計等。

14.???? 程序設計方法是指程序設計的某種規程和準則。通常有模塊化程序設計、自頂向下程序設計、結構化程序設計等幾種方法。

15.???? 在結構化程序設計方法中，任何程序邏輯都可用順序、條件和循環3種結構來表示。

16.???? 程序判斷濾波根據濾波方法不同，可以分為：限幅濾波和限速濾波兩種。

17.???? 常用的補償方法有：計算法、插值逼近法、折線近似法。

18.???? 查表的方法有：順序查表法、計算查表法、對分搜索法等。

19.???? 故障自診斷主要包括以下幾個方面：故障檢測、故障定位、故障評定和故障處理。

20.???? 集散控制系統由集中管理部分、分散控制監測部分和通信部分組成。集中管理部分可分為操作員工作站、工程師工作站和管理計算機；分散控制監測部分按功能分為控制站、監測站；通信部分則完成控制指令及各種信息的傳遞和數據資源的共享。

21.???? 集散控制系統一般可以分為：現場控制級、過程裝置控制級、車間操作管理級、全廠優化和調度管理級。

二、??????????? 名詞解釋：

1.???????? 計算機控制系統：計算機控制系統是利用工業控制計算機來實現生產過程自動控制的系統，它由控制計算機本體和受控對象兩大部分組成；

2.???????? 實時控制：如果計算機能夠在工藝要求的時間范圍內及時對被控參數進行測量、計算和控制輸出，則稱為實時控制；

3.???????? 系統軟件：是指為提高計算機使用效率，擴大功能，為用戶使用、維護和管理計算機提供方便的程序的總稱。

4.???????? 應用軟件：是控制系統設計人員根據要解決的某一具體生產過程而編寫的各種控制和管理程序。

5.???????? 計算機過程控制系統：用計算機對溫度、壓力、流量、液位、速度等過程參數進行測量與控制的系統稱為計算機過程控制系統。

6.???????? 模糊控制系統：是一種自動控制系統，它是以模糊數學、模糊語言形式的知識表示和模糊邏輯推理為理論基礎，采用計算機控制技術構成的一種具有閉環結構的數字控制系統。

7.???????? 最少拍控制：要求閉環系統對于某種特定的輸入在最少個采樣周期內達到無靜差的穩態。

8.???????? 狀態空間設計法：就是首先根據對整個系統的性能要求確定一個期望的性能指標，然后利用系統的狀態空間方程，按照系統最優化設計理論的方法，設計出滿足系統性能要求的控制系統的方法。

9.???????? 狀態反饋設計法：就是通過狀態反饋來配置閉環系統的極點，來使閉環系統的極點與期望極點的位置相一致，從而使得閉環系統滿足所要求的性能指標。

10.???? 狀態觀測器設計法：利用能夠直接測得的系統輸出變量來推算出系統當前所處的狀態，根據系統可測輸出來估計系統狀態變量的方法。

11.???? 系統軟件：提供了程序運行的環境(不同的操作系統下有不同的人機界面)，以及各種設計語言、算法庫、工具軟件。

12.???? 應用軟件：是用戶為完成特定的任務而編寫的各種程序的總稱。

13.???? 隨機誤差：是由竄入檢測系統或控制系統的隨機干擾引起的，這種誤差是指在相同條件下測量同一量時，其大小和符號作無規則的變化而無法預測，但在多次測量中它是符合統計規律的。

14.???? 中位值濾波法：就是對某一被測參數連續采樣N次(一般N取奇數)，然后把N次采樣值按大小排隊，取中間值為本次采樣值。

15.???? 線性化處理：為了保證被測參數能有線性輸出，需要引入非線性補償，將非線性關系轉化成線性的。這種轉化過程稱為線性化處理。

16.???? 查表法：就是事先將算好的數據按一定順序編制成表格存入計算機中，查表程序的任務就是根據被測參數的值(或中間計算結果)，查出最后所需的結果。

17.???? 工程量變換(標度變換)：把經A/D轉換后得到的一系列數碼值轉換成帶有量綱的數值進行運算、顯示或打印輸出。這種轉換就是工程量變換，又稱標度變換。

18.???? 計算機控制系統可靠性：是指其在規定的時間內和工作條件下，能正確的完成規定功能的能力。

19.???? 分散式控制系統：指的是一種多機系統，即多臺計算機分別控制不同的對象或設備，各自構成子系統，各子系統間有通信或網絡互聯關系。

20.???? 現場總線：是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的串行通信網絡。它的關鍵標志是能支持雙向、多節點、總線式的全數字通信。

三、??????????? 簡答題：

1.???????? 計算機控制系統的典型形式有哪些？各有什么優缺點？

答：計算機控制系統幾種典型形式及其優缺點如下：1)操作指導控制系統：優點是結構簡單，控制靈活和安全；2)直接數字控制系統：優點是實時性好，可靠性高和適應性強，缺點是要求計算機控制回路較多，應用軟件設計復雜；3)監督控制系統：優點是自動改變給定值，使生產過程始終處于最優工況，缺點是結構復雜；4)集散控制系統：優點是分散控制、集中管理、分而自治和綜合協調，缺點是成本高并且各廠商的DCS標準不一不能互聯；5)現場總線控制系統：優點是用二層結構完成了DCS的三層結構功能，降低了成本，提高了可靠性，缺點是統一現場總線標準十分困難，形成多總線并存的局面。

2.???????? 工業控制計算機與普通個人計算機相比較，有何不同？

答：工控機由于其應用對象及使用環境的特殊性，與一般通用計算機相比較，具有如下特點：1)可靠性高；2)實時性好；3)環境適應性強；4)過程輸入和輸出配套較好；5)系統擴充性好；6)系統開放性；7)控制軟件包功能強；8)系統通信功能強；9)后備措施齊全；10)具有冗余性；

3.???????? 簡要描述查詢設備狀態標志值的方法有哪幾種？

答：查詢設備狀態標志值的方法有3種：1)每個設備對應一個狀態端口(實際只有一位，是一個狀態觸發器)，CPU查詢一個設備的狀態標志，經判斷做出相應的I/O處理后，再查詢、判斷、處理下一個設備；2)把各個設備的狀態標志位集中起來，用一個統一的專用狀態端口來存放，CPU一次讀取后就可對所有設備的當前狀態進行測試、判斷和進入相應處理。這兩種方法的設備優先級都是由查詢的順序決定的；3)在專用的狀態端口前再增加一個優先權編碼器，這樣在有多個設備同時要求服務時，能最先對它們當中優先權最高的設備進行服務。這種方法下的設備優先權是由設備標志位到優先權編碼器輸入引腳號的硬連線予以固定的。

4.???????? 要用一個A/D轉換器實現對多路模擬信號的轉換，通常有哪幾種方法？

答：第一、選用具有多路模擬輸入通道的A/D轉換器；第二、采用A/D轉換器本身的擴展端實現模擬輸入通道的擴展；第三、采用多路開關擴展輸入通道是更為常用的方法。

5.???????? 簡述數字控制器的模擬化設計步驟。

答：數字控制器的模擬化設計步驟如下：第一步：設計近似認為的模擬控制器D(s)；第二步：選擇采樣周期T；第三步：將D(s)離散化為D(z)；第四步：設計由計算機實現的控制算法；第五步：校驗。

6.???????? 增量型算法與位置型算法相比，具有哪些優點？

答：1)增量型算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關，計算誤差或計算精度問題，對控制量的計算影響較小。而位置型算法要用到過去的誤差的累加值，容易產生大的累加誤差。2)增量型算法得出的是控制量的增量，例如閥門控制中，只輸出閥門開度的變化部分，誤動作影響小，必要時通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會嚴重影響系統的工作。而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。3)采用增量型算法，易于實現手動到自動的無沖擊切換。

7.???????? 簡述數字控制器的直接設計步驟。

答：1)根據系統的性能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)根據式(5-1)，求廣義對象的脈沖傳遞函數G(z)；3)根據式(5-3)，求取數字控制器的脈沖傳遞函數D(z)；4)根據D(z)，求取控制算法的遞推計算公式。

8.???????? 簡述動態矩陣控制算法設計步驟。

答：第一步：首先測定模型動態系數a1、a2、…、an，構造動態系數矩陣A和A0。設定偏差校正量h、偏差加權矩陣Q、控制量加權矩陣λ和U(k－1)；第二步：計算矩陣(ATQA＋λ)－1ATQ；第三步：利用式(6-21)計算預測輸出ym(k)；第四步：誤差計算e(k)＝y(k)－ym(k)；第五步：利用式(6-26)計算控制增量△u(k)，由此得控制量u(k)＝u(k-1)＋△u(k)；第六步：重復以上步驟二～步驟五。

9.???????? 簡述模型算法控制的基本思想和設計步驟。

答：基本思想：首先預測系統未來的輸出狀態，再去確定當前時刻的控制動作，即先預測后控制，具有預見性。

設計步驟：第一步，測定被控對象的脈沖響應g1，g2，…，gN，選擇參考軌跡時間常數τ，并計算＝e－T/τ，這一步工作是離線完成的；第二步，初始化，設定控制量u(i)＝u(0)，設定誤差e(k)＝0，測量系統實際輸出值y(k)＝y(0)；第三步，利用式(6-28)和式(6-31)計算模型預測輸出ym(k＋1)和參考輸出yr(k＋1)；第四步，利用式(6-33)計算控制量u(k)，并輸出控制量u(k)；第五步，為下一次計算做準備，令u(i)＝u(i＋1)、ym(k)＝ym(k+1)；第六步，若采樣時刻到，則測量系統實際輸出值y(k)，計算誤差e(k)＝y(k)－ym(k)，若采樣時刻未到，則繼續等待直到采樣時刻到為止。然后反復執行步驟二～步驟五，即可完成模型算法控制。

10.???? 結構化程序設計的優點是什么？

答：1)由于每個結構只有一個入口和一個出口，故程序的執行順序易于跟蹤，給程序查錯和調試帶來很大的方便；2)由于基本結構是限定的，故易于裝配成模塊；3)易于用程序框圖來描述。

11.???? 數字濾波與硬件濾波器比較有哪些優點？

答：1)節約硬件成本；2)可靠穩定；3)功能強；4)方便靈活；5)不會丟失原始數據。

12.???? 試述微型機控制系統設計的一般原則。

答：1)安全性與可靠性；2)操作維護方便；3)實時性強；4)通用性好。

13.???? 試述微型機控制系統設計的一般步驟。

答：1)分析問題和確定任務；2)系統總體設計；3)控制系統的硬件設計；4)控制系統的軟件設計。

14.???? 試述微型機控制系統數據采集板的選擇原則。

答：1)模擬信號輸入范圍、被采集信號的分辨率；2)完成一次轉換所需的時間；3)模擬輸入信號的特性是什么，是否經過濾波，信號的最高頻率是多少；4)模擬信號傳輸所需的通道數；5)多路通道切換率是多少，期望的采樣/保持器的采集時間是多少；6)在保持期間允許的電壓下降是多少；7)通過多路開關及信號源串聯電阻引起的偏差是多少；8)所需精度(包括線性度、相對精度、增益及偏置誤差)是多少；9)當環境溫度變化時，各種誤差限制在什么范圍；10)各通道模擬信號的采集是否要求同步；11)所有的通道是否都使用同樣的數據傳輸速率；12)數據通道是串行操作還是并行操作；13)數據通道是隨機選擇，還是按某種預定的順序工作。

15.???? 衡量計算機控制系統可靠性的標準主要有哪些？

答：1)故障前平均時間；2)平均故障間隔時間；3)平均修復時間；4)可靠度；5)失效率；6)利用率。

16.???? 造成系統故障的外部干擾主要有哪一些？

答：1)空間感應的干擾；2)過程通道的干擾；3)電源系統的干擾；4)長線傳輸的干擾；5)地電位波動的干擾。

17.???? 提高硬件系統可靠性的措施有哪一些？

答：1.正確選用硬件：1)元件的選用；2)元件的降級使用；3)元件的老化；2.簡化系統結構；3.冗余設計：1)熱備份；2)冷備份；4.電磁干擾的屏蔽與消除：…

18.???? 造成軟件產生故障的主要原因有哪些？可以采取哪些措施來提高其可靠性？

答：原因：1)編程工具不完善；2)編程人員的水平和經驗不足；3)編寫出來的程序沒有經過充分調試。

措施：1)了解所要設計的軟件系統的要求；2)選擇一個合適的編程工具來開發軟件系統；3)使用正確的編程方法；4)程序應具有良好的抗干擾能力；5)仔細進行程序調試。

19.???? 計算機控制系統在線系統故障自診斷有哪些方法？

答：1)直觀法；2)利用計算機控制系統的硬件報警功能；3)充分利用計算機控制系統的軟件報警功能；4)利用狀態顯示的診斷功能；5)發生故障時，應及時核對計算機控制系統參數。

20.???? DCS系統中的通信子系統與一般通信系統相比較有何特殊之處？

答：1)快速實時響應能力；2)具有極高的可靠性；3)適應惡劣的工業現場環境；4)分層結構。

21.???? 現場總線系統與DCS系統相比有何異同？

答：1)DCS是個大系統，…..；2)傳統DCS是封閉式系統，…；3)…；…；8)…；(P196)

四、??????????? 控制程序設計

1.???????? 對圖3-26的A/D轉換器與PC總線的接口電路，用C語言編寫一個循環采集8個通道數據的A/D轉換程序，設8255A各端口的地址分別為300H、301H、302H和303H。

2.???????? 對圖3-28的D/A轉換與PC總線接口電路，用C語言編寫一個D/A輸出程序，設8255A各端口的地址分別為304H、305H、306H和307H。

3.???????? 編制一個能完成中位值濾波加上算術平均值濾波的子程序，設對變量采樣測量7次，7次采樣值排序后取中間的3個采樣值平均。

五、??????????? 計算題

1.???????? 已知某連續系統的傳遞函數為：D(s)＝(1＋0.17s)/0.085s。若采用數字PID算法實現時，設采樣周期T＝0.2秒，試分別求出它的位置型和增量型的PID算法的輸出表達式。

2.???????? 已知系統的校正裝置為PI調節器，即D(s)＝Kp(1＋1/TIs)，其中Kp＝3，TI＝0.5，采樣周期T＝0.1s，求其位置式輸出的差分方程。

3.???????? 有一臺智能溫度測試儀，量程為0～100℃，若某時刻，計算機采集到的數字量為0CDH，求此時實際溫度是多少。(設儀表是線性的)

總結

以上是生活随笔為你收集整理的微型计算机控制程序题,微机控制技术》习题集的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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