趣味谜语-药房工作总结

第一章 计算机控制系统概述
1、计算机控制系统的概念是什么？
计算机控 制系统是以计算机技术、控制理论及自动化技术相结合并应
用于工业生产过程的结果，是以自动控制理论 为基础，以计算机为手
段的控制系统。
2、计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 < br>计算机控制系统由计算机、外部设备、操作台、输入通道、输出通道、
检测装置、执行机构、被控 对象以及相应的软件组成。


外部设备



操作台


计
算
机
输出通道 执行机构

被
控
对
象

输入通道 检测装置
3、计算机控制系统的主要性能指标有哪些？
稳定性动态指标稳态指标能控性与能观性
4、计算机控制系统的主要特点有哪些？
各项 连续控制系统 计算机控制系统
信号形式 都是模拟信号 模拟信号、数字信号皆有
控制规律实现 由模拟电路实现 由计算机通过程序实现
控制形式 整个过程始终连续控制 整个过程始终离散控制
控制器作用 一个控制器控制一个回路 一个控制器分时控制多个回路
功能强度 简单控制 具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能
自动化程度 自动化程度低 便于实现控制与管理的一体化
5、计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？
一、按控制系统的功能及结构特点分类
①操作指导控制系统
②直接数字控制系统DDC
③监督控制系统 SCC
④计算机分级控制
⑤集散控制系统 DCS
⑥现场总线控制系统FCS

二、按控制规律分类
①程序和顺序控制
② PID控制
③最少拍控制
④复杂规律的控制
⑤智能控制
第二章 离散控制系统及Z变换分析法
1、计算机控制系统的信号形式有哪些？
连续模拟信号:时间与幅值上均连续，如 r(t)、y(t)、u(t)
离散模拟信号:时间是离散的，幅值上连续，如y*(t)、u*(t)
离散数字信号:时间离散的，幅值为数字量，如y(kT)、u(kT)
2、香农(Shannon)采样定理是如何描述的？
一个连续时间信号f(t)，设其频带 宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等
间隔点上对该信号f(t)进行连续采 样，为了使采样后的离散信号f *(t)能包含原信号f(t)的全
部信息量。则采样角频率只有满足下面的关系：
ωs≥2ωmax
采样后的离散信号f *(t)才能够无失真地复现f(t)。否则不能从f *(t)中恢复f(t)。其
中，ωmax是最 高角频率，ωs是采样角频率。它与采样频率fs、采样周期T的关系为：



ss


2

f
2


T
3、简述信号的恢复过程。零阶保持器的作用是什么？其传递函数形
式是什么？
零阶保持器作用：将前一个采样时刻的采样值f(kT)恒定地保持到下一个采样时刻(k+1)T。
也 就是说在区间[ kT，(k+1)T ]内零价保持器的输出为常数。
零阶保持器的传递函数
设零阶保持器在(t)作用下的脉冲响应h(t)，而h(t)又可以看成单位阶跃函数1(t) 与1(t-T)
的迭加即：h(t)=1(t)-1(t-T)。
取拉氏变换，得零阶保持器的传递函数:

Ts



1e
H(s)
s
4、掌握常用信号的Z变换

6、Z变换的滞后定理和超前定理是如何描述的？

9、脉冲传递函数定义是什么？
零初始条件下，离散输出信号的Z 变换与离散输入信号的Z变换之比。

Y(z

)



G(z)=
R(


z)

10、开环Z传递函数的求法：

15、采样系统稳定的条件是什么？
采样系统稳定的条件：闭环脉冲传递函数的极 点均位于z平面上以原
点为圆心的单位圆内。即|zi|<1
16、

求该系统在三种典型信号的作用下的
稳态误差。

17、
G(Z)
0.368(z0.718)
(z1)(z0.368)
T1s

18、掌握计算机控制系统的稳定性分析：劳斯判据。

19、已知一采样控制系统，试求：
(1)系统的闭环脉冲传递函数。
(2)判定系统的稳定性。
(3)系统对阶跃输入和斜坡输入的稳态误差。

？？？
第三、四章 计算机控制系统的离散化设计
1、D(z)的设计方法常见有哪两种？
（1）离散化设计方法－－直接设计方法（重点）
思想：已知被控对象的Z传递函数G(Z) ，根据所要求的性能指标，设计数字控制器。
（2）连续化设计方法－－间接设计方法
思想：先设计控制器的传递函数D(s)，然后采用某种离散化方法，将它变成计算机算法。
2、最少拍系统概念？最少拍控制中主要研究哪三种类型的设计方

法？
最少拍设计：就是系统在典型输入下，设计数字控制器D(z) 使闭环系统输出在最少个采样
周期内能准确跟踪输入（或系统输出稳态误差为0）。
(1)最少拍控制器的设计：系统无误差，简单，但是本身缺陷多。
(2)最少拍有纹波控制器的设计：系统无误差，考虑了系统稳定性，但输出有纹波。
(3)最少拍无纹波控制器的设计：系统无误差，考虑了系统稳定性，输出无纹波。
3、简述数字控制器的离散化设计步骤。
（1）求广义对象的脉冲传递函数G(z); （2）根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需要的闭环脉冲传递函数Ф(z)
和闭 环误差脉冲传递函数Фe(z);
（3）求取数字控制器的脉冲传递函数D(z)；
（4）根据D(z)求取控制算法的递推计算公式，就可编写控制算法程序。
4、不同输入时，最少拍控制器设计综合：

5、最少拍控制器的局限性体现在哪几个方面？
最少拍控制器的设计只是使系统对某一典型输 入的响应为最少拍，但
对其他典型输入不一定为最少拍，甚至引起静差和超调：
当针对某一典 型的输入函数R(z)设计的D(z)，用于次数较高的R(z)，
系统将不能完全跟踪，产生稳态误差 。
当针对某一典型的输入函数R(z)设计的D(z)，用于次数较低的R(z)，
系统将出 现超调；

显然，一种典型的最少拍控制器只适应一种特定的输入，而不能
适用 于各种输入。
6、最少拍有纹波控制器的设计

7、实例：设计最少拍有纹波控制系统。

8、最小拍有纹波控制器出现纹波的原因？
数字控制器输出u(k)在若干拍后，不为0或常值，是震荡收敛的。
9、最小拍有纹波控制器出现纹波后对系统有什么影响？消除纹波办
法？
输出在采样点之间有偏差；增加了执行元件的功率损耗和机械元件的
磨损。
最小拍无纹波控制器能够消除输出纹波。
10、有纹波和无纹波设计唯一区别是什么？
有纹波和无纹波设计唯一区别在于：
)
包含G(z)单位圆上和单位圆外的零点； 有纹波设计时，


(

z

无波纹设计时，


(

z

)
包含G(z)单位圆内、单位圆上、单位圆外的
所有零点。

第五章 计算机控制系统的模拟化设计
1．模拟控制器的离散化方法有哪些？各有什么特点？
1、冲激不变法
2、加零阶保持器的Z变换法（常用）
3、差分变换法
4、双线性变换法
5、频率预畸变双线性变换法
6、零极点匹配法
冲激不变法的特点：
①D(z)与D(s)的脉冲响应相同。
②若D(s)稳定，则D(z)也稳定。
③D(z)不能保持D(s)的频率响应。（缺点）
④D(z)将ωs的整数倍频率变换到Z平面上的同一个点的频率，因
而出现了混叠现象。（缺点）
加零阶保持器Z变换法的特点：
①若D(s)稳定，则D(z)也稳定。
② D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。（缺点）

后向差分变换法的特点：
①稳定的D(s)变换成稳定的D(z)。
②D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。（缺点）
前向差分变换法的特点：
稳定的D(s)不能保证变换成稳定的D(z)，且不能保证有相同的脉
冲响应和频率响应。
双线性变换的特点：
①将整个S平面的左半面变换到Z平面的单位圆内，因而没有混叠
效应。
②稳定的D(s)变换成稳定的D(z)。
③D(z)不能保持D(s)的脉冲响应和频率响应。（缺点）
2．什么叫模拟PID 调节器的数字实现？它对采样周期有什么要
求？理由何在？
?
3．位置式PID 算法和增量式PID 算法是什么？各有什么样的优缺
点？
1．位置式




2、增量式
T
u(k)K
P
[e(k)
T
I
k

e(j)T
D
j0
k
e(k)e(k1)
]
T
=K
P
e(k)K
I

e(j)K
D

e(k)-e(k-1)

j0
u
P
(k)u
I
(k)u
D
(k)

当执行机构不需要控制量的全值，而是其增量，由位置式可
以导出增量PID控制算法。





T
u(k)K
P
{e(k)
T
I

e(j)
j0
k1
j0
k
T
D
[e(k)e(k1)]}
T
T
D
[e( k1)e(k2)]}
T
T
u(k1)K
P
{e(k1 )
T
I

e(j)
u(k)K
P
{[e( k)e(k1)]
T
T
e(k)
D
[e(k)2e(k 1)e(k2)]}
T
I
T
利用增量型PID控制算法，可得到位置型P ID控制算法的递推形式，
即
u(k)u(k1)u(k)
两者本质相同， 只是后者需要使用有附加积分作用的执行机构。但有
如下优点：
(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动
作影响小；
( 2)在k时刻的增量输出△u(k)，只需用到此时刻的偏差e(k)、以及前
一时刻的偏差e(k-1 )、前两时刻的偏差e(k-2)，这大大节约了内存和
计算时间；
(3)在进行手动——自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡；

4．试描述PID 调节器中比例系数，积分时间常数和微分时间常数的
变化对闭环系统控制性 能的影响（分别对动态响应性能和稳态响应性
能影响）。
1、比例控制对系统性能的影响

对动态性能影响
Kp加大，使系统的动作灵敏，速度加快；但当Kp太 大时，系统
会趋于不稳定；当Kp太小时，使系统动作缓慢。
对稳态性能影响
加大比例控制Kp，在系统稳定的情况下，可以减少稳态误差，
提高控制精度，但不能完全消除稳态误差 。
2、积分控制Ti对系统性能的影响
对动态性能影响
积分控制Ti通常 使系统的稳定性下降。当Ti太大时，系统会趋
于不稳定；当Ti小时，对系统的性能影响减少。当Ti 合适时，过渡
特性比较理想。
对稳态性能影响
Ti能消除系统的稳态误差，提高控制精度，但Ti太大时，积分
作用太弱，以至不能减小稳态误差。
3、微分控制Td对系统性能的影响
对动态性能影响
微分可以改善动态特性，如减少超调量、调节时间缩短等。
对稳态性能影响
微分控制 中允许加大比例控制，使系统的稳态误差减小，提高控
制精度。但Td太大时，超调量较大、调节时间较 长。Td偏小时，
超调量也较大、调节时间也较长。只有合适时，可以得到比较满意的
过渡过程 。

5．PID 参数整定有些什么样的方法？它们各自的特点和适应范围
如何？
试凑法（常用）
扩充临界比例度法
归一参数整定法
扩充响应曲线法
优选法
变参数的PID控制（常用）
各自特点和适应范围：略
第六章 离散系统的离散状态空间分析法
1、线性离散系统的离散状态空间表达式的表示形式？
状态方程
输出方程
2、由差分方程导出离散状态空间表达式：
1.y( kT2T)0.2y(kTT)0.5y(kT)u(kT)
2.y(kT3T)0.5 y(kT2T)0.2y(kTT)y(kT)
u(kTT)1.2u(kT)
第十二章 计算机控制系统设计与实现
1． 简述计算机控制系统的总体方案设计的主要内容？
1．研究被控对象、确定控制任务
2．确定系统整体方案
(1)确定系统的性质和结构
(2)确定执行机构方案

(3)控制系统总体“黑箱”设计
(4)控制系统层次以及硬件、软件功能划分
3．建立数学模型，确定控制算法
4．硬件的设计
(1)确定过程的输入、输出通道及其处理方式
(2)计算机系统选择
(3)过程通道及接口设计
(4)控制台设计
(5)可靠性设计
(6)硬件调试
5．软件的设计
（1）选择编程语言
①汇编语言
②高级语言
③混合语言


（2）软件设计步骤
①问题定义
②细化设计
③编制源程序
④形成可执行代码

⑤调试
6．系统仿真与调试
(1) 实验室硬件联调
(2) 实验室软件联调
(3) 实验室系统仿真
7．现场安装调试
2． 简述过程输入输出通道的分类，组成及功能。
一、 过程输入输出通道的组成与功能
根据过程信息的性质及传送方向，过程通道包括 ：模拟量
输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。
计算机控制生产现场的控制通道也有两种:即模拟量输出通
道及数字量输出通道。
功能？
3． 简述计算机控制系统的主要抗干扰措施。
1．接地技术
2．屏蔽技术3．隔离技术4．串模干扰的抑制
5．共模干扰的抑制
6．电源噪声的抑制
7．提高软件可靠性

13、闭环脉冲传递函数求法：
（1）
（2）
解：系统的开环脉冲传递函数：(有问题)

14、用Z传递函数分析离散系统的过渡过程特性：