計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課后習(xí)題答案(參考版)
2025-01-13 09:02本頁面
【正文】 加權(quán)因子選取可視具體情況決定，一般采樣值愈靠后，賦予的比重越大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例，系統(tǒng)對正常變化的靈敏性也可提高，當(dāng)然對干擾的靈敏性也稍大了些 。這種方法稱為加權(quán)平均濾波法，也稱滑動(dòng)平均或加權(quán)遞推平均。 在算術(shù)平均濾波中， N 次采樣值在結(jié)果中所占的比重是均等的，即每次采樣值具有相同的加權(quán)因子 1/N。這種算法對信號的平滑程度取決于平均次數(shù) N，當(dāng) N 較大時(shí)平滑度高，但靈敏度低；當(dāng) N 較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高，應(yīng)該視具體情況選取 N 值。 它特別適合于信號本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動(dòng)的情況。 （ 2）中值濾波法：它對于去掉偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效。 ？它們各自有什么特點(diǎn)？ 常用的數(shù)字濾波方法有 7 種。 串模干擾就是指串聯(lián)疊加在工作信號上的干擾，也稱之為正態(tài)干擾、常態(tài)干擾、橫向干擾等。共模干擾主要是由電源的地、放大器的地以及信號源的地之間的傳輸線上 電壓降造成得。 N 采樣時(shí)刻到？ A/D采樣 前臺(tái)算法 D/A輸出 Y 后臺(tái)算法 27 第六章 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾技術(shù) 習(xí)題及參考答案 ？ 無論是內(nèi)部干擾還是外部干擾，都是從以下幾個(gè)途徑作用于系統(tǒng)的。這種轉(zhuǎn)換稱為工程量轉(zhuǎn)換，也稱為標(biāo)度變換。例如，壓力的單位為 Pa，流量的單位為 m3/h，溫度的單位為 ℃ 。 后臺(tái)運(yùn)算：為得到下一時(shí)刻輸出值 U(k +1)以及與當(dāng)前輸出無關(guān)的其他計(jì)算和管理算法 ？在什么情況下使用標(biāo)度變換程序？ 微機(jī)控制系統(tǒng)在讀入被測模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，往往還要轉(zhuǎn)換成操作人員所熟悉的工程值。 ？ 在應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)過程中，為減少計(jì)算延時(shí)，通常將運(yùn)算分為前臺(tái)運(yùn)算和后臺(tái)運(yùn)算。 圖 5— 1 給出了應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的流程圖，它描述了應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的基本任務(wù)和設(shè)計(jì)過程。 本章作業(yè) 用 C 語言編寫數(shù)字 PID 算法、大林算法、施密斯算法通用子程序。 （ 4）模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法。 （ 2）模糊控制不用建立對象精確的數(shù)學(xué)模型。主要擾 動(dòng)引起的誤差，由前饋控制進(jìn)行補(bǔ)償；次要擾動(dòng)引起的誤差，由反饋控制予以抑制，這樣在不提高開環(huán)增益的情況下，各種擾動(dòng)引起的誤差均可得到補(bǔ)償，從而有利于同時(shí)兼顧提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的要求。若參數(shù)選擇得合適，前饋控制可取得良好的控制效果。 如果能將擾動(dòng)因素測量出來，預(yù)先將其變化量送到系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)整，這樣在被調(diào)量改變之前就能克服這些擾動(dòng)的影響。根據(jù)終值定理，這樣做不影響輸 出的穩(wěn)態(tài)值，但卻改變了數(shù)字控制器的動(dòng)態(tài)特性，從而將影響閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。即使不能使 RA≤0 ，也可以把 RA 減到最小，最大程度地抑制振鈴。它對系統(tǒng)的輸出幾乎是沒有影響的，但會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)因磨損而造成損壞。 (1)最少拍控制器 可以寫出系統(tǒng)的廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) ? ? ? ? ? ?? ? 21 11232 z12 z1zT1111 ? ?? ? ???????? ?????????? ??? sessezG TsT sc ZΖ 將 T=1S 代入，有 ? ? ? ?? ?21 11 z12 z1z ? ????zGc 由于輸入 r(t)=t，則 ? ? ? ?211 e zzG ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?211 11 ?? ???? zzzGzG zGzD e e (2)系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) ? ? 212 zzzΦ ?? ? 則當(dāng)輸入為單位速度信號時(shí)，系統(tǒng)輸出序列 Z 變換為 22 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????????? ??????? 43221121 4T z3T z2T z12 zTzzzzΦzRzY y(0)=0,y(1)=0,y(2)=2T,y(3)=3T,… ? ? sc essG ??? 11 采樣周期 T=1s，要求： (1)采用 Smith 補(bǔ)償控制，求取控制器的輸出 ??ku ； (2)采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器 ??zD ，并求取 ??ku 的遞推形式。 (4)根據(jù) D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式。 (2)求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù) G(z)。 21 圖 4— 1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖 由廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)可得閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)，可求得控制器的脈沖傳遞函數(shù) D(z)。 (4)由 τ、 Tc、 Tc/τ值，查表，求出數(shù)字控制器的 T、 Kp、 Ti 和 Td。 (2)用儀表記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個(gè)變化過程曲線，如圖所示。 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID 參數(shù)的步驟： (1)斷開數(shù)字調(diào)節(jié)器，讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)。 (4)根據(jù)控制度，查表求出 T、 Kp、 Ti 和 Td 值。此時(shí)的比例度為臨界比例度，記作ss K1?? 。 (2)逐漸加大比例系數(shù) Kp，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。 、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定 PID 參數(shù)的步驟。 (4)從計(jì)算精度方面考慮，采樣周期 T 不應(yīng)過短，當(dāng)主機(jī)字長較小時(shí)，若 T 過短，將使前后兩次采樣值差別小，調(diào)節(jié)作用因此會(huì)減弱。 (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(chǎn)生過大的延時(shí)。 ? ? ? ?? ? s. sUsD 08501 1701???? 則 ? ? ? ? ? ? ? ? 1700850 ??? ? ? ? ? ? ? ? ?dt 1700850 ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?T 117010850 ???????? 把 T= 代入得 ? ? ? ? ? ? ? ?15354142504251 . ???? 位臵型 ? ? ? ? ? ? ? ? ????? kukekeku 增量型 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?170 ????????? kukekekukuku 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(qū)的 PID 控制算法 （ 4）消除積分不靈敏區(qū)的 PID 控制 ？ (1)從調(diào)節(jié)品質(zhì)上看，希望采樣周期短，以減小系統(tǒng)純滯后的影響，提高控制精度。 (3)采用增量型算法時(shí)所用的執(zhí)行器本身都具有寄存作用，所以即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，執(zhí)行器仍能保持在原位，不會(huì)對生產(chǎn) 造成惡劣影響。 )]}2()1(2)([)()]1()({[)( ?????????? kekekeTTkeTTkekeKku dip 與位臵算法相比，增量型 PID 算法有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)位臵型算式每次輸出與整個(gè) 過去狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累積計(jì)算誤差；而在增量型算式中由于消去了積分項(xiàng)，從而可消除調(diào)節(jié)器的積分飽和，在精度不足時(shí)，計(jì)算誤差對控制量的影響較小，容易取得較好的控制效果。所以實(shí)際中當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的不是控制量的絕對值，而是其增量時(shí)，可以采用增量型 PID 算法。 為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制生產(chǎn)過程變量，必須將模擬 PID 算式離散化，變?yōu)閿?shù)字 PID算式，為此，在采樣周期 T 遠(yuǎn)小于信號變化周期時(shí)，作如下近似 (T 足夠小時(shí)，如下逼近相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過程與連續(xù)系統(tǒng)十分接近 )： TkekedtdejeTedt kjt)1()()(00???? ??? 于是有： )]}1()([)()({)( 0 ????? ?? kekeTTjeTTkeKku kj dip u(k)是全量值輸出，每次的輸出值都與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位臵 (如控制閥門的開度 )一一對應(yīng)，所以稱之為位臵型 PID 算法。微分調(diào)節(jié)主要用來加快系統(tǒng)的相應(yīng)速度，減小超調(diào)，克服振蕩，消除系統(tǒng)慣性的影響。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差，提高控制精度。在被調(diào)量的 18 偏差消除后，由于積分規(guī)律的特點(diǎn)，輸出將停留在新的位臵而不回復(fù)原位，因而能保持靜差為零。比例調(diào)節(jié)可以保證系 統(tǒng)的快速性。 ? ? sT sTsD 2111??? 試用雙線形變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器 D(Z)。圓弧起點(diǎn) A（ 4， 6），終點(diǎn) A（ 6， 10）要求： (1)按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)進(jìn)行列表計(jì)算； (2)作出走步軌跡圖，并標(biāo)明進(jìn)給方向和步數(shù)。 14 圖 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(jìn)電機(jī)。 圖 雙三拍工作的電壓波形圖 （ 3）三相六拍工作方式 在反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制中，把單三拍和雙三拍工作方式結(jié)合起來，就產(chǎn)生了六拍工作方式，其通電順序?yàn)?A→AB→B→BC→C→CA 。 圖 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?yàn)?AB→BC→CA 。 10234
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