第七章
1.工业控制程序有什么特点？ 答：（1）可用程序代替硬件电路，完成多种运算 （2）能自动修正误差
（3）能对被测参数对象进行较复杂的计算和处理（4）不仅能对被测参数进行测量和处理，而且可以进行逻辑判断（5）微型计算机数据处理系统不但精度高，而且稳定可靠，不受外界干扰。
2.工业控制程序常用的语言有几种？它们分别应用在什么场合？
答：汇编语言、C语言、工业控制组态软件。汇编多用于单片机系统，用于智能化仪器或小型控制系统；C语言主要用于工业PC的大型控制系统中；工业控制组态软件用于大型工业控制系统中。
3.数字滤波与模拟滤波相比有什么优点？
答：数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点：
(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好，不存在阻抗匹配的问题；
(2)数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷； (3)数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、 功能强的特点。
4.常用的数字滤波方法有几种？各有什么优缺点？ 答：常用的数字滤波方法有7种。 （1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大 偏差。
（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。
（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。 （4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果
（5）滑动平均值滤波法：采样时间短，可以提高检测速度 （6）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波
（7）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好
5.在程序判断滤波方法中，?Y如何确定？其值越大越好吗？
答： △y是相邻两次采样值所允许的最大偏差，通常可根据经验数据获得，必要时，也可由实验得出。△y太大，各种干扰信号将“趁虚而入”，是系统误差增大；△y太小，又会使某些有用信号被“拒之门外”，使计算机采样效率变低。因此，门限值△y的选取时非常重要的。
6. 算术平均值滤波、加权平均值滤波以及滑动平均滤波三者的区别是什么？
答：算术平均值法适用于对压力、流量等周期脉动信号的平滑，这种信号的特点是往往在某一数值范围附近作上、下波动，有一个平均值。这种算法对信号的平滑程度取决于平均次数N，当N较大时平滑度高，但灵敏度低；当N较小时，平滑度低，但灵敏度高，应该视
具体情况选取N值。对于一般流量，通常取N=12；若为压力，则取N=4。 在算术平均滤波中，N次采样值在结果中所占的比重是均等的，即每次采样值具有相同的加权因子1/N。但有时为了提高滤波效果，往往对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子。这种方法称为加权平均滤波法，也称滑动平均或加权递推平均。其算法为
其中。
0?ai?1i?0n?1Yn??aiXn?in?1?i?0ai?1加权因子选取可视具体情况决定，一般采样值愈靠后，赋予的比重越大，这样可增加新的采
样值在平均值中的比例，系统对正常变化的灵敏性也可提高，当然对干扰的灵敏性也稍大了些。
滑动平均值滤波法，依次存放N次采样值，每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，然后求包含新值在内的N个数据的算术平均值或加权平均值。
7.标度变换在工程上有什么意义？在什么情况下使用标度变换程序？ 答：意义：减少硬件设备，降低成本，便于人工检测和管理
情况：在多回路检测系统中，各回路参数信号不一样，需要各种量程放大器的情况下使用尺度变换程序。
8.在微型计算机控制系统中，系统误差是如何产生的？怎样自动校正系统误差？
答：系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值（包括大小、符号）保持恒定，或按某种已知的规律变化的误差。
在电路的输入部分加一个多路开关，系统在刚通电或每隔一段时间时，自动进行一次校准，测出这时的输入值x0，然后把开关接标准电压Vr，测出这时的输入值Xi，设测量信号的x与y的关系式线性关系即y=a1+a0，由此的纠正公式y=Vr（x-x0）/（x1-x0）
9.全自动校准与人工校准有什么区别？它们分别应用在什么场合？
答：全自动校准由系统自动完成不需要人的介入，只适用于基准参数是电信号的场合，他不能校正由传感器引入的误差，而人工校准就可以。全自动校准适用于对电路器件没有高要求电路。
10.为什么要采用量程自动转换技术？
答：由于传感器所提供的的信号变化范围很宽，特别在多回路检测系统中，当各回路的参数信号不一样时，必须提供各种两成的放的放大器，才能保证送到计算机的信号一直在0-5v。在模拟系统中，为了放大不同的信号，需要使用不同倍数的放大器。而在电动单位组合仪表中，常常使用各种类型的变送器、差压变送器、位移变送器等。但是这种变送器的造价比较贵，系统也复杂。随着微型机的应用，为了减少硬件设备，已经研制出可编程逻辑放大器，可实现量程自动转化。
11.线性插值法有什么优缺点？使用中分段是否越多越好？ 答：（1）优点：是代数插值法中最简单的形式，处理非线性函数运用最多的方法；对于多数工程而言，基本满足要求，比查表法省事；缺点：当函数曲率或斜率变化较大时，有误差产生；而减小误差有需要把基点分的很细，这样就占用内存；应用非等距插值法时，点的选取麻烦，光滑度不高。
（2）不是越多越好，分段多误差虽会降低，但占用内存，增长时间，开销变大，得不偿失，所以分段数应合理选择。
二．练习题
22.某梯度炉温度变化范围为0℃~1600℃，经温度变送器输出电压范围轻为1~5v，再经ADC0809转换，ADC0809的输入范围为0~5v，，试计算当采样数值为9BH时，所对应的的梯度炉温度是多少？
解：
由于测量下限0℃对应温度变送器输出电压为1V，而ADC0809的输入范围为0~5V，故测量下限0℃对应ADC0809的A/D转换值是256*(1.0/5.0)取整，由于256*(1.0/5.0)=51.2，取N0=51，故利用如下公式进行标度变换。
Ax?AmNx?N0
Nm?N0其中N0=51，Nm=255，Am=1600
当采样数值为9BH时，其十进制数是155，代入公式得 Ax=815.7
故当采样数值为99H时对应的梯度炉温度是815.7°C。
23简述PGA102集成可编程逻辑放大器的原理
解：随着计算机的应用，为了减少硬件设备，可以使用可编程增益放大器（PGA:Programmable Gain Amplifier)。它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进行控制。采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。所谓量程自动转换就是根据需要对所处理的信号利用可编程增益放大器进行倍数的自动调节，以满足后续电路和系统的要求。 可编程增益放大器有两种——组合PGA和集成PGA。
第八章
1.、在PID调节中，系数K,……等各有什么作用？他们对调节品质有什么影响？
答：系数Kp为比例系数，提高系数Kp可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境的提高系数Kp最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。系数Ki为积分常数，Ki越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在误差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。积分调节可以消除静差，提高控制精度。系数Kd为微分常数，kd越大，微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的响应速度，减小超调，克服震荡，消除系统惯性的影响。
2、在PID调节其中，积分项有什么作用？常规PID，积分分离与变速积分3中算法有什么区别和联系？
答：积分项用于消除静差。 在常规PID调节中，由于系统的执行机构线性范围受到限制，当偏差较大时，会产生很大的超调量，使系统不停的震荡。为消除这一现象，积分分离法在控制量开始跟踪时，取消积分作用，直到被跳量接近给定值时，才产生积分作用。而变速积分则是改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差大时，积分作用弱，偏差小时，
积分作用增强。变速积分和积分分离的控制方法很类似，但调节方式不同。积分分离对积分项采取“开关”控制，而变速积分则是线性控制。
3、在数字PID中，采样周期是如何确定的？它与哪些因素有关？对调节品质有何影响？ 答：一种是计算法，一种是经验法。因素：扰动频率的高低；对象的动态特性；执行机构的类型；控制回路数；控制质量。 T太小，偏差信号也过小，计算机会失去调节作用；T过大，会引起误差。
4、位置型PID和增量型PID有什么区别？他们各有什么优缺点？
答：位置型需要历次的偏差信号，而增量型只需一个增量信号即可。位置型计算繁琐，保存E占用很多内存，控制不方便。增量型误动作小，易于实现手动/自动的无扰动切换，不产生积分失控。但是缺点在于积分截断效应大，溢出影响大。
5、在自动调节系统中，正、反作用如何判定？在计算机中如何实现？
答：输出量与被测量变化一致则为正，否之为反。计算机中两种方法：一是改变偏差的公式实现，二是在PID运算之后，先将结果求补，再送到D/A转换器中转换，进而输出。
6、积分饱和现象是如何产生的？如何消除？
答：是由于积分项不断累加引起的。消除方法有遇限削积分法，有效偏差法等。
7、是否需要添加手动后援，为什么？
答：需要。因为这是系统安全可靠运行的重要保障。
18..已知模拟调节器的传递函数为
D?s??解：
1?0.17s
1?0.85s试写出相应数字控制器的位置型和增量型控制算式，设采样周期T=0.2s。
D?s?? 则0.85SUU?s?1?0.17s?
E?s?0.85s?s??E?s??0.17SE?s?
du?t?de?t??e?t??0.17 0.85
dtdt0.85u?k??u?k?1?e?k??e?k?1??e?k??0.17
TT把T=0.2S代入得 增量型
?u?k??u?k??u?k?1??0.4353e?k?—0.2e?k?1?
位置型
u?k??0.4353e?k??0.2e?k?1??u?k?1?
19.已知某连续控制器的传递函数为：D1(s)?1?0.15s，
0.05sD2(s)?18?2s,T?1s
（1） 分别写出D1(s)，D2(s)相对应的增量型PID算法的输出表达式 （2） 在D1(s)，D2(s)时KP，KI和KD的值为多少
解：（1 ） 当
D(s)?
U(s)1?0.15s?E(s)0.05s（2分）0.05sU(s)?E(s)?0.15sE(s)
..两边进行拉氏逆变换：0.05u(t)?e(t)?0.15e(t)
0.05u(k)?e(k)?0.15e(k)（3分）
u(k)?u(k?1).e(k)?e(k?1)u(k)?e(k)?TT，
...u(k)?u(k?1)?23e(k)?3e(k?1)（2分） u(k)?u(k?1)?23e(k)?3e(k?1)（2分）
当D2(s)?U(s)?18?2S E(s)U(s)?18E(s)?2sE(s)
两边进行拉氏逆变换：u(t)?18e(t)?2.de(t) dt.u(k)?18e(k)?2把T=1S代入得
.de(t) dt.u(k)?20e(k)?2e(k?1)
u(k)?u(k?1)?20e(k)?22e(k?1)?2e(k?2)