计算机控制技术是现代工业自动化领域中的核心技术之一,它涉及到如何利用计算机系统来精确地控制物理过程。本试题涉及的知识点广泛,包括增量型PID控制、干扰抑制、离散控制系统分析与设计、插补算法和控制系统的稳定性。
1. **增量型PID控制**:增量型PID控制器是一种常见的反馈控制算法,其优点在于:
- 只需存储和处理最近的偏差值,降低了计算复杂度和存储需求;
- 自动手动切换时冲击小,能实现平稳过渡,提高了系统的稳定性;
- 输出控制增量使得误差动作影响较小,从而改善了控制性能。
2. **尖峰脉冲干扰防治**:在实际控制系统中,尖峰脉冲干扰是一个重要问题,防治方法包括:
- 远离干扰源以减少影响;
- 使用硬件滤波器来抑制干扰;
- 在大功率设备上采取抑制尖峰干扰的措施;
- 应用“看门狗”(Watchdog)技术,确保系统在异常情况下能够恢复稳定运行。
3. **离散控制系统分析**:题目中提到的系统采用了采样周期为2.0s的离散控制,通过给出的输入信号和系统结构,要求求解系统的稳态误差。分析这类问题需要掌握离散系统的脉冲传递函数和误差脉冲传递函数的计算,以及稳态误差的定义和求解方法。
4. **插补算法**:插补是数字控制中用于将离散数据点转换为连续轨迹的过程。题目要求使用逐点比较法插补圆弧,这个过程中需要计算每个步进的误差和进给方向,逐步逼近目标轨迹。插补算法的正确应用对于确保精确的运动控制至关重要。
5. **控制系统的稳定性**:题目提到了零阶保持器的传递函数,其引入不会改变开环系统的极点。此外,还讨论了如何消除积分饱和现象,可以通过限制积分项的累积并适时切换控制模式来实现。设计数字控制器时,需要考虑闭环特征根的位置以保证系统的稳定性,例如设定为0.4和0.6,以获得良好的动态性能。
6. **控制器设计**:设计数字控制器通常涉及选择合适的闭环脉冲传递函数,然后通过直接设计法或离散化设计法来确定数字控制器的脉冲传递函数。这种方法包括了针对具体控制任务和性能指标的闭环系统设计,以及基于设计结果的控制算法编程。
这些题目覆盖了计算机控制技术中的关键概念,包括控制算法、系统干扰处理、离散系统分析、轨迹插补和控制器设计,这些都是理解和应用计算机控制技术的基础。通过解答这些问题,学生可以深入理解控制系统的运作原理和优化策略。