范文一:电机控制答案 许大中(第二版)

第一章

转速调节器的作用

(1)速度调节-它使转速 n 很快地跟随给定电压变化,稳态时可减小转速误差,如果采用PI调节器,则可实现无静差。

(2)抗扰作用--对负载变化起抗扰作用。

(3)限制电机最大电流--其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

电流调节器的作用

(1)跟随作用--作为内环的调节器,在外环转速的调节过程中,它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压(即外环调节器的输出量)变化。

(2)抗扰作用--对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

(3)加快动态过程--在转速动态过程中,保证获得电机允许的最大电流,从而加快动态过程。

(4)过流自动保护作用--当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用。一旦故障消失,系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

速度闭环中,速度反馈回路如开路,转速将升至该系统设计的最高转速,俗称飞车。 2-1 在转速、电流双闭环调速系统中 若要改变电动机的转速,应调节什么参数?改变转速调节器的放大倍数Kn行不行? 改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行? 改变转速反馈系数α行不行?若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的哪些参数?

答 ① 在转速、电流双闭环调速系统中 若要改变电动机的转速,应调节的参数有 转速给定电压U*n 因为转速反馈系统的转速输出服从给定。

② 改变转速调节器的放大倍数Kn 只是加快过渡过程 但转速调节器的放大倍数Kn的影响在转速负反馈环内的前向通道上 它引起的转速变化 系统有调节和抑制能力。因此 不能通过改变转速调节器的放大倍数Kn 来改变转速

③ 改变改变电力电子变换器的放大倍数Ks 只是加快过渡过程 但转电力电子变换器的放大倍数Ks的影响在转速负反馈环内的前向通道上 它引起的转速变化 系统有调节和抑制能力。因此 不能通过改变电力电子变换器的放大倍数Ks 来改变转速

④ 改变转速反馈系数α 能改变转速。转速反馈系数α的影响不在转速负反馈环内的前向通道上 它引起的转速变化 系统没有调节和抑制能力。因此 可以通过改变转速反馈系数α来改变转速 但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。 ⑤ 若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有 转速的给定U*n、转速调节器的放大倍数Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系数α等 因为它们都在电流环之外。 2-2 在转速、电流双闭环调速系统稳态运行时 两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少 为什么?

答 在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时 转速调节器退饱和 PI的作用使得转速调节器的输入偏差电压为0 转速调节器的输出电压由于维持在U*im n* 。 在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时 电流调节器不饱和 PI的作用使得电流调节器的输入偏差电压为0 形成一个电流随动子系统 力图使Id尽快跟随其给定U*i. 电流调节器的输出电压UC又后面的环节决定。 2-3 在转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器 而是P调节器 对系统的静、动态性能将会产生什么影响? 答 在转速、电流双闭环调速系统中 转速调节器采用P调节器 整个系统成为一个有静差的系统。 转速调节器不饱和 一直处于主导地位 电流调节器不饱和 形成一个电流随动子系统 无法形成在

最大电流下在最短时间内使速度上升/下降最快 动态响应较慢。 2-4 试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统 ① 调速系统的静态性能 ② 动态限流性能 ③ 启动的快速性 ④ 抗负载扰动的性能 ⑤ 抗电源波动的性能 答 ① 调速系统的静态性能: 在转速、电流双闭环调速系统中 转速调节器采用PI调节器 整个系统成为一个无静差的系统。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中 转速调节器采用PI调节器 整个系统成为一个无静差的系统

范文二:过程控制工程(第二版)答案

过程控制工程 课后习题答案

1-1

kh

a网

w.c

1)直接数字控制 它的特点:计算灵活,它不仅能实现典型的PID控制规律,还可以分时处理多个控制回路。

2)集中型计算机控制系统 它的特点:可以实现解耦控制、联锁控制等各种更复杂的控制功能;信息集中,便于实现操作管理与优化生产;灵活性大,控制回路的增减、控制方案的改变可由软件来方便实现;人机交互好,操作方便

3)集散控制系统 它的特点:同时适应管理与控制两方面的需要:一方面使用若干个控制器完成系统的控制任务,每个控制器实现一定的控制目标,可以独立完成数据采集、信号处理、算法实现与控制输出等功能;另一方面,强调管理的集中性。

1-3

答案

da

P:被控变量 储罐:被控对象 U:控制变量 进气流量:操纵变量 P1,P2,出气流量:扰动变量

被控变量:被控对象需要维持在其理想值的工艺变量,也是测量变松的输入。 控制变量:控制器的输出电信号。

操作变量:执行器的操作对象,对被控变量有影响。

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kh

m

om

自动控制系统由被控对象、测量变送器、执行器(控制阀)和控制器组成。 被控对象 是指被控制的生产设备或装置。

测量变送器 用于测量被控变量,并按一定的规律将其转换为标准信号作为输出。 执行器 常用的是控制阀,接受来自控制器的命令信号,用于自动改变控制阀的开度。 控制器 它将被控变量的测量值与设定值进行比较,得出偏差信号e(t),并按一定规律给出控制信号u(t)

1-2

daw

.com

第一章

扰动变量:影响被控变量的变量(除了操作变量)。

k 1-4

.假设控制阀为气闭式、控制器为反作用,定义偏差为测量值与给定值之差。首先假设在干扰发生之前系统处于平衡状态,即流入量等于流出量,液位等于给定值。当有干扰发生,平衡状态将被破坏,液位开始变化,于是控制系统开始动作。

1)假定在平衡状态下流入量Q1突然变大。此刻是的Q1>Q2,于是液位L将上升随着L的上升,控制器将感受到正偏差,由于控制器是反作用的,因此其输出将减小。因为控制阀是气闭式的,随着控制器输出的减小,控制阀开度变大。流出量Q2将逐渐增大,液位L将慢慢下降并逐渐趋于给定值。当再度达到Q2=Q1时,系统将达到一个新的平衡状态。这是控制阀将处于一个新的开度上。

2)如果在平衡状态下,流入量突然减小,将出现Q1

3)在平衡状态下,Q2突然变大。这就使Q2>Q1,L将下降。这是控制器输出将增大控制阀开度变小,于是Q2将随之减小,L又会慢慢上升而回到给定值。如果在平衡状态下,Q2突然减小了。此时,L将上升,控制器输出将减小,控制阀开度变大,重新使Q2增大

w

w

.kh

w

而使其逐渐回复到给定值为止。

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kh

daw

.c

om

第二章

AdH

=Q1−Q2−Q3 dtAd∆H =∆Q1−∆Q2−∆Q3

dt

1)

.com

2-1

daw

2H0K3∆H2H0

∆Q3=Q3−Q30==

kh

∆Η

R3

2)

3) W0(S)= 2-2 1)

w

令A1的另一个出口为Q4, 则对A1有:

w

.kh

A2dH2

=Q4−Q3 dt

R2R3H(S)

=

Q1(S)AR2R3S+R2+R3

对A2有:

w

Q2=K2H1−H2 Q4=K12H1−H2 Q3=K3H2

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da

w

.c

om

A1dH1

=Q1−Q2−Q4 dt

.c

R2R3AS=R2R3Q1(S)−R3H(S)−R2H(S)

om

∆Q2=Q2−Q20=

K2∆H

=

∆Η

R2

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∆Q2=Q2−Q20=

Η1−H2

R12

K2(H1−H2)2H0

=

H1−H2

R2

∆Q4=

∆Q3=

daw

.com

∆H2

R3

H1(S)=

1

[Q1(S)−Q2(S)−Q4(S)] A1S1A2S

[Q4(S)−Q3(S)]

kh

H2(S)=

Q4(S)=

Q2(S)=

H1(S)−H2(S)

R2H2(S)

R3

h

2)

Q3(S)=

答案

H1(S)−H2(S)

R12

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w.c

daw

3)

W0(S)=

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kh

R2R3

2

A1A2R2R3S+(A1R2+A2R12R3+A2R2R3)S

om

2-5

1) ∆Q0=

K∆H2H0

=

R=

daw

kh

H=2e−100tu(t)Qi 故其时间常数为100.

w

w

.khw

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w.c

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答案

om

dH

+H=RQi dtdH 0.01+H=0.02Qi

dt

2)RA

.com

∆Η

=0.02 ∆Q0

∆Η

R

K=

相应好h(t)在t=T时达到其终值的63.2%, 即h(T)=h(0)+[h(∞)−h(0)]*63.2%=62.56

daw

3-2

kh

1)y*(t)=

y(t)−y(0)

y(∞)−y(0)

取y*(t1)=0.4 y(t1)=0.8 查表得t1≈23 y*(t2)=0.8 y(t2)=1.6 查表得t2≈43

t1

=0.53>0.46则说明该阶跃响应需更高阶的传递函数才能拟合得更好,查表3.3-1t2

得出n=3

T=

3-3

G(S)=

w

w

G(S)=

在达到最终值的63.2%,所对应的时间为180*63.2%=113 故T≈5S

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kh

daw

.c

1.8×10−2

G(S)=

5S+1

om

K

TS+1y(∞)−y(0)K==1.8*10−2

∆P

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2

3

()10S+1

t1+t2y(∞)−y(0)

≈10 K==2

2.16*n∆u

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w.c

om

由表实验数据可得出T=100

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3-1

h(∞)−h)(0)(99−0)/1000

=≈0.5

∆u20%

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4-1

1de(t)

PID式子中u(t)=Kc[e(t)+e(t)dt+T+u0 d

Ti∫dt0

u0为常数,而常数的拉氏变换为0,故将时域变换为频域时没有这一项。

t

daw

4-2

kh

.kh

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w.c

w

w

答案

w

1) 上图中,蓝色的积分时间为3,紫色的为20,黄色的为40,由此我们可知在相同的

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kh

daw

.c

om

om

u0为控制器的稳态输出,取值根据系统稳定时需要保持的控制阀阀门开度确定。

外界干扰作阶跃变化情况下,随着积分时间减小,最大偏差会增大,震荡不会加剧。 2) 由上图可知,为了获得与以前相同的系统稳定性,可适当将Kc调小,静态环路增

益会改变。 4-3

daw

kh

4-5

Kc1=0.5Kmax Kc2=0.4Kmax=0.6Kc1 KC3=0.6Kmax=1.2Kc1

[y(∞)−y0]

∆取y*(t1)=0.283 查表得t1=5

y*(t2)=0.632 查表得t2=10.6

w

w

G(S)=

T=1.5(t2-t1)=8.4 τ=t2-t0-T=2.2

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daw

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om

5

e−2.2s

8.4S+1

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y*(t)=

umax−u0]

y(t)−y(0)

y(∞)−y(0)

K=

ymax−y0]

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w.c

==5 0.03

那里,这种情况成为积分饱和。 由定义可知,发生积分饱和的前提是控制器具有积分功能,控制器的饱和输出极限值要比执行机构的信号范围大。 后果:可能使产品质量不好,对操作人员的安全构成威胁。 4-4

答案

om

积分饱和:对于一个有积分功能的偏差,控制器的积分作用就会对偏差进行累积来改变控制器的输出。如果这时阀门已达到饱和(已全开或全关),而无法继续进行调节,那么偏差将无法消除。然而由于积分作用,控制器的输出仍在增加直到它达到某个极限值并停留在

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Kp=1.4

daw

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kh

出现等幅震荡,而控制器为PI,故将Kp调为0.6,Ti=20。

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w.c

答案

w

w

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Kp=0.6 Ti=20

w

余差和超调均较小,比较满意。

通过用Matlab仿真 Kc=0.6 Ti=20

kh

daw

.c

om

om

第五章

用前馈-反馈控制方案

Gff(S)=−

.com

Gpd(S)Gpc(S)

=−

5-1

5(2S+3)

S+1

kda1.05(55S+1)2s

e

0.94(41S+1)

Gff(S)=−

Gpd(S)Gpc(S)

5-3 1)

h

5-2

=−

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kh

2)由图可得

Gc2GpcGo2Y(S)Gpd+GffGo1A

其中A= =

1+Gc2GpcGo2Gm2F(S)1+AGc1Gm1Go1

由不变性原理F(S)≠0,Y(S)=0 即Gpd+GffGo1A=0

daw

kh

5-4

K=

2max1max

q1

=

25 21

若采用相除形式的方案时,K应在0.5~0.8之间,而K>1,故采用相乘形式。

答案

q2

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w.c

3) 先判断副控制器:

在副回路中,副对象、副测量变送器为正作用。而控制阀为正作用,故副控制器为负作用。

然后判断前馈控制器,它是消除扰动对被控变量的影响,故为负作用。

再判断主控制器,在主回路中,主对象、主测量变送器、副回路为正作用,故主控制器为正作用。

w

由题知k=0.4 A作主流量,B作副流量 K=k

QAmax

=1.6

QBmax

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kh

若采用相除形式的方案时,K应在0.5~0.8之间,而K>1,故采用相乘形式。

daw

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5-5

m

om

2

Gpd18S1 A=2S1Gff=−=− =

32AGo12S+19

1+9××1S+1

2S+1

S+9.5

Gff=−

54

0.9×

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5-6

2)I0=18 则K=K=k×

3) K=1)

w

.com

18−4

=7

20−4

Q1max7000

=k×所以k=0.5 Q2max4000I2−4

=7 I2=9.25Ma I1−4

kh

.kwww

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daw

.c

om

第六章

1) 副控制器正反作用改变,主控制器正反作用不变。阀门是副回路中的执行器,在主

回路中,副回路作为一个整体为正作用,故执行器的改变对主回路无影响,主控制器正反作用不变。在副回路中,执行器由气开阀变为气关阀,正反作用改变。而正反作用的选择是使系统成为负反馈系统,而副回路中除副控制器外其余正反作用不变。故副控制器正反作用改变。

2) 要改变,副控制器的输出是去改变阀门,比例度要增加,而积分时间要减小。口径

daw

.com

6-1

1) 最合适的副变量选择θ2,它离第四个储罐较远,可以防止副变量与主变量发生共振。2)

而且它包含更多的干扰。

答案

6-2

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w.c

变大相当于控制通道放大倍数增加,此时若比例度和积分时间不变则控制系统的开环放大倍数增大,系统的余差会减小,但是系统会变得不稳定。对于一个不稳定的系统谈余差是没有意义的。所以首先要保持系统的稳定性,那么要减小控制器放大倍数,即增大比例度。此时余差肯定会变大,因此要加强积分作用,即减小积分时间,消除余差。

3) 主控制器的比例度和积分时间不改变。由于串级系统对副对象和控制阀特性的变化

具有较好的鲁棒性,即副对象和控制阀特性的变化不会影响主控制器。

kh

6-3

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kh

应该把下面那个采用串级控制系统,首先是因为干扰通道时间常数为0.2,对被控变量的影响相当大。其次副回路中包含的纯滞后时间很小,有利于提高副回路的快速性。上面那个途中的副回路包含大惯性环节,且控制通道没有延时,干扰量影响到副变量的时候,很快影响到主控变量,而由于大惯性环节,副回路还来不及处理干扰。

daw

3) 副控制器的选择与主回路无关,而测量变送器,副对象均为正作用,调节阀为正作

用,故副控制器为负作用,主控制器与主对象正反作用相反。而主对象为正作用,故主控制器为负作用。

w

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om

om

图同上图 6-4

6-5

daw

6-7

6-6

w.c

前者是串级控制系统中反映主被控变量的中间变量,控制作用对他产生明显的调节效果;

后者是对主被控变量有显著影响的干扰量,是完全不受控制作用约束的独立变量,引入前馈的目的是为了补偿原料油流量对炉出口温度的影响。 功能上:

前馈控制器与串级控制的副控制器担负不同的功能。

kh

w

由题知,控制阀为气开阀,故为正作用。蒸汽流量增加,温度升高,塔底压力增加,故

压力差减小。因此,Gp(S)为反作用,而Gp(S)为正作用。由单回路控制系统的控制

器选择可知,Gpc(S)、GTC(S)为正作用。当压力差超过设定值,而Gpc(S)为正作用,故控制器输出信号增加,该信号增加后,要求在选择器中被选中,显然改选择器应为高值选择器。

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6-8

daw

.c

o

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结构上:

串级控制:内外两个反馈回路组成

前馈-反馈控制:一个反馈和一个开环的补偿回路叠加而成 变量上:(串级控制的副参数与前馈-反馈控制的前馈输入量是两个截然不同的变量)

.com

Tsp

daw

为反作用(通入自来水或深井水,被控变量温度会降低),再由单回路控制系统的控制器选择可知,控制器为反作用。

kh

教材:《过程控制工程》(第二版),王树青,戴连奎,于玲,化学工业出版社,2008

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da网

w.c

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答案

daw

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由题意可知A阀、B阀均为气开阀,即为正作用,自来水和深井水两个对象的特性均

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范文三:智能仪器第二版

1-1.内含微型计算机并带有GP-IB等通信接口的电子仪器成为智能仪器。特点: (1)智能仪器使用键盘代替传统仪器中的旋转式或琴键式切换开关开实施对仪器的控制从而使仪器面板的布置和仪器内部有关部件的安排不再相互限制和牵连. (2)微处理器的运用极大的提高了仪器的性能。

(3)智能仪器运用微处理器的控制功能,可以方便的实现量程自动转换、自动调零、触发电平自动调整、自动校准、自动诊断等功能,有力的改善了仪器的自动化测量水平。 (4)智能仪器具有友好的人机对话能力。

(5)智能仪器一般都配有GP-IB或RS-232等通信接口,是智能仪器具有可程控操作的能力。 1-2.主机电路用来存储程序数据并进行一系列的运算和处理;模拟量输入/输出通道用来输入/输出模拟信号;人机接口电路的作用是沟通操作者和仪器之间的联系;通信接口电路用于实现仪器与计算机的联系,以便使仪器可以接收计算机的程序命令。

1-3.监控程序是面向仪器面板键盘和显示器的管理程序,其内容包括:通过键盘输入命令和数据,以对仪器的功能、操作方式与工作参数进行设置;根据仪器设置的功能和工作方式,控制I/O接口电路进行数字采集、存储;按照仪器设置的参数,对采集的数据进行相关的处理;以数字、字符、图形等形式显示测量结果、数据处理的结果及仪器的状态信息。 1-4.智能仪器广泛使用键盘,使面板的布置与仪器功能部件的安排可以完全独立的进行,明显改善了仪器面板及有关功能部件结构的设计,这样即有利于提高仪器技术指标,又方便了仪器的操作。

1-5.智能仪器组成的自动测试系统是一个分布式多微型计算机系统,系统内的各智能仪器在任务一级并行工作,它们各自具备的硬件和软件,能相对独立的工作,相互间也可通信,它们之间通过外部总线松散耦合。特点:自动测试系统具有极强的通用性和多功能性。 1-6.个人仪器和个人仪器系统充分的利用PC机软件资源,相对于智能仪器来说,极大的降低了成本,大幅缩短了研制周期,显示出广阔的发展前景。

1-7.个人仪器系统是由不同功能的个人仪器和PC机有机结合而构成的自动测试系统。 1-8.VXI总线系统即采用VXI总线标准的个人仪器系统,一般由计算机、VXI仪器模块和VXI总线机箱构成。

1-9.

1.确定设计任务:首先根据仪器最终要实现的设计目标,编写设计任务说明书,明确仪器应具备的功能和应达到的技术指标。

2.拟制总体设计方案:设计者应首先一句设计的要求和一些约束条件,提出几种可能的方案。 3.确定仪器工作总框图:当仪器总体方案和选用的微处理器的种类确定后,就应采用自上而下的方法,把仪器划分成若干个便于实现的功能模块,并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。

4.硬件电路和软件的设计与调试:一旦仪器工作总框图确定后,硬件电路和软件的设计工作就可以齐头并进。

5.整机联调:硬件、软件分别装配调试合格后,就要对硬件、软件进行联合调试。 1-10.单片机性能增强、体现在指令指令执行速度有很大提升;单片机集成了大容量片上flash存储器,并实现了ISP和IAP,单片机在低电压、低功耗、低价位、LPC方面有很大进步;单片机采用了数字模拟混合集成技术,将A/D、D/A、锁相环以及USB、CAN总线接口等都集成到单片机中,大大地减少片外附加器件的数目,进一步提高了系统可靠性能。单片机的选择要从价格、字长、输入/输出的执行速度、编程的灵活性、寻址能力、中断功能、直接存储器访问(DMA)能力、配套的外围电路芯片是否丰富以及相应的并发系统是否具备等多方面进行综合考虑。

2-1. A/D转换器技术指标:1.分辨率与量化误差;2.转换精度;3.转换速度;4.满刻度范围。

D/A转换器技术指标:1.分辨;2.转换精度;3.转换时间;4、尖峰误差。

分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标,转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想A/D转换器在量化值上的差值,用绝对误差或相对误差来表示。

2-2. 逐次比较式A/D转换器转换时间与转换精度比较适中,适用与一般场合。积分式A/D转换器的核心部件是积分器,速度较慢,但抗干扰性能力强,适用于在数字电压表类仪器中采用。并行比较式A/D转换器,转换速率可以达到很高,但抗干扰能力差,由于工艺限制,其分辨率一般不高于8位。适用于数字示波器等要求转换速度较快的仪器。 2-9. 数据采集系统把多路开关、模拟放大器、采样/保持器、A/D转换器、控制逻辑以及微处理器系统的接口电路等都集成在一块芯片中,构成数据采集集成电路。 3-1. 独立式键盘结构特点是一线一键;矩阵式键盘结构特点是把检测线分成两组,一组为行线,另一组为列线,按键行线和列线的交叉点上;交互式键盘结构特点是任意两检测线之间均可以放置一个按键。

3-4. 键盘分析程序的任务是对键盘的操作做出识别并调用相应的功能程序模块完成预订的任务。直接分析法的优点是简明直观,缺点是命令和识别和处理程序的执行交错在一起,相互牵制层次不清楚,当采用多用键,复用次数较多时,这一矛盾尤其突出,用状态分析法可以克服这些缺点。

状态分析法步骤:

1.用状态图准确表述按键操作序列的定义;

2.状态表;

3.固化状态表;

4.键盘分析程序的设计。

3-11. 字符发生器(字符ROM)存储字符点阵信息。各种字符的ASCII代码从显示RAM中读出送到字符ROM作为选择对应这个字符点阵码的字符ROM的地址。 4-1. 讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置;听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置;控者是数据传输过程中的组织者和控制者。在一个GP-IB系统中可设置多个讲者,但在某一时刻只能有一个讲者在起作用,听者可以设置多个,并且允许多个听者同时工作。控者通常由计算机担任,GP-IB系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。 4-2.

1.可以用一条总线相互连接,若干台装置,以组成一个自动测试系统; 2.数据传输采用并行比特(位),串行字节(位组)双向异步传输方式,其最大传输速率不超过1兆字节每秒;

3.总线上传输的消息采用负逻辑;

4.地址容量;

5.一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。

4-3. 接口消息是指专用于管理接口部分完成各种接口功能的信息,它由控者发出而只被接口部分所接收和使用。仪器消息是与仪器自身密切相关的信息,它只被仪器部分所接收和使用,虽然仪器消息通过接口功能进行传递,但它不改变接口功能的状态。 4-4. 总线是一条24芯电缆,其中16条为信号线,其余为地线及屏蔽线。

16条信号线分为:

1)8条双向数据总线(DIO1~DIO8),其作用是传递仪器消息和大部分接口消息,包括数据、命令和地址;

2)3条数据挂钩联络线(DAV、NRFD和NDAC),其作用是控制数据总线的时序,以保证数据总线能正确、有节奏的传递信息;

3)5条接口管理控制线(ATN、IFC、REN、EOI和SRQ)其作用是控制GP-IB总线接口的状态。

4-6. GP-IB的十种接口功能:控者功能(C)、讲者功能(T)、听者功能(L)、源挂钩功能(SH)、受者挂钩功能(AH)、服务请求功能(SR)、并行点名功能(PP)、远控本控功能(R/L)、装置触发功能(DT)和装置清楚功能(DC)

4-9. RS-232C标准的接口信号线分为

1.基本数据传输信号线,主要信号线有TxD发送信号线、RxD接收信号线、GND为地信号线;

2..调制解调器控制信号线,主要信号线分从计算机到moden (DTR数据终端就绪信号

线和RTS请求发送信号线)和moden到计算机(DSR数据装置就绪信号线、CTS允许发

送信号线、DCD数据载波检测信号线、RI振铃指令信号线)。

4-10. 为了使发送和接收保持一致,串行数据在发送和接收两端使用的时钟因同步,异步通信中,只要求发送和接收两端的时钟频率在短时间内保持同步。同步通信与异步通信相比较,优点是传输速度快,不足之处是同步通信的实用性见取决于发送器和接收器保持同步的能力,若在一次串行数据的传输过程中,接收器接收数据时,若由于某种原因漏掉1位,则余下接收的数据都是不正确的。异步通信传输数据慢,但若在一次串行数据传输的过程中出现错误,仅影响一个字节数据

4-11. 异步通信协议规定每个数据以相同的位串形式传输,每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。起始位的作用是协调同步,接收设备检测到这个逻辑低电平后,就开始准备后续数据位信号。停止位用于标志一个数据的传输完毕。

4-12. RS-232C标准逻辑1电平在—5v,15v范围内逻辑0电平在+5v,15v范围内 TTL电平逻辑1 在+2v,+5v 逻辑0在0v,+0.8v

5-1. 算法即计算方法,是为了使计算机获得某种特定的计算结果而制定的一套详细的计算方法和步骤,一般表现为数学公式或操作流程。测量算法则是指直接与测量技术有关的算法。测量算法包括自检、自动检测、克服系统误差的校正和克服随机误差的滤波处理

5-2. 自检就是利用事先编好的检测程序对仪器的主要部件进行自动检测,并对故障进行定位。自检方式有:1.开机自检;2.周期性自检3.键盘自检。自检内容包括ROM、RAM、总线、显示器、键盘以及测量电路等部件的检测

5-4. 自助量程转换可以使仪器在很短的时间内自动选定在最合理的量程下,从而使仪器获得高精度的测量,并简化了操作。自动量程转换由最大量程开始逐级比较,直至选出最合适的量程为止

5-5. 自动零点调整的原理,首先微处理器通过粗陋控制继电器吸合使仪器输入端接地,启动一次测量并将测量值存入RAM的某一确定单元中,接着微处理器通过输出口又控制继电器释放,使仪器输入端接被测信号,最后微处理器再做一次减法运算,并将此差值作为本次测量结果加以显示。

5-7. 系统误差是指在相同条件下多次测量同一量时,误差的绝对值和符号保持恒定或在条件改变时按某种确定的规律而变化的误差。修正方法:1.利用误差模型修正系统误差;2.利用校正数据表修正系统误差;3.通过曲线拟合来修正系统误差。

5-8. 利用误差模型:首先通过分析来建立系统的误差模型,再由误差模型求出误差修正公式。误差修正公式一般含有若干误差因子,修正时,先通过校正技术把这些误差因子求出来,然后利用修正公式来修正测量结果,从而削弱了系统误差的影响。采用曲线拟合对测量结果进行修正的方法是,首先定出f(x)的具体形式,然后再通过对实测值进行选定函数的数值计算,求出精确的测量结果。

5-9. 数字滤波具有硬件滤波器的功效,却不需要硬件开销,从而降低了成本,由于软件的灵活性,还能产生硬件滤波器达不到的功效。不足之处就是需要占用机时。

5-10. 常用的数字滤波方法有:1.中值滤波;2.平均滤波程序;3.低通数字滤波。中值滤波对去掉脉冲性质的干扰比较有效,并且采样次数N越大,滤波效果愈强,对于变化较为剧烈的参数,不宜采用;平均滤波对滤除混杂在测信号上的随机干扰非常有效;低通数字滤波对滤除变化非常缓慢的被测信号中的干扰是很有效的。

6-1. DVM是指以微处理器为核心的数值电压表,专用微型计算机部分包括微处理器芯片、存放仪器监控程序的的存储器ROM和存放测量及运算数据的存储器RAM;用于测量的输入/输出设备有:输入电路、A/D转换器、键盘、显示器及标准仪用接口电路等等。DMM是指除能测量直流电压外,还同时能测量交流电压、电流和电阻等参数的数字测量仪器。交流电压、电流和电阻的测量是通过交直流(AC-DC)转换器、电流转换器和欧姆转换器先转换成相应的直流电压,然后再由DVM进行电压测量而实现的。主要的技术指标:1.量程;2.位数;3.测量准确度;4.分辨率;5.输入阻抗;6.输入电流;7.测量速率。

6-5. 采用平均值AC-DC转换器对交流电压进行有效值测量的方法是先测出交流信号的平均值,然后再根据波形因数换算出对应的有效值。真有效值AC-DC转换器输出直流电压,线性的比于被测各种波形交流信号的有效值,基本上不受输入波形失真度的影响。

6-8. 恒流源法主要测量阻值较大的电阻,四线法主要用于阻值较小的情况,电压源法用于高阻测量。

7-1. 具有测频和测周两种以上功能的电子计数器都归类为通用计数器。

-4. 测频和测周两条量化误差曲线焦点所对应的被测信号频率成为中界频率。 7

8-1. 数字存储示波器有的取样方式有实时取样和等效时间取样两种。等效时间取样不能观察单次信号,因为等效时间取样紧限于处理重复性的周期信号。

范文四:智能控制答案

武汉理工大学硕士研究生试题

课程名称:智能控制理论与技术

专业学号姓名

一、 简答题

1.智能控制由哪几部分组成,各自的作用是什么,

答:智能控制系统由广义对象、传感器、感知信息处理、认知、通信接口、规划和控制以及执行器等七个功能模块组成。

各部分的作用是:

广义对象——包括通常意义下的控制对象和外部环境;

传感器——包括关节传感器、力传感器、视觉传感器、距离传感器、触觉传感器等;

感知信息处理——将传感器得到的原始信息加以处理;

认知——主要用来接收和储存信息、知识、经验和数据,并对它们进行分析、推理,做出行动的决策,送至规划和控制部分;

通信接口——除建立人机之间的联系外,还建立系统各模块之间的联系; 规划和控制——是整个系统的核心,它根据给定的任务要求、反馈的信息以及经验知识,进行自动搜索,推理决策,动作规划,最终产生具体的控制作用; 执行器——将产生的控制作用于控制对象。

2.智能控制和传统控制差异是什么,

答:传统控制:经典反馈控制和现代理论控制。它们的主要特征是基于精确的系统数学模型的控制。适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。 智能控制:以上问题用智能的方法同样可以解决。智能控制是对传统控制理论的发展,能够解决传统控制方法难以解决的复杂系统的控制问题,如:对象的不确定性、高度的非线性和复杂的任务要求。传统控制是智能控制的一个组成部分,在这个意义下,两者可以统一在智能控制的框架下。

1(传统的自动控制是建立在确定的模型基础上的,而智能控制的研究对象则存

1

在模型严重的不确定性,即模型未知或知之甚少者模型的结构和参数在很大的范围内变动,这些问题对基于模型的传统自动控制来说很难解决。 2(传统的自动控制系统的输入或输出设备与人及外界环境的信息交换很不方便,希望制造出能接受印刷体、图形甚至手写体和口头命令等形式的信息输入装置,能够更加深入而灵活地和系统进行信息交流,同时还要扩大输出装置的能力,能够用文字、图纸、立体形象、语言等形式输出信息. 另外,通常的自动装置不能接受、分析和感知各种看得见、听得着的形象、声音的组合以及外界其它的情况. 为扩大信息通道,就必须给自动装置安上能够以机械方式模拟各种感觉的精确的送音器,即文字、声音、物体识别装置。

3(传统的自动控制系统对控制任务的要求要么使输出量为定值(调节系统),要么使输出量跟随期望的运动轨迹(跟随系统),因此具有控制任务单一性的特点,而智能控制系统的控制任务可比较复杂。

4(传统的控制理论对线性问题有较成熟的理论,而对高度非线性的控制对象虽然有一些非线性方法可以利用,但不尽人意. 而智能控制为解决这类复杂的非线性问题找到了一个出路,成为解决这类问题行之有效的途径。 5.与传统自动控制系统相比,智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力。

6(与传统自动控制系统相比,智能控制系统能以知识表示的非数学广义模型和以数学表示的混合控制过程,采用开闭环控制和定性及定量控制结合的多模态控制方式。

7(与传统自动控制系统相比,智能控制系统具有变结构特点,能总体自寻优,具有自适应、自组织、自学习和自协调能力。

8(与传统自动控制系统相比,智能控制系统有补偿及自修复能力和判断决策能力。

3.人工神经元网络的拓扑结构主要有哪几种,

答:根据拓扑结构不同,也就是神经元连接方式的不同,神经网络分为神经网络可分为以下四种形式:

(1)前向网络 由输入层、隐含层和输出层组成。每一层只接受前一层神经元的输入。各神经元之间不存在反馈。属于层次型网络。

2

(2)反馈网络 只在输出层到输入层存在反馈,即每一个输入节点都有可能接受来自外部的输入和来自输出神经元的反馈。属于层次型网络。 (3)相互结合型网络 这种神经网络在任意两个神经元之间都可能有连接。在这个状态中,信号要在神经元之间反复往返传递,网络处在一种不断改变状态的动态之中,从某种初态开始,经过若干次的变化,才会达到某种平衡状态。属于网状结构网络。

(4)混合型网络 通过同一层内神经元的相互结合,可以实现同一层内神经元之间的横向抑制或兴奋机制。这样可以限制每层内能同时动作的神经元数,或者把每层内的神经元分为若干组,让每组作为一个整体来动作。它是层次型网络和网状结构网络的一种结合。

4.设计智能控制系统的主要步骤有哪些,

答:1.建立被控系统的模型;

2.简化被控系统的模型;

3.分析模型,确定其性质;

4.确定性能指标;

5.确定所采用的控制器类型;

6.设计控制器满足性能指标或者修改性能指标和拓宽控制器的类型; 7.仿真

二、计算题

Uuuuuu,{,,,,}设论域,且 12345

0.20.40.910.5A,,,,, uuuuu12345

0.10.710.3B,,,, uuuu1345

CCABABA,,,,B试求(补集),(补集)

解:

3

二、 作图题

1. 画出以下应用场合下适当的隶属函数:

,,(a)我们绝对相信附近的e(t)是“正小”,只有当e(t)足够远离时,44我们才失去e(t)是“正小”的信心;

,,(b)我们相信附近的e(t)是“正大”,而对于远离的e(t)我们很快22失去信心;

,,(c)随着e(t)从向左移动,我们很快失去信心,而随着e(t)从向44右移动,我们较慢失去信心。

解:(a)

4

(b)

(c)

2. 画出以下两种情况的隶属函数:

,,Axx,,,{}(a)精确集合的隶属函数; 82

(b)写出单一模糊(singleton fuzzification)隶属函数的数学表达形

式,并画出隶属函数图。

解:(a)

5

(b)

6

四、利用静态多层前向人工神经网络(BP 网络)(40分)

6y,1.5cos(314x,0.5sin(2,,10x))1. 实现

2. 结合1研究变学习因子算法对网络收敛性能的影响

解:答:BP算法的学习由信号的正向传播与反向传播两个过程组成。信号正向传播时,从输入层传入的输入样本在经各隐层逐层处理后传向输出层。若输出层的期望输出(教师信号)与实际输出不符,则转入误差的反向传播阶段。误差反传是将期望输出与实际输出的误差以某种形式通过隐层向输入层逐层反传并将其分摊给各层的所有单元,从而获得各层单元的误差信号,并以此作为修正各单元权值的依据。信号正向传播,误差反向传播,网络各层权值周而复始地进行调整,从而实现网络的学习训练过程。标准BP算法流程如图所示。

初始化

输入样本,计算各层输出

计算输出误差

计算各层误差信号

调整各层权值

达到迭代次数

N

满足误差要求Y

结束图1标准BP算法流程

在MATLAB中建立.m文件输入如下命令:

clc;

clear;

x=[-50:0.1:50];

y=1.5*cos(314*x+0.5*sin(2*pi*10^6*x)); figure1 = figure('Color',[1 1 1]);

plot(x,y)

7

title('非线性函数','fontsize',12)

ylabel('y','fontsize',12)

xlabel('x','fontsize',12)

得到如下图像,即所给的非线性函数曲线图:

图2函数波形

构造一个1-7-1的BP神经网络,第一层为输入层,节点个数为1;第二层为隐含层,神经元个数为7,激活函数选取正切s函数(tansig),第三层为输出层,节点个数为1,输出层传递函数选择为线性函数(purelin)。选取L-M优化算法trainlm作为BP网络的学习算法。对于该初始网络,我们选用sim()函数观察网络输出。继续在.m函数中如下输入:

net=newff(minmax(x),[1,7,1],{'tansig','tansig','purelin'},'trainlm'); y1=sim(net,x);

figure1 = figure('Color',[1 1 1]);

plot(x,y,'b',x,y1,'r')

title('期望输出与实际输出比较')

ylabel('y','fontsize',12)

xlabel('x','fontsize',12)

将期望的输出和实际的输出曲线比较如下图:

8

图3期望输出和实际输出比较

在应用函数train()对网络进行训练之前,需呀预先设置训练参数。将训练次数设置为1000次,训练精度设置为0.01,学习速度为0.01。 net.trainParam.epochs=1000; %训练次数

net.trainParam.goal=0.001; %训练目标

net.trainParam.lr=0.01; %学习速率

net=train(net,x,y);

y2=sim(net,x);

figure1 = figure('Color',[1 1 1]);

plot(x,y,'-r',x,y2,'.b')

title('ѵÁ?ºóµÄ?á?û','fontsize',12)

Train下图为训练过程,可以看出经过28次迭代后,网络收敛,达到要求。 BestGoalBest Training Performance is 0.00085036 at epoch 28110

010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 051015202528 Epochs

图4训练过程

下图为训练后的结果曲线,“*”为学习过后的曲线,红色直线为期望输出,两条曲线基本一致,这说明经过训练后,BP网络对非线性函数的逼近效果相当好。

9

2

训练后的结果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5

-2-50-40-30-20-1001020304050

图5训练结果

1.改变隐含层神经元的数目

考虑将隐含层变为8,经过79次收敛,相关波形如下:

TrainBest Training Performance is 0.00057685 at epoch 79Best110Goal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 01020304050607079 Epochs

图6训练过程

图7训练结果

隐含层数目继续增加变为15后,相关波形如下:

10

Best Training Performance is 0.00080032 at epoch 61 10TrainBestGoal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 01234566 Epochs

图8训练过程

训练后的结果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

图9训练结果

可以发现,三层神经网络对非线性函数的逼近效果很好,完全可以拟合,当

增大隐含层神经元数目时,理论上是拟合度更好,但其实最初的7个节点已经完

全可以满足要求。

2.改变训练算法

将训练算法由trainlm改为traingd后,还是用1-7-1的结构,训练结果如下

图。

11

期望输出与实际输出比较1.5

1

0.5

y-0.5

-1

-1.5

-2-50-40-30-20-1001020304050x

图10期望输出和实际输出比较

训练后的结果2.5

2

1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

图11训练结果

可以明显看出,训练算法对网络性能影响较大,不同的算法结果差异很大,

因此在训练网络时,要正确选取训练算法。

1. 改变学习速率

降低学习速率为0.005时,相关结果如下所示:

12

期望输出与实际输出比较1.5

1

0.5

y-0.5

-1

-1.5

-2

-2.5-50-40-30-20-1001020304050

x

图12期望输出与实际输出比较

Best Training Performance is 0.037761 at epoch 50001 10Train

BestGoal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 0500100015002000250030003500400045005000

5000 Epochs

图13训练次数

13

训练后的结果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

图14训练结果

可以看出,当学习速率过小时,训练时间会变慢,时间很长,并且很难收敛,

速率为0.005时,5000次都无法收敛,而速率为0.1时,28次就达到收敛。

相关结果如下所示: 增大学习速率到0.5时,

期望输出与实际输出比较1.5

1

0.5

y0

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

x

图15期望输出与实际输出比较

14

Best Training Performance is 0.00086358 at epoch 91 10TrainBestGoal010

-110

-210

-3Mean Squared Error (mse)10

-410 01234567899 Epochs

图16训练次数

训练后的结果1.5

1

0.5

-0.5

-1

-1.5-50-40-30-20-1001020304050

图17训练结果

可以看出,当增大学习速率,训练明显加快,只用了9次就可以完美拟合,

达到收敛,从上边的比较可以看出,学习速率增大,训练次数减少,可以快速达

到要求,但学习速率并不是越大越好,过大时可能导致震荡或者发散。

15

范文五:智能控制试卷-A答案

常 州 工 学 院 继 续 教 育 学 院

武 进 函授站 20 学年 第 学期

科目试卷:传感器原理 试卷类型: A (A 或 B )

姓名:学号:班级: 20 级机电一体化专科

一、填空题()

1、 控制论的三要素是:信息 、 反馈 和 控制 。

2、 传统控制是 经典控制 和 现代控制理论 的统称。

3、 智能控制系统的核心是去控制 复杂性 和 不确定性 。

4、 神经元(即神经细胞)是由 细胞体 、 树突 、 轴突 和 突触 四 部分构成。

5、 按网络结构分,人工神经元细胞可分为 层状结构 和 网状结构 ,按照学 习方式分可分为 有教师学习 和 无教师学习 。

6、 前馈型网络可分为可见层和隐含层, 节点有 输入节点 、 输出节点 、 计算单元 。

7、 神经网络工作过程主要由 工作期 和 学习期 两个阶段组成。 二、判断题()

1、 对反馈网络而言,稳定点越多,网络的联想与识别能力越强,因此,稳定点的数 据目越多联想功能越好。(错)

2、 简单感知器仅能解决一阶谓词逻辑和线性分类问题, 不能解决高阶谓词和非线分 类问题。(对)

3、 BP 算法是在无导师作用下, 适用于多层神经元的一种学习, 它是建立在相关规则

的基础上的。(错)

4、 在误差反传训练算法中,周期性函数已被证明收敛速度比 S 型函数慢。(错)

5、 基于 BP 算法的网络的误差曲面有且仅有一个全局最优解。(错)

6、 对于前馈网络而言, 一旦网络的用途确定了, 那么隐含层的数目也就确定了。 (错)

7、 对离散型 HOPFIELD 网络而言, 如权矩阵为对称阵, 而且对角线元素非负, 那么网 络在异步方式下必收敛于下一个稳定状态。(对)

8、 对连续 HOPFIELD 网络而言,无论网络结构是否对称,都能保证网络稳定。(错)

9、 竞争学习的实质是一种规律性检测器, 即是基于刺激集合和哪个特征是重要的先 验概念所构造的装置,发现有用的部特征。(对)

10、 人工神经元网络和模糊系统的共同之处在于, 都需建立对象的精确的数学模型, 根据输入采样数据去估计其要求的决策,这是一种有模型的估计。(错)

三、简答题()

1、 智能控制系统有哪些类型?

答:1)多级递阶智能控制 2)基于知识的专家控制 3)基于模糊逻辑的智能控制 ——模糊控制 4)基于神经网络的智能控制——神经控制 5)基于规则的仿人智能 控制 6)基于模式识别的智能控制 7)多模变结构智能控制 8)学习控制和自学习 控制 9) 基于可拓逻辑的智能控制——可拓控制 10) 基于混沌理论的智能控制—— 混沌控制

2、 比较智能控制与传统控制的特点?

答:1)传统控制方法在处理复杂性、不确定性方面能力低而且有时丧失了这种能 力, 智能控制在处理复杂性、 不确定性方面能力高 2) 传统控制是基于被控对象精 确模型的控制方式,可谓“模型论” 智能控制是智能决策论,相对于“模型论”可

称为“控制论” 3)传统的控制为了控制必须建模,而利用不精确的模型又采用摸 个固定控制算法,使整个的控制系统置于模型框架下,缺乏灵活性,缺乏应变性, 因此很难胜任对复杂系统的控制。 智能控制的可信是控制决策, 次用灵活机动的决 策方式迫使控制朝着期望的目标逼近。 4)传统控制适用于解决线性、时不变等相 对简单的的控制问题, 智能控制是对传统控制理论的发展, 传统控制室智能控制的 一个组成部分,是智能控制的低级阶段。

3、 神经网络应具备的四个基本属性是什么?

答:1)并行分布式处理 2)非线性处理 3)自学习功能 4)可通过硬件实现并行 处理

4、 神经网络学习方法有哪些?

答:1)联想式学习—— Hebb 规则 2)误差传播式学习—— Delta 学习规则 3)概 率式学习 4)竞争式学习

5、 模糊控制系统一般由几个部分组成?

答:1)模糊控制器 2)输入 /输出接口装置 3)广义对象 4)传感器

6、 模糊控制器设计包括几项内容?

答:1) 确定模糊控制器的输入变量和输出变量 (即控制量 ) 2) 设计模糊控制器的控 制规则 3)确立模糊化和非模糊化(又称清晰化)的方法 4)选择模糊控制器的输 入变量及输出变量的论域并确定模糊控制器的参数(如量化因子、比例因子) 5) 编制模糊控制算法的应用程序 6)合理选择模糊控制算法的采样时间。

四、计算题()

1、 设论域 {}54321, , , , u u u u u U =

5432118. 06. 04. 02. 0u u u u u A ++++=, 543214. 06.

016. 04. 0u u u u u B ++++= 求 B A B A ) (补集 c A 。

2、 设模糊矩阵

⎥⎥⎥⎥⎦⎤

⎢⎢⎢⎢⎣⎡=8. 02. 07. 04. 08. 02. 016. 08. 03. 05. 04. 0Q ⎥

⎥⎥⎦

⎢⎢⎢⎣⎡=4. 05. 08. 06. 07. 06. 0R 求 R Q