計算機控制技術(shù)試題 (2)

1、5、增量型PID控制算式具有哪些優(yōu)點？答：(1)計算機只輸出控制增量，即執(zhí)行機構(gòu)位置的變化部分，因而誤差動作影響小；(2)在i時刻的輸出ui，只需用到此時刻的偏差，以及前一時刻，前兩時刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的輸出值ui-1，這大大節(jié)約了內(nèi)存和計算時間；(3)在進行手動-自動切換時，控制量沖擊小，能夠較平滑地過渡。9、如何防治尖峰脈沖干擾？(1)“遠離”干擾源。 (2) 用硬件設(shè)備抑制尖峰干擾的影響(3) 在大功率用電設(shè)備上采取措施抑制尖峰干擾的產(chǎn)生(4)采用“看門狗”(Watchdog)技術(shù)四、已知離散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下所示，采樣周期，輸入信號，求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 （10分）r(

2、t)y(t)解：系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為則誤差脈沖傳遞函數(shù)為穩(wěn)態(tài)誤差為六、采用逐點比較法法插補圓弧OP，起點坐標O(0，5)，終點坐標P(5，0)，圓心在原點。要求以表格形式給出插補計算過程，并畫出插補運動軌跡。（10分）解：步數(shù)誤差判別坐標進給下一步誤差計算進給后動點坐標終點判別初始化F0x=0,y=5=101F=0-yF=F-2y+1=-9x=0，y=y-1=4=-1=92F<0+xF=F+2x+1=-8x=x+1=1,y=4=-1=83F<0+xF=F+2x+1=-5x=x+1=2,y=4=-1=74F<0+xF=F+2x+1=0x=x+1=3,y=4=-1=65F=0-

3、yF=F-2y+1=-7x=3，y=y-1=3=-1=56F<0+xF=F+2x+1=0x=x+1=4,y=3=-1=47F=0-yF=F-2y+1=-5x=4，y=y-1=2=-1=38F<0+xF=F+2x+1=4x=x+1=5,y=2=-1=29F>0-yF=F-2y+1=1x=5，y=y-1=1=-1=110F>0-yF=F-2y+1=0x=5，y=y-1=0=-1=0End1、 寫出零階保持器的傳遞函數(shù)，引入零階保持器對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點有何影響？答：零階保持器的傳遞函數(shù)為。零階保持器的引入并不影響開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的極點。2、 如何消除積分飽和現(xiàn)象？答

4、：減小積分飽和的關(guān)鍵在于不能使積分項累積過大。因此當偏差大于某個規(guī)定的門限值時，刪除積分作用，PID控制器相當于一個PD調(diào)節(jié)器，既可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)又可以消除積分飽和現(xiàn)象，不致使系統(tǒng)產(chǎn)生過大的超調(diào)和振蕩。只有當誤差e在門限之內(nèi)時，加入積分控制，相當于PID控制器，則可消除靜差，提高控制精度。3、 給出常規(guī)的直接設(shè)計法或離散化設(shè)計法的具體設(shè)計步驟。答：直接設(shè)計法或稱離散化設(shè)計法的具體設(shè)計步驟如下：(1) 根據(jù)已知的被控對象，針對控制系統(tǒng)的性能指標要求及其它約束條件，確定理想的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)；(2) 確定數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)；根據(jù)D(z)編制控制算法程序。三、已知某被控對象的傳遞函數(shù)

5、為 (15分) 要求設(shè)計成單位反饋計算機控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如下圖所示。采樣周期為T1s。要求閉環(huán)特征根為0.4和0.6。試求數(shù)字控制器。y(t)r(t)解：廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為根據(jù)要求設(shè)定閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為四、已知控制系統(tǒng)的被控對象的傳遞函數(shù)為，采樣周期T1s，若選閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)，試用大林算法設(shè)計數(shù)字控制器。若出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象，修正數(shù)字控制器，消除振鈴現(xiàn)象。（20分）解：采樣周期T=1s，期望閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為進而被控裝置廣義脈沖傳遞函數(shù)則由振鈴現(xiàn)象產(chǎn)生的原理知，用常規(guī)大林算法設(shè)計的被控對象為二階的系統(tǒng)必產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。在D(z)中的靠近z1的兩個因子中令z1來消除振鈴現(xiàn)象，即2、 回答下述電路中

6、克服共模干擾的工作原理。答：平時，開關(guān)K1i(i=1,2,.,n)處于閉合狀態(tài)，Ci的電壓跟蹤Vi的輸入值，開關(guān)K2i(i=1,2,.,n)處于斷開狀態(tài)。需檢測Vi時，則令K1i斷開,K2i閉合，放大器K的輸出經(jīng)采樣保持器送至A/D轉(zhuǎn)換器化為數(shù)字量，然后開關(guān)再恢復平時的狀態(tài)。在采樣、轉(zhuǎn)換過程中，放大器K不與任何模擬量信號輸入共地，電容Ci的電壓均為差模電壓，這樣就克服了共模電壓的影響。3、 何為最少拍設(shè)計？答：最少拍設(shè)計，是指系統(tǒng)在典型輸入信號(如階躍信號，速度信號，加速度信號等)作用下，經(jīng)過最少拍(有限拍)，使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。y*(t)二、已知系統(tǒng)框圖如下所示： T=1s (15分)

7、r(t)Ty(t) 試寫出離散系統(tǒng)的動態(tài)方程。解：所給系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為令進而則取于是得如下狀態(tài)方程寫成矩陣形式為三、已知廣義被控對象為 （15分）其中，T=1s。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)中的時間常數(shù)取為Tc=0.5s,應(yīng)用大林算法確定數(shù)字控制器。解：廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)理想脈沖傳遞函數(shù)為得大林控制器如下1、 簡述采樣定理的基本內(nèi)容。答：采樣定理: 如果連續(xù)信號具有有限頻譜，其最高頻率為,則對進行周期采樣且采樣角頻率時，連續(xù)信號可以由采樣信號唯一確定，亦即可以從無失真地恢復。、寫出增量型PID的差分控制算式。答：增量型PID控制算式可以寫為四、用后向差分法求下列模擬濾波器D(s)的等

8、效數(shù)字濾波器，并給出差分遞推算式，設(shè)T=1s, (10分) 解：使用后項差分離散化方法，令，則可得其差分遞推算式為五、已知廣義被控對象:, 給定T=1s (20分) 針對單位階躍輸入設(shè)計最小拍無紋波控制系統(tǒng), 并畫出系統(tǒng)的輸出波形圖。解：廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為可以看出，G(z)的零點為-0.718(單位圓內(nèi))、極點為1(單位圓上)、0.368(單位圓內(nèi))，故w=0,v=0(單位圓上除外), m=1。針對階躍輸入進行設(shè)計，故p=1。于是可設(shè) 解得 。閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 則 （圖略）1、 畫出典型計算機控制系統(tǒng)的基本框圖。答：典型計算機控制系統(tǒng)的基本框圖如下： 2、 簡述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)

9、節(jié)的作用。答：(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對偏差是即時反應(yīng)的，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使輸出量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強弱取決于比例系數(shù)KP。比例調(diào)節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數(shù)KP可以減小靜差，但是KP過大時，會使系統(tǒng)的動態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)積分調(diào)節(jié)器：為了消除在比例調(diào)節(jié)中的殘余靜差，可在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入積分調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)具有累積成分，只要偏差e不為零，它將通過累積作用影響控制量u，從而減小偏差，直到偏差為零。積分時間常數(shù)TI大，則積分作用弱，反之強。增大TI將減慢消除靜差的過程，但可

10、減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價是降低系統(tǒng)的快速性。(3)微分調(diào)節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調(diào)節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。3、 線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？答：線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是： 閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根的模zi<1，即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點均位于z平面的單位圓內(nèi)。4、 什么是振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？答：所謂振鈴(Ringing)現(xiàn)象，是指數(shù)字控制器的輸出以二分之一采樣頻率大幅度衰減的振蕩。有兩種方法可用來消除振鈴現(xiàn)象。第一種方法

11、是先找出D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(z=-1附近的極點)，然后令其中的z=1，根據(jù)終值定理，這樣處理不影響輸出量的穩(wěn)態(tài)值。第二種方法是從保證閉環(huán)系統(tǒng)的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時間常數(shù)Tc，使得數(shù)字控制器的輸出避免產(chǎn)生強烈的振鈴現(xiàn)象。二、已知系統(tǒng)的差分方程為 （10分）輸入信號是初始條件為，試寫出輸出脈沖序列。解：三、設(shè)被控對象傳遞函數(shù)為，在對象前接有零階保持器，試求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)。 （10分）解：廣義對象傳遞函數(shù)對應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為五、已知廣義被控對象:, 給定T=1s (20分) 針對單位斜坡輸入設(shè)計最小拍有紋波控制系統(tǒng), 并畫出系統(tǒng)的輸出波形圖。解：由已知條件，被控對象含有一個積分環(huán)節(jié)，有能力產(chǎn)生單位斜坡響應(yīng)。求廣義對象脈沖傳遞函數(shù)為可以看出，G(z)的零點為-0.718