計算機控制系統試題答案.doc

1、文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.計算機控制系統試卷一答案班級：姓名：學號：成績：一、簡答題（每小題5 分，共 50 分）1. 畫出典型計算機控制系統的基本框圖。答：典型計算機控制系統的基本框圖如下：2. 根據采樣過程的特點，可以將采樣分為哪幾種類型？答：根據采樣過程的特點，可以將采樣分為以下幾種類型。(1) 周期采樣指相鄰兩次采樣的時間間隔相等，也稱為普通采樣。(2) 同步采樣如果一個系統中有多個采樣開關， 它們的采樣周期相同且同時進行采樣，則稱為同步采樣。(3) 非同步采樣如果一個系統中有多個采樣開關， 它們的采樣周期相同但不同時開閉，則稱為非同步采樣。(

2、4) 多速采樣如果一個系統中有多個采樣開關，每個采樣開關都是周期采樣的，但它們的采樣周期不相同，則稱多速采樣。(5) 隨機采樣若相鄰兩次采樣的時間間隔不相等，則稱為隨機采樣。3. 簡述比例調節(jié)、積分調節(jié)和微分調節(jié)的作用。答： (1)比例調節(jié)器：比例調節(jié)器對偏差是即時反應的，偏差一旦出現，調節(jié)器立即產生控制作用， 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 KP。比例調節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統響應為有限值的控制對象存在靜差。加大比例系數 KP 可以減小靜差，但是 KP 過大時，會使系統的動態(tài)質量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導致閉環(huán)系統不穩(wěn)定。(2)積分調節(jié)器：為了消除在比例調

3、節(jié)中的殘余靜差，可在比例調節(jié)的基礎上加入積分調節(jié)。 積分調節(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 TI 大，則積分作用弱，反之強。增大 TI 將減慢消1文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.除靜差的過程，但可減小超調，提高穩(wěn)定性。引入積分調節(jié)的代價是降低系統的快速性。(3)微分調節(jié)器：為加快控制過程，有必要在偏差出現或變化的瞬間，按偏差變化的趨向進行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這就是微分調節(jié)的原理。微分作用的加入將有助于減小

4、超調，克服振蕩，使系統趨于穩(wěn)定。4. 采樣保持器 LF398 工作原理圖如下圖，試分析其工作原理。答： LF398 的電路原理：放大器 A2 作為比較器來控制開關 S 的通斷，若 IN +的電壓高于 IN -的電壓，則 S 閉合，由 A1、A3 組成跟隨器，并向 CH 端外接的保持電容充電； IN+ 的電壓低于 IN -的電壓時，則 S 斷開，外接電容保持 S 斷開時刻的電壓，并經 A3 組成的跟隨器輸出至 A out 。5. 線性離散控制系統穩(wěn)定的充要條件是什么？答：線性離散控制系統穩(wěn)定的充要條件是： 閉環(huán)系統特征方程的所有根的模 zi<1，即閉環(huán)脈沖傳遞函數的極點均位于 z 平面的單

5、位圓內。6. 為什么會出現比例和微分飽和現象？答：當給定值發(fā)生很大躍變時， 在 PID 增量控制算法中的比例部分和微分部分計算出的控制增量可能比較大 (由于積分項的系數一般小得多，所以積分部分的增量相對比較小 )。如果該計算值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度， 那么，控制作用必然不如應有的計算值理想，其中計算值的多余信息沒有執(zhí)行就遺失了，從而影響控制效果。7. 什么是振鈴現象？如何消除振鈴現象？答：所謂振鈴 (Ringing) 現象，是指數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象。第一種方法是先找出D(z)中引起振鈴現象的因子 (z=- 1 附近的極點 )，

6、然后令其中的 z=1，根據終值定理，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)系統的特性出發(fā)，選擇合適的采樣周期T 及系統閉環(huán)時間常數Tc，使得數字控制器的輸出避免產生強烈的振鈴現象。8. 什么是嵌入式系統？如何理解嵌入式系統的定義？2文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.答：目前國內普遍被認同的嵌入式系統定義是：以應用為中心、以計算機技術為基礎，軟、硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統。通常，從以下幾個方面來理解嵌入式系統的定義：(1)以應

7、用為中心是指嵌入式系統是面向用戶、面向產品、面向應用的。(2)嵌入式系統以計算機技術為基礎，是計算機技術、通信技術、半導體技術、 微電子技術、 語音圖像數據傳輸技術， 甚至傳感器等先進技術和 Internet網絡技術與具體應用對象相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統。嵌入式系統可以根據實際系統的需要對軟、 硬件進行剪裁以適應實際系統在功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求。說明嵌入式系統存在著一個較為通用的軟、硬件內核。這個內核往往是幾kB 到幾十 kB 之間的微內核，正是由于微內核的存在， 才使得嵌入式系統能夠根據實際應用系統的需

8、要在軟、 硬件方面得以順利地裁剪或擴充。9. 簡述網絡控制系統的特點。答：網絡控制系統通常具備下述特點：(1) 非定常性。數據到達的時刻不再是定常和有規(guī)則的 , 更不能再用簡單的采樣時間來刻畫。(2) 非完整性。由于數據在傳輸中可能發(fā)生丟失和出錯，數據不再是完整的，當然數字控制中也可能有類似的現象， 但在網絡控制中發(fā)生的可能性要大得多。(3) 非有序性。由于網絡傳輸時間的不確定，先產生的數據可能遲于后產生的數據到達遠程控制系統。因此 , 數據到達的次序可能不再遵守原有的時間順序。(4) 非確定性。由于數據到達的隨機性，整個控制過程已不再是一個確定性的系統 ,而是一個隨機系統。10. 簡述故障診

9、斷技術所包含的內容。答：故障診斷主要包括以下幾個方面的內容。(1) 故障的特征提取通過測量用定量和定性的信息處理技術獲取反映系統故障的特征描述。(2) 故障的分離與估計3文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.根據獲得的故障特征確定系統是否出現故障以及故障的程度。(3) 故障的評價和決策根據故障分離與估計的結論對故障的危害及嚴重程度做出評價，近而決策出是否停止任務的進程以及是否需要維修更換故障元部件。二、已知系統的差分方程為（10 分）輸入信號是初始條件為 y(0)1，試寫出輸出脈沖序列y(k )

10、。解： y(0)1三、設被控對象傳遞函數為K，在對象前接有零階保持器，Gp (s)s( s1)試求廣義對象的脈沖傳遞函數。（10 分）解：廣義對象傳遞函數對應的脈沖傳遞函數為四、已知被控對象傳遞函數為試用“二階工程最佳”設計法確定模擬控制器Gc(s)，并用后向差分法給出等效的數字控制器形式。 （10 分）解：經動態(tài)校正后系統的開環(huán)傳遞函數為應選擇 Gc(s)為 PI 控制器，其基本形式為為使 PI 控制器能抵消被控對象中較大的時間常數，可選擇則有根據二階工程最佳設計法則，應有解之得于是得到模擬控制器的傳遞函數為對以上的模擬 PI 控制器，根據后向差分近似的等效變換方法，得等效的數字控制器：五、

11、已知廣義被控對象1 e Ts1,給定 T=1s(20 分): G( s)s(s 1)s針對單位斜坡輸入設計最小拍有紋波控制系統, 并畫出系統的4文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.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)，有能力產生單位斜坡響應。求廣義對象脈沖傳遞函數為可以看出， G(z)的零點為 - 0.718(單位圓內 )、極點為 1(單位圓上 )、0.368(單位圓內 )，故 u=0,v=0(單位圓上除外 ),m=1。根據穩(wěn)定性要求，G(z)中 z=1 的極點應包含在 e(z)

12、的零點中，由于系統針對等速輸入進行設計，故 p=2。為滿足準確性條件另有 e(z)=(1z 1)2F1(z),顯然準確性條件中已滿足了穩(wěn)定性要求，于是可設解得c02 ,c11 。閉環(huán)脈沖傳遞函數為()5.435(10.5z1)(1 0.3681)則D( z) zze (z)G( z)(1z 1 )(10.718z 1 )（圖略）。計算機控制系統試卷二答案班級：姓名：學號：成績：一、簡答題（每小題4 分，共 40 分）1. 連續(xù)控制系統相比，計算機控制系統具有哪些特點？答：與連續(xù)控制系統相比，計算機控制系統具有以下特點：(1) 計算機控制系統是模擬和數字的混合系統。(2) 在計算機控制系統中，控

13、制規(guī)律是由計算機通過程序實現的（數字控制器），修改一個控制規(guī)律，只需修改程序，因此具有很大的靈活性和適應性。(3) 計算機控制系統能夠實現模擬電路不能實現的復雜控制規(guī)律。(4) 計算機控制系統并不是連續(xù)控制的，而是離散控制的。(5) 一個數字控制器經常可以采用分時控制的方式，同時控制多個回路。(6) 采用計算機控制，如分級計算機控制、集散控制系統、計算機網絡等， 便于實現控制與管理一體化， 使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進5文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.一步提高。2. 簡述計算機控制系統的一般控制

14、過程。答： (1) 數據采集及處理，即對被控對象的被控參數進行實時檢測，并輸給計算機進行處理。(2) 實時控制，即按已設計的控制規(guī)律計算出控制量，實時向執(zhí)行器發(fā)出控制信號。3. 簡述典型的計算機控制系統中所包含的信號形式。答： (1) 連續(xù)信號連續(xù)信號是在整個時間范圍均有定義的信號， 它的幅值可以是連續(xù)的 , 也可以是斷續(xù)的。(2) 模擬信號模擬信號是在整個時間范圍均有定義的信號， 它的幅值在某一時間范圍內是連續(xù)的。 模擬信號是連續(xù)信號的一個子集， 在大多數場合與很多文獻中，將二者等同起來，均指模擬信號。(3) 離散信號離散信號是僅在各個離散時間瞬時上有定義的信號。(4) 采樣信號采樣信號是離

15、散信號的子集， 在時間上是離散的、 而幅值上是連續(xù)的。在很多場合中，我們提及離散信號就是指采樣信號。(5) 數字信號數字信號是幅值整量化的離散信號，它在時間上和幅值上均是離散的。4. 線性定常離散系統的穩(wěn)態(tài)誤差是否只與系統本身的結構和參數有關？答：線性定常離散系統的穩(wěn)態(tài)誤差， 不但與系統本身的結構和參數有關，而且與輸入序列的形式及幅值有關。除此之外，離散系統的穩(wěn)態(tài)誤差與采樣周期的選取也有關。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)行機構位置的變化部分，因而誤動作影響小。(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

16、ei -1、ei-2 和前一次的輸出值 ui-1，這大大節(jié)約了內存和計算時間。6文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.(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。6. 如何利用試湊法調整 PID 算法的參數？答： (1)先整定比例部分：將比例系數KP 由小調大，并觀察相應的系統響應趨勢，直到得到反應快、超調小的響應曲線。如果系統沒有靜差或靜差已小到允許范圍之內，同時響應曲線已較令人滿意，那只需用比例調節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數也由此確定。(2)如果在比例調節(jié)的基礎上系統的靜差不能滿足設

17、計要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。整定時一般先置一個較大的積分時間系數 TI ,同時將第一步整定得到的比例系數 KP 縮小一些 (比如取原來的 80%)，然后減小積分時間系數， 使在保持系統較好的動態(tài)性能指標的基礎上， 系統的靜差得到消除。 在此過程中，可以根據響應曲線的變化趨勢反復地改變比例系數 KP 和積分時間系數 TI,從而實現滿意的控制過程和整定參數。(3)如果即使有比例積分控制器消除了偏差， 但動態(tài)過程仍不令人滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構成 PID 控制器。在整定時，可先置微分時間系數 TD 為零，在第二步整定的基礎上， 增大微分時間系數 TD，同時相應地改變比例系數 KP 和積分時間系數

18、TI ，逐步試湊，以獲得滿意的調節(jié)效果和控制參數。7. 簡述對偶原理的基本內容。答：對偶原理：設 S1=(A,B,C)、S2=(AT, CT, BT)是互為對偶的兩個系統，則 S1 的能控性等價于 S2 的能觀測性； S1 的能觀測性等價于 S2 的能控性?；蛘哒f，若 S1 是狀態(tài)完全能控的 (完全能測觀的 )，則 S2 是狀態(tài)完全能觀測的 (完全能控的 )。8. 與應用了傳統的通用計算機的數字產品相比，嵌入式系統有哪些特點？答：系統內核小；系統精簡；高實時性和高可靠性；智能化和網絡化；專用性強；需要有專用的開發(fā)工具和環(huán)境。9. 尖峰干擾是一種頻繁出現的疊加于電網正弦波上的高能隨機脈沖，如何防

19、治尖峰脈沖干擾？答：尖峰干擾是一種頻繁出現的疊加于電網正弦波上的高能隨機脈沖，其幅度可達幾千伏， 寬度只有幾個毫微秒或幾個微秒，出現的7文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.位置也無規(guī)律， 因此采用常規(guī)的抑制辦法是無效的， 而必須采取綜合治理的辦法：(1)“遠離”干擾源。(2) 用硬件設備抑制尖峰干擾的影響。較常用的抑制方法有三種：在交流電源的輸入端并聯壓敏電阻；采用鐵磁共振原理， 如采用超級隔離變壓器； 在交流電源輸入端串入均衡器。(3) 在大功率用電設備上采取措施抑制尖峰干擾的產生。(4)采用

20、“看門狗” (Watchdog)技術。10. 什么是硬件故障冗余系統？答：硬件故障冗余系統的定義是： 如果一個系統在出現一定的運行性故障時，依靠系統冗余硬件的內駐能力， 仍能保持系統連續(xù)正確地執(zhí)行其程序和輸入、 輸出功能，則稱這一系統為硬件故障冗余系統。二、已知系統框圖如下所示：T=1s(15 分)r( t)-Ty(t)試確定閉環(huán)系統穩(wěn)定時K 的取值范圍。解：廣義對象傳遞函數對應的脈沖傳遞函數為此時系統的特征方程為1(T / 2)w10.5w采用雙線性變換 z(T / 2)w10.5w1可得等效的特征方程為此時，勞斯表為w2（ 1-0.0381K） 0.924KK< 26.2w10.92

21、4 0.386KK< 2.39w00.924KK> 0故 K 的變化范圍為0< K < 2.39。三、已知某連續(xù)控制器的傳遞函數為（10 分）試用雙線性變換法求出相應的數字控制器的脈沖傳遞函數D (z) ，并給8文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.出控制器的差分形式。其中T1s 。解：令2 z 12 1zsT 1zT z 1111z21z11U ( z)22( z22z11)D( z)nnE( z)2n s2(24 n4)z2(228)z124 n4s 2n s 21z

22、1nnn1z 1控制器的差分形式為四、已知離散控制系統的結構如下所示，采樣周期T0.2s ，輸入信號r (t ) 1 t1t 2 ，求該系統的穩(wěn)態(tài)誤差。（10 分）2r(t)y(t)解：系統開環(huán)脈沖傳遞函數為則誤差脈沖傳遞函數為穩(wěn)態(tài)誤差為五、已知廣義被控對象為（15 分）其中， T=1s。期望的閉環(huán)脈沖傳遞函數中的時間常數取為Tc=0.5s, 應用史密斯預估器方法確定數字控制器。解：不含純滯后的廣義對象脈沖傳遞函數為廣義對象脈沖傳遞函數為不考慮純滯后，閉環(huán)系統理想脈沖傳遞函數為01，進而 0 ( z)1 e Ts10.865z 1( s)Z0.5s 11 0.135z 10.5s1s求得 D0

23、 ( z)0 ( z)1.3691 0.368z 11 0 ( z)G0 ( z)1z 1于是得史密斯預估器如下六、采用逐點比較法插補圓弧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9文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.動軌跡 。（10 分）解：步數誤差判別坐標進給下一步誤差計算進給后動點坐終點判別標初始化F 0x=0, y=5 =101F=0- yF=F- 2y+1= - 9x=0， y=y- 1=4 = -1=92F<0

24、+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- 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=

25、y- 1=1 = -1=110F>0- yF=F - 2y+1=0x=5， y=y- 1=0 = -1=0End（圖略）計算機控制系統試卷三答案班級：姓名：學號：成績：一、簡答題（每小題 4 分，共 40 分）1. 簡述開關量光電耦合輸入電路中，光電耦合器的作用。答：開關量光電耦合輸入電路，它們除了實現電氣隔離之外，還具有電平轉換功能。2. 回答下述電路中克服共模干擾的工作原理。答：平時，開關 S1i(i=1,2,.,n)處于閉合狀態(tài)， Ci 的電壓跟蹤 Vi 的輸入值，開關 S2i(i=1,2,.,n)處于斷開狀態(tài)。需檢測 Vi 時，則令 S1i 斷開 ,S2i 閉合，放大器 A 的輸

26、出經采樣保持器送至 A/D 轉換器化為數字量，然后開關再恢復平時的狀態(tài)。在采樣、轉換過程中，放大器 A 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. 什么是采樣或采樣過程？答：采樣或采樣過程， 就是抽取連續(xù)信號在離散時間瞬時值的序列過程，有時也稱為離散化過程。4. 線性離散系統的脈沖傳遞函數的定義是什么？10文檔來源為 : 從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.答：線性離散系統的脈沖傳遞函數定義為零初始條件下， 系統或環(huán)節(jié)的輸出采樣函數 z 變換和輸入采樣函數 z

27、 變換之比。5. 何為積分飽和現象？答：在標準 PID 位置算法中， 控制系統在啟動、 停止或者大幅度提降給定值等情況下，系統輸出會出現較大的偏差，這種較大偏差，不可能在短時間內消除，經過積分項累積后，可能會使控制量 u(k) 很大，甚至超過執(zhí)行機構的極限 umax。另外，當負誤差的絕對值較大時，也會出現 u<umin 的另一種極端情況。顯然，當控制量超過執(zhí)行機構極限時，控制作用必然不如應有的計算值理想， 從而影響控制效果。這類現象在給定值突變時容易發(fā)生， 而且在起動時特別明顯， 故也稱“起動效應”。6. 等效離散化設計方法存在哪些缺陷？答：等效離散化設計方法存在以下缺陷：(1) 必須以

28、采樣周期足夠小為前提。在許多實際系統中難以滿足這一要求。(2) 沒有反映采樣點之間的性能。特別是當采樣周期過大，除有可能造成控制系統不穩(wěn)定外，還使系統長時間處于“開環(huán)” 、失控狀態(tài)。因此，系統的調節(jié)品質變壞。(3) 等效離散化設計所構造的計算機控制系統，其性能指標只能接近于原連續(xù)系統 (只有當采樣周期 T=0 時，計算機控制系統才能完全等同于連續(xù)系統 )，而不可能超過它。因此，這種方法也被稱為近似設計。7. 何為最少拍設計？答：最少拍設計，是指系統在典型輸入信號 (如階躍信號，速度信號，加速度信號等 )作用下，經過最少拍 (有限拍 )，使系統輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。8. 給出單輸入單輸出線性定常離

29、散系統的能控性和能觀性與其脈沖傳遞函數之間的關系。答：單輸入單輸出線性定常離散系統完全能控和完全能觀的充分必要條件是脈沖傳遞函數不存在零、極點相消。如果存在著零、極點相消，系統或者是不完全能控，或者是不完全能觀，或者既不完全能控又不完全能觀。9. 嵌入式處理器可分為哪幾種類型？11文檔來源為 : 從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.答：嵌入式處理器又可以分為以下四類：(1) 嵌入式微控制器 MCU （MicroController Unit ）(2) 嵌入式微處理器 MPU（MicroProcessor U

30、nit）(3) 數字信號處理器 DSP（Digital Signal Processor）(4) 嵌入式片上系統（ System on Chip，SoC）10.針對實際系統可能發(fā)生的故障，通常從哪幾個方面對故障進行分類？答：實際系統可能發(fā)生的故障是多種多樣的， 可以從下面幾個方面對故障進行分類：(1) 從故障發(fā)生的部位看，分為傳感器故障、執(zhí)行器故障和受控對象故障。(2) 根據故障性質，分為突變故障和緩變故障。(3) 從建模角度出發(fā)，可分為乘性故障和加性故障。(4) 從故障間的相互關系，分為單故障和多故障、獨立故障和局部故障。二、已知系統框圖如下所示：T=1s(15 分)y* (t)Tr(t)y

31、(t)試 寫 出離散系統的動態(tài)方程。解：所給系統的脈沖傳遞函數為令 X ( z)U (z)2 進而 X (z)12X ( z) U ( z)1 1.368z11.368 zX (z) 0.368 z0.368z則 Y (z)(0.368 z 10.264z 2 ) X ( z)取X1 (z)z 2 X ( z)于是得如下狀態(tài)方程z 1 X ( z)X 2 (z)zX1 ( z)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)脈沖傳遞函數中的時間常數取為Tc=0.5s, 應用大林算法確定數字控制器。12文檔來源為 : 從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支

32、持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.解：廣義對象脈沖傳遞函數為閉環(huán)系統理想脈沖傳遞函數為得大林控制器如下四、已知被控對象（15 分）設計一個特征值為 z1,20.5j0.25的全維狀態(tài)觀測器，并畫出相應的狀態(tài)變量結構圖。解：能觀性矩陣 QoC10 滿秩，故系統能觀測，可設計CA0.51狀態(tài)觀測器。令輸出誤差反饋矩陣 Hh1h2觀測器期望特征方程為觀測器特征方程為比較上面兩式，可得 h10.5, h20.0625(狀態(tài)變量圖略 )。五、已知某系統連續(xù)控制器的傳遞函數（15 分）試分別用階躍響應和脈沖響應不變法求D( s) 的等效數字控制器， 并寫出相應的差分方

33、程表達式。其中采樣周期T1s。解： 1.階躍響應不變法D( z) Z 1e TsD (s)(1z 1 )Z12121ss ( s 1)( s 2)1 z 11 e 1 z 11 e 2 z 10.399z 10.148 z 2= 1 1.503z 1 0.553z 2 0.05z 3由 D ( z) U ( z) 可推得數字控制器的差分方程形式如下E( z)2. 脈沖響應不變法13文檔來源為 : 從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.由 D ( z)U ( z) 可推得數字控制器的差分方程形式如下E( z)計算

34、機控制系統試卷四答案班級：姓名：學號：成績：一、簡答題（每小題 3 分，共 30 分）1. 使用光電隔離器件時，如何做到器件兩側的電氣被徹底隔離？答：光電隔離器件兩側的供電電源必須完全隔離。2. 給出多通道復用一個 D/A 轉換器的原理示意圖。答：3. 什么是信號重構？答：把離散信號變?yōu)檫B續(xù)信號的過程，稱為信號重構，它是采樣的逆過程。4. 寫出零階保持器的傳遞函數，引入零階保持器對系統開環(huán)傳遞函數的極點有何影響？答：零階保持器的傳遞函數為1eTsH 0 ( s)s。零階保持器的引入并不影響開環(huán)系統脈沖傳遞函數的極點。5. 階躍響應不變法的基本思想是什么？答：階躍響應不變法的基本思想是： 離散近

35、似后的數字控制器的階躍響應序列與模擬控制器的階躍響應的采樣值一致。6. 如何消除積分飽和現象？答：減小積分飽和的關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 調節(jié)器，既可以加快系統的響應又可以消除積分飽和現象，不致使系統產生過大的超調和振蕩。只有當誤差e 在門限之內時，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。7. 給出常規(guī)的直接設計法或離散化設計法的具體設計步驟。14文檔來源為 : 從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.答：直

36、接設計法或稱離散化設計法的具體設計步驟如下：(1)根據已知的被控對象，針對控制系統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 (z) 。(2)確定數字控制器的脈沖傳遞函數 D(z)；根據 D(z)編制控制算法程序。8. 采用狀態(tài)反饋任意配置閉環(huán)系統極點的充分必要條件是什么？答：采用狀態(tài)反饋任意配置閉環(huán)系統極點的充分必要條件是系統狀態(tài)完全能控。9. 說出實施信號隔離的主要方法。答：信號隔離方法主要有變壓器隔離和光電隔離， 變壓器隔離適用于模擬信號隔離，光電隔離則特別適合數字信號的隔離。10.故障診斷中的狀態(tài)估計方法的基本思想是什么？答：故障診斷中的狀態(tài)估計方法的基本思想是： 首先重

37、構被控過程的狀態(tài)，通過與可測變量比較構成殘差序列， 再構造適當的模型并用統計檢驗法，從殘差序列中把故障診斷出來。因此，這就要求系統可觀測或部分可觀測，通常用各種狀態(tài)觀測器或濾波器進行狀態(tài)估計。二、已知系統框圖如下所示：T=1s(15 分)r( t)Ty(t)-試求閉環(huán)離散系統的閉環(huán)脈沖傳遞函數，并判別系統的穩(wěn)定性。解：廣義對象脈沖傳遞函數為系統閉環(huán)脈沖傳遞函數為則閉環(huán)系統的特征方程為由 z 域直接判據 W(0)=0.632<1 W(1)=1- 1+0.632>0 W(- 1)=1+1+0.632>0知閉環(huán)系統穩(wěn)定。15文檔來源為 : 從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡

38、迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.三、已知某被控對象的傳遞函數為(15 分)要求設計成單位反饋計算機控制系統， 結構如下圖所示。 采樣周期為T1s。要求閉環(huán)特征根為 0.4 和 0.6。試求數字控制器。解：廣義對象脈沖傳遞函數為根據要求設定閉環(huán)脈沖傳遞函數為四、已知控制系統的被控對象的傳遞函數為G ( s)e s，(2 s1)( s 1)采樣周期 T=1s，若選閉環(huán)系統的時間常數 T0.5s，試用大林算法設計數字控制器D (z) 。若出現振鈴現象，修正數字控制器，消除振鈴現象。（20 分）解：采樣周期 T=1s，期望閉環(huán)脈沖傳遞函數為進而被控裝置廣

39、義脈沖傳遞函數則由振鈴現象產生的原理知， 用常規(guī)大林算法設計的被控對象為二階的系統必產生振鈴現象。在D(z)中的靠近z- 1 的兩個因子中令z1來消除振鈴現象，即五、求出雙積分系統控制對象的離散狀態(tài)方程，假設系統所有的狀態(tài)皆不可直接測量， 設計全維狀態(tài)觀測器實現狀態(tài)反饋，并把閉環(huán)兩個極點都配置在 0.1，觀測器特征方程的兩個根配置在原點。（T=1s）（20分）解：系統的廣義對象脈沖傳遞函數為可寫其能控標準型實現為對應的能觀性矩陣為Q0C0.50.5滿秩，故系統能觀，可設計觀測器。CA0.51.516文檔來源為 : 從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整

40、理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.先求狀態(tài)觀測器增益矩陣Hh1h2狀態(tài)觀測器特征多項式為觀測器期望特征多項式為比較上面兩式 z 各次冪項系數得 H h1 h2 T1.5 2.5T再求狀態(tài)反饋增益矩陣Kk1k2期望閉環(huán)特征方程為則引入狀態(tài)反饋后系統閉環(huán)特征方程為比較上面二方程z 各次冪項系數，得Kk1k20.991.8計算機控制系統試卷五答案班級：姓名：學號：成績：一、簡答題（每小題4 分，共 40 分）1. 簡述采樣定理的基本內容。答：采樣定理 :如果連續(xù)信號f (t) 具有有限頻譜，其最高頻率為max ,則對 f (t ) 進行周期采樣且采樣角頻率s2 max 時，連續(xù)信號 f (

41、t)可以由采樣信號f * (t) 唯一確定，亦即可以從f * (t) 無失真地恢復f (t ) 。2. 線性離散控制系統穩(wěn)定的充要條件是什么？答：線性離散控制系統穩(wěn)定的充要條件是： 閉環(huán)系統特征方程的所有根的模 zi<1，即閉環(huán)脈沖傳遞函數的極點均位于 z 平面的單位圓內。3. 脈沖響應不變法的基本思想是什么？答：脈沖響應不變法的基本思想是： 離散近似后的數字控制器的脈沖響應 gD(kT)是模擬控制器的脈沖響應采樣值 g(kT)的 T 倍。4. 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5. 如何消除比例和微分飽和現象？17文檔來源為 : 從網絡收集整理.w

42、ord 版本可編輯 .歡迎下載支持.文檔來源為 :從網絡收集整理.word 版本可編輯 .歡迎下載支持.答：“積分補償法”。其中心思想是將那些因飽和而未能執(zhí)行的增量信息積累起來，一旦有可能再補充執(zhí)行。這樣，動態(tài)過程也得到了加速。即，一旦 u 超限，則多余的未執(zhí)行的控制增量將存儲在累加器中；當控制量脫離了飽和區(qū)， 則累加器中的量將全部或部分地加到計算出的控制增量上，以補充由于限制而未能執(zhí)行的控制。6. 給出線性定常離散系統的能控性定義。答：對于 n 階線性定常離散系統 x(k1)Ax (k )Bu (k) ； x(0) x0 ，若存在有限個輸入向量序列u(0), u(1),L ,u(l1) ln

43、 能將某個初始狀態(tài) x(0) x0 在第 l 步控制到零狀態(tài)，即 x(l )0，則稱此狀態(tài)是能控的。若系統的所有狀態(tài)都是能控的，則稱此系統( A, B) 是狀態(tài)完全能控的，或簡稱系統是能控的。7. 給出線性定常離散系統的能觀性定義。答 ： 若 系 統 x(k1) Ax(k ) Bu( k)若已知輸入序列y(k )Cx( k)Du(k)u(0), u(1),L , u(n 1) 和有限個采樣瞬間測量到的輸出序列y(k ) ，即y(0), y(1),L , y(n 1) ，可以唯一地確定出系統的任意初始狀態(tài)x(0) x0 ，則稱系統是狀態(tài)能觀測的，或簡稱能觀測。8. 簡述計算機網絡的功能及特點。答： (1)數據信息的快速傳輸和處理，以實現實時管理和實時監(jiān)控。(2) 可共享計算機系統資源。(3) 提高了計算機的可靠性。(4) 能均衡負載、互相