計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總習(xí)題(及答案)ppt課件

1、8255微型計(jì)算機(jī)1.采用8255的PA端口作為三相步進(jìn)的控制接口，并用直流SSR驅(qū)動(dòng)三相步進(jìn)電機(jī)，用電阻或電感表示步進(jìn)電機(jī)每相繞組。要求：（1）畫出接口電路原理圖； （2）列出步進(jìn)電機(jī)在三相雙三拍和三相六拍工作方式下的輸出控制字表。 1；.（2）雙三拍工作方式下的控制字表存貯地址編號(hào)A口輸出字AD103HAD206HAD305H三相六拍工作方式下的控制字表存貯地址編號(hào)A口輸出字AD101HAD203HAD302HAD406HAD504HAD605H2；.5)(212211scscscsF解：解：2 2 求求 的的Z Z變換變換) 5(5)(2sssF)(zF155)(00211ssssFsc

2、,5155 )(00212ssssFsc,515)() 5(5252ssssFsc3；.) 5( 51511)(2ssssFTezzzzzTzzF5251151) 1()(查表得查表得11zzsZaTezzasZ122) 1(1zTzsZ4；.223) 1)(2(61511)(zzzzzzF3 3 求求 的的Z Z反變換反變換22) 1)(2(61511)(zzzzzzF解：按要求整理得解：按要求整理得1) 1(2)()(222211zczczczzFzG)(kf20) 1(61511)() 2(22221zzzzzzGzc2261511)() 1(121221zzzzzzGzc5；.查表查表

3、9261511 )() 1( 121222zzzzzzGzc19) 1(2220)()(2zzzzzFzG19) 1(2220)(2zzzzzzzFkaazzZ1kTkTTtzzZ) 1(21111zzZ6；.所以所以19) 1(2220)(2zzzzzzzF92220)()(1kkfzFZk0)(5 . 0) 1(5 . 1) 2(kykyky75. 0)2(, 5 . 0)(TyTy解：對(duì)上述差分方程兩邊解：對(duì)上述差分方程兩邊Z Z變換，利用延遲性質(zhì)變換，利用延遲性質(zhì)4 4 用用Z Z變換求變換求 的解，的解，已知初始條件為已知初始條件為 )()()(1niinzifzFznkfZ7；.0

4、)(5 . 0)()(5 . 1)2()()(122zYTzyzYzzTyzTyzYz)(5 . 1)2()( 5 . 05 . 1)(112TyTyTyzzzzY得得0)(5 . 0) 1(5 . 1) 2(kykykyZ整理得整理得帶入初始值得帶入初始值得221211125 . 05 . 115 . 15 . 05 . 05 . 15 . 15 . 0)(5 . 05 . 175. 05 . 0 5 . 05 . 1)(zzzzzzzzYzzzzY8；.3 , 2 , 1 , 0,) 2(5) 1(2)(kkykkkaazzZ12512)(zzzzzY因?yàn)橐驗(yàn)樗运?1)(2331)(3

5、23)(222zBzAzzYzzzzzYzzzzzY9；.5 5 用用Z Z變換求變換求 的解，已的解，已知初始條件為知初始條件為0)(5 . 0) 1(5 . 1) 2(kckckc75. 0) 2(, 5 . 0) 1(cc)()()(1niinzifzFznkfZ解：對(duì)上述差分方程兩邊解：對(duì)上述差分方程兩邊Z Z變換，利用延遲性質(zhì)變換，利用延遲性質(zhì)0)(5 . 0)1()(5 . 1) 2() 1()(122zCzczCzzczczCz2123)(2zzzzzzzzC得得0)(5 . 0) 1(5 . 1)2(kckckcZ將初始條件代入得將初始條件代入得10；.3 , 2 , 1 ,

6、0,) 2() 1()(kkckkkaazzZ121)(zzzzzC因?yàn)橐驗(yàn)樗运?1；.作業(yè)作業(yè):P139 4.2 4.41、某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為、某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為sTsTsEsUsD2111)()()(試用雙線性變換法、前向差分法、后向差分法分別求出數(shù)字試用雙線性變換法、前向差分法、后向差分法分別求出數(shù)字控制器控制器D(z)，并分別給出三種方法的遞推控制算法。，并分別給出三種方法的遞推控制算法。解：雙線性變換公式為：解：雙線性變換公式為：112)()()()(zzTssDzEzUzD1122111zzTssTsT112zzTs22112)2(2)2()()()(TTzTTTT

7、zTTzEzUzD12；. ) 1(22)(22kuTTTTku22112)2(2)2()()()(TTzTTTTzTTzEzUzD122111)2()2()2()2()()(zTTTTzTTTTzEzU)2()2)(122zTTTTzU)()2()2(111zEzTTTT) 1()2()2)(11keTTTTke) 1(22)(22) 1(22)(212122keTTTTkeTTTTkuTTTTku13；.) 1(22)(22) 1(22)(212122keTTTTkeTTTTkuTTTTku) 1(22)(22) 1(22) 1()()(21212keTTTTkeTTTTkuTTTkuku

8、ku遞推控制算法為：遞推控制算法為：增量控制算法為：增量控制算法為：14；.2、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為、已知模擬調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為sssEsUsD085. 0117. 01)()()(試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型的控制算式，設(shè)采試寫出相應(yīng)數(shù)字控制器的位置型和增量型的控制算式，設(shè)采樣周期樣周期T0.2s。解：雙線性變換公式為：解：雙線性變換公式為：112)()()()(zzTssDzEzUzD112085.0117.01zzTsss112zzTs1115.085.17 .07 .215.085.17 .07 .2)()()(zzzzzEzUzD)()7 .07 .2()15.085.

9、1)(11zEzzzU15；.)()7 .07 .2()15.085.1)(11zEzzzU)(7 .0)(7 .2)(15.0)(85.111zEzzEzUzzU)1(7 .0)(7 .2)1(15.0)(85.1kekekuku)1(85.17 .0)(85.17 .2)1(85.115.0)(kekekuku)1(38.0)(46.1)1(08.0)(kekekuku遞推控制算法為：遞推控制算法為：)1(38.0)(46.1)1(08.0)(kekekuku增量控制算法為：增量控制算法為：) 1(38. 0)(46. 1) 1(08. 1) 1()()(kekekukukuku16；.習(xí)

10、題：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為習(xí)題：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ，采樣周，采樣周期期T1s。采用零階保持器，要求針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)。采用零階保持器，要求針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍有紋波控制器，求出系統(tǒng)誤差和系統(tǒng)的輸出。設(shè)計(jì)最少拍有紋波控制器，求出系統(tǒng)誤差和系統(tǒng)的輸出。) 11 . 0(10)(sssGc解：解：)()()(sGsHZzGc) 11 . 0(101ssseZTs) 11 . 0(10)1 (21ssZz)0000454. 01)(1 ()111. 01 (9)(1111zzzzzG上式中，上式中，d=0， u=0， v=1， j=1， q=1，且，且jq ，則有：，則有：m=u

11、+d0n=v-j+q1對(duì)單位階躍輸入信號(hào)，選擇對(duì)單位階躍輸入信號(hào)，選擇1)(1zF1212)(zfzFjviqiezFzzazz1111)()1)(1 ()(1)()1 (1zuiidzFzbzz121)()1 ()(121zf17；.根據(jù)上兩式，有根據(jù)上兩式，有根據(jù)多項(xiàng)式相等，其系數(shù)相等的的性質(zhì)，有根據(jù)多項(xiàng)式相等，其系數(shù)相等的的性質(zhì)，有)(1)(zze)1 (11121zzf121f所以，所以，1)(zz)(1)()(1)(zzzGzD)1 (.)111. 01 (9)0000454. 01)(1 (111111zzzzzz)111. 01 ()0000454. 01 (111. 011zz

12、18；.)()()(zzRzEe111zz.321zzz1)()()(zzRzY)1 (1111zz（2）針對(duì)單位斜坡輸入設(shè)計(jì)最小拍無波紋控制器。）針對(duì)單位斜坡輸入設(shè)計(jì)最小拍無波紋控制器。 d=0， w=1， v=1， j=1， q=2，且，且jq ，則有：，則有：m=w+d1n=v-j+q2)0000454. 01)(1 ()111. 01 (9)(1111zzzzzG11111)(zfzF2211212)(zfzfzF19；.)(111. 01 (12221211zfzfz)1 ()1 (11121zfz311211111)21 ()2(1zfzfzf32222122121111. 0)1

13、11. 0(1zfzffzfjviqiezFzzazz1111)()1)(1 ()(1)()1 ()1 (11121zfzwiidzFzbzz121)()1 ()()(111. 01 (2221211zfzfz)(1)(zze21112ff)111. 0(21212211fff2211111. 0ff1099. 011f89. 121f99. 022f20；.故有故有)1099. 01 ()1 ()(121zzze)99. 089. 1)(111. 01 ()(211zzzz)(1)()(1)(zzzGzD)1)(1099. 01 ()0000454. 01)(99. 089. 1 (111.

14、 01111zzzz21；.由由.4341. 1)(432zzzzY.09. 009. 002. 038. 0)(4321zzzzzU0t/Tu543120.40t/Ty543124213顯然，無紋波調(diào)整時(shí)間為顯然，無紋波調(diào)整時(shí)間為3拍，比有紋波增加一拍拍，比有紋波增加一拍.有紋波控制器設(shè)計(jì)見有紋波控制器設(shè)計(jì)見22；.解：解：上式中，上式中，d=0， u=1， v=2， j=2， q=1，且，且j q ，則有：，則有： m=u+d1 n=v2對(duì)單位階躍輸入信號(hào)，選擇對(duì)單位階躍輸入信號(hào)，選擇)1 ()1 ()(1)(11121zfzzze)(8005. 21 ()(2221211zfzfzz11

15、111)(zfzF2221212)(zfzfzF)()()(sGsHZzGc)2725. 01 ()1 ()187. 01)(8005. 21 (248. 0) 3 . 1(211211112zzzzzssseZTs補(bǔ)充：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為補(bǔ)充：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ，采樣周期，采樣周期T1s。采用零階保持器，要求針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)。采用零階保持器，要求針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍有紋波系統(tǒng)，畫出數(shù)字控制器和系統(tǒng)的輸出波形。最少拍有紋波系統(tǒng)，畫出數(shù)字控制器和系統(tǒng)的輸出波形。)3 . 1(2)(2sssGc23；.)(1)(zze212211221121118005. 2800

16、5. 2122fffffff457. 0,7201. 0,2799. 1222111fff所以，所以，)187. 01)(8005. 21 (248. 0)2725. 01 ()1 ()(1)()(1)(111121zzzzzzzzGzD)2799. 11 ()1 ()635. 01)(8005. 21 (7201. 0121111zzzzz)2798. 11)(187. 01 ()635. 01)(2705. 01 (904. 21111zzzz)2799. 11 ()1 ()(121zzze)457. 07201. 0)(8005. 21 ()(211zzzz24；.補(bǔ)充補(bǔ)充2：已知被控對(duì)

17、象的傳遞函數(shù)為：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ，采樣周期，采樣周期T1s。采用零階保持器，要求針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍無紋波系統(tǒng)。采用零階保持器，要求針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍無紋波系統(tǒng)。)3 . 1(2)(2sssGc解：解：)()()(sGsHZzGc)2725. 01 ()1 ()187. 01)(8005. 21 (248. 0) 3 . 1(211211112zzzzzssseZTs上式中，上式中，d=0， w=2， v=2， j=2， q=1，且，且j q ，則有：，則有： m=w+d2 n=v2對(duì)單位階躍輸入信號(hào)，選擇對(duì)單位階躍輸入信號(hào)，選擇21211111)(zfzfzF

18、2221212)(zfzfzF)1 ()1 ()(1)(21211121zfzfzzze)(187. 01)(8005. 21 ()(22212111zfzfzzz25；.)(1)(zze0524. 009875. 2524. 0219875. 222221222211211222112112111ffffffffffff4199. 0,6416. 0,22. 0,3584. 122211211ffff所以，所以，)()()(1)(zzzGzDe)188. 01)(1704. 11 ()942. 01)(2705. 01 (6389. 21111zzzz)22. 03584. 11 ()1 (

19、)(2121zzzze)4199. 06416. 0)(187. 01)(8005. 21 ()(2111zzzzz26；.11：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為：已知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ，采樣周期，采樣周期T1s。采用采用(1)采用施密斯預(yù)估控制，求控制器輸出采用施密斯預(yù)估控制，求控制器輸出u(k);(2)達(dá)林算法設(shè)計(jì)達(dá)林算法設(shè)計(jì)D(z)，求求u(k)遞推形式。遞推形式。)1)()1)()1 (11)()(ssesUssyessUsyscessG) 1(1)(解解)()()()()()()()()(TkukukyTTkykyTtututydttdy（1）上式中，）上式中，Kf=1， Tf=1，T=

20、1, ,按照按照P128計(jì)算步驟得計(jì)算步驟得1)()()(1kykrkeP145計(jì)算反饋回路偏差計(jì)算反饋回路偏差e1(k)計(jì)算純滯后補(bǔ)償器的輸出計(jì)算純滯后補(bǔ)償器的輸出) 1()() 1(21)(kukukyky)(ky27；.) 1()() 1()() 1()(22kekeKkukukukupsesTs11)(其中控制器采用其中控制器采用PID控制算法，控制算法，)()()(12kykekeT)2() 1(2)()(2222kekekeKkeKDI計(jì)算偏差計(jì)算偏差e2(k)計(jì)算控制器的輸出計(jì)算控制器的輸出u(k)(2)采用達(dá)林算法采用達(dá)林算法則達(dá)林算法所期望的閉環(huán)傳遞函數(shù)為則達(dá)林算法所期望的閉

21、環(huán)傳遞函數(shù)為根據(jù)具體的要求性能指標(biāo)確定根據(jù)具體的要求性能指標(biāo)確定對(duì)象中，對(duì)象中，K=1， T1=1，T=1, 28；.)1)(1)()1 (1)1)(11121111zeezEzezeezUTTT21111111)1 (1)1 ()1)(1 ()()()(zezeezeezEzUzDTTT)368. 01)(1)()1 (1)(632. 0112111zezEzezezUTTT將上面兩式中的常數(shù)帶入書上將上面兩式中的常數(shù)帶入書上P130式式4-97與與4-98得得)1(632.0)1 (368.0)(632.0)1 ()2(632.0)1 ()1(632.0)(1111keekeekuekue

22、kuTTTT29；.12：在圖：在圖4-26計(jì)算機(jī)串級(jí)控制系統(tǒng)中，采樣周期為計(jì)算機(jī)串級(jí)控制系統(tǒng)中，采樣周期為T ,且有且有) 2() 1()() 1()()()1)(1)()()(211101122110111122110111kakeakeakukuzazaazEzzUzzazaazEzUzD12211011)(zzazaazD解解寫出計(jì)算機(jī)串級(jí)控制算法寫出計(jì)算機(jī)串級(jí)控制算法1)()()(1kykrkeP145計(jì)算主回路偏差計(jì)算主回路偏差e1(k)計(jì)算主回路控制器的輸出計(jì)算主回路控制器的輸出)(1ku111021)(zzbbzD30；.)()()(212kykeke計(jì)算副回路偏差計(jì)算副回路偏

23、差e2(k)計(jì)算副回路控制器的輸出計(jì)算副回路控制器的輸出u2(k) 1()() 1()()()1)(1)()()(2120221102121110222kebkebkukuzbbzEzzUzzbbzEzUzD31；. 3 3：某爐溫度變化范圍為：某爐溫度變化范圍為0 013501350C C ，經(jīng)溫度變送，經(jīng)溫度變送器變換為器變換為1 15V5V電壓送至電壓送至ADC0809ADC0809，ADC0809ADC0809的輸入的輸入范圍為范圍為0 05V5V。當(dāng)。當(dāng)t tkTkT時(shí)，時(shí)，ADC0809ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果為的轉(zhuǎn)換結(jié)果為6AH6AH，求此時(shí)爐內(nèi)溫度值。，求此時(shí)爐內(nèi)溫度值。由題得：由題得：代入公式得：代入公式得：)C(97.3635125551106)01350(0)(0000NNNNAAAAmxmx)(106)(6,255,5151255,1350,