計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)_李華_課后答案[1-10章].khdaw

1、O莒案網(wǎng)（原廉后轄案網(wǎng)）最生業(yè)的課匠刃題苞案知享社區(qū)數(shù)材課后答案丨練習(xí)冊(cè)答案I期末考總答采I實(shí)驗(yàn)報(bào)告答案答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參考答條計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參考答案第一章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述P131-1什么是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？它由哪幾部分組成？1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)山硬件和軟件兩部分組成。硬件主要是山計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（包括主機(jī)和外 部設(shè)備）和過程輸入輸出通道、被控對(duì)彖、執(zhí)行器、檢測(cè)變送環(huán)節(jié)等組成；軟件由系統(tǒng) 軟件和應(yīng)用軟件組成。系統(tǒng)圖如下，雄制計(jì)算機(jī)I生產(chǎn)過程 OMVMP MM I OMB1-2簡(jiǎn)

2、述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)各部分的作用。1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括主機(jī)和外部設(shè)備。主機(jī)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，主機(jī)根據(jù)過程輸入設(shè)備送來(lái)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程工作狀 況的各種信息以及預(yù)定的控制算法，自動(dòng)地進(jìn)行信息處理，及時(shí)地選定相應(yīng)的控制策略, 并實(shí)時(shí)地通過過程輸出設(shè)備向生產(chǎn)過程發(fā)送控制命令。2）過程輸入輸出通道完成系統(tǒng)計(jì)算機(jī)與工業(yè)對(duì)象Z間的信息傳遞，它在兩者Z間起到紐 帶和橋梁作用。3）控制對(duì)彖是指所要控制的生產(chǎn)裝置或設(shè)備。4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)中的重要部分，其作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)來(lái)改變輸出的角 度或直線位移，并改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程滿足預(yù)定的要求。5）測(cè)量變送環(huán)節(jié)通常由傳感器和測(cè)量線路組成，其

3、作用是將被檢測(cè)的各種物理量轉(zhuǎn)變成 電信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成適用于計(jì)算機(jī)輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。43計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式是什么？其優(yōu)缺點(diǎn)？1）數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活安全。要由人工操作，速度受到限制，不 能控制多個(gè)對(duì)象。數(shù)宇雖輸入CB：）通直揍擬亙輸入（血）通道計(jì)算機(jī)CRT生產(chǎn)過程2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)：可完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)多回路的PID控制，而且只要改變 程序就可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律。3答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參考答條#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參考答條3）監(jiān)督控制系統(tǒng)：可考虎許多常規(guī)調(diào)節(jié)

4、器不能考虎的因素，如環(huán)境溫度利濕度對(duì)生產(chǎn)過 程的影響，可以進(jìn)行在線過程操作的在線優(yōu)化；可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)復(fù)雜的控制規(guī)律，可靠性 好。i.bi4）集散控制系統(tǒng)：分散控制，集中操作，分級(jí)管理，綜合協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜的控制。 系統(tǒng)成本較高，且各廠商的DCS有各自的標(biāo)準(zhǔn)，不能互聯(lián)。#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條第三章開環(huán)數(shù)字程序控制P585)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)：分散控制，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)易，成本低，可靠性高，并且 在同一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第二章線性離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述和分析方法P422-1簡(jiǎn)述離散控制系統(tǒng)中信號(hào)變換的原理。先經(jīng)過

5、釆樣過程，即采樣開關(guān)按一定的周期進(jìn)行閉合采樣，使原來(lái)在時(shí)間上連續(xù)的 信號(hào)f(t)變成時(shí)間上離散、幅值上連續(xù)的離散模擬信號(hào)f()。再經(jīng)過量化過程，采用組 數(shù)碼來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。2-2已知函數(shù)f(t),求取Z變換F。1)Z f(t)=zf*(t)= f(kT)zk=1 +a "z J +a 2mTz'2 +.k=02)F(z)=Zl=1(1宀一11-z1 l-ez1 (l-zXl-ez1)3)f(O=t24)F(z)=Zteat=TzeaT(z-eaT)23-1什么是數(shù)字程序控制？有哪幾種方式？能根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)

6、軌跡、運(yùn)動(dòng)距離答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)完成工作的口動(dòng)控制，稱為數(shù)字程序控制。按控制運(yùn)動(dòng)的軌跡分類可分為：點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制。按伺服控制方式分類可分為：開環(huán)控制和閉環(huán)控制。3-2什么是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法？直線插補(bǔ)計(jì)算過程和圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程各有哪幾個(gè)步驟？逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法：刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的朋標(biāo)值進(jìn)行比較，看 這一點(diǎn)是在給定軌跡的上方或下方，或是在給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的 進(jìn)給方向。直線插補(bǔ)計(jì)算有4個(gè)步驟：偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判斷。圓弧插補(bǔ)計(jì)算有5個(gè)步驟：偏差判別、坐

7、標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、坐標(biāo)計(jì)算、終點(diǎn)判斷。 3-8畫出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度控制程序的流程圖。設(shè)將0-N個(gè)延時(shí)時(shí)間寫入延時(shí)時(shí)間表中，AD為表指針，Ti表示按AD地址取出的 時(shí)間值。以ZF=1,2,3分別表示步進(jìn)電機(jī)的加速，勻速和減速過程。步進(jìn)電機(jī)加速，勻速, 減速運(yùn)行的流程圖如下。第四章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常規(guī)控制技術(shù)P944/在PID調(diào)節(jié)器中，參數(shù)Kp、Ki、Kd各有什么作用？他們對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？增人比例系數(shù)Kp可增強(qiáng)比例作用，比例作用使被控量朝著減小偏差的方向變化。但 當(dāng)Kp過大時(shí)，會(huì)使動(dòng)態(tài)質(zhì)量變差，引起被控量振蕩甚至導(dǎo)致閉環(huán)不穩(wěn)定。增人積分系數(shù)Ki可增強(qiáng)積分作用，積分作用有助于消除系統(tǒng)靜差.增人微

8、分系數(shù)Kd可增強(qiáng)微分作用，微分作用有助于減小超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨 于穩(wěn)定，可加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。4-2什么是數(shù)字PID位置型控制算法和增量型控制算法？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。數(shù)字PID位置型控制算法：如(匕1)T數(shù)字PID增量型控制算法：Au(k)=ii(k)-u(k-1 )=Kp e(k)-e(k- 1)+Ki - e(k)+Kde(k)-2e(k-1 )+e(k-2)增量型算法較位置型算法有不少優(yōu)點(diǎn)：1) 增量型算法無(wú)需累加，計(jì)算誤差或計(jì)算精度問題對(duì)控制量的計(jì)算影響較?。憾恢眯?算法要用到過去誤差的所有累加值，容易產(chǎn)生大的累加誤差。2) 增量型算法得出

9、的是控制量的增量，誤動(dòng)作影響??；而位置型是控制量的全量輸出， 誤動(dòng)作影響人。3) 增量型算法可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。44什么叫積分飽和作用？它是怎樣引起的，如何消除？如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已到達(dá)極限位置，仍不能消除靜差時(shí)，由丁積分作用，盡管PID差分 方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)已無(wú)相應(yīng)的動(dòng)作，這就叫積分飽和。在控制過程的起動(dòng)、結(jié)束、大幅度增減設(shè)定值或出現(xiàn)較大擾動(dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的 輸出會(huì)出現(xiàn)很大的偏差，這些偏差經(jīng)過積分項(xiàng)累加，有可能使控制量超出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的極 限位置，因而不能按照控制屋的要求動(dòng)作，產(chǎn)生飽和效應(yīng)，使系統(tǒng)輸出出現(xiàn)較大的超調(diào) 和長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)。消除方法：可釆用積分分離式P

10、ID控制算法，其基本思想是大偏差時(shí)，去掉積分作 用，以免積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差；小偏差時(shí)，投入積分作用，以便消除靜差，捉高 控制精度。亦可采用變速積分PID控制算法，其基本思想是設(shè)法改變積分項(xiàng)的累加速度,使其與偏基大小相對(duì)應(yīng)，偏羌越大，積分越慢，反之則越快。45在數(shù)字PID中，采樣周期T的選擇要考慮哪些因素？1）要滿足香農(nóng)定理。2）采樣周期要小，離散接近連續(xù)。3）采樣周期應(yīng)比對(duì)彖的時(shí)間常數(shù)小得多。4）采樣周期應(yīng)遠(yuǎn)小于對(duì)彖擾動(dòng)倍號(hào)周期，一般使二者成整數(shù)倍關(guān)系。5）當(dāng)系統(tǒng)純滯后占主導(dǎo)地位時(shí)，盡可能使純滯后時(shí)間接近或等于采樣周期的整數(shù)倍。6）如果執(zhí)行器的響應(yīng)速度比較慢，釆樣周期要犬一些，過小的釆樣

11、周期將失去意義。7）對(duì)單回路而言，采樣周期的下限是完成采樣、運(yùn)算和輸出三件工作所需的時(shí)間。 46試述試湊法、擴(kuò)充臨界比例度法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的方法。1）試湊法整定PID參數(shù)的步驟： 首先只整定比例部分。將比例系數(shù)山小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到 反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則需加入積分環(huán)節(jié)。先置 積分時(shí)間常數(shù)Ti為一較大值，將第一步整定得到的比例系數(shù)略縮小，再減小積分 時(shí)間常數(shù)，使靜差消除。反復(fù)調(diào)整，以期得到滿意的控制過程與整定參數(shù)。 若此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程仍不能令人滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分 調(diào)節(jié)器。先置微分時(shí)

12、間為零，在第二步整定基礎(chǔ)上，增大Td同時(shí)相應(yīng)改變比例系 數(shù)與積分時(shí)間常數(shù)，逐步試湊直至滿意。2）擴(kuò)充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟： 選擇一合適的采樣周期。 投入純比例控制，逐漸增大比例系數(shù)Kp,使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩，并記下此時(shí) 的臨界比例系數(shù)Ki和臨界振蕩周期Tt。 選擇控制度。 査表求取采樣周期T,比例系數(shù)Kp,積分時(shí)間常數(shù)Ti和微分時(shí)間常數(shù)Td。 按求得的參數(shù)運(yùn)行，試湊法調(diào)整參數(shù)，直至效果滿意。3）擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定PID參數(shù)的步驟： 斷開數(shù)字PID控制器，使系統(tǒng)在手動(dòng)狀態(tài)下工作，人為改變手動(dòng)信號(hào)，給被控對(duì) 象一個(gè)階躍輸入信號(hào)。 用儀表記錄被控參數(shù)的變化過程，即對(duì)彖的階躍響應(yīng)曲線。

13、在響應(yīng)曲線上的拐點(diǎn)處作切線，找出純滯后時(shí)間t及時(shí)間常數(shù)Tm。 選擇控制度。 査表選擇相應(yīng)的整定公式，求取控制參數(shù)T、Kp、Ti和Td。 按求得的參數(shù)運(yùn)行，觀察控制效果，適當(dāng)修正參數(shù)，直到滿總為止。4«7什么是最少拍系統(tǒng)？設(shè)計(jì)最少拍系統(tǒng)必須滿足哪些要求？繪少拍控制就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入在最少個(gè)釆樣周期內(nèi)達(dá)到無(wú)靜差 的穩(wěn)態(tài)，使系統(tǒng)輸出值盡快地跟蹤期望值的變化。設(shè)計(jì)最小拍系統(tǒng)必須滿足如下要求： 系統(tǒng)的穩(wěn)定性：閉環(huán)系統(tǒng)和數(shù)字控制器必須是穩(wěn)定的。 系統(tǒng)的準(zhǔn)確性：對(duì)特定的參考輸入信號(hào)，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)在采樣點(diǎn)的輸出準(zhǔn)確跟 蹤輸入，不存在靜差。 系統(tǒng)的快速性：在各種使系統(tǒng)在有限拍內(nèi)達(dá)

14、到穩(wěn)態(tài)的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)準(zhǔn)確跟蹤輸入信號(hào) 所需的采樣周期數(shù)應(yīng)為最少。 物理可實(shí)現(xiàn)性：數(shù)字控制器D(z)必須在物理上可以實(shí)現(xiàn)。補(bǔ)充：什么是數(shù)字直接設(shè)計(jì)方法？把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的連續(xù)部分?jǐn)?shù)字化，把整個(gè)系統(tǒng)看作離散系統(tǒng)，用離散化的方 法設(shè)計(jì)控制器，稱為數(shù)字直接設(shè)計(jì)法。48最少拍系統(tǒng)有哪些局限性？對(duì)輸入函數(shù)的適應(yīng)性如何？最少拍系統(tǒng)的局限性： 最少拍系統(tǒng)對(duì)不同輸入信號(hào)的適應(yīng)性較差，即準(zhǔn)確性差； 雖少拍系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化的適應(yīng)性較差，即魯棒性差。4-9已知被控對(duì)象的傳函為Go=,釆樣周期T=1s,釆用零階保持器，單位負(fù)反饋系 s(O.ls+l)統(tǒng)要求：(1) 針對(duì)單位階躍輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)的D(z)

15、,并計(jì)算輸出響應(yīng)y(kT)、控制信 號(hào)u(kT)和誤差e(kT)序列。(2) 針對(duì)單位速度輸入信號(hào)設(shè)計(jì)最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)的D(z),并計(jì)算輸出響應(yīng)y(kT).控制信 號(hào)u(kT)和誤差e(kT)序列。解：(1)單位階躍輸入信號(hào)廣義被控對(duì)彖G(z)8答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條1-eG(z)=Z10s(Ols+l)=(2)Z10s2(O.ls+l)=#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條#答案網(wǎng)(http:/w

16、ww. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條廣義對(duì)象零極點(diǎn)分布：圓外極點(diǎn)無(wú)，i=0圓內(nèi)外零點(diǎn) pl二0.11,j=l延時(shí)因子 z1,r=l輸入函數(shù)R(z)=冷的階次p=l1-Z 確定期望的閉環(huán)結(jié)構(gòu)i (zpzE) (bZXl+O.llz1 )F取 Fi、F?為最低階，即 Fi(z)=l； F2(z)=1+ciz1 fd>e(z)=(l-z1)(l+c1z-1)<D(z)=bZ-i(l+0.11z-i) 根據(jù)=1®聯(lián)立方程，解得：bi=0.9； ci=0.1 已=(1)(1+0.2) =0.9zJ(l+0.11z") 確定控制器結(jié)構(gòu)(z)2陀】D

17、(z)=叫丿=、 J G KH-Z4 檢驗(yàn)控制序列的收斂性U(z)=D(z)E(z)=迥2 R =0.1-4.54x1 Oz1G控制序列為0.1, 454*10°, °, °,故收斂。 檢驗(yàn)輸出響應(yīng)的跟蹤性能Y二R(z)= 0g(l弓 I】")n 9z 】+z*2 +z3+1-Z輸出量序列為0, 0.9, 1, b故可得穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出。 D(z)的控制算法U(z)=E(z)D(z)=E u(k)=0.1e(k)-4.54*10"5e(k-l)-0.1u(k-l)(2)單位速度輸入信號(hào)廣義被控對(duì)象G(z)=廣義對(duì)象零極點(diǎn)分布：圓外極點(diǎn)無(wú)，i=0圓

18、內(nèi)外零點(diǎn) pl=-0.U, j=l 延時(shí)因了 Z1,1=1輸入函數(shù)R(z)=p=2(lz ) 確定期望的閉環(huán)結(jié)構(gòu)叭=(1尸£(Z)=Z®1)(bZ“ +b?z J)(l+o.ll z1 )F取刊、F2為最低階，即Fi(z)=l； F2(z)=HC1z-1 e(Z)=(lZ“)'(l+CiZ 1)(z)=(bZ J +b2z2)(1 +0.1 lz1) 根據(jù)=1 。聯(lián)立方程，解得：bi=1.89； b?=0.99； ci=0.11所以e=(1于)2(1+01遼")(z)=( 1.89Z1 -0.99z'2 Xl+O.llz1) 確定控制器結(jié)構(gòu)D(“_

19、住)_0.21(10.52/)(10】°/)7 <I>z)G(l-zXl+O.llz1)檢驗(yàn)控制序列的收斂性10答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條U(z)=D E(筒®(021屮01炫2)(1妝】)1-z1#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條=021zJ+0lzJ+0lz'+0lz+ 檢驗(yàn)輸出響應(yīng)的跟蹤性能Y(z)=O(z)R(z)= 1 89z，+3z +4z+5z&q

20、uot;+11答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條輸出量序列為0, 0, 1.89, 3, 4, 5,故可得穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出。D(z)的控制算法U(z)=E D(z)=021(1052z1)(1yJ°zJ)(lz】)(l+0.11z】)-U(z)=0.21 玖 z)0llz"E +499xl0ez2E(z)+089z'U (z)+0.11z2U(z)u(k)=021e(k)0l le(k>l)+499xl0"e(k2)+0

21、89u(kl)+0l lu(k2)410被控對(duì)象的傳函為G0(s)=l,采樣周期T=1s,采用零階保持器，針對(duì)單位速度輸入函 s-數(shù)，按以下要求設(shè)計(jì)：(D用最少拍無(wú)紋波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)e(z)和D(z)。(2)求出數(shù)字控制器輸出序列u(k)的遞推形式。解：(l)G(z)=(l-z1)Zj-G0(S)=1+f'1?S2(1Z )針對(duì)單位速度輸入信號(hào)，按最少拍無(wú)紋波設(shè)計(jì)有： pe(Z)=(ld)2(l+ch)i二卩才 +b2z 2)(1 +z)由 0(z)=g(z)可得:bi=1.25； b2= -0.75； ci=0.75所以 je(z)=(1.25z0.75z2)(l+zJ)D(z

22、)=_2.5(lO6zi)<(z)G(n)l+0.75z4U(z)=D(z)E(z)=R(z)G=(1.25zF.75z J(l+zj4、z (1+z )(l-z )=2.5z1.5z2控制序列為：o, 2.5, -1.5, 0, 0,，顯然控制序列收斂。Y =O(z)R(z)=(1.25z1-0.75z-2)(l+z1)r=1.25z-2+3z-3+4z'4+.(1-z* )輸出序列為：0, 0, 1.25, 3, 4,，能收斂于速度函數(shù)。答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條T”、e、2.5(l-0.6z 1)_/ x U(z)=

23、E(z)D(z)=/ E(z)1 + 0.75Z-1'u(k)=2.5e(k)-1.5e(k-l)-0.75u(k-l)4"被控對(duì)象的傳函為G° =(2s+l)(s+l),采樣周期Ths,試用達(dá)林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器11答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條D(z)o解：廣義被控對(duì)彖：G(z)=(l-z-i)Z卜 0.155z-2(l+0.6065z-】)s(2s+l)(s+l)J (l06065z】)(l03679z】)如果期望的閉環(huán)脈

24、沖傳函為時(shí)間常數(shù)l = 2s的一階慣性環(huán)節(jié)，并帶有N=1個(gè)采樣周期 的純滯后，x (l<y)z)0.3935z-2則(z)=z】-=1-qz1l£.6065z】控制器的脈沖傳遞函數(shù)為：D(z)=1 _ 2.5387(1 -0.6065z-» )(1-0.3679z-i)1 (z) G(z) (1 z】)(1+0.3935z-i)(1 +0.6065z 】)閉環(huán)系統(tǒng)輸出:0 3935z2Y 現(xiàn))R Lo.6°65Md 嚴(yán)沁 ZW6322Z+.7769十0.8647Z控制器的輸出:叱鬻二骰鵲勢(shì)處877。650”.56宓沖郴+】.2也卄可以看出控制最輸出有大幅度的

25、擺動(dòng)，為消除振鈴現(xiàn)彖，將控制器極點(diǎn)多項(xiàng)式屮(1+0.6065/)項(xiàng)改為1.6065,由此可得數(shù)字控制器：D(z)=15803(10.6065z-】)(1£.3679z-】)(lzi)(l+03935z】)這樣,脈沖傳遞函數(shù)變?yōu)?#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條#答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條%)=D(z)G(z) _0.2449z2(l+06065zi)l+D(z)G(z) 一 l06065zi01486zJ+01485z302449z2(l+0.6065zi)在單位階躍輸入時(shí)

26、，輸出值的脈沖傳遞函數(shù)變?yōu)?Y(z)-O(z)R一(.0 6065z_】.o i486z.2+o.i485z-3)(lz)=02449z2 +05420z3+0.7585zt 十08976zX0.9701zXl0025z7 + #答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條控制器的輸出為：Y _1.5 800( 1 -0.6065Z-1)(1 -0.3679z-i)U(z)=G(z) (l«0.6065zJ01486z-2+01485z3)(lzi)=1.5800+0.9987z】+1.2335z4+1.0549z3+1.0678z+1.014

27、2z5+ 可見，振鈴現(xiàn)象基本消除。4-13被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為G0(s)=答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條(1) 采用施密斯預(yù)估計(jì)，并按圖4-27所示的結(jié)構(gòu)，求取控制器的輸出u(k)。(2) 試用達(dá)林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器D(z),并求取u(k)的遞推形式。解：(1)采用施密斯預(yù)估計(jì)控制： 計(jì)算反饋回路的偏差：ei(k)=r(k)-y(k) 計(jì)算純滯后補(bǔ)償器的輸出：y 丫 (k)=ayT (k-l)+b u(k-l )-u(k-N-1)b=Kfl答案網(wǎng)(http:

28、/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條 計(jì)算偏差勺00=勺(10人00 計(jì)算控制器的輸出u(k)u(k)=ii(k-l)+Au(k)=u(k 1 )+0 勺(k)-e2 (k-1 )+$勺(k)+Kde2 (k)-2e2 (k-l)+e, (k-2)(2)采用達(dá)林算法：如果期望的閉環(huán)脈沖傳函為r = l的一階慣性環(huán)節(jié)，并帶有N=1個(gè)采樣周期的純滯 后。設(shè)采樣周期T=ls,則：0.632Z-1-0.368Z4答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參

29、垮答條答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條則 D(z)=G(z)(b<D(z)亠、(l-a)z-20632zJl-oz1 1.0.368Z4 TG=et=e1 =0.368l0368z】U(z)-D(z)E(z)=1-0.368Z4(1X1+0.632?)EQ)(lz】)(l+0632z】)答案網(wǎng)(http:/www. daanwang. com)計(jì)畀機(jī)控制系統(tǒng)習(xí)題參垮答條所以u(píng)(k)的遞推形式為：u(k)=e(k)-0.368e(k-l)+0.368u(k-l)+0.632u(k-2)第六章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的先進(jìn)控制技術(shù)P14765模型預(yù)測(cè)

30、控制常被視為先進(jìn)控制的代表。它的優(yōu)越性表現(xiàn)在哪里？原因何在？模熨預(yù)測(cè)控制算法対模教的精度要求低，魯棒性好，具有靈活的約束處理能力，綜 合控制質(zhì)量高。模型預(yù)測(cè)控制具有三個(gè)基本特征：模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正。模型預(yù)測(cè)：系統(tǒng)在預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上根據(jù)對(duì)彖的歷史信息和未來(lái)輸入預(yù)測(cè)其未來(lái)的 輸岀，并根據(jù)被控變量與設(shè)定值之間的誤差確定當(dāng)前時(shí)刻的控制作用，使之適應(yīng)動(dòng)態(tài)控 制系統(tǒng)的存儲(chǔ)性和因果性的特點(diǎn)，這比僅由當(dāng)前誤差確定控制作用的常規(guī)控制有更好的 控制效果。滾動(dòng)優(yōu)化：模型預(yù)測(cè)控制不是采用一個(gè)不變的全局優(yōu)化指標(biāo)，而是在每一時(shí)刻有一 個(gè)相對(duì)于該時(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo).不同時(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo)的相對(duì)形式是相同的，但其

31、絕對(duì)形式，即所包含的時(shí)間區(qū)域是不同的。因此，在模型預(yù)測(cè)控制中，優(yōu)化計(jì)算不是一 次離線完成，而是在線反復(fù)進(jìn)行的。反饋校正：模型預(yù)測(cè)控制是一種閉環(huán)控制算法。在通過優(yōu)化計(jì)算確定了一系列未來(lái) 的控制作用后，為防止模型失配或環(huán)境擾動(dòng)引起控制對(duì)理想狀態(tài)的偏離，預(yù)測(cè)控制通常 不把這些控制作用逐一全部實(shí)施，而只是實(shí)現(xiàn)本時(shí)刻的控制作用。到下一采樣時(shí)間，則 需首先檢測(cè)對(duì)象的實(shí)際輸出，并利用這一實(shí)時(shí)侑息對(duì)給予模犁的預(yù)測(cè)進(jìn)行修正，然后再 進(jìn)行新的優(yōu)化。6-8動(dòng)態(tài)矩陣控制算法(DMC)和模型算法控制(MAC)為何只能適用于漸進(jìn)穩(wěn)定的對(duì)象？對(duì)模 型時(shí)域長(zhǎng)度N有什么要求？若N取的太小會(huì)有什么問題？因?yàn)镸AC算法是基于對(duì)象脈沖響應(yīng)的非參數(shù)數(shù)學(xué)模型作為內(nèi)部模型，DMC是基于 被控對(duì)彖階躍響應(yīng)的非參數(shù)模型作為內(nèi)部模型，所以只適用于漸進(jìn)穩(wěn)定對(duì)彖。N的選擇 應(yīng)使過程響應(yīng)值接近其穩(wěn)定值£使as得到的值與系統(tǒng)的誤差處于同一數(shù)最級(jí)。若N 取的太小，會(huì)使響應(yīng)值達(dá)不到穩(wěn)定值，進(jìn)而影響預(yù)測(cè)結(jié)果.補(bǔ)：DMC算法由哪些部分組成？各有哪些功能？DMC控制包括模型預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正等一部分。模型預(yù)測(cè)：測(cè)定對(duì)彖單位階躍響應(yīng)的采樣值，據(jù)此預(yù)測(cè)未來(lái)P個(gè)時(shí)刻的模型輸出值. 滾動(dòng)優(yōu)化：在每一時(shí)刻k,通過優(yōu)化策略，碓定從該時(shí)刻起的未來(lái)M個(gè)控制增量Au(k),Au(kl),.,Au(k+M-l),使系統(tǒng)