計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試題及答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試卷一班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 成績(jī)：一、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共50分）1. 畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖。2. 根據(jù)采樣過(guò)程的特點(diǎn)，可以將采樣分為哪幾種類型？3. 簡(jiǎn)述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的作用。4. 采樣保持器LF398工作原理圖如下圖，試分析其工作原理。5. 線性離散控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么？6. 為什么會(huì)出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象？7. 什么是振鈴現(xiàn)象？如何消除振鈴現(xiàn)象？8. 什么是嵌入式系統(tǒng)？如何理解嵌入式系統(tǒng)的定義？9. 簡(jiǎn)述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。10. 簡(jiǎn)述故障診斷技術(shù)所包含的內(nèi)容。二、已知系統(tǒng)的差分方程為 （10分）輸入信號(hào)是初始

2、條件為，試寫出輸出脈沖序列。三、設(shè)被控對(duì)象傳遞函數(shù)為，在對(duì)象前接有零階保持器，試求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)。 (10分)四、已知被控對(duì)象傳遞函數(shù)為 試用“二階工程最佳”設(shè)計(jì)法確定模擬控制器，并用后向差分法給出等效的數(shù)字控制器形式。(10分)五、已知廣義被控對(duì)象:, 給定T=1s (20分)針對(duì)單位斜坡輸入設(shè)計(jì)最小拍有紋波控制系統(tǒng), 并畫出系統(tǒng)的輸出波形圖。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試卷一答案一、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共50分）1. 畫出典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖。答：典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本框圖如下： 2. 根據(jù)采樣過(guò)程的特點(diǎn)，可以將采樣分為哪幾種類型？答：根據(jù)采樣過(guò)程的特點(diǎn)，可以將采樣分為以下幾種類型。(

3、1) 周期采樣 指相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔相等，也稱為普通采樣。(2) 同步采樣如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同且同時(shí)進(jìn)行采樣，則稱為同步采樣。(3) 非同步采樣如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同但不同時(shí)開閉，則稱為非同步采樣。(4) 多速采樣如果一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)采樣開關(guān)，每個(gè)采樣開關(guān)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(jī)采樣若相鄰兩次采樣的時(shí)間間隔不相等，則稱為隨機(jī)采樣。3. 簡(jiǎn)述比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的作用。答：(1)比例調(diào)節(jié)器：比例調(diào)節(jié)器對(duì)偏差是即時(shí)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，

4、控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)KP。比例調(diào)節(jié)器雖然簡(jiǎn)單快速，但對(duì)于系統(tǒng)響應(yīng)為有限值的控制對(duì)象存在靜差。加大比例系數(shù)KP可以減小靜差，但是KP過(guò)大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量振蕩，甚至導(dǎo)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(guò)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(shí)間常數(shù)TI大，則積分作用弱，反之強(qiáng)。增大TI將減慢消除靜差的過(guò)程，但可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性。引入積分調(diào)節(jié)的代價(jià)是降低系統(tǒng)的快速性。(3)微分調(diào)節(jié)器：為加快控制過(guò)程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，按偏差變

5、化的趨向進(jìn)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。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(lái)控制開關(guān)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(shí)，則S斷開，外接電容保持S斷開時(shí)刻的電壓，并經(jīng)A3組成的跟隨器輸出至。5. 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(diǎn)均位

6、于z平面的單位圓內(nèi)。6. 為什么會(huì)出現(xiàn)比例和微分飽和現(xiàn)象？答：當(dāng)給定值發(fā)生很大躍變時(shí)，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分計(jì)算出的控制增量可能比較大(由于積分項(xiàng)的系數(shù)一般小得多，所以積分部分的增量相對(duì)比較小)。如果該計(jì)算值超過(guò)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(yīng)有的計(jì)算值理想，其中計(jì)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(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(lái)消除振鈴現(xiàn)象。第一種方法是先找出D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(z=-1附近的極點(diǎn))，然后令其中的

7、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(shí)間常數(shù)Tc，使得數(shù)字控制器的輸出避免產(chǎn)生強(qiáng)烈的振鈴現(xiàn)象。8. 什么是嵌入式系統(tǒng)？如何理解嵌入式系統(tǒng)的定義？答：目前國(guó)內(nèi)普遍被認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通常，從以下幾個(gè)方面來(lái)理解嵌入式系統(tǒng)的定義：(1)以應(yīng)用為中心是指嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的。(2)嵌入式系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語(yǔ)音圖像數(shù)據(jù)傳

8、輸技術(shù)，甚至傳感器等先進(jìn)技術(shù)和Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與具體應(yīng)用對(duì)象相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的需要對(duì)軟、硬件進(jìn)行剪裁以適應(yīng)實(shí)際系統(tǒng)在功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面的要求。說(shuō)明嵌入式系統(tǒng)存在著一個(gè)較為通用的軟、硬件內(nèi)核。這個(gè)內(nèi)核往往是幾kB到幾十kB之間的微內(nèi)核，正是由于微內(nèi)核的存在，才使得嵌入式系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的需要在軟、硬件方面得以順利地裁剪或擴(kuò)充。9. 簡(jiǎn)述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。答：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通常具備下述特點(diǎn)：(1) 非定常性。數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)刻不再是定常和有規(guī)則的, 更不能再用簡(jiǎn)單

9、的采樣時(shí)間來(lái)刻畫。(2) 非完整性。由于數(shù)據(jù)在傳輸中可能發(fā)生丟失和出錯(cuò)，數(shù)據(jù)不再是完整的，當(dāng)然數(shù)字控制中也可能有類似的現(xiàn)象，但在網(wǎng)絡(luò)控制中發(fā)生的可能性要大得多。(3) 非有序性。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間的不確定，先產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可能遲于后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)到達(dá)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。因此, 數(shù)據(jù)到達(dá)的次序可能不再遵守原有的時(shí)間順序。(4) 非確定性。由于數(shù)據(jù)到達(dá)的隨機(jī)性，整個(gè)控制過(guò)程已不再是一個(gè)確定性的系統(tǒng),而是一個(gè)隨機(jī)系統(tǒng)。10. 簡(jiǎn)述故障診斷技術(shù)所包含的內(nèi)容。答：故障診斷主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。(1) 故障的特征提取通過(guò)測(cè)量用定量和定性的信息處理技術(shù)獲取反映系統(tǒng)故障的特征描述。(2) 故障的分離與估計(jì)根據(jù)獲得的故障

10、特征確定系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障以及故障的程度。(3) 故障的評(píng)價(jià)和決策根據(jù)故障分離與估計(jì)的結(jié)論對(duì)故障的危害及嚴(yán)重程度做出評(píng)價(jià)，近而決策出是否停止任務(wù)的進(jìn)程以及是否需要維修更換故障元部件。二、已知系統(tǒng)的差分方程為 （10分）輸入信號(hào)是初始條件為，試寫出輸出脈沖序列。解：三、設(shè)被控對(duì)象傳遞函數(shù)為，在對(duì)象前接有零階保持器，試求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)。 （10分）解：廣義對(duì)象傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為四、已知被控對(duì)象傳遞函數(shù)為 試用“二階工程最佳”設(shè)計(jì)法確定模擬控制器Gc(s)，并用后向差分法給出等效的數(shù)字控制器形式。（10分）解：經(jīng)動(dòng)態(tài)校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為應(yīng)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(duì)象中較大的時(shí)間常數(shù)，可選擇則有 根據(jù)二階工程最佳設(shè)計(jì)法則，應(yīng)有解之得于是得到模擬控制器的傳遞函數(shù)為對(duì)以上的模擬PI控制器，根據(jù)后向差分近似的等效變換方法，得等效的數(shù)字控制器：五、已知廣義被控對(duì)象:, 給定T=1s (20分) 針對(duì)單位斜坡輸入設(shè)計(jì)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(duì)象含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，有能力產(chǎn)生單位斜坡響應(yīng)。求廣義對(duì)象脈沖傳遞函數(shù)為可以看出，G(z)的零點(diǎn)為-0.718(單位圓內(nèi))、極點(diǎn)為1(