計算機控制系統(tǒng)試題及答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計算機控制系統(tǒng)試卷一班級： 姓名： 學(xué)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(tǒng)的基本框圖。2. 根據(jù)采樣過程的特點，可以將采樣分為哪幾種類型？3. 簡述比例調(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. 簡述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點。10. 簡述故障診斷技術(shù)所包含的內(nèi)容。二、已知系統(tǒng)的差分方程為 （10分）輸入信號是初始

2、條件為，試寫出輸出脈沖序列。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)四、已知被控對象傳遞函數(shù)為 試用“二階工程最佳”設(shè)計法確定模擬控制器，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。計算機控制系統(tǒng)試卷一答案一、簡答題（每小題5分，共50分）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. 根據(jù)采樣過程的特點，可以將采樣分為哪幾種類型？答：根據(jù)采樣過程的特點，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間間隔相等，也稱為普通采樣。(2) 同步采樣如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同且同時進(jìn)行采樣，則稱為同步采樣。(3) 非同步采樣如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關(guān)，它們的采樣周期相同但不同時開閉，則稱為非同步采樣。(4) 多速采樣如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關(guān)，每個采樣開關(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(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，

4、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(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

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，則S斷開，外接電容保持S斷開時刻的電壓，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)的極點均位

6、于z平面的單位圓內(nèi)。6. 為什么會出現(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，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(shù)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(yīng)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(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

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。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、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。通常，從以下幾個方面來理解嵌入式系統(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)以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖像數(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)用對象相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)可以根據(jù)實際系統(tǒng)的需要對軟、硬件進(jìn)行剪裁以適應(yīng)實際系統(tǒng)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(tǒng)存在著一個較為通用的軟、硬件內(nèi)核。這個內(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充。9. 簡述網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的特點。答：網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)通常具備下述特點：(1) 非定常性。數(shù)據(jù)到達(dá)的時刻不再是定常和有規(guī)則的, 更不能再用簡單

9、的采樣時間來刻畫。(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，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間順序。(4) 非確定性。由于數(shù)據(jù)到達(dá)的隨機性，整個控制過程已不再是一個確定性的系統(tǒng),而是一個隨機系統(tǒng)。10. 簡述故障診斷技術(shù)所包含的內(nèi)容。答：故障診斷主要包括以下幾個方面的內(nèi)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(shù)獲取反映系統(tǒng)故障的特征描述。(2) 故障的分離與估計根據(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) 故障的評價和決策根據(jù)故障分離與估計的結(jié)論對故障的危害及嚴(yán)重程度做出評價，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)為四、已知被控對象傳遞函數(shù)為 試用“二階工程最佳”設(shè)計法確定模擬控制器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象中較大的時間常數(shù)，可選擇則有 根據(jù)二階工程最佳設(shè)計法則，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(單位圓內(nèi))、極點為1(