計算機控制系統(tǒng)練習題

1、計算機限制系統(tǒng)練習題班級：姓名：學號：一、簡做題1 .畫出典型計算機限制系統(tǒng)的根本框圖.答：典型計算機限制系統(tǒng)的根本框圖如下：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.(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.同步采樣如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關,它們的采樣周期相同且同時進行采樣,那么稱為同步采樣.(3)非同步采樣如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關,它們的采樣周期相同但不同時開閉,那么稱為非同步采樣.(4)多速采樣如果一個系統(tǒng)中有多個采樣開關,每個采樣開關都是周期采樣的,但它們的采樣周期不相同,那么稱多速采樣.隨機采樣假設

2、相鄰兩次采樣的時間間隔不相等,那么稱為隨機采樣.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)器對偏差是即時反響的,偏差一旦出現(xiàn),調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生限制作用,使輸出量朝著減小偏差的方向變化,限制作用的強弱取決于比例系數(shù)Kpo比例調(diào)節(jié)器雖然簡單快速,但對于系統(tǒng)響應為有限值的限制對象存在靜差.加大比例系數(shù)Kp可以減小靜差,但是“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)中的剩余靜差,可在比例調(diào)節(jié)的根底上參加積分調(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限制量u,從而減小偏差,直到偏差

3、為零.積分時間常數(shù)T大,那么積分作用弱,反之強.增大T將減慢消除靜差的過程,但可減小超調(diào),提升穩(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：為加快限制過程,有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間,按偏差變化的趨向進行限制,使偏差消滅在萌芽狀態(tài),這就是微分調(diào)節(jié)的原理.微分作用的參加將有助于減小超調(diào),克服振蕩,使系統(tǒng)趨于加急定.4 .采樣保持器LF398工作原理圖如以下圖,試分析其工作原理答：LF398的電路原理：放大器A作為比擬器來限制開關S的通斷,假設IN+的電壓高于IN-的電壓,那么S閉合,由A、A組成跟隨器,并向G端外接的保持電容充電；IN+的電壓低于IN-的電壓時,那么S斷開,外

4、接電容保持S斷開時刻的電壓,并經(jīng)A組成的跟隨器輸出至.5,線性離散限制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是什么答：線性離散限制系統(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IZi11,即閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的極點均位于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：當給定值發(fā)生很大躍變時,在PID增量限制算法中的比例局部和微分局部計算出的限制增量可能比擬大由于積分項的系數(shù)一般小得多,所以積分局部的增量相比照擬小.如果該計算值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度,那么,限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,從而影響限制效果.7 .什么是振鈴現(xiàn)象如何消除振鈴現(xiàn)象答：所謂振鈴(R

5、inging)現(xiàn)象,是指數(shù)字限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Rz)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(z=-1附近的極點),然后令其中的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),選擇適宜的采樣周期T及系統(tǒng)閉環(huán)時間常數(shù)Tc,使得數(shù)字限制器的輸出防止產(chǎn)生強烈的振鈴現(xiàn)象.8 .與連續(xù)限制系統(tǒng)相比,計算機限制系統(tǒng)具有哪些特點答：與連續(xù)限制系統(tǒng)相比,計算機限制系統(tǒng)具有以下特點：(1)計算機限制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字的混合系統(tǒng).(2)在計算機限制系統(tǒng)中,限制規(guī)律是由計算機通過程序?qū)崿F(xiàn)的(數(shù)字限制器),修改一個限制規(guī)

6、律,只需修改程序,因此具有很大的靈活性和適應性.(3)計算機限制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬電路不能實現(xiàn)的復雜限制規(guī)律.(4)計算機限制系統(tǒng)并不是連續(xù)限制的,而是離散限制的.(5)一個數(shù)字限制器經(jīng)常可以采用分時限制的方式,同時限制多個回路.(6)采用計算機限制,如分級計算機限制、集散限制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等,便于實現(xiàn)限制與治理一體化,使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進一步提升.9 .簡述計算機限制系統(tǒng)的一般限制過程.答：(1)數(shù)據(jù)采集及處理,即對被控對象的被控參數(shù)進行實時檢測,并輸給計算機進行處理.(2) 實時限制,即按已設計的限制規(guī)律計算出限制量,實時向執(zhí)行器發(fā)出限制信號.10 .簡述典型的計算機限制系統(tǒng)中所包含的

7、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(nèi)是連續(xù)的.模擬信號是連續(xù)信號的一個子集,在大多數(shù)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(shù)字信號數(shù)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.11 .線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差是否只與系統(tǒng)本身的結構和參數(shù)

8、有關答：線性定常離散系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,不但與系統(tǒng)本身的結構和參數(shù)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(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差與采樣周期的選取也有關.12 .增量型PID限制算式具有哪些優(yōu)點答：(1)計算機只輸出限制增量,即執(zhí)行機構位置的變化局部,因而誤動作影響??；(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e-i,e-2和前一次的輸出值Ui-i,這大大節(jié)約了內(nèi)存和計算時間；(3)在進行手動-自動切換時,限制量沖擊小,能夠較平滑地過渡.13 .如何利用試湊法調(diào)整PID算法的參數(shù)答：(1)先整定比例局部：將比例系數(shù)Kp由小調(diào)大,并觀察相應的系統(tǒng)響應趨勢,直到得到

9、反映快、超調(diào)小的響應曲線.如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍之內(nèi),同時響應曲線已較令人滿意,那只須用比例調(diào)節(jié)器即可,最優(yōu)比例系數(shù)也由此確定.(2)如果在比例調(diào)節(jié)的根底上系統(tǒng)的靜差不能滿足設計要求,那么須加入積分環(huán)節(jié).整定時一般先置一個較大的積分時間系數(shù)Ti,同時將第一步整定得到的比例系數(shù)府縮小一些(比方取原來的80%),然后減小積分時間系數(shù)使在保持系統(tǒng)較好的動態(tài)性能指標的根底上,系統(tǒng)的靜差得到消除.在此過程中,可以根據(jù)響應曲線的變化趨勢反復地改變比例系數(shù)Kp和積分時間系數(shù)Ti,從而實現(xiàn)滿意的限制過程和整定參數(shù).(3)如果即使有比例積分限制器消除了偏差,但動態(tài)過程仍不盡滿意,那么可以參加微分環(huán)

10、節(jié),構成PID限制器.在整定時,可先置微分時間系數(shù)Td為零,在第二步整定的根底上,增大微分時間系數(shù)Td,同時相應地改變比例系數(shù)Kp和積分時間系數(shù)Ti,逐步試湊,以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和限制參數(shù).14 .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(xiàn)電氣隔離之外,還具有電平轉換功能.15 .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.16 .線性離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)的定義是什么答：線性離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)定義為零初始條件下,系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸出采樣函數(shù)z變換和輸入采樣函數(shù)z變換之比.17 .何為

11、積分飽和現(xiàn)象答：在標準PID位置算法中,限制系統(tǒng)在啟動、停止或者大幅度提降給定值等情況下,系統(tǒng)輸出會出現(xiàn)較大的偏差,這種較大偏差,不可能在短時間內(nèi)消除,經(jīng)過積分項累積后,可能會使限制量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(xiàn)UUmin的另一種極端情況.顯然,當限制量超過執(zhí)行機構極限時,限制作用必然不如應有的計算值理想,從而影響限制效果.這類現(xiàn)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.18 .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)必須以采樣周期足夠小為前提.在許多實際系統(tǒng)中難以滿足這一要求.(2

12、)沒有反映采樣點之間的性能.特別是當采樣周期過大,除有可能造成限制系統(tǒng)不穩(wěn)定外,還使系統(tǒng)長時間處于“開環(huán)、失控狀態(tài).因此,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞.(3)等效離散化設計所構造的計算機限制系統(tǒng),其性能指標只能接近于原連續(xù)系統(tǒng)(只有當采樣周期T=0時,計算機限制系統(tǒng)才能完全等同于連續(xù)系統(tǒng)),而不可能超過它.因此,這種方法也被稱為近似設計.19 .何為最少拍設計答：最少拍設計,是指系統(tǒng)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(jīng)過最少拍(有限拍),使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零.20 .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.21 .給出

13、多通道復用一個D/A轉換器的原理示意圖.答:微型計算機D/A轉換電路接電22 .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.23 .寫出零階保持器的傳遞函數(shù),引入零階保持器對系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的極點有何影響答：零階保持器的傳遞函數(shù)為.零階保持器的引入并不影響開環(huán)系統(tǒng)脈沖傳遞函數(shù)的極點.24 .階躍響應不變法的根本思想是什么答：階躍響應不變法的根本思想是：離散近似后的數(shù)字限制器的階躍響應序列與模擬限制器的階躍響應的采樣值一致.25 .如何消除積分飽和現(xiàn)象26 .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.27 .簡述采樣定理的根本內(nèi)容.28 .脈沖響應不變

14、法的根本思想是什么29 .寫出增量型PID的差分限制算式.30 .如何消除比例和微分飽和現(xiàn)象二、系統(tǒng)的差分方程為y(k)y(k1)r(k2)輸入信號是r(k)初始條件為y(0)1,試寫出輸出脈沖序列y(k)一一i、二、F(s),求F(z).s(s5)四、設被控對象傳遞函數(shù)為Gp(s)p,在對象前接有零階保持器,s(s1)試求廣義對象的脈沖傳遞函數(shù).五、被控對象傳遞函數(shù)為G(s)20(8s1)(0.1s1)試用“二階工程最正確設計法確定模擬限制器Gjs),并用后向差分法給出等效的數(shù)字限制器形式.六、廣義被控對象：G(s)1eTs1,給定T=1sss(s1)針對單位斜坡輸入設計最小拍有紋波限制系統(tǒng).七、系統(tǒng)框圖如下所示：T=1s試確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定時K的取值范圍八、某連續(xù)限制器的傳遞函數(shù)為D(s)ns22ns試用雙線性變換法求出相應的數(shù)字限制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z),并給出限制